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Anello (algebra) - Teknopedia

In matematica, in particolare in algebra astratta, un anello è una struttura algebrica composta da un insieme su cui sono definite due operazioni binarie, chiamate somma e prodotto, indicate rispettivamente con + {\displaystyle +} {\displaystyle +} e ⋅ {\displaystyle \cdot } {\displaystyle \cdot }, che godono di proprietà simili a quelle verificate dai numeri interi. La parte della matematica che li studia è detta teoria degli anelli.

Definizione formale

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L'insieme A {\displaystyle A} {\displaystyle A}, dotato di due operazioni binarie + {\displaystyle +} {\displaystyle +} e ⋅ {\displaystyle \cdot } {\displaystyle \cdot }, è un anello se valgono le seguenti proprietà:

( A , + ) {\displaystyle (A,+)} {\displaystyle (A,+)} è un gruppo abeliano con elemento neutro 0 {\displaystyle 0} {\displaystyle 0}:

  • ( a + b ) + c = a + ( b + c ) , {\displaystyle (a+b)+c=a+(b+c),} {\displaystyle (a+b)+c=a+(b+c),}
  • a + b = b + a , {\displaystyle a+b=b+a,} {\displaystyle a+b=b+a,}
  • esiste un elemento 0 ∈ A {\displaystyle 0\in A} {\displaystyle 0\in A} tale che 0 + a = a + 0 = a , {\displaystyle 0+a=a+0=a,} {\displaystyle 0+a=a+0=a,}
  • per ogni a ∈ A {\displaystyle a\in A} {\displaystyle a\in A} esiste un elemento − a ∈ A {\displaystyle -a\in A} {\displaystyle -a\in A} tale che a + ( − a ) = ( − a ) + a = 0. {\displaystyle a+(-a)=(-a)+a=0.} {\displaystyle a+(-a)=(-a)+a=0.}

( A , ⋅ ) {\displaystyle (A,\cdot )} {\displaystyle (A,\cdot )} è un semigruppo:

  • ( a ⋅ b ) ⋅ c = a ⋅ ( b ⋅ c ) . {\displaystyle (a\cdot b)\cdot c=a\cdot (b\cdot c).} {\displaystyle (a\cdot b)\cdot c=a\cdot (b\cdot c).}

La moltiplicazione è distributiva rispetto alla somma:

  • a ⋅ ( b + c ) = ( a ⋅ b ) + ( a ⋅ c ) , {\displaystyle a\cdot (b+c)=(a\cdot b)+(a\cdot c),} {\displaystyle a\cdot (b+c)=(a\cdot b)+(a\cdot c),}
  • ( a + b ) ⋅ c = ( a ⋅ c ) + ( b ⋅ c ) . {\displaystyle (a+b)\cdot c=(a\cdot c)+(b\cdot c).} {\displaystyle (a+b)\cdot c=(a\cdot c)+(b\cdot c).}

Le relazioni devono valere per ogni a {\displaystyle a} {\displaystyle a}, b {\displaystyle b} {\displaystyle b} e c {\displaystyle c} {\displaystyle c} in A {\displaystyle A} {\displaystyle A}.

Come per i numeri, il simbolo ⋅ {\displaystyle \cdot } {\displaystyle \cdot } per la moltiplicazione è spesso omesso.

Spesso vengono studiati anelli che posseggono ulteriori proprietà: se anche la moltiplicazione è commutativa, A {\displaystyle A} {\displaystyle A} è detto anello commutativo, se ammette un elemento neutro (generalmente indicato con 1 {\displaystyle 1} {\displaystyle 1}; cioè ( A , ⋅ ) {\displaystyle (A,\cdot )} {\displaystyle (A,\cdot )} è un monoide) allora l'anello è unitario; se poi l'anello è commutativo e non esistono divisori dello 0 {\displaystyle 0} {\displaystyle 0} (cioè se a b = 0 {\displaystyle ab=0} {\displaystyle ab=0} allora almeno uno tra a {\displaystyle a} {\displaystyle a} e b {\displaystyle b} {\displaystyle b} è 0 {\displaystyle 0} {\displaystyle 0}) si è in presenza di un dominio d'integrità.

