Faktorring

In der Algebra bezeichnet man eine bestimmte Art von Ringen als Faktorring oder Quotientenring oder Restklassenring. Es handelt sich dabei um eine Verallgemeinerung der Restklassenringe ganzer Zahlen.

Definition

Ist RR ein Ring und II ein (beidseitiges) Ideal von RR, dann bildet die Menge RR/II = {a+II | a in RR} der Äquivalenzklassen modulo II mit folgenden Verknüpfungen einen Ring:
[a] + [b] := [a+b]
[a] · [b] := [a · b]
Dabei bezeichnet [a]=a+II={a+i | i aus I} die Äquivalenzklasse von a aus RR und +,· die Verknüpfungen von RR.
Diesen Ring nennt man den Faktorring RR modulo II oder Restklassenring oder Quotientenring. (Er hat jedoch nichts mit den Begriffen Quotientenkörper bzw. Totalquotientenring zu tun; diese sind Lokalisierungen.)

Beispiele

  • Die Menge nZn\Z aller ganzzahligen Vielfachen von nn ist ein Ideal in Z\Z, und der Faktorring Z/nZ\Z/n\Z ist der Restklassenring modulo nn.
  • Ist fR[X]f\in R[X] ein Polynom über einem Integritätsring RR, dann ist die Menge R[X]f=(f)R[X]\cdot f = (f) aller Polynom-Vielfachen von ff ein Ideal im Polynomring R[X]R[X], und R[X]/(f)={g+(f)gR[X]}R[X]/(f) = \{g + (f) | g \in R[X]\} ist der Faktorring R[X]R[X] modulo ff.
  • Betrachten wir das Polynom f=X2+1f = X^2+1 über dem Körper R\R der reellen Zahlen, so ist der Faktorring R[X]/(f)\R[X]/(f) isomorph zum Körper der komplexen Zahlen; die Äquivalenzklasse von XX entspricht dabei der imaginären Einheit i\mathrm{i}. Rechenbeispiele: Das Polynom X2X^2 liegt wegen X2=f1X^2 = f-1 in derselben Äquivalenzklasse modulo ff wie 1-1. Für das Produkt [X+1][X+2][X+1]\cdot [X+2] ermitteln wir [X+1][X+2]=[(X+1)(X+2)]=[X2+3X+2]=[3X+1][X+1]\cdot[X+2] = [(X+1)\cdot(X+2)] = [X^2+3X+2] = [3X+1]
  • Man erhält alle endlichen Körper als Faktorringe der Polynomringe über den Restklassenkörpern Fp=Z/pZ\Bbb F_p=\Z/p\Z.

Eigenschaften

Ist RR ein kommutativer Ring mit Einselement und II ein Primideal, dann ist RR/II ein Integritätsring.
Ist RR ein kommutativer Ring mit Einselement und II ein maximales Ideal, dann ist RR/II ein Körper.
Ist KK ein Körper und ff ein irreduzibles Polynom über KK, dann ist (f)(f) ein maximales Ideal in KK[T] und deshalb ist LL := KK[T]/(f)(f) ein Körper. Dieser Körper ist ein Oberkörper von KK, in dem ff eine Nullstelle hat (die Restklasse von T). Die Körpererweiterung LL/KK ist endlich und algebraisch, ihr Grad stimmt mit dem Grad von ff überein. Wiederholt man das Verfahren mit den über LL irreduziblen Teilern von ff, so erhält man schließlich einen Körper, in dem ff in Linearfaktoren zerfällt: Den Zerfällungskörper von ff.
 
 

Das entscheidende Kriterium ist Schönheit; für häßliche Mathematik ist auf dieser Welt kein beständiger Platz.

Godfrey Harold Hardy

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