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Ideal (Ringtheorie)

Dieser Text beschreibt Ideal (Ringtheorie).


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Ideal (Ringtheorie) Artikel

In der abstrakten Algebra ist ein Ideal eines Ringes R eine Teilmenge I, die abgeschlossen bezüglich R-Linearkombinationen ist.

Die Nennung "Ideal" ist abgeleitet aus dem Begriff "ideale Zahl": Ideale wurden als Verallgemeinerung von Zahlen angesehen. Mehr dazu in dem Abschnitt "Ideale Zahlen".

Inhaltsverzeichnis
Buch-Tipp: Bildung auf Finnisch. Anspruch - Wirklichkeit - Ideal - nach PISA . . . interessant, leicht lesbar, praxisrelevant und empirisch Ich bin auf das Buch durch positive Berichte u. a. in der Süddeutschen Zeitung und in dem Münchner Merkur aufmerksam geworden. Ich kann dem vorherigen Rezensenten nicht recht geben, die Befunde des Buches sind durchaus empirisch gestützt durch Interviews mit finnischen Bildungsexperten....

Definition

Um auch für nicht-Kommutative Ringe geeignete Begriffe zu haben, unterscheiden wir zwischen Linksidealen, Rechtsidealen und beidseitigen Idealen.

Eine Teilmenge I eines Ringes R heißt Linksideal, wenn

1: Die Null des Ringes liegt in I
2: Für alle a,b in I liegt a-b in I
3L: Für jedes a in I und r in R liegt ra in I

Eine Teilmenge I eines Ringes R heißt Rechtsideal, wenn neben 1 und 2 auch gilt

3R: Für jedes a in I und r in R liegt ar in I

Eine Teilmenge I eines Ringes R heißt beidseitiges Ideal, wenn sie Linksideal und Rechtsideal ist, also 1, 2, 3L und 3R erfüllt. Der Ausdruck Ideal genannt meist ein beidseitiges Ideal.

Ist der Ring kommutativ, dann fallen diese drei Begriffe zusammen. In einem nichtkommutativen Ring können sie sich aber unterscheiden.

Buch-Tipp: Blutopfer. Black Dagger 02 Ein wahnsinn Auch der zweite Teil der Reihe um die Bruderschaft der Black Dagger hat mich voll und ganz in seinen Bann gezogen. Es ist eine Geschichte die sich schnell und leicht liest. In diesem Teil dreht sich alles um Wrath und Beth.

Beispiele

  • Die Menge 2Z der geraden ganzen Zahlen ist ein Ideal in dem Ring Z aller ganzen Zahlen
  • Die Menge aller Polynome mit reellen Koeffizienten, die durch X2+1 teilbar sind, bilden ein Ideal in dem Polynomring R[X]
  • Der Ring C(R) aller stetigen Funktionen von R nach R enthält das Ideal der Funktionen f mit f(1) = 0. Ein anderes Ideal in C(R) sind die stetigen Funktionen mit kompaktem Träger, d.h. alle Funktionen, die für hinreichend große Argumente gleich 0 sind
  • Die Mengen {0} und R sind immer Ideale eines Rings R. Ist der Ring R kommutativ, dann ist er exakt dann ein Körper, wenn {0} und R seine einzigen Ideale sind.
Buch-Tipp: Brigitte Ideal-Diät (Mosaik) Es funktioniert tatsächlich, sogar bei gefräßigen Leuten. . . Zu dem Glück ändern sich die Zeiten. Ich war ja zuerst mehr als skeptisch, nach dem ich auf dem Flohmarkt die in den 70ern oder 80ern erschienenen "Brigitte-Diät"-Bücher von Helga Köster erworben hatte: riesen Fleischportionen, Süßstoffe und die Verbreitung des altbekannten Klischees,...

Merkmale

Da ein Ideal I die 0 enthält, ist es nichtleer. Tatsächlich kann man Bedingung 1 in die Forderung umwandeln, dass I nicht leer ist.

Jedes einseitige Ideal ist eine Untergruppe der additiven Gruppe (R, +). Die Umkehrung gilt nicht, z.B. ist Z eine additive Untergruppe von R, aber kein Ideal.

Jedes beidseitige Ideal ist ein Unterring von R. Auch hier gilt die Umkehrung nicht.

Der Ring R kann als Linksmodul über R aufgefasst werden, und die Linksideale in R sind dann exakt die Untermoduln des Moduls R. Analog sind die Rechtsideale exakt die Untermoduln des R-Rechtsmoduls R und die beidseitigen Ideale exakt die Untermoduln des R-Bimoduls R. Ist der Ring R kommutativ, dann fallen diese drei Modul-Typen zusammen, exakt wie die drei Ideal-Typen.

Buch-Tipp: Bruderkrieg Unter der schönen Oberfläche lauert eine Bestie Nachdem der Vampirkönig Warth seine bessere Hälfte Beth gefunden hat, geht es nun um den "schönsten" Vampir der Black Dagger. Rhage wird nicht umsonst Hollywood genannt. Die Autorin beschreibt ihn, als bestechend schön und nicht ca. sie. Auch die Hauptprotagonisten sehen in ihm, den Mann (oder...