Un corpo è un anello con unità i cui elementi non nulli hanno inverso moltiplicativo. Un campo è un anello commutativo con unità i cui elementi non nulli hanno inverso moltiplicativo, ossia un corpo commutativo. L'esempio più importante di corpo non commutativo è il corpo H {\displaystyle \mathbb {H} } {\displaystyle \mathbb {H} } dei quaternioni, mentre gli insiemi Q {\displaystyle \mathbb {Q} } {\displaystyle \mathbb {Q} } (numeri razionali), R {\displaystyle \mathbb {R} } {\displaystyle \mathbb {R} } (numeri reali) e C {\displaystyle \mathbb {C} } {\displaystyle \mathbb {C} } (numeri complessi) sono esempi di campi.

A volte la definizione di anello è lievemente diversa. La più importante di queste differenze è la richiesta che l'anello possegga anche l'unità: tra i matematici che adottano questa definizione vi sono Bourbaki[1] e Serge Lang[2]. In questo caso, per riferirsi alla struttura qui presentata come anello, viene usato il termine pseudoanello. Altri autori non richiedono l'associatività del prodotto [3].

Esempi

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L'esempio più basilare della struttura di anello è l'insieme Z {\displaystyle \mathbb {Z} } {\displaystyle \mathbb {Z} } dei numeri interi, dotato delle usuali operazioni di somma e prodotto. Tale anello è commutativo ed è un dominio d'integrità. L'insieme dei numeri naturali non è invece un anello, perché non esistono gli inversi rispetto all'addizione.

Allo stesso modo, l'insieme A [ x ] {\displaystyle A[x]} {\displaystyle A[x]} dei polinomi con variabile x {\displaystyle x} {\displaystyle x}, e coefficienti in un anello A {\displaystyle A} {\displaystyle A}, è un anello con le usuali operazioni di somma e prodotto fra polinomi. Tale anello eredita molte proprietà da quelle di A {\displaystyle A} {\displaystyle A}, quali la commutatività e l'assenza di divisori dello 0. Anche l'insieme F ( X , A ) {\displaystyle F(X,A)} {\displaystyle F(X,A)} delle funzioni da un insieme qualsiasi X {\displaystyle X} {\displaystyle X} ad un anello A {\displaystyle A} {\displaystyle A} forma un altro anello con le usuali operazioni di somma e prodotto fra funzioni punto a punto, definite nel modo seguente:

( f + g ) ( x ) = f ( x ) + g ( x ) , ( f ⋅ g ) ( x ) = f ( x ) ⋅ g ( x ) . {\displaystyle (f+g)(x)=f(x)+g(x),\quad (f\cdot g)(x)=f(x)\cdot g(x).} {\displaystyle (f+g)(x)=f(x)+g(x),\quad (f\cdot g)(x)=f(x)\cdot g(x).}

Un anello non commutativo è invece l'anello delle matrici n × n {\displaystyle n\times n} {\displaystyle n\times n} (con n ≥ 2 {\displaystyle n\geq 2} {\displaystyle n\geq 2}) a valori in un anello A {\displaystyle A} {\displaystyle A} (indicato con M ( n , A ) {\displaystyle M(n,A)} {\displaystyle M(n,A)}), con le operazioni di somma e prodotto fra matrici. Generalmente questo anello possiede anche dei divisori dello zero. Ad esempio, in M ( 2 , R ) {\displaystyle M(2,\mathbb {R} )} {\displaystyle M(2,\mathbb {R} )} valgono le relazioni:

