Kurs:Kommutative Algebra/Teil I/Vorlesung 24/kontrolle

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Diskrete Bewertungsringe

Definition  Referenznummer erstellen

Ein diskreter Bewertungsring ist ein Hauptidealbereich mit der Eigenschaft, dass es bis auf Assoziiertheit genau ein Primelement in gibt.



Lemma  Referenznummer erstellen

Ein diskreter Bewertungsring ist

ein lokaler, noetherscher Hauptidealbereich mit genau zwei Primidealen, nämlich und dem maximalen Ideal .

Beweis  

Ein diskreter Bewertungsring ist kein Körper. In einem Hauptidealbereich, der kein Körper ist, wird jedes maximale Ideal von einen Primelement erzeugt, und die Primerzeuger zu verschiedenen maximalen Idealen können nicht assoziiert sein. Also gibt es genau ein maximales Ideal. Nach Fakt ***** ist ein Hauptidealbereich insbesondere ein Dedekindbereich, so dass es als weiteres Primideal nur noch das Nullideal gibt.



Definition  Referenznummer erstellen

Zu einem Element , in einem diskreten Bewertungsring mit Primelement heißt die Zahl mit der Eigenschaft , wobei eine Einheit bezeichnet, die Ordnung von . Sie wird mit bezeichnet.

Die Ordnung ist also nichts anderes als der Exponent zum (bis auf Assoziiertheit) einzigen Primelement in der Primfaktorzerlegung. Sie hat folgende Eigenschaften.


Lemma Referenznummer erstellen

Es sei ein diskreter Bewertungsring mit maximalem Ideal .

Dann hat die Ordnung

folgende Eigenschaften.

  1. .
  2. .
  3. Es ist genau dann, wenn ist.
  4. Es ist genau dann, wenn ist.

Beweis

Siehe

Aufgabe *****.

{{:Kurs:Kurs:Kommutative Algebra/Diskreter Bewertungsring/Ordnungsfunktion/Erste Eigenschaften/Fakt/Beweis/Aufgabe/Aufgabereferenznummer/Diskreter Bewertungsring/Ordnungsfunktion/Erste Eigenschaften/Fakt/Beweis/Aufgabe/Aufgabereferenznummer}}


Wir wollen eine wichtige Charakterisierung für diskrete Bewertungsringe beweisen, die insbesondere beinhaltet, dass ein normaler lokaler Integritätsbereich mit genau zwei Primidealen bereits ein diskreter Bewertungsring ist.



Satz  Satz 24.5 ändern

Es sei ein noetherscher lokaler Integritätsbereich mit der Eigenschaft, dass es genau zwei Primideale gibt. Dann sind folgende Aussagen äquivalent.

  1. ist ein diskreter Bewertungsring.
  2. ist ein Hauptidealbereich.
  3. ist faktoriell.
  4. ist normal.
  5. ist ein Hauptideal.

Beweis  

folgt direkt aus der Definition *****.

folgt aus Fakt *****.

folgt aus Fakt *****.

. Es sei , . Dann ist ein noetherscher lokaler Ring mit nur einem Primideal (nämlich ). Daher gibt es nach Fakt ***** ein mit . Zurückübersetzt nach heißt das, dass gilt. Wir wählen minimal mit den Eigenschaften

Wähle mit und betrachte

(es ist ). Das Inverse, also , gehört nicht zu , sonst wäre . Da nach Voraussetzung normal ist, ist auch nicht ganz über . Nach dem Modulkriterium Lemma 22.6 für die Ganzheit gilt insbesondere für das maximale Ideal die Beziehung

ist. Nach Wahl von ist aber auch

Daher ist ein Ideal in , das nicht im maximalen Ideal enthalten ist. Also ist . Das heißt einerseits und andererseits gilt für ein beliebiges die Beziehung , also , also und somit .

. Sei . Dann ist ein Primelement und zwar bis auf Assoziiertheit das einzige. Es sei , keine Einheit. Dann ist und daher . Dann ist eine Einheit oder . Im zweiten Fall ist wieder und .

Wir behaupten, dass man mit einem und einer Einheit schreiben kann. Andernfalls könnte man mit beliebig großem schreiben. Nach Fakt ***** gibt es ein mit . Bei ergibt sich und der Widerspruch .

Es lässt sich also jede Nichteinheit als Produkt einer Potenz des Primelements mit einer Einheit schreiben. Insbesondere ist faktoriell. Für ein beliebiges Ideal ist mit Einheiten . Dann sieht man leicht, dass ist mit .


Beispiel  Referenznummer erstellen

Es sei ein Körper, der Polynomring und die Lokalisierung am maximalen Ideal . Dann ist ein diskreter Bewertungsring. Die beiden einzigen Primideale von sind , und ein Hauptidealbereich liegt vor, da ja ein Hauptidealbereich ist. Da es nur ein maximales Ideal gibt, kann es bis auf Assoziiertheit auch nur ein Primelement geben, nämlich .



Beispiel  Referenznummer erstellen

Es sei eine Primzahl und sei die Lokalisierung am maximalen Ideal . Dann ist ein diskreter Bewertungsring. Die beiden einzigen Primideale von sind , und ein Hauptidealbereich liegt vor, da ja ein Hauptidealbereich ist. Da es nur ein maximales Ideal gibt, kann es bis auf Assoziiertheit auch nur ein Primelement geben, nämlich .



Beispiel  Referenznummer erstellen

Es sei ein Hauptidealbereich und ein maximales Ideal. Dieses ist ein Hauptideal und wird durch ein Primelement, sagen wir , erzeugt. Die Lokalisierung

ist nach Satz 16.3 ein lokaler Ring mit dem maximalen Ideal , das ebenfalls von erzeugt wird. Alle Primelemente , die nicht zu assoziiert sind, werden in der Lokalisierung zu Einheiten. Daher gibt es in der Lokalisierung bis auf Assoziiertheit genau ein Primelement, und somit liegt ein diskreter Bewertungsring vor. Für und eine Primzahl ist der Unterring der rationalen Zahlen, deren Nenner kein Vielfaches von sind.