Hauptideale und Hauptidealringe

Satz 81DD

Sei RR ein Ring, a∈Ra\in R ein Element. Dann ist
(a):={r⋅a∣r∈R} (a):=\{r\cdot a | r\in R\} (1)
ein Ideal, das von aa erzeugte Ideal.
Schreibweise: (a)=aR=Ra(a)=aR=Ra.
Ideale der Form (1) heißen Hauptideale. Ringe, die nur Hauptideale besitzen, heißen Hauptidealringe. Dies sind nach Körpern die einfachsten Ringe.

Beweis

(I1): r⋅a,s⋅a∈(a)⇒r⋅a+s⋅a=(r+s)⋅a∈(a)r\cdot a, s\cdot a\in (a)\quad\Rightarrow\quad r\cdot a+s\cdot a=(r+ s)\cdot a\in (a), (I2): r∈R,s⋅a∈(a)⇒r⋅(s⋅a)=(r⋅s)⋅a∈(a)r\in R, s\cdot a\in (a)\quad\Rightarrow\quad r\cdot(s\cdot a)=(r\cdot s)\cdot a\in (a). □\qed

Satz 81DE

Körper sind Hauptidealringe.

Beweis

Sei I⊂KI\subset K ein Ideal. Entweder ist I={0}=(0)I=\{0\}=(0), also ein Hauptideal, oder I≠{0} I\neq\{0\} ⇒∃λ∈I\Rightarrow\quad\exists\lambda\in I mit λ≠0 \lambda\neq0 ⇒∃λ−1∈K \Rightarrow\quad\exists\lambda^{-1}\in K mit λ−1⋅λ=1 \lambda^{-1}\cdot\lambda=1 ⇒1=λ−1⋅λ∈I \Rightarrow\quad1=\lambda^{-1}\cdot\lambda{\in}I\quad   (nach I2) ⇒K⊂I⊂K \Rightarrow\quad K\subset I\subset K ⇒I=K=(1) \Rightarrow\quad I=K=(1) ist auch ein Hauptideal. □\qed

Satz 81DF

Z\Z ist ein Hauptidealring.

Beweis

Sei I∈ZI\in\Z ein Ideal. Falls I=(0)I=(0) ist nichts zu zeigen. Sei also I≠(0)I\neq (0). Dann hat II positive Elemente, denn mit −s∈I-s\in I ist nach (I2) auch (−1)(−s)=s∈I(-1)(-s)=s\in I. Sei a∈Ia\in I das kleinste positive Element ≠0\neq 0 in II. Wir zeigen I=(a)={r⋅a ∣ r∈Z}I=(a)=\{r\cdot a\,|\,r\in \Z\}. "⊃\supset": Mit a∈Ia \in I ist auch r⋅a∈Ir\cdot a\in I (I2). "⊂\subset": Sei b∈Ib\in I beliebig. Wir müssen b∈(a)b\in (a), also b=s⋅ab=s\cdot a für ein s∈Rs\in R zeigen. Dazu berechnen wir die Division mit Rest von bb durch aa und erhalten s,r∈Zs, r\in\Z mit b=s⋅a+rb=s\cdot a+r (0≤r<a 0\le r<a). Daraus folgt r=b⎵∈I− sa⎵∈I∈I  r=\underbrace{b}_{\in I}-\,\underbrace{sa}_{\in I}\in I\, Da aber r<ar<a und aa die kleinste positive Zahl in II war, muss r=0r=0 sein, also b=s⋅a+0=s⋅a∈(a),b=s\cdot a+0=s\cdot a\in (a), also I=(a)I=(a) und Z\Z ist ein Hauptidealring. □\qed
 
 

Alles, was lediglich wahrscheinlich ist, ist wahrscheinlich falsch.

Rene Descartes

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