( 1 1 0 1 ) ⋅ ( 1 1 1 0 ) = ( 2 1 1 0 ) , {\displaystyle {\begin{pmatrix}1&1\\0&1\\\end{pmatrix}}\cdot {\begin{pmatrix}1&1\\1&0\\\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}2&1\\1&0\\\end{pmatrix}},} {\displaystyle {\begin{pmatrix}1&1\\0&1\\\end{pmatrix}}\cdot {\begin{pmatrix}1&1\\1&0\\\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}2&1\\1&0\\\end{pmatrix}},}
( 1 1 1 0 ) ⋅ ( 1 1 0 1 ) = ( 1 2 1 1 ) , {\displaystyle {\begin{pmatrix}1&1\\1&0\\\end{pmatrix}}\cdot {\begin{pmatrix}1&1\\0&1\\\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}1&2\\1&1\\\end{pmatrix}},} {\displaystyle {\begin{pmatrix}1&1\\1&0\\\end{pmatrix}}\cdot {\begin{pmatrix}1&1\\0&1\\\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}1&2\\1&1\\\end{pmatrix}},}

e

( 1 0 0 0 ) ⋅ ( 0 0 0 1 ) = ( 0 0 0 0 ) . {\displaystyle {\begin{pmatrix}1&0\\0&0\end{pmatrix}}\cdot {\begin{pmatrix}0&0\\0&1\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}0&0\\0&0\end{pmatrix}}.} {\displaystyle {\begin{pmatrix}1&0\\0&0\end{pmatrix}}\cdot {\begin{pmatrix}0&0\\0&1\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}0&0\\0&0\end{pmatrix}}.}

Teoremi di base

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A partire dagli assiomi, si può dedurre immediatamente che per ogni a {\displaystyle a} {\displaystyle a} e b {\displaystyle b} {\displaystyle b} in un anello A {\displaystyle A} {\displaystyle A}:

  • 0 a = a 0 = 0 , {\displaystyle 0a=a0=0,} {\displaystyle 0a=a0=0,}
  • ( − a ) b = a ( − b ) = − ( a b ) . {\displaystyle (-a)b=a(-b)=-(ab).} {\displaystyle (-a)b=a(-b)=-(ab).}

Se poi l'anello A {\displaystyle A} {\displaystyle A} è unitario, allora

  • l'unità è unica,
  • ( − 1 ) a = − a , {\displaystyle (-1)a=-a,} {\displaystyle (-1)a=-a,}
  • ( a b ) − 1 = b − 1 a − 1 {\displaystyle (ab)^{-1}=b^{-1}a^{-1}} {\displaystyle (ab)^{-1}=b^{-1}a^{-1}} se a {\displaystyle a} {\displaystyle a} e b {\displaystyle b} {\displaystyle b} hanno inversi rispetto al prodotto,
  • se 0 = 1 {\displaystyle 0=1} {\displaystyle 0=1} allora l'anello è formato da un solo elemento,

Un altro importante teorema, che non richiede l'esistenza dell'unità, è il teorema del binomio:

( x + y ) n = ∑ k = 0 n ( n k ) x k y n − k , {\displaystyle (x+y)^{n}=\sum _{k=0}^{n}{n \choose k}x^{k}y^{n-k},} {\displaystyle (x+y)^{n}=\sum _{k=0}^{n}{n \choose k}x^{k}y^{n-k},}

valido per ogni coppia di elementi x {\displaystyle x} {\displaystyle x} e y {\displaystyle y} {\displaystyle y} che commutano (cioè tali che x y = y x {\displaystyle xy=yx} {\displaystyle xy=yx}).

Sottostrutture

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Un sottoanello di un anello A {\displaystyle A} {\displaystyle A} è un sottogruppo S {\displaystyle S} {\displaystyle S} di ( A , + ) {\displaystyle (A,+)} {\displaystyle (A,+)} che sia chiuso rispetto al prodotto. In altre parole, S {\displaystyle S} {\displaystyle S} è un sottoinsieme non vuoto di A {\displaystyle A} {\displaystyle A}, e se a {\displaystyle a} {\displaystyle a} e b {\displaystyle b} {\displaystyle b} sono in S {\displaystyle S} {\displaystyle S}, allora anche a − b {\displaystyle a-b} {\displaystyle a-b} e a b {\displaystyle ab} {\displaystyle ab} sono in S {\displaystyle S} {\displaystyle S}. Poiché gli assiomi elencati sopra continuano a valere per S {\displaystyle S} {\displaystyle S}, anch'esso è un anello rispetto alle operazioni + {\displaystyle +} {\displaystyle +} e ⋅ {\displaystyle \cdot } {\displaystyle \cdot } di A {\displaystyle A} {\displaystyle A}. In questo modo costruiamo facilmente altri esempi:

  • I numeri interi divisibili per n {\displaystyle n} {\displaystyle n} sono un sottoanello di Z {\displaystyle \mathbb {Z} } {\displaystyle \mathbb {Z} }.
  • I numeri razionali con denominatore dispari sono un sottoanello di Q {\displaystyle \mathbb {Q} } {\displaystyle \mathbb {Q} }.
  • L'insieme di tutti i numeri reali della forma a + b 2 {\displaystyle a+b{\sqrt {2}}} {\displaystyle a+b{\sqrt {2}}} con a {\displaystyle a} {\displaystyle a} e b {\displaystyle b} {\displaystyle b} interi è un sottoanello di R {\displaystyle \mathbb {R} } {\displaystyle \mathbb {R} }.
  • Gli interi gaussiani a + b i {\displaystyle a+bi} {\displaystyle a+bi} in C {\displaystyle \mathbb {C} } {\displaystyle \mathbb {C} }, dove a {\displaystyle a} {\displaystyle a} e b {\displaystyle b} {\displaystyle b} sono interi, sono un sottoanello di C {\displaystyle \mathbb {C} } {\displaystyle \mathbb {C} }.
  • I polinomi in A [ x ] {\displaystyle A[x]} {\displaystyle A[x]} del tipo p ( x ) = a 0 + a 1 x 2 + a 2 x 4 + ⋯ + a n x 2 n {\displaystyle p(x)=a_{0}+a_{1}x^{2}+a_{2}x^{4}+\dots +a_{n}x^{2n}} {\displaystyle p(x)=a_{0}+a_{1}x^{2}+a_{2}x^{4}+\dots +a_{n}x^{2n}} sono un sottoanello di A [ x ] {\displaystyle A[x]} {\displaystyle A[x]}.
  • L'insieme delle frazioni diadiche costituisce un sottoanello dei numeri razionali.

Un particolare sottoanello è il centro di un anello A {\displaystyle A} {\displaystyle A}: esso comprende tutti gli elementi che commutano (moltiplicativamente) con qualsiasi elemento di A {\displaystyle A} {\displaystyle A}. Esso coincide con l'intero anello se e solo se A {\displaystyle A} {\displaystyle A} è un anello commutativo.

A partire da un sottoanello S {\displaystyle S} {\displaystyle S} di A {\displaystyle A} {\displaystyle A} e da un sottoinsieme X {\displaystyle X} {\displaystyle X}, si può costruire il più piccolo sottoanello contenente S {\displaystyle S} {\displaystyle S} ed X {\displaystyle X} {\displaystyle X}: esso è indicato con S [ X ] {\displaystyle S[X]} {\displaystyle S[X]}, ed è uguale all'insieme delle combinazioni degli elementi di S ∪ X {\displaystyle S\cup X} {\displaystyle S\cup X} mediante le operazioni di anello. Tale operazione è detta estensione di anelli, ed è "finitamente generata" se X {\displaystyle X} {\displaystyle X} è finito.

Ideali

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Lo stesso argomento in dettaglio: Ideale (matematica).

Spesso tuttavia al posto di questa struttura si preferisce usare quella, più forte, di ideale: esso è definito in un anello commutativo come un particolare sottoanello tale che tutti i prodotti a i {\displaystyle ai} {\displaystyle ai}, dove a {\displaystyle a} {\displaystyle a} è un elemento dell'anello e i {\displaystyle i} {\displaystyle i} appartiene all'ideale, sono ancora elementi dell'ideale. Se invece l'anello non è commutativo, è necessario distinguere tra ideali destri e sinistri: i primi sono quelli tali che i a {\displaystyle ia} {\displaystyle ia} appartiene all'ideale per ogni i {\displaystyle i} {\displaystyle i} nell'ideale e a {\displaystyle a} {\displaystyle a} nell'anello, mentre per i secondi, allo stesso modo, a i {\displaystyle ai} {\displaystyle ai} appartiene all'ideale. Se un ideale è sia destro che sinistro, viene detto bilatero o bilaterale.

