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Aproximación algorítmica a la enumeración de los ideales en $\Bbb Z[x]/(m, f(x))$

Estoy estudiando para mi álgebra quals este otoño y mantener encontrarse con problemas como los siguientes:

Lista de todos los ideales de a $\mathbb{Z}[x]/(16, x^3)$.

o

Lista de todos los números primos de $\mathbb{Z}[x]/(35, x^2 - 2)$.

por ejemplo. Buscando respuestas, parece ser que hay un par de estrategias de uno (que está bien versado en el anillo de la teoría) puede utilizar. Lo que me gustaría saber es si hay una aproximación algorítmica de problemas como este? No necesito pseudo-código, sino más bien una lista de control sobre cómo resolver un problema como

Enumerar los ideales de $\mathbb{Z}[x]/(m,f(x))$.

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rschwieb Puntos 60669

Un enfoque podría ser aprender acerca de algunos de los ideales de la $\Bbb Z[x]$ primero, y luego determinar cuáles contienen el ideal en cuestión, de modo que se puede concluir que son ideales por correspondencia.

Existen varias soluciones en el sitio en relación con el problema de encontrar los ideales y el primer ideales de $\Bbb Z[x]$.

Aquí están algunos de los que he visto antes:

Los ideales de $\mathbb{Z}[X]$

Clasificación de primer ideales de $\mathbb{Z}[X]$

En muchos de los casos, usted está probablemente va a ser capaz de encontrar varios prime (o al menos el máximo) de los ideales de la inspección. Usted está reforzada por el hecho de que $\Bbb Z[x]$ es una unidad flash usb, por lo que factorizations a encontrar vamos a dar información acerca de lo que está por encima de $m$$f(x)$. Creo que también ha ayudado por un isomorfismo $\Bbb Z[x]/(n,f(x))\cong Z_n[x]/(f_n(x))$, donde el $_n$ es que denota "mod $n$".

Para el primer ejemplo con $R=\Bbb Z/(x^3,16)$, se puede ver de inmediato que el $x$ $2$ están en el nilradical de $R$, que es la intersección del primer ideales de $R$. Por lo que cualquier primos encontrar van a tener que contener el ideal $I=(x,2)$. Por otra parte $I$ es máxima, por lo que es sólo el primer ideal. Tengo problemas para ver cuál es el número más bajo es, sino $I$ es nilpotent. ($I^6=\{0\}$ tal vez?) Usted puede ver varios otros ideales entre el $I$ y $(x^3, 16)$: $(x^i,2^j)$ para$1\leq i\leq 2$$1\leq j\leq 3$. No estoy seguro si este es exhaustiva.

A partir de los enlaces que he proporcionado aprendí que $(p, f(x))$ es primo si $p$ es el primer y $f(x)$ es irreductible mod $p$. Me di cuenta de que es irreductible mod $5$, pero se reduce mod 7, ya que $3^2-2=0$ mod 7. Por eso, $(7,x^2-2)$ no es primo y no máxima! Por que vi que $x^2-3\in (x-3,7)$ y también en $(x+3,7)$, tanto de los que supongo son máximas. (El cálculo es $x^2-2=(x-3)(x+3)+7$). Aquí la solución, a continuación, parece ser que ese $(7,x-3),(7,x+3),(5,x^2-2)$ es una lista de los principales ideales en el segundo anillo.

(a la espera de la verificación de la propiedad conmutativa algebraists...)

3voto

Jeff Puntos 804

Primero observar que $\mathbb{Z}[x]/(m,f(x)) \cong \mathbb{Z}/(m)[x]/(f(x))$. Descomponer $m$ en factores primos, decir $m=p_1^{k_1} \cdot \dotsc \cdot p_n^{k_n}$. El Teorema del Resto Chino (y algunos hechos simples que el polinomio de anillos, productos y cocientes de conmutar para conmutativa anillos) nos dice que $\mathbb{Z}/(m)[x]/(f(x)) \cong \prod_{i=1}^{n} \mathbb{Z}/(p_i^{k_i})[x]/(f(x))$. Ideales en un producto de un número finito de anillos son fáciles de describir, son sólo el producto de ideales en anillos individuales. Por lo tanto, siempre podemos asumir que $m$ es una fuente primaria de energía. Si $m$ es un número primo, entonces $\mathbb{Z}/(m)[x]$ es un PID, por lo tanto los ideales de $\mathbb{Z}/(m)[x]/(f(x))$ corresponden a los divisores de $f(x)$. Este es el caso fácil.

