抽象代數:群、環與域

理想

理想是環的一個特殊子集,對乘法而言它像一個「黑洞」:把理想中的任何東西乘以環中的任何元素,乘積都會被吸回理想之中。整數裡的偶數就是典範例子——把任何偶數乘以任何整數,結果仍是偶數。正是這種吸收性使理想如此有用。

形式地說,環 R 的子集 I 若在加法下構成子群(對加法與取相反數封閉、含 0),並且吸收乘法:對每個 R 中的 r 和每個 I 中的 a,r · a 與 a · r 都落在 I 中,則 I 是理想。這條吸收條件遠比僅僅在自身內部封閉要強得多——它向外延伸,把與整個環的乘積都拉進來。

理想是環論中正規子群的對應物:它們恰好是你可以「對其取商」、從而構造一個更小的環 R/I 的那些子集,正如你把整數模 n 約化一樣。n 的倍數構成的理想,正產生出模 n 的整數。理想還編碼了整除與因式分解,這正是它們在代數與數論中都居於核心的原因。

在環 ℤ 中,所有 3 的倍數構成的集合,記作 3ℤ = {…, -3, 0, 3, 6, …},是一個理想:它對加法封閉,且任何整數乘以 3 的倍數仍是 3 的倍數(例如 7 · 6 = 42)。把 ℤ 對 3ℤ 取商,就得到模 3 的整數。

3ℤ 是 ℤ 的理想;ℤ/3ℤ 是它的商。