L'importanza di questa struttura risiede nel fatto che il nucleo di un omomorfismo tra due anelli è sempre un ideale bilatero di A {\displaystyle A} {\displaystyle A}, e che a partire da un ideale bilatero I {\displaystyle I} {\displaystyle I} è possibile costruire l'anello quoziente A / I {\displaystyle A/I} {\displaystyle A/I}. Inoltre la presenza di ideali permette di stabilire un'importante proprietà dell'anello: esso è infatti un campo se e solo se è privo di ideali non banali (cioè diversi dall'insieme { 0 } {\displaystyle \{0\}} {\displaystyle \{0\}} e dall'anello stesso).

A seconda del rapporto di un ideale con il resto dell'anello, sono possibili ulteriori specificazioni: un ideale primo I {\displaystyle I} {\displaystyle I} è un ideale tale che, per ogni prodotto ab che appartiene ad I {\displaystyle I} {\displaystyle I}, almeno uno tra a {\displaystyle a} {\displaystyle a} e b {\displaystyle b} {\displaystyle b} appartiene ad I {\displaystyle I} {\displaystyle I} (il nome deriva dalla similitudine di questa definizione con il lemma di Euclide riguardante i numeri primi); se invece non esistono ideali "intermedi" tra I {\displaystyle I} {\displaystyle I} ed A {\displaystyle A} {\displaystyle A} (cioè se l'unico ideale di A {\displaystyle A} {\displaystyle A} che contiene I {\displaystyle I} {\displaystyle I} è A {\displaystyle A} {\displaystyle A} stesso) si parla di ideale massimale. Questi due tipi di ideali sono particolarmente importanti in relazione ai loro quozienti: in un anello commutativo, infatti, I {\displaystyle I} {\displaystyle I} è primo se e solo se A / I {\displaystyle A/I} {\displaystyle A/I} è un dominio d'integrità, mentre se l'anello è anche unitario I {\displaystyle I} {\displaystyle I} è massimale se e solo se A / I {\displaystyle A/I} {\displaystyle A/I} è un campo. Questo implica anche che, in un anello commutativo unitario, ogni ideale massimale è primo.

Il lemma di Krull (la cui dimostrazione si basa sul lemma di Zorn) afferma che ogni anello unitario possiede almeno un ideale massimale; se esso è unico, l'anello si dice locale. L'insieme degli ideali primi di un anello commutativo A {\displaystyle A} {\displaystyle A} forma il cosiddetto spettro di A {\displaystyle A} {\displaystyle A}.

Elementi invertibili

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Un elemento a {\displaystyle a} {\displaystyle a} di un anello A {\displaystyle A} {\displaystyle A} con unità è invertibile se esiste un b {\displaystyle b} {\displaystyle b} tale che a b = b a = 1 {\displaystyle ab=ba=1} {\displaystyle ab=ba=1}.

Gli elementi invertibili di un anello sono spesso chiamati unità. Normalmente è il contesto che chiarisce se si parla di unità intesa come l'elemento neutro moltiplicativo, o di unità intesa come elemento invertibile.

L'insieme degli elementi invertibili in A {\displaystyle A} {\displaystyle A} è generalmente descritto come A ∗ {\displaystyle A^{*}} {\displaystyle A^{*}}. L'insieme A ∗ {\displaystyle A^{*}} {\displaystyle A^{*}} forma un gruppo con l'operazione prodotto, chiamato gruppo moltiplicativo di A {\displaystyle A} {\displaystyle A}.

Ad esempio, nei numeri interi il gruppo moltiplicativo è dato dai due elementi { − 1 , 1 } {\displaystyle \{-1,1\}} {\displaystyle \{-1,1\}}. In un corpo o in un campo, il gruppo moltiplicativo coincide con tutto l'anello privato dell'elemento neutro.

