交換代數

零點定理

Nullstellensatz——德文意為「零點定理」——是使代數與幾何成為同一事物兩面的橋樑。在代數一側你有多項式的理想;在幾何一側你有這些多項式取零的集合。定理說這兩個世界完美地相互映照:關於形狀的問題化為關於理想的問題,反之亦然,毫無資訊損失,前提是你在一個代數閉體上工作。

設 k 是代數閉體。弱零點定理說 k[x_1, ..., x_n] 的每個極大理想都形如 (x_1 - a_1, ..., x_n - a_n),對應某點 (a_1, ..., a_n),故一組沒有公共零點的多項式必生成整個環(即 1 落在該理想中)。強零點定理說:若多項式 f 在理想 I 的公共零點集 V(I) 上處處為零,則 f 的某個冪 f^m 落在 I 中;等價地 I(V(I)) = sqrt(I)。於是根理想與仿射代數集之間存在一個反包含的雙射對應。

k 為代數閉體這一假設至關重要:在實數上,x^2 + 1 沒有零點卻生成 R[x] 的一個真理想,破壞了弱形式。強形式中根的出現正是為什麼根理想(而非任意理想)才是正確的幾何對象——許多理想可以定義同一個零點集,而幾何只看見它們共同的根。

在 C 上,C[x, y] 中的理想 (x) 與 (x^2) 有相同的零點集,即直線 x = 0。強零點定理調和了這一點:sqrt((x^2)) = (x),故幾何只看見根。

兩個理想,一個零點集,由根來調和。

它建立的字典——根理想對應代數集,素理想對應不可約集,極大理想對應點——是經典代數幾何的起點,也是環譜概念的動機。

又稱
Hilbert's Nullstellensatz希尔伯特零点定理希爾伯特零點定理