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Fractional ideal

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3555: 2661: 1321: 2516: 2746: 2220: 1936: 3403: 3907: 3833: 3765: 2840: 3244: 3408: 1432: 4112: 3691: 2939: 2008: 3642: 2559: 241: 3335: 3098: 2308: 533: 1777: 751: 4038: 3396: 3021: 1160: 3055: 2785: 2407: 2339: 2144: 2113: 2082: 2039: 1843: 3159: 1568: 486: 449: 1697: 4150: 900: 3946: 3120: 2426: 195: 3588: 3291: 1804: 2962: 2376: 871: 2250: 1474: 1149: 3185: 2675: 3970: 2982: 2551: 1956: 1867: 1739: 1666: 1626: 1602: 1526: 1498: 1351: 1117: 1093: 1070: 1047: 1027: 1007: 987: 967: 940: 920: 845: 825: 802: 782: 715: 638: 3026:
Another useful structure theorem is that integral fractional ideals are generated by up to 2 elements. We call a fractional ideal which is a subset of
1640:, the situation is much simpler. In particular, every non-zero fractional ideal is invertible. In fact, this property characterizes Dedekind domains: 2158: 1872: 4449: 4400: 4353: 4272: 95: 3550:{\displaystyle {\begin{aligned}(2\zeta _{3}+1)^{2}&=4\zeta _{3}^{2}+4\zeta _{3}+1\\&=4(\zeta _{3}^{2}+\zeta _{3})+1\end{aligned}}} 2041:
is they are Dedekind domains. Hence the theory of fractional ideals can be described for the rings of integers of number fields. In fact,
3844: 3770: 3702: 1533: 4426: 2793: 631: 583: 3190: 4480: 2944:
Also, because fractional ideals over a number field are all finitely generated we can clear denominators by multiplying by some
1706:
of fractional ideals by the subgroup of principal fractional ideals is an important invariant of a Dedekind domain called the
4475: 1362: 624: 2342: 341: 4049: 2656:{\displaystyle I=({\mathfrak {p}}_{1}\ldots {\mathfrak {p}}_{n})({\mathfrak {q}}_{1}\ldots {\mathfrak {q}}_{m})^{-1}} 4160:. In other words, a divisorial ideal is a nonzero intersection of some nonempty set of fractional principal ideals. 4441: 3652: 2845: 1968: 101: 3593: 205: 4220: 3949: 3298: 1574: 3071: 2259: 4197: 1316:{\displaystyle IJ=\{a_{1}b_{1}+a_{2}b_{2}+\cdots +a_{n}b_{n}:a_{i}\in I,b_{j}\in J,n\in \mathbb {Z} _{>0}\}} 576: 500: 379: 329: 1744: 724: 3981: 3340: 2990: 4241: 4205: 388: 81: 1719: 545: 396: 347: 128: 3029: 2759: 2381: 2313: 2118: 2087: 2056: 2013: 1817: 3127: 1542: 462: 425: 2511:{\displaystyle 0\to {\mathcal {O}}_{K}^{*}\to K^{*}\to {\mathcal {I}}_{K}\to {\mathcal {C}}_{K}\to 0} 1671: 1644:
An integral domain is a Dedekind domain if and only if every non-zero fractional ideal is invertible.
1529: 269: 143: 4120: 876: 672: 656: 551: 359: 310: 255: 149: 135: 63: 31: 4348:, Mathematics and its Applications, vol. 520, Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., pp. 57–73, 3922: 3103: 178: 2753: 2042: 1962: 1958: 1811: 1537: 754: 564: 122: 50: 3566: 3249: 1782: 4445: 4422: 4396: 4349: 4278: 4268: 2148: 1707: 1505: 605: 402: 167: 108: 2947: 2348: 4410: 4388: 4236: 2741:{\displaystyle {\mathfrak {p}}_{i},{\mathfrak {q}}_{j}\in {\text{Spec}}({\mathcal {O}}_{K})} 2253: 1846: 850: 611: 597: 411: 353: 316: 116: 89: 4459: 4363: 2228: 1447: 4455: 4418: 4359: 4194: 1637: 1605: 1125: 718: 668: 664: 373: 323: 161: 3164: 491: 1532:. Geometrically, this means an invertible fractional ideal can be interpreted as rank 1 4384: 3955: 2967: 2536: 2418: 1941: 1852: 1724: 1703: 1651: 1611: 1587: 1511: 1483: 1354: 1336: 1102: 1078: 1055: 1049: 1032: 1012: 992: 972: 952: 925: 905: 830: 810: 787: 767: 700: 417: 4469: 4209: 1438: 558: 454: 69: 4190: 2530: 590: 365: 261: 4337: 2310:. In some ways, the class number is a measure for how "far" the ring of integers 4224: 2667: 676: 652: 570: 281: 155: 37: 4341: 4187: 1442: 680: 335: 17: 4282: 2152:
is the group of fractional ideals modulo the principal fractional ideals, so
805: 295: 200: 4262: 4440:, Cambridge Studies in Advanced Mathematics, vol. 8 (2nd ed.), 3952:
of all principal fractional ideals containing a nonzero fractional ideal
2215:{\displaystyle {\mathcal {C}}_{K}:={\mathcal {I}}_{K}/{\mathcal {P}}_{K}} 1931:{\displaystyle {\mathcal {O}}_{\mathbb {Q} ({\sqrt {d}}\,)}=\mathbb {Z} } 1501: 289: 275: 2084:
of a number field, the group of fractional ideals forms a group denoted
173: 57: 4371: 2529:
One of the important structure theorems for fractional ideals of a
1504:. A (nonzero) fractional ideal is invertible if and only if it is 671:. In some sense, fractional ideals of an integral domain are like 3902:{\displaystyle IJ=({\frac {1}{2}}{\sqrt {-23}}+{\frac {3}{2}}).} 3828:{\displaystyle J=(4,{\frac {1}{2}}{\sqrt {-23}}+{\frac {3}{2}})} 3760:{\displaystyle I=(2,{\frac {1}{2}}{\sqrt {-23}}-{\frac {1}{2}})} 2835:{\displaystyle {\frac {2}{5}}{\mathcal {O}}_{\mathbb {Q} (i)}} 679:
are allowed. In contexts where fractional ideals and ordinary
3239:{\displaystyle {\mathcal {O}}_{\mathbb {Q} (i)}=\mathbb {Z} } 1441:
with respect to the above product, where the identity is the
3197: 3036: 2810: 2766: 2724: 2491: 2474: 2439: 2388: 2320: 2284: 2201: 2182: 2165: 2125: 2094: 2063: 2020: 1879: 1824: 2115:
and the subgroup of principal fractional ideals is denoted
683:
are both under discussion, the latter are sometimes termed
4373:
A Computational Introduction to Algebraic Number Theory
922:
can be thought of as clearing out the denominators in
4123: 4052: 3984: 3958: 3925: 3847: 3773: 3705: 3655: 3596: 3569: 3406: 3343: 3301: 3252: 3193: 3167: 3130: 3106: 3074: 3032: 2993: 2970: 2950: 2848: 2796: 2762: 2678: 2562: 2539: 2429: 2384: 2351: 2316: 2262: 2231: 2161: 2121: 2090: 2059: 2016: 1971: 1944: 1875: 1855: 1820: 1785: 1747: 1727: 1674: 1654: 1614: 1590: 1545: 1514: 1486: 1450: 1365: 1339: 1163: 1128: 1105: 1081: 1058: 1035: 1015: 995: 975: 955: 928: 908: 879: 853: 833: 813: 790: 770: 727: 703: 503: 465: 428: 208: 181: 1648:
The set of fractional ideals over a Dedekind domain
1353:
is uniquely determined and equal to the generalized
1427:{\displaystyle (R:_{K}I)=\{x\in K:xI\subseteq R\}.} 4144: 4106: 4032: 3964: 3940: 3901: 3827: 3759: 3685: 3636: 3582: 3549: 3390: 3329: 3285: 3238: 3179: 3153: 3114: 3092: 3049: 3015: 2976: 2956: 2933: 2834: 2779: 2740: 2655: 2545: 2510: 2401: 2370: 2333: 2302: 2244: 2214: 2138: 2107: 2076: 2033: 2002: 1950: 1930: 1861: 1837: 1798: 1771: 1733: 1691: 1660: 1620: 1596: 1562: 1520: 1492: 1468: 1426: 1345: 1315: 1143: 1111: 1087: 1064: 1041: 1021: 1001: 981: 961: 934: 914: 894: 865: 839: 819: 796: 776: 745: 709: 527: 480: 443: 235: 189: 3398:. This is because if we multiply it out, we get 1437:The set of invertible fractional ideals form an 4107:{\displaystyle (R:I)=\{x\in K:xI\subseteq R\}.} 3686:{\displaystyle K=\mathbb {Q} ({\sqrt {-23}})} 2934:{\displaystyle (1+i)(1-i)((1+2i)(1-2i))^{-1}} 2003:{\displaystyle 2,3{\text{ }}({\text{mod }}4)} 667:and is particularly fruitful in the study of 632: 8: 4098: 4071: 3637:{\displaystyle \zeta _{3}^{2}+\zeta _{3}=-1} 2045:is the study of such groups of class rings. 