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Hilbert ' s Nullstellensatz sin axioma de la opción

La motivación Esta pregunta vino de mis esfuerzos para resolver este problema presentado por André Weil en 1951.

Podemos demostrar el siguiente teorema sin el Axioma de Elección?

Teorema de Deje $A$ ser un álgebra conmutativa de la finitos tipo sobre un campo $k$. Deje $I$ a ser un ideal de a $A$. Deje $\Omega(A)$ el conjunto de los máximos ideales de la $A$. Vamos $V(I)$ = {$\mathfrak{m} \in \Omega(A)$; $I \subset \mathfrak{m}$}. Deje $f$ cualquier elemento de $\cap_{\mathfrak{m} \in V(I)} \mathfrak{m}$. Entonces existe un entero $n \geq 1$ tal que $f^n \in I$.

EDITAR Así que ¿cuál es la razón por la downvotes?

EDITAR ¿Qué tiene de malo tratando de probarlo sin usar el aire acondicionado? Cuando usted está buscando un algoritmo de computadora para resolver un problema matemático, una prueba puede proporcionar un indicio. Al menos, usted puede estar seguro de que no es constructiva de la prueba.

EDITAR A Martin de Brandeburgo, creo que este hilo también responde a su pregunta.

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kubi Puntos 20607

Lema 1 Deje $A$ ser un álgebra conmutativa de la finitos tipo sobre un campo $k$. Entonces existe un ideal maximal $P$ $A$ tal que $A/P$ es finita $k$-módulo.

Prueba: Si cada elemento de a $A$ es algebraico sobre$k$, $A$ es finita $k$-módulo. Por lo tanto, el lema es trivial. Por lo tanto podemos suponer lo contrario. Por Noether normalización lema (esto puede ser probado sin AC), existen algebraicamente independientes elementos $x_1,\dots, x_n$ $A$ tal que $A$ es un finitely módulo generado durante el polinomio anillo de $A' = k[x_1,\dots, x_n]$. Deje $\mathfrak{m} = (x_1,\dots, x_n)$ a ser el ideal de $A'$ generado por $x_1,\dots, x_n$. Claramente $\mathfrak{m}$ es un ideal maximal de a $A'$. Por la respuesta por QiL a esta pregunta, existe un primer ideal $P$ $A$ se encuentra por encima del $\mathfrak{m}$. Desde $A/P$ es un finitely generado en el módulo $k = A'/m$, $P$ es un ideal maximal. QED

Lema 2 Deje $A$ ser un álgebra conmutativa de la finitos tipo sobre un campo k. Deje $f$ ser un no-nilpotent elemento de $A$. Entonces existe un ideal maximal $P$ $A$ tal que $f \in A - P$.

Prueba: Vamos $S$ = {$f^n; n = 1, 2, \dots$}. Deje $A_f$ ser la localización con respecto a $S$. Por el Lema 1, existe un ideal maximal $\mathfrak{m}$ $A_f$ tal que $A_f/\mathfrak{m}$ es finita $k$-módulo. Deje $P$ ser la inversa de la imagen de $\mathfrak{m}$ por la canónica de morfismos $A \rightarrow A_f$. $A/P$ puede ser identificado con una subalgebra de $A_f/\mathfrak{m}$. Desde $A_f/\mathfrak{m}$ es finita $k$-módulo, $A/P$ es también finita $k$-módulo. Por lo tanto $P$ es un ideal maximal. Claramente $f \in A - P$. QED

El título del teorema se sigue inmediatamente de la siguiente lema reemplazando $A$$A/I$.

Lema 3 Deje $A$ ser un álgebra conmutativa de la finitos tipo sobre un campo k. Deje $\Omega(A)$ el conjunto de los máximos ideales de la $A$. Deje $f$ cualquier elemento de $\cap_{\mathfrak{m} \in \Omega(A)} \mathfrak{m}$. A continuación, $f$ es nilpotent.

Prueba: De esta manera se sigue inmediatamente del Lema 2.

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