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剩余类理想

由以上四点可得到对一个模n剩余类环,求其所有子环和理想的一个方法。

思路:
第一,模n剩余类环对加法构成加群,根据群的定义,找出所有子群;
第三,对所有子群,根据环的定义,对乘法封闭,从所有子群里找出所有环;
第四,对所有子环,根据理想的定义,找出所有理想。

例题:找出模12的剩余类环的所有理想。

具体步骤:
第一步:
模12剩余类环所有元素的集合:
={[0],[1] ,[2] ,[3] ,[4] ,[5] ,[6] ,[7] ,[8] ,[9] ,[10] ,[11]}找其对加法构成加群的子群,并因为其对加法构成的子群是循环群,所以用生成元表示:
([0])={[0]};
([1])=([11])=
{[0],[1] ,[2] ,[3] ,[4] ,[5] ,[6] ,[7] ,[8] ,[9] ,[10] ,[11]}= ;
([2])=([10])={[0],[2],[4],[6],[8],[10]};
([3])=([9])={[0],[3],[6],[9]};
([4])=([8])={[0],[4],[8]};
([6])={[0],[6]};
第二步:
考虑对乘法的封闭性,求其子环:
([0])={[0]};
([1])=([11])=
{[0],[1] ,[2] ,[3] ,[4] ,[5] ,[6] ,[7] ,[8] ,[9] ,[10] ,[11]}= ; ([2])=([10])={[0],[2],[4],[6],[8],[10]};
([3])=([9])={[0],[3],[6],[9]};
([4])=([8])={[0],[4],[8]};
([6])={[0],[6]};
第三步:
根据理想的定义,对以上的子环,求其理想:
([0])= ([12])={[0]};
([1])=([11])=
{[0],[1] ,[2] ,[3] ,[4] ,[5] ,[6] ,[7] ,[8] ,[9] ,[10] ,[11]}= ; ([2])=([10])={[0],[2],[4],[6],[8],[10]};
([3])=([9])={[0],[3],[6],[9]};
([4])=([8])={[0],[4],[8]};
([6])=([6])={[0],[6]};
解答完毕。

通过观察以上的例子我们发现以下特点:
模12剩余类环的所有对加法构成的子群,等于所有子环,等于所有理想;
所有的子群(对加法)是循环群,所有的理想是主理想;
第一列的所有生成元都是12的因子;
第二列的所有生成元可表示为[12-],其中为12所有的因子. 于是我们有以下结论:
模n剩余类环的所有子群(对加法)是循环子群,所有理想是主理想,并且它们都可由n的所有因子作为生成元生成的(或者由n与其所有因子的差作为生成元生成),它们的个数都为n的欧拉数。

特别地,当n是素数时,只有零理想和单位理想。

命题1模n剩余类环的所有子群(对加法)是循环子群;
这是显然的,因为模n剩余类环本身对加法构成循环群,而循环群的子群是循环群。

得证。

命题2模n剩余类环的所有理想是主理想;
对上面的所有循环子群(对加法),([i]),
根据理想的定义,[a];[b],[c]([i]);有:
[b]-[c]=[b-c]([i]);
[a][b]=[ab]= ([i]),同理:[b][a]([i]);
所以([i])做为一个理想,显然([i])是个主理想,记为。

由命题二的证明过程我们得知:所有循环子群(对加法)加上乘法都是模n剩余类环的主理想。

命题3模n剩余类环的所有循环子群可由n的所有因子作为生成元生成的(或者由n与其所有因子的差作为生成元生成),它们的个数都为n的欧拉数。

设:n的所有因子为,,,…,,…;为n的因子。

任意取一循环子群由[a]生成(0<a<n,a Z);
设d=(a,n);既d是n的因子不妨设为,则a=, n=(,Z, <),且(,)=1,则a的阶为,又a([]),推出([a])=([]),即该循环子群等价于n的一因子作为生成元生成。

综上所述,命题成立。

所以有以下结论:
模n剩余类环的所有理想是主理想,并且它们都可由n的所有因子作为生成元生成的(或者由n与其所有因子的差作为生成元生成),它们的个数都为n的欧拉数。

推论:当n是素数时,模n剩余类环只有零理想和单位理想。

例题1:找出模18的剩余类环的所有理想。

解:
18的因子:1,2,3,6,9,18;
由上述结论知:所有理想为:([0]),([1]),([2]),([3]),([6]),([9])。

(注:通常([n])用([0])代替,二者等价)
例题2:找出模7的剩余类环的所有理想。

解:
7是素数,由推论知:所有理想为:([0]),([1])。

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