1418: 1391: 1310: 1173: 236:{\displaystyle 0=\mathbb {Z} /1\mathbb {Z} } 3330:{\displaystyle K=\mathbb {Q} _{\zeta _{3}}} 3093:{\displaystyle {\frac {5}{4}}\mathbb {Z} } 2303:{\displaystyle h_{K}=|{\mathcal {C}}_{K}|} 639: 625: 26: 4125: 4124: 4122: 4051: 3986: 3985: 3983: 3957: 3927: 3926: 3924: 3883: 3870: 3860: 3846: 3812: 3799: 3789: 3772: 3744: 3731: 3721: 3704: 3670: 3663: 3662: 3654: 3619: 3606: 3601: 3595: 3574: 3568: 3528: 3515: 3510: 3478: 3462: 3457: 3437: 3421: 3407: 3405: 3382: 3366: 3342: 3319: 3314: 3310: 3309: 3300: 3251: 3223: 3222: 3204: 3203: 3202: 3196: 3195: 3192: 3166: 3138: 3137: 3129: 3108: 3107: 3105: 3086: 3085: 3075: 3073: 3041: 3035: 3034: 3031: 3000: 2992: 2969: 2949: 2922: 2847: 2817: 2816: 2815: 2809: 2808: 2797: 2795: 2771: 2765: 2764: 2761: 2729: 2723: 2722: 2713: 2704: 2698: 2697: 2687: 2681: 2680: 2677: 2644: 2634: 2628: 2627: 2617: 2611: 2610: 2597: 2591: 2590: 2580: 2574: 2573: 2561: 2538: 2496: 2490: 2489: 2479: 2473: 2472: 2462: 2449: 2444: 2438: 2437: 2428: 2393: 2387: 2386: 2383: 2356: 2350: 2325: 2319: 2318: 2315: 2295: 2289: 2283: 2282: 2276: 2267: 2261: 2236: 2230: 2206: 2200: 2199: 2193: 2187: 2181: 2180: 2170: 2164: 2163: 2160: 2130: 2124: 2123: 2120: 2099: 2093: 2092: 2089: 2068: 2062: 2061: 2058: 2025: 2019: 2018: 2015: 1989: 1981: 1970: 1943: 1924: 1917: 1910: 1909: 1900: 1893: 1886: 1885: 1884: 1878: 1877: 1874: 1854: 1829: 1823: 1822: 1819: 1790: 1784: 1760: 1749: 1748: 1746: 1726: 1675: 1673: 1653: 1613: 1589: 1546: 1544: 1513: 1500:. The principal fractional ideals form a 1485: 1449: 1376: 1364: 1338: 1301: 1297: 1296: 1274: 1255: 1242: 1232: 1213: 1203: 1190: 1180: 1162: 1127: 1104: 1080: 1057: 1034: 1014: 994: 989:generated by a single nonzero element of 974: 954: 927: 907: 878: 852: 832: 812: 789: 769: 726: 702: 528:{\displaystyle \mathbb {Z} (p^{\infty })} 516: 505: 504: 502: 472: 468: 467: 464: 435: 431: 430: 427: 229: 228: 220: 216: 215: 207: 183: 182: 180: 4307: 4295: 1772:{\displaystyle \mathbb {Q} (\zeta _{n})} 746:{\displaystyle K=\operatorname {Frac} R} 4319: 4253: 4033:{\displaystyle {\tilde {I}}=(R:(R:I)),} 3391:{\displaystyle (3)=(2\zeta _{3}+1)^{2}} 3016:{\displaystyle I={\frac {1}{\alpha }}J} 2525:Structure theorem for fractional ideals 1608:these are all the fractional ideals of 29: 4346:Non-Noetherian commutative ring theory 4219:An integral domain that satisfies the 2553:decomposes uniquely up to ordering as 4310:, Ch. VII, § 1, n. 7. Proposition 11. 4171:is a nonzero fractional ideal, then ( 3693:we can multiply the fractional ideals 2413:Exact sequence for ideal class groups 1099:if there is another fractional ideal 7: 96:Free product of associative algebras 4393:Introduction to Commutative Algebra 2699: 2682: 2629: 2612: 2592: 2575: 2533:states that every fractional ideal 1333:In this case, the fractional ideal 942:, hence the name fractional ideal. 3050:{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}} 2780:{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}} 2521:associated to every number field. 2402:{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}} 2334:{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}} 2139:{\displaystyle {\mathcal {P}}_{K}} 2108:{\displaystyle {\mathcal {I}}_{K}} 2077:{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}} 2034:{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}} 2010:. The key property of these rings 1838:{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}} 847:such that there exists a non-zero 517: 25: 4223:on divisorial ideals is called a 3154:{\displaystyle K=\mathbb {Q} (i)} 1476:itself. This group is called the 584:Noncommutative algebraic geometry 3644:, our factorization makes sense. 