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[현대대수학-환, 체론] 8. 환 준동형사상과 잉여환



RR을 환이라 하자. 사상 ϕ:RR가 임의의 a,bR에 대하여ϕ(a+b)=ϕ(a)+ϕ(b)ϕ(ab)=ϕ(a)ϕ(b)

이면, ϕ를 환 준동형사상(ring homomorphism)이라고 한다. 예를들어 m=nq+r(0r<n)Z에 대하여 ϕ(m)=r로 정의되는 사상 ϕ:ZZn은 환 준동형사상이다.


R1,R2,,Rn을 환이라 하자. 임의의 (r1,r2,,rn)R1×R2××Rn에 대하여 πi((r1,r2,,rn))=ri로 정의되는 사상 πi:R1×R2××RnRi는 준동형사상이다.


ϕ:RR를 환 준동형사상이라고 하자. 

(1) ϕ(0)=0 (0R에서의 덧셈항등원, 0R에서의 덧셈항등원)

(2) 임의의 aR에 대하여 ϕ(a)=ϕ(a)

(3) SR의 부분환이면, ϕ[S]R의 부분환이다.

(4) SR의 부분환이면, ϕ1[S]R의 부분환이다.

(5) R이 단위원(곱셈항등원) 1을 가지면, ϕ(1)ϕ[R]의 단위원이다.

(1)과 (2)는 분명하니 증명할 필요가 없다.

(3): ϕ[S]R의 덧셈에 대한 아벨군의 부분군이므로 ϕ[S]가 곱셈에 대해 닫혀있음을 보이면 된다. 

ϕ(s1),ϕ(s2)ϕ[S]라 하면 ϕ(s1)ϕ(s2)=ϕ(s1s2)ϕ[S]이므로 ϕ[S]R의 부분군이다.

(4): ϕ1[S]R의 덧셈에 대한 아벨군의 부분군이므로 ϕ1[S]가 곱셈에 대해 닫혀있음을 보이면 된다.

a,bϕ1[S]라 하자. 그러면 ϕ(a),ϕ(b)S이고 ϕ(ab)=ϕ(a)ϕ(b)S이기 때문에 abϕ1[S]이고 ϕ1[S]은 곱셈에 대해 닫혀있다. 따라서 ϕ1[S]R의 부분환이다.

(5): 1R의 단위원이라고 하면, 임의의 rR에 대하여 ϕ(1)ϕ(r)=ϕ(1r)=ϕ(r)=ϕ(r1)=ϕ(r)ϕ(1)이므로 ϕ(1)ϕ[R]의 단위원이다.(QED)


ϕ(1)ϕ[R]의 단위원이지만 R의 단위원이 되지는 않는다. ϕ(n)=(n,0)(nZ)으로 정의되는 사상을 ϕ:ZZ×Z라 하자. 1Z의 단위원이고 (1,1)Z×Z의 단위원이다. 그러나 ϕ(1)=(1,0)(1,1)이다.


ϕ:RR를 환 준동형사상이라 하자. ϕ1[{0}]={rR|ϕ(r)=0}ϕ의 핵(Kernel)이라 하고 Ker(ϕ)로 나타낸다.


다음은 잉여군인 경우와 유사한 정리들이고 이 정리들에 대한 증명은 하지 않겠다.


ϕ:RR을 환 준동형사상, H=Ker(ϕ)이라 하자. 

(1) aR에 대하여 ϕ1[{ϕ(a)}]=a+H=H+a이고 여기서 a+H=H+aa를 포함하는 H,+의 잉여류이다.

(2) ϕ가 일대일일 필요충분조건은 Ker(ϕ)={0}이다.

(3) H의 덧셈에 대한 잉여류들의 집합 R/H의 덧셈과 곱셈을(a+H)+(b+H)=(a+b)+H(a+H)(b+H)=ab+H

로 정의하면 R/H는 환이다. 또한 μ(a+H)=ϕ(a)로 정의되는 사상 μ:R/Hϕ[R]는 동형사상이다.


HR의 부분환, R/H={a+H|aR}를 덧셈에 대한 아벨군이라 하자. 임의의 a+H,b+HR/H에 대하여(a+H)(b+H)=ab+H

로 정의하자. 이 곱셈이 잘 정의될 필요충분조건은 임의의 a,bR, hH에 대하여 ahH, hbH이다.

(): 임의의 a,bR, hH에 대하여 ahH, bhH라 하고 a+h1a+H, b+h2b+H라 하자. 그러면(a+h1)(b+h2)=ab+ah2+h1b+h1h2

이고 ah2,h1b,h1h2H이기 때문에 (a+h1)(b+h2)ab+H이고 따라서 H의 잉여류의 곱셈 (a+H)(b+H)=ab+H는 잘 정의된다.

(): H의 잉여류의 곱셈 (a+H)(b+H)=ab+H가 잘 정의된다고 하자. aR, hH라고 하면(a+H)H=(a+H)(0+H)=a0+H=H

이고 aa+H, hH이기 때문에 ahH이어야 한다. 이와 같은 방법으로 H(b+H)=H이기 때문에 hbH이어야 한다.

(QED)


R을 환, NR의 덧셈에 대한 부분군이라 하자. 임의의 a,bR에 대하여 aNN, NbN이면, NR의 아이디얼(ideal)이라고 한다.


nZZ의 아이디얼이다.


F를 실수에서 실수로 대응하는 함수 전체의 집합, C를 실수에서 상수로 대응하는 상수함수들의 집합이라고 하자. CF의 아이디얼이 아니다. 왜냐하면 sinxF, 2C에 대하여 2sinxC이기 때문이다. N={fF|f(2)=0}이라 하면, NF의 아이디얼이다.


N을 환 R의 아이디얼이라 하고 R/N={a+N|aR}이라 하자. 임의의 a+N,b+NR/N에 대하여(a+N)+(b+N)=(a+b)+N(a+N)(b+N)=ab+N

이라 하면, R/N은 환이다. 이 환을 N을 법으로 하는 R의 잉여환(factor ring)이라고 한다.


R의 아이디얼을 N이라 하자. 임의의 xR에 대하여 γ(x)=x+N으로 정의되는 사상 γ:RR/N는 핵이 N인 준동형사상이다.

덧셈에 대해서는 군론에서 증명했기 때문에 곱셈에 대해서만 보이면 된다.γ(xy)=xy+N=(x+N)(y+N)=γ(x)γ(y)

(QED)


(준동형사상의 기본정리)R, R을 환, NR의 아이디얼, ϕ:RR을 환 준동형사상이라 하자. ϕ[R]은 환이고 μ(x+N)=ϕ(x)로 정의되는 사상 μ:R/Nϕ[R]은 동형사상이다. γ:RR/N가 임의의 xR에 대하여 γ(x)=x+N으로 정의되는 사상이면, ϕ(x)=μ(γ(x))가 성립한다.

이 정리는 군에서 환으로 바뀌었다는 점을 제외하면 군론과 유사하다.


참고자료:    

A First Course in Abstract Algebra 7th edition, Fraleigh, Addison Wesley   

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Posted by skywalker222