商环

在环论中，商环（或称剩余类环）是环对一个理想的商结构。

定义

设${\displaystyle R}$为一环，${\displaystyle I\subset R}$为一双边理想。定义下述等价关系

${\displaystyle x\sim y\iff x-y\in I}$

令${\displaystyle R/I}$为其等价类的集合，其中的元素记作${\displaystyle a+I}$，其中${\displaystyle a}$是该元素在${\displaystyle R}$上任一代表元。我们可以在${\displaystyle R/I}$上定义环结构：

${\displaystyle (a+I)+(b+I)=(a+b)+I}$

${\displaystyle (a+I)\cdot (b+I)=ab+I}$

以上运算是明确定义的（在第二式中须用到${\displaystyle I}$是双边理想）。集合${\displaystyle R/I}$配合上述运算称作${\displaystyle R}$对${\displaystyle I}$的商环。根据定义，商映射${\displaystyle R\rightarrow R/I,a\mapsto a+I}$是满的环同态，${\displaystyle I}$为此同态的核。

如果${\displaystyle R}$含单位元${\displaystyle 1}$，则${\displaystyle 1+I}$是${\displaystyle R/I}$的单位元。

注：若条件弱化为${\displaystyle I}$是左（或右）理想，上述两式仍可赋予集合${\displaystyle R/I}$左（或右）${\displaystyle R}$-模结构。

例子

• 最平凡的例子是${\displaystyle I=(0),I=R}$，此时分别得到${\displaystyle R/(0)=R,R/R=(0)}$。
• 取${\displaystyle R=\mathbb {Z} ,I=n\mathbb {Z} }$，商环${\displaystyle \mathbb {Z} /n\mathbb {Z} }$可视为模运算的代数框架，其中的元素即模${\displaystyle n}$的剩余类。
• 商环是构造代数扩张的主要工具。例如取实系数多项式环${\displaystyle R=\mathbb {R} [X]}$，${\displaystyle I=(X^{2}+1)\mathbb {R} [X]}$，则商环${\displaystyle \mathbb {R} [X]/(X^{2}+1)}$与复数域${\displaystyle \mathbb {C} }$同构（考虑映射${\displaystyle f(X)+(X^{2}+1)\mapsto f(i)}$）。一般而言，设${\displaystyle F}$为一个域，${\displaystyle p(X)\in F[X]}$为${\displaystyle F}$上的不可约多项式，则商环${\displaystyle F[X]/p(X)}$的意义在于抽象地在${\displaystyle F}$上加进${\displaystyle p(X)}$的一个根。

性质

商环由下述泛性质唯一决定（至多差一个同构）：

设${\displaystyle \pi :R\rightarrow R/I}$为商同态；对任何环同态${\displaystyle \phi :R\rightarrow S}$，若 ${\displaystyle \mathrm {Ker} (\phi )\supset I}$，则存在唯一的同态${\displaystyle \psi :R/I\rightarrow S}$，使得${\displaystyle \psi \circ \pi =\phi }$。

事实上，若更设${\displaystyle \mathrm {Ker} (\phi )=(0)}$，则${\displaystyle \psi :R/I\rightarrow S}$是单射。准此，${\displaystyle R}$的同态像无非是${\displaystyle R}$的商环。

理想的性质常与其商环相关，例如当${\displaystyle R}$是交换含幺环时，${\displaystyle I}$是素理想（或极大理想）当且仅当${\displaystyle R/I}$是整环（或域）；${\displaystyle R}$中包含${\displaystyle I}$的理想一一对应于${\displaystyle R/I}$中的所有理想，此对应由商映射的逆像给出。

文献

• Serge Lang, Algebra（2002）, Springer-Verlag. ISBN 0-387-95385-X