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Idempotente (teoría del anillo)

En la teoría de anillos , una rama de las matemáticas , un elemento idempotente o simplemente idempotente de un anillo es un elemento a tal que a 2 = a . [1] [a] Es decir, el elemento es idempotente bajo la multiplicación del anillo. Entonces, inductivamente también se puede concluir que a = a 2 = a 3 = a 4 = ... = a n para cualquier entero positivo n . Por ejemplo, un elemento idempotente de un anillo matricial es precisamente una matriz idempotente .

Para los anillos generales, los elementos idempotentes bajo multiplicación están involucrados en descomposiciones de módulos y están conectados a propiedades homológicas del anillo. En álgebra de Boole , los principales objetos de estudio son los anillos en los que todos los elementos son idempotentes tanto en la suma como en la multiplicación.

Ejemplos

Cocientes de Z

Se puede considerar el anillo de números enteros módulo n , donde n no tiene cuadrados . Según el teorema del resto chino , este anillo se factoriza en el producto de anillos de números enteros módulo  p , donde p es primo . Ahora bien, cada uno de estos factores es un campo , por lo que está claro que los únicos idempotentes de los factores serán 0 y 1 . Es decir, cada factor tiene dos idempotentes. Entonces, si hay m factores, habrá 2 m idempotentes.

Podemos comprobar esto para los números enteros mod 6 , R = Z / 6 Z. Dado que 6 tiene dos factores primos ( 2 y 3 ), debería tener 2 2 idempotentes.

0 2 ≡ 0 ≡ 0 (mod 6)
1 2 ≡ 1 ≡ 1 (mod 6)
2 2 ≡ 4 ≡ 4 (mod 6)
3 2 ≡ 9 ≡ 3 (mod 6)
4 2 ≡ 16 ≡ 4 (mod 6)
5 2 ≡ 25 ≡ 1 (mod 6)

A partir de estos cálculos, 0 , 1 , 3 y 4 son idempotentes de este anillo, mientras que 2 y 5 no lo son. Esto también demuestra las propiedades de descomposición que se describen a continuación: debido a que 3 + 4 ≡ 1 (mod 6) , hay una descomposición del anillo 3 Z / 6 Z ⊕ 4 Z / 6 Z . En 3 Z /6 Z la identidad multiplicativa es 3 + 6 Z y en 4 Z /6 Z la identidad multiplicativa es 4 + 6 Z.

Cociente de anillo polinomial

Dado un anillo R y un elemento fR tal que f 2 ≠ 0 , el anillo cociente

R / ( F 2 - F )

tiene el idempotente f . Por ejemplo, esto podría aplicarse a xZ [ x ] , o cualquier polinomio fk [ x 1 , ..., x n ] .

Idempotentes en anillos de cuaterniones divididos

Hay un hiperboloide de idempotentes en el anillo del cuaternión dividido . [ cita necesaria ]

Tipos de anillos idempotentes

Una lista parcial de tipos importantes de idempotentes incluye:

Cualquier idempotente no trivial a es un divisor de cero (porque ab = 0 sin que a ni b sean cero, donde b = 1 − a ). Esto muestra que los dominios integrales y los anillos de división no tienen tales idempotentes. Los anillos locales tampoco tienen tales idempotentes, pero por una razón diferente. El único idempotente contenido en el radical de Jacobson de un anillo es 0 .

Anillos caracterizados por idempotentes.

Papel en las descomposiciones

Los idempotentes de R tienen una conexión importante con la descomposición de los módulos R. Si M es un R -módulo y E = End R ( M ) es su anillo de endomorfismos , entonces AB = M si y sólo si hay una única e idempotente en E tal que A = eM y B = (1 − mi ) M . Claramente entonces, M es directamente indescomponible si y sólo si 0 y 1 son los únicos idempotentes en E. [2]

En el caso en que M = R (se supone unital), el anillo de endomorfismo End R ( R ) = R , donde cada endomorfismo surge como multiplicación por la izquierda por un elemento de anillo fijo. Con esta modificación de notación, AB = R como módulos derechos si y solo si existe un idempotente único e tal que eR = A y (1 − e ) R = B . Por tanto, toda suma directa de R es generada por un idempotente.

Si a es un idempotente central, entonces el anillo de la esquina aRa = Ra es un anillo con identidad multiplicativa a . Así como los idempotentes determinan las descomposiciones directas de R como módulo, los idempotentes centrales de R determinan las descomposiciones de R como suma directa de anillos. Si R es la suma directa de los anillos R 1 , ..., R n , entonces los elementos identidad de los anillos R i son idempotentes centrales en R , ortogonales por pares, y su suma es 1 . Por el contrario, dados idempotentes centrales a 1 , ..., an en R que son ortogonales por pares y tienen suma 1 , entonces R es la suma directa de los anillos Ra 1 , ..., Ra n . Entonces, en particular, cada idempotente central a en R da lugar a una descomposición de R como una suma directa de los anillos de las esquinas aRa y (1 − a ) R (1 − a ) . Como resultado, un anillo R es directamente indescomponible como anillo si y sólo si la identidad 1 es centralmente primitiva.

