Alle boeken

Professioneel

Apps Over Coach Inloggen Begin met lezen

Wiskunde · Begrippenlijst

Wat is euclidisch domein?

Ook bekend als: hoofdideaaldomein · uniek factorisatiedomein

Definitie 2.13 Universitaire wiskunde — Bachelor jaar 3 · Hoofdstuk 2 — Ringen en rekenkunde

Een integriteitsdomein AA heet:

  • euclidisch als er een afbeelding ν ⁣:A∖{0}→N\nu \colon A \setminus \{0\} \to \N bestaat (een euclidische functie) zodanig dat er voor alle a,ba, b met b≠0b \ne 0 een qq en een rr zijn met a=bq+ra = bq + r en (r=0r = 0 of ν(r)<ν(b)\nu(r) < \nu(b));
  • hoofdideaaldomein (een PID) als elk ideaal van de vorm (a)(a) is;
  • factorieel (een UFD) als elk element ≠0\neq 0 dat geen eenheid is, een product van irreducibele elementen is, op de volgorde en op associatie na uniek.
Deling bij de gehele getallen van Gauss: het exacte quotiënt a/b ∈ ℂ ligt op afstand ≤ √2/2 < 1 van een roosterpunt q ∈ ℤ[ ]; dan heeft r = a - bq de norm N(r) = N(b)\,|a/b - q|2 < N(b). Eén euclidische deling, en dus een hele rekenkunde.
Deling bij de gehele getallen van Gauss: het exacte quotiënt a/b∈Ca/b \in \C ligt op afstand ≤22<1\leq \frac{\sqrt2}{2} < 1 van een roosterpunt q∈Z[i]q \in \Z[\iu]; dan heeft r=a−bqr = a - bq de norm N(r)=N(b) ∣a/b−q∣2<N(b)N(r) = N(b)\,\abs{a/b - q}^2 < N(b). Eén euclidische deling, en dus een hele rekenkunde.

Voorbeelden

Voorbeeld 2.15

Z\Z (met ν=∣⋅∣\nu = \abs\cdot) en K[X]K[X] (met ν=deg⁡\nu = \deg) zijn euclidisch — het volume van bachelorjaar 2 bewees beide delingen. Ook Z[i]\Z[\iu] is het, met ν=N\nu = N de kwadratische norm (Oefening 2.4); de meetkunde achter het bewijs staat in de figuur hieronder. Een hoofdideaaldomein dat niet euclidisch is bestaat, maar is lastig te certificeren (het standaardvoorbeeld is Z[1+i192]\Z\bigl[\frac{1+\iu\sqrt{19}}2\bigr]); een UFD dat geen hoofdideaaldomein is, ligt voor het grijpen: K[X,Y]K[X, Y] (Oefening 2.6) of Z[X]\Z[X].

Voorbeeld 2.20 (Een ring zonder eenduidige ontbinding)

Geen van de implicaties euclidisch ⇒\Rightarrow hoofdideaaldomein ⇒\Rightarrow UFD is een gelijkwaardigheid, en het falen van de laatste is het waard om één keer helemaal uit te schrijven. In

A=Z[i5]={a+ib5:a,b∈Z},N(a+ib5)=a2+5b2,A = \Z[\iu\sqrt5] = \{a + \iu b\sqrt5 : a, b \in \Z\}, \qquad N(a + \iu b\sqrt5) = a^2 + 5b^2,

is de norm multiplicatief en geldt N(z)=1N(z) = 1 precies wanneer z∈A×={±1}z \in A^\times = \{\pm1\}. Beschouw

6=2⋅3=(1+i5)(1−i5).6 = 2 \cdot 3 = (1 + \iu\sqrt5)(1 - \iu\sqrt5).

Alle vier de factoren zijn irreducibel: hun normen zijn 4,9,6,64, 9, 6, 6, en een echte ontbinding z=z1z2z = z_1z_2 zou N(z1)∈{2,3}N(z_1) \in \{2, 3\} afdwingen — maar a2+5b2a^2 + 5b^2 is nooit 22 of 33 (b=0b = 0 laat de niet-kwadraten 2,32, 3 over; ∣b∣≥1\abs b \geq 1 geeft ≥5\geq 5). En toch is 22 met geen van beide 1±i51 \pm \iu\sqrt5 geassocieerd (normen 4≠64 \neq 6): twee werkelijk verschillende ontbindingen van 66 in irreducibele factoren. Gelijkwaardig: hier is irreducibel ≠\neq priem, want 22 deelt het product (1+i5)(1−i5)=6(1 + \iu\sqrt5)(1 - \iu\sqrt5) = 6 maar geen van beide factoren (opnieuw de normen). De ideaaltheoretische reparatie van dit falen — idealen ontbinden in plaats van elementen — is de geboorte van de algebraïsche getaltheorie; op ons niveau ijkt het voorbeeld hoe bijzonder de euclidische ringen Z\Z, K[X]K[X] en Z[i]\Z[\iu] van dit hoofdstuk werkelijk zijn.

Lees in het hoofdstuk →