Kurs:Algebraische Kurven (Osnabrück 2008)/Arbeitsblatt 15

Aufgabe * (5 Punkte)

Es sei ${}R$ ein kommutativer Ring und sei ${}{\mathfrak {p}}$ ein Primideal. Dann ist der Restklassenring  ${}S=R/{\mathfrak {p}}$  ein Integritätsbereich mit Quotientenkörper  ${}Q=Q(S)$  und ${}R_{\mathfrak {p}}$ ist ein lokaler Ring mit dem maximalen Ideal ${}{\mathfrak {p}}R_{\mathfrak {p}}$. Zeige, dass eine natürliche Isomorphie

${}Q(S)\cong R_{\mathfrak {p}}/{\mathfrak {p}}R_{\mathfrak {p}}\,$

vorliegt.

(Man nennt diesen Körper auch den Restekörper zu ${}{\mathfrak {p}}$).

Aufgabe (2 Punkte)

Es sei ${}R$ ein kommutativer lokaler Ring. Zeige, dass ${}R$ zusammenhängend ist.

Aufgabe (4 Punkte)

Es sei ${}K$ ein Körper und sei ${}R$ eine ${}K$- Algebra von endlichem Typ. Es seien ${}P_{1},\ldots ,P_{n}$ endlich viele Punkte in  ${}X=K\!\!-\!\operatorname {Spek} \,{\left(R\right)}$  Zeige, dass der Umgebungsfilter dieser Punkte durch offene Mengen der Form ${}D(f)$ erzeugt wird.

D.h. es ist zu zeigen, dass es zu ${}P_{1},\ldots ,P_{n}\in U$ offen stets ein ${}F\in R$ gibt mit ${}P_{1},\ldots ,P_{n}\in D(F)\subseteq U$

Aufgabe * (2 Punkte)

Es sei ${}K$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und ${}R$ eine kommutative ${}K$- Algebra von endlichem Typ. Zeige, dass die Punkte aus ${}K\!\!-\!\operatorname {Spek} \,{\left(R\right)}$ den maximalen Idealen in ${}R$ entsprechen.

Aufgabe (4 Punkte)

Es sei ${}R$ eine integre ${}K$- Algebra ${}R$ von endlichem Typ über einem algebraisch abgeschlossenen Körper ${}K$. Es sei  ${}q\in Q=Q(R)$  ein Element im Quotientenkörper von ${}R$. Zeige, dass

${}{\mathfrak {a}}={\left\{f\in R\mid {\text{es gibt }}n\in \mathbb {N} {\text{ mit }}f^{n}q\in R\right\}}\,$

ein Ideal in ${}R$ ist. Zeige ferner, dass  ${}D({\mathfrak {a}})\subseteq K\!\!-\!\operatorname {Spek} \,{\left(R\right)}$  der (maximale) Definitionsbereich der algebraischen Funktion ${}q$ ist.

Aufgabe (3 Punkte)

Es sei ${}K$ ein Körper und betrachte das Achsenkreuz

${}V=K\!\!-\!\operatorname {Spek} \,{\left(K[X,Y]/(XY)\right)}\,.$

Bestimme für jeden Punkt  ${}P\in V$,  ob der lokale Ring an ${}P$ ein Integritätsbereich ist oder nicht.

Aufgabe (4 Punkte)

Es sei ${}I$ eine gerichtete Indexmenge und sei ${}G_{i}$, ${}i\in I$, ein gerichtetes System von kommutativen Gruppen. Zeige, dass der Kolimes eine kommutative Gruppe ist.

Aufgabe (4 Punkte)

Es sei ${}I$ eine gerichtete Indexmenge und sei ${}M_{i}$, ${}i\in I$, ein gerichtetes System von Mengen. Es sei ${}N$ eine weitere Menge und zu jedem  ${}i\in I$  sei eine Abbildung

$\psi _{i}\colon M_{i}\longrightarrow N$

mit der Eigenschaft gegeben, dass  ${}\psi _{i}=\psi _{j}\circ \varphi _{ij}$  ist für alle  ${}i\preccurlyeq j$  (wobei ${}\varphi _{ij}$ die Abbildungen des Systems bezeichnen). Beweise die universelle Eigenschaft des Kolimes, nämlich, dass es eine eindeutig bestimmte Abbildung

$\psi \colon \operatorname {colim} \,_{i\in I}M_{i}\longrightarrow N$

derart gibt, dass  ${}\psi _{i}=\psi \circ j_{i}$  ist, wobei ${}j_{i}:M_{i}\rightarrow \operatorname {colim} \,_{i\in I}M_{i}$ die natürlichen Abbildungen sind.