Omomorfismi

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Lo stesso argomento in dettaglio: Omomorfismo di anelli.

Un omomorfismo tra due anelli A {\displaystyle A} {\displaystyle A} e B {\displaystyle B} {\displaystyle B} è una funzione che preserva le operazioni, cioè una funzione f {\displaystyle f} {\displaystyle f} tale che, per ogni coppia di elementi a {\displaystyle a} {\displaystyle a} e b {\displaystyle b} {\displaystyle b} di A {\displaystyle A} {\displaystyle A}, si ha f ( a + b ) = f ( a ) + f ( b ) {\displaystyle f(a+b)=f(a)+f(b)} {\displaystyle f(a+b)=f(a)+f(b)} e f ( a b ) = f ( a ) f ( b ) {\displaystyle f(ab)=f(a)f(b)} {\displaystyle f(ab)=f(a)f(b)}. Gli omomorfismi quindi preservano in qualche modo la struttura algebrica; particolarmente importanti tra di essi sono gli isomorfismi, ovvero gli omomorfismi biunivoci, che la conservano completamente: due anelli isomorfi possono essere considerati "uguali" per tutte le proprietà algebriche.

Ogni omomorfismo mappa lo zero di A {\displaystyle A} {\displaystyle A} nello zero di B {\displaystyle B} {\displaystyle B}, mentre questo non avviene per l'unità, nemmeno se entrambi gli anelli sono unitari: condizioni sufficienti perché questo avvenga è che l'omomorfismo sia suriettivo oppure che nel codominio non esistano divisori dello zero. Il nucleo di un omomorfismo è un ideale bilatero di A {\displaystyle A} {\displaystyle A}, e viceversa ogni ideale è il nucleo di un omomorfismo: invece l'immagine di A {\displaystyle A} {\displaystyle A} è un sottoanello di B {\displaystyle B} {\displaystyle B}. Gli omomorfismi preservano in una certa misura anche le sottostrutture: l'immagine di un sottoanello è un sottoanello, mentre l'immagine di un ideale è un ideale nell'immagine di A {\displaystyle A} {\displaystyle A}, ma non necessariamente in B {\displaystyle B} {\displaystyle B}.

Una relazione molto importante è il teorema fondamentale di omomorfismo, che permette di trovare degli isomorfismi a partire dagli omomorfismi: se f {\displaystyle f} {\displaystyle f} è un omomorfismo tra A {\displaystyle A} {\displaystyle A} e B {\displaystyle B} {\displaystyle B} e I {\displaystyle I} {\displaystyle I} è il suo nucleo, allora il quoziente A / I {\displaystyle A/I} {\displaystyle A/I} è isomorfo all'immagine f ( A ) {\displaystyle f(A)} {\displaystyle f(A)}.

Un omomorfismo suriettivo può essere considerato una proiezione di un anello A {\displaystyle A} {\displaystyle A} su un suo quoziente A / I {\displaystyle A/I} {\displaystyle A/I} (dove I {\displaystyle I} {\displaystyle I} è il nucleo); un omomorfismo iniettivo, invece, può essere considerato un'inclusione di un anello nell'altro, perché, per il teorema di omomorfismo, esiste nel codominio un'immagine isomorfa ad A {\displaystyle A} {\displaystyle A}, che quindi può essere considerata uguale ad A {\displaystyle A} {\displaystyle A}. Se A {\displaystyle A} {\displaystyle A} è un campo, inoltre, tutti gli omomorfismi non nulli sono iniettivi, in quanto gli unici ideali sono quelli banali.

