아이디얼 편집하기


== 정의 ==
[[환 (수학)|유사환]] ''R''의 부분환 ''I''에 대하여,<ref>부분환이 1을 갖지 않아도 되는 것을 전제한다. 자세한 내용은 [[환 (수학)|환]] 참조.</ref>
* 임의의 <math>r\in R, i\in I</math>에 대해 <math>ri\in I</math>를 만족하면 ''I''를 ''R''의 '''좌아이디얼'''(left ideal)이라고 한다.
* 임의의 <math>r\in R, i\in I</math>에 대해 <math>ir\in I</math>를 만족하면 ''I''를 ''R''의 '''우아이디얼'''(right ideal)이라고 한다.
* ''I''가 ''R''의 좌아이디얼이면서 우아이디얼이면, ''I''를 ''R''의 '''양쪽 아이디얼(two-sided ideal)''' 또는 그냥 '''아이디얼'''(ideal)<ref>일부 서적에서는 독일 발음인 '''이데알'''(ideal)이라 쓰기도 한다.</ref>이라 하고, <math>\require{AMSmath}\require{AMSsymbols}I \trianglelefteq R</math>로 표기한다.

만약 ''R''이 가환환이라면, [[교환법칙]]이 성립하므로 위 세 정의가 동치가 됨을 알 수 있다. 즉, 예를 들어 좌아이디얼인지만 확인하면 자동으로 아이디얼이 된다.

== 예시 ==
* <math>0 \trianglelefteq R</math>, <math>R \trianglelefteq R</math>
** ''R''이 나눗셈환이면 아이디얼은 이들 둘밖에 없다. 영이 아닌 아이디얼은 1<sub>''R''</sub>을 포함하게 되기 때문이다.
* ''f'':''R'' → ''S''가 환 준동형사상(ring homomorphism)일 때, <math>\operatorname{ker} f \trianglelefteq R</math>.<ref>증명: 임의의 ''r''∈''R'' 및 ''x''∈ker ''f''에 대해 ''f''(''rx'') = ''f''(''r'') ''f''(''x'') = ''f''(''r'') · 0 = 0.</ref>
* ''M''이 ''R''가군(''R''‐module)일 때, ''M''의 부분집합 ''N''에 대하여 <math>\operatorname{ann} (N) = \{ r \in R \vert rN = 0 \}</math>는 ''R''의 아이디얼이 되고, 이를 annihilator ideal이라 한다.
** ''K''선형사상 ''T''가 주어진 ''K''벡터공간 ''V''를 ''K''[''t'']가군으로 볼 때, <math>\operatorname{ann} (V)</math>의 생성자인 유일한 최소 차수의 monic polynomial이 바로 ''T''의 최소다항식(minimal polynomial)이다.
* 정수환 <math>\mathbb{Z}</math>의 아이디얼은 <math>n \mathbb{Z}</math> 꼴밖에 없다. 따라서 <math>\mathbb{Z}</math>는 주아이디얼 정역(principle ideal domain)이다.
<!-- 아이디얼인 예 추가바람 -->

* [[실수]]를 성분으로 갖는 모든 2차 정사각행렬의 [[집합]] <math>M_2(\mathbb{R})</math>은 [[행렬]] [[연산]]에 관해 환(행렬환)을 이룬다. 집합 ''I''를 다음과 같이 정의하자.
: <math>I=\left\{\begin{bmatrix}a & 0 \\ b & 0 \end{bmatrix}:a,b\in\mathbb{R} \right\}</math>
그러면 ''I''는 <math>M_2(\mathbb{R})</math>의 부분환이다. 이때 임의의 <math>x,y,z,w\in\mathbb{R}</math>에 대해
: <math>\begin{bmatrix}x & y\\ z& w\end{bmatrix}\begin{bmatrix}a & 0\\b&0\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}xa+yb & 0 \\ za+wb & 0\end{bmatrix}\in I</math>
이므로 ''I''는 <math>M_2(\mathbb{R})</math>의 좌아이디얼이다. 그러나
: <math>\begin{bmatrix}1 & 0\\ 2& 0\end{bmatrix}\begin{bmatrix}3 & 4\\5&6\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}3 & 4 \\ 6 & 8\end{bmatrix}\not\in I</math>
이므로 ''I''는 <math>M_2(\mathbb{R})</math>의 우아이디얼이 아니다. 따라서 ''I''는 <math>M_2(\mathbb{R})</math>의 아이디얼이 아니다.

