序域
序域
序域(ordered field)是一种特殊的域,它是有序结构的域。一个域F,若在它的元素之间存在一个二元关系>,满足下述条件:1.对于任意a∈F,必有a=0或a>0或-a>0三者之一成立(0指F的零元);2.从a>0,b>0可导出a+b>0及ab>0,则称>是F的一个序,带有序>的域F称为序域,记以(F,>)。凡是能在其中规定序的域,就称为可序的,或称可序域。在实数域R和有理数域Q中,通常的大小关系就给出它们的一个序。因此R和Q都是可序域,而且,它们只能有这样给出的序。不过,并非所有的可序域都只有惟一的序。
基本介绍
设F是任意域;以0,1分别表示它的零元和乘法单位元。若-1不能表作F中的平方和,就称F为实域(或者形式实域)。常见的有理数域Q和实数域R,都是这个意义下的实域;但复数域C以及有限域,都不是实域。
对于F中任何子集P,今规定以下记法
定义1设P为F的子集,如果满足条件:
(1);
(2); (1)
(3),
则称P是F的一个正锥
当P是F的正锥时,从上述条件不难得知;以及对于任何,皆有。从F的正锥P,可以定出F中一个二元关系如下:
当且仅当 (2)
从(1)式可知应满足以下的条件:
(1);
(2) 对于任何二元素,必有,或者;
(3) 由和,得到; (3)
(4) 由和,得到;
(5) 由有;
(6) 由和,得到。
当与同时成立时,我们简记作。
如果以P记,则当且仅当。
我们称≤为P所定的序关系。一般而言,任何一个定义在F上,且满足(3)的二元关系≤,都可称作F的序关系。当给定了F的一个序关系≤,我们也可以反过来在F上定出正锥。令
容易验知,这个P满足(1)的条件,所以是个正锥;而且,由它所定的序关系,正是事先所给的≤。这个事实表明,域的正锥和序关系,二者是可以相转换的。因此我们说,正锥P或者序关系,给出F的一个序;而且我们迳用P同时表示正锥和由它给定的序(有时也用序关系的符号≤)。
一个在其中可以定出序的域,称作可序的,或者可序域,可序域一般可以有许多序,当我们特别取定F的某个序P时,就称F为序域,记以(F,P),或者(F,≤)。
相关概念与定理
在可序域中,不同的序之间,不存在集包含关系(作为正锥而言)。这是下述引理所指出的:
引理1设是F的两个序,若有,则应用。
命题1可序域必定是实域;可序域的特征只能是0。
为了进一步阐明可序域与实域的关系,现在再引进一个概念:
定义2设Q是F的一个子集。若有:
(1) ;
(2); (4)
(3);
则称Q是F的一个亚正锥,或者说,Q给出F的一个亚序。
以下为简便计,也迳称Q为F的亚序;此时又称为一个亚序域。从定义立即知道;并且,亚序域是实域,反之,当F是实域时,;此时;满足条件(4)。因此,是F的一个亚序,又按集包含关系,是最小的亚序,所以也称作F的弱亚序。实域,可以作为亚序域。
与序的情形不同,在实域的亚序之间,可以有集包含关系存在,今有:
引理2F中按集包含关系的极大亚序,就是F的一个序。
当F是实域时,它有弱亚序,通过Zorn引理的论断,F有极大亚序,再按上述引理,就得到:
命题2实域一定是可序的。
由命题1和2,即得:
定理1F成为实域,当且仅当F是个可序域。
引理2尚可作进一步的强化如下:
引理3设(F,Q)是个亚序域,。于是存在F的某个序P,使得有,以及。
我们称满足的序P为亚序域(F,Q)的一个序,从上述引理立即得到:
定理2对于亚序域(F,Q),等式
成立,其中P遍取(F,Q)所有的序。
由于实域F可作为亚序域,故有
推论(阿廷定理)对于实域F,等式
成立,其中P取遍F所有的序。
在序域(F,P)中,可以引入一些与通常相类似的概念,对于元素,今规定它的绝对值,如下
我们称为(F,P)中的正元素;为负元素。对于亚序域(F,Q),据定理2,元素属于(F,Q)的每个P。因此,可称它为(F,Q)的全正元。特别在F为实域时,它的全正元是属于每个正锥的非零元,此时阿廷定理可以陈述如下:实域F中的元素,成为F的全正元,当且仅当a可表示成F中的平方和。
最后还应指出,(6)的左边对于任何域都是有意义的。如果F不是实域,同时它有特征≠2,则任何都可以表如
由于F不是实域,应有,以此代入上式,得到a的一个平方和表式,即。
把序和亚序的概念推广到交换环上,现在设A是一个带有单位元素1的交换环;以记A中由所有的有限平方和所成的子集,与域的情形一样,我们称A中满足定义2的子集Q为A的一个亚正锥,或者迳称作A的亚序,当时,本身就是A的一个亚序。这个亚序也称作A的弱亚序,就环的情形而论,今有一个与引理2相类似的结论:
引理4对于A的任何一个给定的亚序,必然存在亚序Q,满足,以及
这里J是A的一个素理想。
根据这个引理,我们把满足上式的亚序称作交换环A的序;又称素理想J为序Q的支柱,记作。于是得到了:
命题3交换环A的任何一个亚序,都可以扩大成序,其支柱是A中的素理想
参考资料
最新修订时间:2023-05-21 16:28
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