Prodotto diretto

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Il prodotto diretto di due anelli A {\displaystyle A} {\displaystyle A} e B {\displaystyle B} {\displaystyle B} è il prodotto cartesiano A × B {\displaystyle A\times B} {\displaystyle A\times B} con le operazioni definite termine a termine:

( a 1 , b 1 ) + ( a 2 , b 2 ) = ( a 1 + a 2 , b 1 + b 2 ) , {\displaystyle (a_{1},b_{1})+(a_{2},b_{2})=(a_{1}+a_{2},b_{1}+b_{2}),} {\displaystyle (a_{1},b_{1})+(a_{2},b_{2})=(a_{1}+a_{2},b_{1}+b_{2}),}
( a 1 , b 1 ) ( a 2 , b 2 ) = ( a 1 a 2 , b 1 b 2 ) . {\displaystyle (a_{1},b_{1})(a_{2},b_{2})=(a_{1}a_{2},b_{1}b_{2}).} {\displaystyle (a_{1},b_{1})(a_{2},b_{2})=(a_{1}a_{2},b_{1}b_{2}).}

Questo nuovo insieme forma un anello, in cui lo 0 {\displaystyle 0} {\displaystyle 0} è la coppia ( 0 A , 0 B ) {\displaystyle (0_{A},0_{B})} {\displaystyle (0_{A},0_{B})}. Diverse proprietà di questo nuovo anello possono essere dedotte dalle proprietà degli anelli di partenza: A × B {\displaystyle A\times B} {\displaystyle A\times B} è commutativo se e solo se lo sono entrambi i fattori, mentre se A {\displaystyle A} {\displaystyle A} e B {\displaystyle B} {\displaystyle B} sono unitari allora ( 1 A , 1 B ) {\displaystyle (1_{A},1_{B})} {\displaystyle (1_{A},1_{B})} è l'unità di A × B {\displaystyle A\times B} {\displaystyle A\times B}. Una proprietà che invece non passa al prodotto è l'assenza di divisori degli zeri: infatti il prodotto ( 0 A , a ) ( b , 0 B ) {\displaystyle (0_{A},a)(b,0_{B})} {\displaystyle (0_{A},a)(b,0_{B})} è sempre uguale a ( 0 A , 0 B ) {\displaystyle (0_{A},0_{B})} {\displaystyle (0_{A},0_{B})}, anche se a {\displaystyle a} {\displaystyle a} e b {\displaystyle b} {\displaystyle b} non sono zeri. Questo implica che il prodotto diretto di campi non è mai un campo, a meno che uno non sia ridotto al solo 0 {\displaystyle 0} {\displaystyle 0}.

Questa definizione si può estendere naturalmente al prodotto cartesiano di n {\displaystyle n} {\displaystyle n} anelli.

Elementi primi ed irriducibili

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Lo stesso argomento in dettaglio: Fattorizzazione (teoria degli anelli).

In un dominio d'integrità è possibile come in Z {\displaystyle \mathbb {Z} } {\displaystyle \mathbb {Z} } studiare la fattorizzazione di un dato elemento (non invertibile). In questo contesto, la definizione di divisibilità si estende naturalmente al caso di qualsiasi dominio: a {\displaystyle a} {\displaystyle a} divide b {\displaystyle b} {\displaystyle b} se esiste un elemento r {\displaystyle r} {\displaystyle r} tale che a r = b {\displaystyle ar=b} {\displaystyle ar=b}. Se r {\displaystyle r} {\displaystyle r} è invertibile, a {\displaystyle a} {\displaystyle a} e b {\displaystyle b} {\displaystyle b} si dicono associati.

Due definizioni emergono naturalmente in questo studio:

  • un elemento a {\displaystyle a} {\displaystyle a} è irriducibile se, ogniqualvolta che a = b c {\displaystyle a=bc} {\displaystyle a=bc}, allora o b {\displaystyle b} {\displaystyle b} o c {\displaystyle c} {\displaystyle c} è invertibile;
  • un elemento a {\displaystyle a} {\displaystyle a} è primo se, quando a {\displaystyle a} {\displaystyle a} divide il prodotto b c {\displaystyle bc} {\displaystyle bc}, allora a {\displaystyle a} {\displaystyle a} divide almeno uno tra b {\displaystyle b} {\displaystyle b} e c {\displaystyle c} {\displaystyle c}.