== 성질 ==

* <math>I</math>와 <math>J</math>가 환 <math>R</math>의 (좌, 우, 양쪽) 아이디얼이면, <math>I \cap J</math>도 <math>R</math>의 (좌, 우, 양쪽) 아이디얼이다. 이는 정의에 의해 자명하다.
* <math>I</math>가 환 <math>R</math>의 좌아이디얼임과, 좌 <math>R</math>-가군 <math>R</math><ref>환은 자기 자신의 (좌, 우) 가군이라 생각할 수 있다.</ref>의 좌 <math>R</math>-부분가군이라는 것은 동치이다. 오른쪽도 마찬가지이고, 이것도 정의에 의해 자명하다.

== 연산 ==

아이디얼 사이에 다음과 같은 연산을 정의할 수 있다.
* <math>I</math>와 <math>J</math>가 환 <math>R</math>의 아이디얼이면, 집합 <math>S=\{i+j\vert i\in I,j\in J\}</math>도 <math>R</math>의 아이디얼이다. 이때 <math>S</math>를 <math>I</math>와 <math>J</math>의 합이라고 부르고 <math>I+J</math>로 나타낸다.
* <math>I</math>와 <math>J</math>가 환 <math>R</math>의 아이디얼이면, 집합
*: <math>P=\{i_1j_1+i_2j_2+\cdots+i_nj_n\vert n\ge 1, i_k\in I, j_k\in J\}</math>
: 는 <math>R</math>의 아이디얼이다. 이때 <math>P</math>를 <math>I</math>와 <math>J</math>의 곱이라고 부르고 <math>IJ</math>로 나타낸다. <ref>아이디얼 ''I'', ''J''에 대해, 집합 <math>P'=\{ij\vert i\in I, j\in J\}</math>는 일반적으로 ''R''의 아이디얼이 아니다. 예를 들어 <math>R = \mathbb{Z}[s,t]</math>이고, ''I''=(''s'',2), ''J''=(''t'',3)이라고 하면, <math>st, 6 \in P'</math>이지만 <math>st+6 \notin P'</math>이다.</ref>

== ''X''⊆''R''이 생성하는 아이디얼 ==
''X''⊆''R''일 때, ''X''를 포함하는 ''R''의 최소의(smallest) (좌, 우, 양쪽)아이디얼을 '''''X''가 생성하는 (좌, 우, 양쪽)아이디얼'''이라고 한다. 이러한 (좌, 우, 양쪽)아이디얼 ''I''의 존재성과 유일성은 <math>I = \bigcap_{X \subseteq J \trianglelefteq R} J</math>를 증명하면 보일 수 있다(⊴는 본래 양쪽아이디얼만을 뜻하는 것이지만 좀 남용했다. 이해해 주기 바란다). 증명은 (좌, 우, 양쪽)아이디얼의 교집합이 다시 (좌, 우, 양쪽)아이디얼인 것만 보이면 충분한데, 앞에서 이미 보였다. 이때 ''X''를 이 아이디얼 ''I''의 '''생성자(generator)'''라고 한다.

아래에서는 ''R''은 [[항등원]]을 갖는 가환환이라고 가정하자.

한 개의 원소가 생성하는 아이디얼은 '''[[주아이디얼|주아이디얼(principal ideal)]]'''이라고 한다. 이때 <math>c\in R</math>이 생성하는 주아이디얼은 <math>(c)</math>로 표기한다. 이는 아래와 같은 집합이 됨을 쉽게 알 수 있다.
: <math>(c)=\{rc\vert r\in R\}</math>

유한 개의 원소가 생성하는 아이디얼은 '''유한생성아이디얼(finitely generated ideal)'''이라고 한다. 이때 <math>c_1,c_2,\cdots,c_n\in R</math>이 생성하는 아이디얼 <math>(c_1,c_2,\cdots,c_n)</math>는 아래와 같은 집합이 된다.
: <math>(c_1,c_2,\cdots,c_n)=\{r_1c_1+r_2c_2+\cdots+r_nc_n\vert r_1,r_2,\cdots, r_n\in R\}</math>

== 여러 가지 아이디얼 ==
<!-- 추가바람 -->
* [[소아이디얼|소아이디얼(prime ideal)]]
* [[극대아이디얼|극대아이디얼(maximal ideal)]]


== 같이 보기 ==
* [[몫환]]
* [[정규부분군]]

== 참고문헌 ==
* Thomas W. Hungerford (2012). ''Abstract Algebra: An Introduction.'' (3rd ed). Cengage Learning. {{ISBN|1111573336}}

{{각주}}

[[분류:환론]]