1563:{\displaystyle {\text{Spec}}(R)} 663:is introduced in the context of 481:{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}} 444:{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}} 1692:{\displaystyle {\text{Div}}(R)} 4145:{\displaystyle {\tilde {I}}=I} 4130: 4065: 4053: 4024: 4021: 4009: 4000: 3991: 3932: 3893: 3857: 3822: 3780: 3754: 3712: 3680: 3667: 3534: 3503: 3434: 3411: 3379: 3356: 3350: 3344: 3280: 3268: 3265: 3253: 3233: 3227: 3214: 3208: 3174: 3168: 3148: 3142: 2919: 2915: 2900: 2897: 2882: 2879: 2876: 2864: 2861: 2849: 2827: 2821: 2735: 2718: 2641: 2606: 2603: 2569: 2502: 2485: 2468: 2455: 2433: 2296: 2277: 1997: 1986: 1925: 1914: 1901: 1890: 1766: 1753: 1686: 1680: 1557: 1551: 1457: 1451: 1385: 1366: 1330:of the two fractional ideals. 522: 509: 1: 1584:is a fractional ideal and if 1052:it is an (integral) ideal of 895:{\displaystyle rI\subseteq R} 4436:Matsumura, Hideyuki (1989), 4344:; Chapman, Scott T. (eds.), 3941:{\displaystyle {\tilde {I}}} 3115:{\displaystyle \mathbb {Z} } 693:Definition and basic results 190:{\displaystyle \mathbb {Z} } 4336:Barucci, Valentina (2000), 3100:is a fractional ideal over 2343:unique factorization domain 947:principal fractional ideals 342:Unique factorization domain 4497: 4442:Cambridge University Press 4221:ascending chain conditions 3583:{\displaystyle \zeta _{3}} 3337:we have the factorization 3286:{\displaystyle (2-i)(2+i)} 1799:{\displaystyle \zeta _{n}} 1478:group of fractional ideals 102:Tensor product of algebras 4261:Childress, Nancy (2009). 2053:For the ring of integers 1810:) there is an associated 1718:For the special case of 380:Formal power series ring 330:Integrally closed domain 4481:Algebraic number theory 4438:Commutative ring theory 4385:Atiyah, Michael Francis 4242:Dedekind-Kummer theorem 4206:discrete valuation ring 2957:{\displaystyle \alpha } 2371:{\displaystyle h_{K}=1} 2345:(UFD). This is because 389:Algebraic number theory 82:Total ring of fractions 4267:. New York: Springer. 4146: 4108: 4034: 3966: 3942: 3903: 3829: 3761: 3687: 3638: 3584: 3551: 3392: 3331: 3287: 3240: 3181: 3155: 3116: 3094: 3051: 3017: 2978: 2958: 2935: 2836: 2781: 2742: 2657: 2547: 2512: 2403: 2372: 2335: 2304: 2246: 2216: 2140: 2109: 2078: 2035: 2004: 1952: 1932: 1863: 1839: 1800: 1773: 1735: 1693: 1662: 1622: 1598: 1564: 1522: 1494: 1470: 1428: 1347: 1317: 1145: 1113: 1089: 1066: 1043: 1023: 1003: 983: 963: 936: 916: 896: 867: 866:{\displaystyle r\in R} 841: 821: 798: 778: 747: 711: 546:Noncommutative algebra 529: 482: 445: 397:Algebraic number field 348:Principal ideal domain 237: 191: 129:Frobenius endomorphism 4147: 4109: 4035: 3967: 3943: 3904: 3830: 3762: 3688: 3639: 3585: 3552: 3393: 3332: 3288: 3241: 3182: 3156: 3117: 3095: 3052: 3018: 2979: 2959: 2936: 2837: 2782: 2743: 2658: 2548: 2513: 2404: 2373: 2336: 2305: 2247: 2245:{\displaystyle h_{K}} 2225:and its class number 2217: 2141: 2110: 2079: 2049:Associated structures 2036: 2005: 1953: 1933: 1864: 1840: 1801: 1774: 1736: 1694: 1663: 1623: 1599: 1565: 1523: 1495: 1471: 1469:{\displaystyle (1)=R} 1429: 1348: 1318: 1146: 1114: 1090: 1067: 1044: 1024: 1009:. 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Index

Integral ideal
Algebraic structure
Ring theory
Rings
Subrings
Ideal
Quotient ring
Fractional ideal
Total ring of fractions
Product of rings
Free product of associative algebras
Tensor product of algebras
Ring homomorphisms
Kernel
Inner automorphism
Frobenius endomorphism
Algebraic structures
Module
Associative algebra
Graded ring
Involutive ring
Category of rings
Initial ring
Terminal ring
Field
Finite field
Non-associative ring
Lie ring
Jordan ring
Semiring

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