在交换代数 中,可以探讨一个交换环
R
{\displaystyle R}
本身,或一个
R
{\displaystyle R}
-模对一理想
I
⊂
R
{\displaystyle I\subset R}
的完备性。由于完备环有较容易处理的性质,完备化 是研究交换环 的基本工具。
几何上,交换环的完备化对应到一个闭子概形 的形式邻域 。
I -进拓扑
对于一个交换环
R
{\displaystyle R}
及其理想
I
{\displaystyle I}
(通常取为极大理想 ),可以借着取
I
n
(
n
∈
N
)
{\displaystyle I^{n}\;(n\in \mathbb {N} )}
为零元的开邻域,赋予
R
{\displaystyle R}
相应的拓扑结构,使之成为对加法的拓扑群 。这种拓扑称为
I
{\displaystyle I}
-进拓扑 。
对于一个
R
{\displaystyle R}
-模
M
{\displaystyle M}
,同样可考虑零元的开邻域
I
n
M
{\displaystyle I^{n}M}
,由此得到
M
{\displaystyle M}
上的
I
{\displaystyle I}
-进拓扑。
完备化及其性质
模
M
{\displaystyle M}
对
I
⊂
R
{\displaystyle I\subset R}
的完备化 定义为射影极限 :
M
^
:=
lim
←
n
M
/
I
n
M
{\displaystyle {\hat {M}}:=\varprojlim _{n}M/I^{n}M}
正如其名,
M
^
{\displaystyle {\hat {M}}}
对其
I
{\displaystyle I}
-进拓扑是完备 的。对于固定的
I
⊂
R
{\displaystyle I\subset R}
,
M
↦
M
^
{\displaystyle M\mapsto {\hat {M}}}
是从
R
{\displaystyle R}
-模范畴(态射为模同态)到
I
{\displaystyle I}
-进拓扑
R
{\displaystyle R}
-模(态射为连续同态)的函子 ;透过自然同态
M
→
M
^
{\displaystyle M\to {\hat {M}}}
,它是与之反向的遗忘函子的左伴随函子 ,因而是右正合 的。
对于诺特环 ,
R
^
{\displaystyle {\hat {R}}}
是平坦 的
R
{\displaystyle R}
-模。此时,对任何有限生成
R
{\displaystyle R}
-模
M
{\displaystyle M}
,自然态射
M
^
→
M
⊗
R
R
^
{\displaystyle {\hat {M}}\to M\otimes _{R}{\hat {R}}}
是个同构。综上所述,对于诺特环
R
{\displaystyle R}
上的有限生成
R
{\displaystyle R}
-模,完备化是个正合函子 。
此外,完备化也可以用柯西序列 构造,得到的对象是自然同构的。
例子
p进整数 是
Z
{\displaystyle \mathbb {Z} }
对
p
Z
{\displaystyle p\mathbb {Z} }
的完备化。
形式幂级数环
k
[
[
X
1
,
…
,
X
n
]
]
{\displaystyle k[[X_{1},\ldots ,X_{n}]]}
是多项式环
k
[
X
1
,
…
,
X
n
]
{\displaystyle k[X_{1},\ldots ,X_{n}]}
对
(
X
1
,
…
,
X
n
)
{\displaystyle (X_{1},\ldots ,X_{n})}
的完备化。
文献
David Eisenbud, Commutative algebra. With a view toward algebraic geometry . Graduate Texts in Mathematics, 150. Springer-Verlag, New York, 1995. xvi+785 pp. ISBN 0-387-94268-8 ; ISBN 0-387-94269-6