Zeige ferner, dass falls ${}M_{i}$ eine gerichtetes System von Gruppen und falls ${}N$ ebenfalls eine Gruppe ist und alle ${}\psi _{i}$ Gruppenhomomorphismen sind, dass dann auch ${}\psi$ ein Gruppenhomomorphismus ist.

Aufgabe (1 Punkt)

Es sei ${}K$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und ${}R$ eine endlich erzeugte kommutative ${}K$- Algebra. Es seien ${}F_{1}$ und ${}F_{2}$ topologische Filter in ${}K\!\!-\!\operatorname {Spek} \,{\left(R\right)}$ mit  ${}F_{1}\subseteq F_{2}$.  Zeige, dass es einen Ringhomomorphismus

${\mathcal {O}}_{F_{1}}\longrightarrow {\mathcal {O}}_{F_{2}}$

gibt.

Aufgabe (5 (1+2+2) Punkte)

Es sei ${}K$ ein Körper, sei ${}R$ eine kommutative ${}K$- Algebra von endlichem Typ und sei ${}S$ ein multiplikatives System in ${}R$. Zu ${}S$ definieren wir

${}F(S)={\left\{U\subseteq K\!\!-\!\operatorname {Spek} \,{\left(R\right)}{\text{ offen}}\mid {\text{ es gibt }}f\in S{\text{ mit }}D(f)\subseteq U\right\}}\,.$

a) Zeige, dass  ${}F=F(S)$  ein topologischer Filter in ${}K\!\!-\!\operatorname {Spek} \,{\left(R\right)}$ ist.

b) Zeige, dass es einen Ringhomomorphismus

$R_{S}\longrightarrow {\mathcal {O}}_{F}$

gibt.

c) Zeige, dass der Ringhomomorphismus aus (b) eine Isomorphie ist, falls ${}K$ algebraisch abgeschlossen und ${}R$ reduziert ist.

Aufgabe (2 Punkte)

Es sei ${}K$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und ${}R$ eine endlich erzeugte kommutative ${}K$-Algebra. Es sei  ${}P\in K\!\!-\!\operatorname {Spek} \,{\left(R\right)}$  ein Punkt. Zeige, dass der Halm ${}{\mathcal {O}}_{P}$ ein lokaler Ring ist.

Aufgabe (5 Punkte)

Es sei ${}K$ ein algebraisch abgeschlossener Körper, wir betrachten die affine Ebene ${}{\mathbb {A} }_{K}^{2}$ zusammen mit der ${}x$-Achse

${}V=V(y)\,.$

Zeige, dass die folgende Menge ein saturiertes multiplikatives System ist.

${}S={\left\{f\in K[X,Y]\mid {\text{In der homogenen Komponente }}f_{\deg(f)}{\text{ kommt }}x^{\deg(f)}{\text{ vor}}\right\}}\,.$

Skizziere die Nullstellenmenge von einigen Polynomen, die oder die nicht zu ${}S$ gehören.

Es sei ${}F$ der zugehörige topologische Filter. Vergleiche ${}F$ mit dem Umgebungsfilter zu ${}V$ und dem generischen Filter zu ${}V$.

Aufgabe (4 Punkte)

Es sei ${}R$ ein kommutativer Ring und sei  ${}S\subseteq R$  ein multiplikatives System. Auf ${}S$ betrachten wir folgende (partielle) Ordnung, und zwar sagen wir  ${}f\preccurlyeq g$,  falls ${}f$ eine Potenz von ${}g$ teilt (und wir identifizieren zwei Elemente, wenn diese Relation in beide Richtungen vorliegt). Zeige, dass die kommutativen Ringe

$R_{f},\,f\in S,$

ein gerichtetes System bilden, und dass für den Kolimes

${}\operatorname {colim} _{f\in S}R_{f}=R_{S}\,$

gilt.

Aufgabe (4 Punkte)

Es sei ${}R$ ein kommutativer Ring und seien  ${}f_{1},\ldots ,f_{n}\in R$  Elemente, die das Einheitsideal erzeugen. Es sei vorausgesetzt, dass die Nenneraufnahmen ${}R_{f_{i}}$ für  ${}i=1,\ldots ,n$  noethersch sind. Zeige, dass dann auch ${}R$ noethersch ist.