Integritätsbereich

Ein Integritätsring oder Integritätsbereich ist ein nullteilerfreier kommutativer Ring mit 101\neq 0. Integritätsringe sind Verallgemeinerungen der ganzen Zahlen und bilden den allgemeinsten Rahmen für die Untersuchung von Teilbarkeiten.
Alternativ kann man einen Integritätsring definieren als einen kommutativen Ring mit 1, in dem das Nullideal {0} ein Primideal ist, oder als einen Teilring eines Körpers.
 
 

Beispiele

Das bekannteste Beispiel ist der Ring Z\Z der ganzen Zahlen.
Jeder Körper ist ein Integritätsring. Umgekehrt ist jeder artinsche Integritätsring ein Körper. Insbesondere ist jeder endliche Integritätsring ein endlicher Körper.
Ein Polynomring ist ein Integritätsring, wenn die Koeffizienten aus einem Integritätsring stammen. Zum Beispiel ist der Ring Z[X]\Z[X] der Polynome mit ganzzahligen Koeffizienten ein Integritätsring, ebenso wie der Ring R[X,Y]\R[X,Y] der reellen Polynome in zwei Variablen.
Der Ring aller reellen Zahlen der Form aa+bbv2 mit ganzen Zahlen aa,bb ist ein Integritätsring, da er Teilring von R\R ist.
Ist UCU\subseteq\Bbb C ein Gebiet (eine zusammenhängende offene Teilmenge) in den komplexen Zahlen, dann ist der Ring H(U)H(U) der homomorphen Funktionen f:UCf:U\to\Bbb C ein Integritätsring.
Ist RR ein kommutativer Ring und PP ein Primideal in RR, dann ist der Faktorring R/PR/P ein Integritätsring.
Der Restklassenring Z/nZ\Z/n\Z ist genau dann ein Integritätsring, wenn nn eine Primzahl ist.

Teilbarkeit, Primelemente, Irreduzibilität

Sind aa und bb Elemente des Integritätsrings RR, dann sagt man aa teilt bb oder aa ist ein Teiler von bb oder bb ist ein Vielfaches von aa, wenn es ein Element xx in RR gibt, so dass ax=bax=b. Man schreibt dann aba | b.
  • Gilt aba | b und bcb | c, dann folgt daraus aca | c.
  • Gilt aba | b, dann gilt auch abca | bc für jedes cc aus RR, insbesondere auch aba | -b.
  • Gilt aba | b und aca | c, dann gilt auch ab+ca | b+c und abca | b-c.
Gilt aa | bb und bb | aa, dann heißen aa und bb zueinander assoziiert. aa und bb sind genau dann assoziiert, wenn es eine Einheit uu gibt, so dass au=bb.
Ist qq keine Einheit, dann heißt qq irreduzibel, falls qq nicht als Produkt zweier Nicht-Einheiten darstellbar ist, falls also aus qq=ab folgt: aRa \in R^* oder bRb \in R^*.
Ist pp eine Nicht-Einheit ungleich 0, dann heißt pp prim (oder Primelement), falls gilt: Aus pp | ab folgt pp | aa oder pp | bb.
Ist pp ein Primelement von RR, dann ist das Hauptideal (pp) ein Primideal.
Jedes Primelement ist irreduzibel (für diese Aussage wird die Nullteilerfreiheit des Rings benötigt), aber nicht immer ist jedes irreduzible Element prim (z.B. im Ring Z[3]\Z[\sqrt{-3}] sind 2, 1+31+\sqrt{-3} und 131-\sqrt{-3} irreduzibel aber nicht prim). In faktoriellen Ringen (engl. unique factorization domain, UFD) ist dagegen jedes irreduzible Element prim.
Der Begriff des Primelements verallgemeinert den Begriff der Primzahl. Primzahlen werden üblicherweise als irreduzible Elemente von Z definiert, was aber nichts ausmacht, da in Z jedes irreduzible Element prim ist.
siehe auch: Teilbarkeit

Quotientenkörper

Ist RR ein Integritätsring, dann existiert ein kleinster Körper Quot(R)\operatorname{Quot}(R), der RR als Teilring enthält. Quot(R)\operatorname{Quot}(R) ist bis auf Isomorphie eindeutig bestimmt und heißt Quotientenkörper von RR. Seine Elemente haben die Form a/ba/b mit aa,bb in RR, bb ungleich 0.
Der Quotientenkörper des Rings der ganzen Zahlen ist der Körper der rationalen Zahlen. Der Quotientenkörper eines Körpers ist der Körper selbst.
Quotientenkörper kann man über Lokalisierungen an RR ohne 0 konstruieren.
Abstrakt definiert man Quotientenkörper durch folgende universelle Eigenschaft: Ein Quotientenkörper ist ein Paar (K,φ)(K,\phi), wobei φ\phi ein Ringhomomorphismus von RR nach KK ist mit der Eigenschaft: Für jeden Körper LL und Ringhomomorphismus ψ:RL\psi:R\to L, gibt es genau einen Körperhomomorphismus α:KL\alpha:K\to L mit ψ(x)=α(φ(x))\psi(x)=\alpha(\phi(x)) für alle xx aus R\R.

Charakteristik

Die Charakteristik eines Integritätsrings ist entweder 0 oder eine Primzahl.
Ist RR ein Integritätsring mit der Primzahl-Charakteristik pp, dann ist die Abbildung f:RRf:R\to R, xxpx\mapsto x^p ein injektiver Ringhomomorphismus und heißt Frobeniushomomorphismus.

Die Logik ist die Hygiene, deren sich der Mathematiker bedient, um seine Gedanken gesund und kräftig zu erhalten.

Hermann Weyl

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