Trabajando inductivamente, se puede intentar descomponer 1 en una suma de elementos centralmente primitivos. Si 1 es centralmente primitivo, hemos terminado. Si no, es una suma de idempotentes ortogonales centrales, que a su vez son primitivos o sumas de más idempotentes centrales, y así sucesivamente. El problema que puede ocurrir es que esto continúe sin fin, produciendo una familia infinita de idempotentes ortogonales centrales. La condición " R no contiene conjuntos infinitos de idempotentes ortogonales centrales " es un tipo de condición de finitud en el anillo. Se puede conseguir de muchas maneras, como por ejemplo exigiendo que el anillo sea correcto noetheriano . Si existe una descomposición R = c 1 Rc 2 R ⊕ ... ⊕ c n R con cada c i un idempotente centralmente primitivo, entonces R es una suma directa de los anillos de las esquinas c i Rc i , cada uno de los cuales es un anillo irreducible. [3]

Para álgebras asociativas o álgebras de Jordan sobre un campo, la descomposición de Peirce es una descomposición de un álgebra como una suma de espacios propios de elementos idempotentes conmutantes.

Relación con las involuciones

Si a es un idempotente del anillo de endomorfismo End R ( M ) , entonces el endomorfismo f = 1 − 2 a es una involución del módulo R de M . Es decir, f es un homomorfismo de módulo R tal que f 2 es el endomorfismo identidad de M.

Un elemento idempotente a de R y su involución asociada f da lugar a dos involuciones del módulo R , dependiendo de si se ve a R como un módulo izquierdo o derecho. Si r representa un elemento arbitrario de R , f puede verse como un homomorfismo de módulo R derecho rfr de modo que ffr = r , o f también puede verse como un homomorfismo de módulo R izquierdo rrf , donde rff = r .

Este proceso se puede revertir si 2 es un elemento invertible de R : [b] si b es una involución, entonces 2 −1 (1 − b ) y 2 −1 (1 + b ) son idempotentes ortogonales, correspondientes a a y 1. − un . Así, para un anillo en el que 2 es invertible, los elementos idempotentes corresponden a involuciones de manera uno a uno.

Categoría de módulos R

La eliminación de los idempotentes también tiene consecuencias importantes para la categoría de módulos R. Todos los idempotentes elevan el módulo I si y solo si cada R sumando directo de R / I tiene una cobertura proyectiva como R -módulo. [4] Los idempotentes siempre levantan ideales y anillos de módulo nulo para los cuales R es I -ádicamente completo .

La elevación es más importante cuando I = J( R ) , el radical de Jacobson de R. Otra caracterización más de los anillos semiperfectos es que son anillos semilocales cuyos idempotentes elevan el módulo J( R ) . [5]

Red de idempotentes

Se puede definir un orden parcial en los idempotentes de un anillo de la siguiente manera: si a y b son idempotentes, escribimos ab si y sólo si ab = ba = a . Con respecto a este orden, 0 es el idempotente más pequeño y 1 el más grande. Para idempotentes ortogonales a y b , a + b también es idempotente, y tenemos aa + b y ba + b . Los átomos de este orden parcial son precisamente los idempotentes primitivos. [6]

Cuando el orden parcial anterior se restringe a los idempotentes centrales de R , se puede dar una estructura reticular , o incluso una estructura de álgebra booleana . Para dos idempotentes centrales e y f , el complemento viene dado por

¬ mi = 1 − mi ,

el encuentro esta dado por

mif = ref .

y la unión está dada por

mif = ¬(¬ mi ∧ ¬ f ) = mi + fef

El orden ahora se vuelve simplemente ef si y solo si eRf R , y la unión y el encuentro satisfacen ( ef ) R = eR + f R y ( ef ) R = eRf R = ( eR ) ( f R ) . Se muestra en Goodearl 1991, p. 99 que si R es regular de von Neumann y autoinyectivo derecho , entonces la red es una red completa .

Notas

  1. ^ Benjamin Peirce introdujo los idempotentes y los nilpotentes en 1870.
  2. ^ Los anillos en los que 2 no es invertible no son difíciles de encontrar. El elemento 2 no es invertible en ningún anillo de característica 2 , que incluya anillos booleanos . [ se necesita aclaración ]

Citas

  1. ^ Hazewinkel, Gubareni y Kirichenko 2004, pág. 2
  2. ^ Anderson y Fuller 1992, pág. 69–72
  3. ^ Lam 2001, pag. 326
  4. ^ Anderson y Fuller 1992, pág. 302
  5. ^ Lam 2001, pag. 336
  6. ^ Lam 2001, pag. 323

Referencias