Por ejemplo, $\mathbb{Z}[x]/(35,x^2-2) \cong \mathbb{F}_5[x]/(x^2-2) \times \mathbb{F}_7[x]/(x^2-2)$. Ahora, $x^2-2$ es irreducible sobre $\mathbb{F}_5$, por lo tanto el primer factor es un campo, y tiene exactamente dos ideales. Pero $x^2-2=(x-3)(x-4)$$\mathbb{F}_7[x]$, por lo tanto el segundo factor es un producto de dos campos, por lo tanto, tiene exactamente cuatro ideales. De ello se desprende que $\mathbb{Z}[x]/(35,x^2-2)$ tiene exactamente ocho ideales. Por una investigación de las pruebas que usted puede escribirlas de forma explícita (esto se lo dejo al lector).

La parte difícil es, a continuación, $m$ es una fuente primaria de energía. Ahora mismo no sé cómo atacar $\mathbb{Z}/16[x]/(x^3)$ directamente, así que vamos a empezar con un simple ejemplo, decir $\mathbb{Z}/4[x]/(x^2)$. Con el fin de encontrar los ideales de un anillo de $R$, podemos mirar a los que contienen un elemento dado $r$, que corresponde a los ideales del anillo cociente $R/(r)$, que es más fácil de analizar. A continuación, podemos repetir este procedimiento. En nuestro caso, cada elemento tiene la forma $a+bx$ algunos $a,b \in \mathbb{Z}/4$, y se calcula con la regla de $x^2=0$.

Si $a$ es una unidad, entonces también se $a+bx$ es una unidad. Tan sólo tenemos que considerar los casos de $a=0,2$. Supongamos primero que $a=0$. Los casos de $b=0$ $b=1,3$ son aburridos y dar los ideales $(0)$$(x)$. Luego tenemos el caso de $b=2$. Los ideales que contienen a $2x$ corresponden a los ideales de $\mathbb{Z}/4[x]/(x^2,2x)$. Se pueden clasificar, ver más abajo. Si $a=2$, luego de todos los ideales que contienen a $2+bx$ también contiene $(2+bx)x=2x$. Así que de nuevo nos encontramos con un ideal de a $\mathbb{Z}/4[x]/(x^2,2x)$.

Entonces, ¿qué acerca de la $\mathbb{Z}/4[x]/(x^2,2x)$? De nuevo tomar algún elemento, decir $a+bx$, wlog $b=0,1$ (advertencia: estos difieren de los de arriba $a,b$), anbd wlog distinto de cero y no de la unidad. Si $b=0$, luego tenemos los casos de $a=2$, y los ideales que contienen a $2$ corresponden a los ideales de $\mathbb{F}_2[x]/(x^2)$, por lo que estamos de nuevo en el caso simple. Si $b=1$, entonces los ideales que contienen a $a+x$ corresponden a los ideales de $\mathbb{Z}/(4,a^2,2a)$, que son fáciles de describir. Corresponden a los divisores de $\mathrm{gcd}(4,a^2,2a)$, y usted puede ir a través de los casos de $a=0,1,2$.

De nuevo, todas estas correspondencias son muy explícitos, y es un buen ejercicio para hacer una lista de lo que contiene todos los ideales de a $\mathbb{Z}/4[x]/(x^2)$, especificado por los generadores. En general, creo que uno puede intentar encontrar una lista de los ideales de $\mathbb{Z}/p^n[x]/(x^m)$ el uso de una doble inducción. En realidad el método anterior es muy estrechamente relacionado con el juego de los anillos.

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