Arten von Idealen

Die ersten beiden genannten Beispiele sind Hauptideale. Das von einem Element a erzeugte Haupt(-links-)ideal ist Ra := {ra : r in R}. Das rechtsseitige Hauptideal aR ist analog definiert. Ist der Ring kommutativ, stimmen Ra und aR überein (und bilden ein beidseitiges Ideal); im Fall schreibt man das Hauptideal häufig als <a> oder (a).

Ein Ideal I heißt echtes Ideal, wenn es nicht ganz R ist; dies ist exakt dann der Fall, wenn das Einselement 1 nicht in I liegt.

Ein Ideal I heißt maximales Ideal, wenn es das einzige echte Ideal ist, im es enthalten ist, d.h. wenn gilt

Ideal (Ringtheorie) Beschreibung

Mit Hilfe des Lemma von Zorn kann gezeigt werden, dass jedes echte Ideal eines Rings mit 1 in einem maximalen Ideal enthalten ist. Insbesondere besitzt jeder Ring mit 1 ein maximales Ideal.

Ein echtes Ideal heißt Primideal, wenn es folgendes Merkmal hat: Für alle a und b aus R mit ab in I gilt, dass a in I oder b in I liegt (oder beide). Jedes maximale Ideal ist prim.

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Faktorringe und Kerne

Ideale sind wichtig, weil sie als Kerne von Ringhomomorphismen auftreten und die Definition von Faktorringen ermöglichen.

Ein Ringhomomorphismus f vom Ring R in den Ring S ist eine Funktion mit

f(a+b) = f(a) + f(b), f(ab) = f(a) f(b), f(1) = 1.

Der Kern von f ist definiert als

ker(f) := {a in R : f(a) = 0}.

Der Kern ist immer ein beidseitiges Ideal von R.

Startet man umgekehrt mit einem beidseitigen Ideal I von R, dann kann man den Faktorring R/I (sprich: "R modulo I") definieren, dessen Elemente die Form

a + I := {a+i : i in I}

für ein a aus R haben. Die Abbildung

p: R -> R/I, p(a) = a + I

ist ein surjektiver Ringhomomorphismus, dessen Kern exakt das Ideal I ist. Damit sind die Ideale eines Rings R exakt die Kerne von Ringhomomorphismen von R.

Ist der Ring R kommutativ und I ein Primideal, dann ist R/I ein Integritätsring, ist I ein maximales Ideal, dann ist R/I sogar ein Körper.

Die extremsten Beispiele von Faktorringen eines Ringes R entstehen durch Herausteilen der Ideale {0} oder R. Der Faktorring R/{0} ist isomorph zu R, und R/R ist der triviale Ring {0}.

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Verknüpfung von Idealen

Die Summe zweier Ideale I und J ist definiert als die Menge aller Summen mit Summanden aus I und J:

I + J := {i+j : i in I, j in J}

Ist A eine Teilmenge des Rings R, dann bezeichnet man mit <A> oder (A) das kleinste Ideal in R, das A enthält und bezeichnet es das von A erzeugte Ideal. Es besteht als allen endlichen Summen der Form

r1a1s1 + ··· + rnansn

wobei die ri und si in R und die ai in A liegen. Das von a erzeugte Hauptideal ist der Spezialfall einer einelementigen Menge A = {a}.

Das Produkt zweier Ideale I und J ist definiert als das von der Menge aller Produkte aus I und J erzeugte Ideal:

IJ := <{ij : i in I, j in J}>

Die Menge aller Produkte ist in dem allgemeinen kein Ideal.

Mit den Verknüpfungen Summe und Durchschnitt bildet die Menge aller Ideale eines Ringes einen Verband.

Einige wichtiges Merkmalen dieser Verknüpfungen werden in den Noetherschen Isomorphiesätzen zusammengefasst.

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"Ideale Zahlen"

Die Nennung "Ideal" ist eine Ableitung von "ideale Zahl". Ideale wurden als Verallgemeinerung von Zahlen angesehen. In den ganzen Zahlen Z kann jedes Ideal mit einer (bis auf das Vorzeichen eindeutig bestimmten) Zahl identifiziert werden. Zahlen und Ideale sind in Z also fast identisch (wie in jedem Hauptidealring), und bei Behandlungen der Teilbarkeit entfällt auch dieser Unterschied. In anderen Ringen verallgemeinern Ideale bestimmtes Merkmalen von Zahlen. Zu dem Beispiel behandelt man Primideale anstelle von Primelementen, definiert teilerfremde Ideale und beweist eine Version des chinesischen Restsatzes für Ideale. In bestimmten Ringen, die in der Zahlentheorie wichtig sind, den so genannten Dedekindringen , erhält man sogar eine Version des Fundamentalsatzes der Arithmetik: In diesen Ringen kann jedes vom Nullideal verschiedene Ideal eindeutig als Produkt von Primidealen geschrieben werden.

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