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剩余类环(residue class ring)是有理整数环的剩余类环Z/mZ的推广。设{F,S}为普通算术域,且F对S中每一赋值的剩余类域均为有限域,设O为F的S整数环,A,B为O的理想,记N(A)=#(O/A),称为A的范数,它是积性的,O/A有许多类似于Z/mZ的性质:
1. bx≡c(mod A)有解当且仅当(b,A)除尽c,且模A/(b,A)解惟一(式中b,c,x∈O);
2. 以Φ(A)记环O/A中单位元个数,若(A,B)=1,则Φ(AB)=Φ(A)Φ(B),且Φ(A)=N(A)∏(1-1/N(p)),式中p|A过素理想∑Φ(B)=N(A),式中B|A过理想;3.若b∈O,(b,A)=1,则bΦ(A)≡1(mod A) 。
定义
设A是环R的一个理想,若把A,R看作加群,这样A是R的一个不变子群,且由A的陪集a+A=[a],b+ A=[b],..作成R的一个分类,这些类叫做模A的剩余类。而所有这些类组成的集作成一个环,叫做模A的剩余类环,记作R/A。
比如,(n)是Z的一个理想,由(n)的陪集0+(n)=[0],1+(n)=[1],2+(n)=[2],...,n-1+(n)= [n-1]作成Z的一个分类,且集合{[0],[1],...,[n-1]}作成一个剩余类环Z/(n),也就是Zn。可见,一般的剩余类环是模n的剩余类环Zn的推广 。
实例分析
现在我们将给出剩余类环这个重要概念的另一个实例。令F是一个实数域,并且考虑环F[x]中的理想n= (x2+1),如果f(x)是F[x] 的任意元素,那么由除法变换我们有:f(x)=g(x)(x2+1)+a+bx,此处a和b都是实数,因此,对模n的每一个剩余类所包含的是零或者至多是一次的多项式,而且a+bx和c+dx在不同的剩余类中,除非是a=c和b=d,因为除了在这种情况下,a+bx≡c+dx(n)是不可能的,这样F[x}/n的不同元素的确就是剩余类
由F[x]/n中加法和乘法的定义,我们看到
和
上面的第一式是明显的,而第二式由观察式:(a+bx)(c+dx)=ac-bd+(ad+bc)x+bd(x2+1),所以(a+bx)(c+dx)=(ac-bd)+(ad+bc)x(n),读者必须注意这些公式与复数的加法和乘法的普通规则的相似性——事实上,环F[x]/(x2+ 1) 就是复数域,除了使用的符号以外,实质上是相同的。
另外一个实例可能是有趣的,令 是一个整数环,而m是多项式环 中的理想(2,x2+x+1),利用前面例子的论证,以x2+x+1代替x2+1,可以看出,对模m的任一个剩余类包含一个形如a+bx的元素,现在此处a和b都是整数,然而在这种情况下,m包含整数2,因而每一个整数对模m的同余不是0就是1,因此刚好有4个剩余类,就是
而且因为x(x+1)=1+(x2+x+1)-2≡1(m),我们看到
所以 的每一个非零元素有一个逆元,因此 是一个域,这就是我们的第一个有限域的实例,它不是 的形式,此处p是一个素数,事实上,可以证明,虽然我们省略这个证明,那就是对于适当选择的理想m,则任何有限域都可以象剩余类环 一样而得到。