جبرِ فضا و هندسهی ایدهآلها: واکاوی صفحات ۲۵ تا ۲۹
ای طالبِ معرفت، اگر در گامهای پیشین با تعریف فضای آفین و صفرهای چندجملهایها آشنا شدی، اینک در این اوراقِ نویافته (صفحات ۲۵ تا ۲۹)، عمیقترین پیوندها میان «مجموعههای جبری» و «ایدهآلهای حلقهی چندجملهای» رقم میخورد. در اینجا هندسهی شکلها به زبانِ محضِ جبر ترجمه میشود.
۱. ترسیم هندسیِ صفرهای چندجملهای (صفحه ۲۵)
در این صفحه، نگارهها و نمودارهای شهودی زیبایی ترسیم شدهاند که هر یک توصیفگرِ یک مجموعهی جبری خاص در صفحهی آفین هستند:
- منحنی بیضوی (نشان داده شده با گره یا کراس): به عنوانِ مجموعهی صفرهای چندجملهایِ Y2 − X2(X + 1) = 0 که در مبدأ مختصات خود را قطع میکند.
- مجموعههای صفر تکمتغیره: مانند مجموعهی صفرهای چندجملهای تکمتغیره V(X − 1) که نمایش هندسی آن یک خط راست است.
- مجموعهی صفرهایِ دو معادلهای: مانند V({X − 1, Y − 1}) که نشاندهندهی تلاقی دو خط و در نتیجه یک نقطهی تنها در صفحه است.
- مخروطِ متقاطع: ترسیمِ V(Z2 − (X2 + Y2)) که در فضای سهبعدی آفین یک مخروطِ دوطرفه پدید میآورد.
۲. قضیه برابری صفرهای ایده آل و مجموعهی مولد (صفحه ۲۶)
مسئلهی اساسی این است: اگر مجموعهای از چندجملهایها (مانند S) داشته باشیم، آیا صفرهای آن با صفرهای ایدهآلِ تولید شده توسط آن (مانند I) یکسان است؟
قضیه: اگر I ایدهآلِ تولید شده توسط مجموعهی S در حلقهی چندجملهایها باشد، آنگاه:
V(S) = V(I)
برهان به اجمال:
۱) از آنجا که S زیرمجموعهی I است، پس هر نقطهای که تمام اعضای I را صفر کند، اعضای S را نیز صفر خواهد کرد. یعنی: V(I) ⊆ V(S).
۲) برای جهت عکس، فرض کنید نقطهی x عضو V(S) باشد. هر عضو ایده آلِ I ترکیبی خطی به فرم ∑ pi fi است که در آن fiها در S هستند. از آنجا که fi(x) = 0، کلِ ترکیب خطی در نقطهی x صفر میشود. پس x عضو V(I) است. در نتیجه: V(S) ⊆ V(I). از این دو نتیجه، برابری حاصل میشود.
۳. ایدهآلِ نقاطِ منفرد و تجزیهناپذیری (صفحه ۲۷)
در صفحه ۲۷، با تعریفِ ایده آلِ تولید شده توسط یک نقطهی منفرد چون a = (a1, ..., an) در فضای آفین روبرو میشویم. این ایدهآل که با عناصرِ تولیدکننده به فرمِ (X1 − a1, ..., Xn − an) تعریف میشود، یک ایدهآل ماکزیمم در حلقهی چندجملهایها است.
همچنین مفهومِ تجزیهناپذیری (Irreducibility) در مجموعههای جبری در پایین این صفحه آغاز میشود: مجموعهی جبریِ ناتهی X را تجزیهناپذیر گویند هرگاه نتوان آن را به صورت اجتماع دو مجموعهی جبریِ سرهیِ کوچکتری نوشت.
۴. نگاشتِ معکوس: تعریفِ ایده آلِ یک مجموعه (صفحه ۲۸)
اگر V چندجملهایها را به نقاط (هندسه) تبدیل میکند، نگاشتِ معکوسی وجود دارد که به هر مجموعهی هندسی، یک ایدهآل نسبت میدهد:
I(X) = { g عضو حلقهی چندجملهایها : برای هر x در X داریم g(x) = 0 }
این ایده آل را ایدهآلِ محوکننده (Vanishing Ideal) مجموعهی X مینامند. در ادامه قوانینِ جبرِ مجموعههای جبری آفین بیان میشود:
- اشتراکِ دلخواه از مجموعههای جبری، خود یک مجموعهی جبری است: ∩ V(Iα) = V( ∑ Iα )
- اجتماعِ دو مجموعهی جبری، یک مجموعهی جبری است: V(I) ∪ V(J) = V(I ∩ J) = V(I · J)
۵. برهانِ قوانینِ جبرِ مجموعههای جبری (صفحه ۲۹)
در صفحه ۲۹، اثباتِ برابریهای مربوط به اجتماع و اشتراکِ مجموعههای جبری ارائه شده است:
اثبات برابریِ اجتماع: هدف اثباتِ V(I) ∪ V(J) = V(I ∩ J) است.
- بخش اول: چون (I ∩ J) زیرمجموعهی هر دو ایدهآل I و J است، پس صفرهای I و J هر دو زیرمجموعهی صفرهایِ اشتراک خواهند بود. بنابراین: V(I) ∪ V(J) ⊆ V(I ∩ J).
- بخش دوم (برهان خلف): فرض کنید نقطهای چون p در V(I ∩ J) باشد ولی در اجتماعِ آنها نباشد (یعنی p عضو V(I) نباشد و عضو V(J) هم نباشد).
پس چندجملهایِ f در I و چندجملهایِ g در J وجود دارد به طوری که f(p) ≠ 0 و g(p) ≠ 0.
حاصلضربِ fg در I · J (و در نتیجه در I ∩ J) قرار دارد. اما (fg)(p) = f(p)g(p) ≠ 0 که این تناقض است با فرضِ اینکه p عضوِ V(I ∩ J) است. پس فرض خلف باطل است و برابری اثبات میشود.
جامعِ قوانین و روابط جبری-هندسی
| نام رابطه | رابطهی جبری-هندسی |
| برابری ایدهآل و مولد | V(S) = V( (S) ) |
| اشتراک مجموعههای جبری | ∩ V(Iα) = V( ∑ Iα ) |
| اجتماع مجموعههای جبری | V(I) ∪ V(J) = V(I ∩ J) = V(I · J) |
| ایدهآلِ محوکننده | I(X) = { g : g(X) = 0 } |
«در معبد هندسهی جبری، مجموعههای بسته همان نمازگزارانی هستند که با نوای چندجملهایها سر به سجدهی صفر میگذارند.»
در این وبلاگ به ریاضیات و کاربردهای آن و تحقیقات در آنها پرداخته می شود. مطالب در این وبلاگ ترجمه سطحی و اولیه است و کامل نیست.در صورتی سوال یا نظری در زمینه ریاضیات دارید مطرح نمایید .در صورت امکان به آن می پردازم. من دوست دارم برای یافتن پاسخ به سوالات و حل پروژه های علمی با دیگران همکاری نمایم.در صورتی که شما هم بامن هم عقیده هستید با من تماس بگیرید.