In Z {\displaystyle \mathbb {Z} } {\displaystyle \mathbb {Z} }, queste due definizioni sono equivalenti, ma questo non è vero in generale: gli elementi primi sono irriducibili, ma gli irriducibili non sono sempre primi. Ad esempio, nell'anello

Z [ − 3 ] = { a + b − 3   |   a , b ∈ Z } = { a + i b 3   |   a , b ∈ Z ,   i = − 1 } , {\displaystyle \mathbb {Z} [{\sqrt {-3}}]=\{a+b{\sqrt {-3}}~|~a,b\in \mathbb {Z} \}=\{a+ib{\sqrt {3}}~|~a,b\in \mathbb {Z} ,~i={\sqrt {-1}}\},} {\displaystyle \mathbb {Z} [{\sqrt {-3}}]=\{a+b{\sqrt {-3}}~|~a,b\in \mathbb {Z} \}=\{a+ib{\sqrt {3}}~|~a,b\in \mathbb {Z} ,~i={\sqrt {-1}}\},}

2 {\displaystyle 2} {\displaystyle 2} è irriducibile ma non primo, perché divide il prodotto ( 1 − i 3 ) ( 1 + i 3 ) = 4 {\displaystyle (1-i{\sqrt {3}})(1+i{\sqrt {3}})=4} {\displaystyle (1-i{\sqrt {3}})(1+i{\sqrt {3}})=4}, ma non divide né un fattore né l'altro.

Questa seconda implicazione è tuttavia verificata negli anelli a fattorizzazione unica, ovvero in quegli anelli in cui, date due fattorizzazioni in irriducibili

a = b 1 b 2 ⋯ b n = c 1 c 2 ⋯ c m {\displaystyle a=b_{1}b_{2}\cdots b_{n}=c_{1}c_{2}\cdots c_{m}} {\displaystyle a=b_{1}b_{2}\cdots b_{n}=c_{1}c_{2}\cdots c_{m}}

allora m = n {\displaystyle m=n} {\displaystyle m=n}, e ogni b i {\displaystyle b_{i}} {\displaystyle b_{i}} è associato ad un c j {\displaystyle c_{j}} {\displaystyle c_{j}}. In ogni dominio a fattorizzazione unica esistono il massimo comun divisore e il minimo comune multiplo tra ogni coppia di elementi.

Anelli con ancora maggiori proprietà sono gli anelli ad ideali principali e gli anelli euclidei, in cui è possibile effettuare la divisione euclidea come negli interi. A quest'ultima classe appartengono anche gli anelli di polinomi K [ X ] {\displaystyle \mathbb {K} [X]} {\displaystyle \mathbb {K} [X]}, dove K {\displaystyle \mathbb {K} } {\displaystyle \mathbb {K} } è un campo.

Note

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  1. ^ (EN) Elements of Mathematics, Vol. II Algebra, Ch. 1, Springer
  2. ^ (EN) Algebra, 3rd edition, Springer, ch. II
  3. ^ (EN) https://www.encyclopediaofmath.org/index.php/Non-associative_rings_and_algebras

Bibliografia

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  • Luca Barbieri Viale, Che cos'è un numero? Una introduzione all'algebra, Raffaello Cortina, 2013, ISBN 978-88-6030-604-3
  • Dikran Dikranjan e Maria Silvia Lucido, Aritmetica e algebra, Liguori, 2007, ISBN 978-8-8207-4098-6
  • Giulia Maria Piacentini Cattaneo, Algebra - un approccio algoritmico. Decibel-Zanichelli, Padova 1996, ISBN 978-88-08-16270-0
  • Israel Nathan Herstein, Algebra, Editori Riuniti University Press, 2010, ISBN 978-88-6473-210-7
  • Michael Artin (1997): Algebra, Bollati Boringhieri, ISBN 8833955869
  • Serge Lang, Algebra, (EN) Springer, 2002, ISBN 978-0-387-95385-4

Voci correlate

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  • Storia della teoria degli anelli
  • Teoria degli anelli
  • Ideale (matematica)
  • Anello commutativo
  • Semianello
  • Dominio di integrità
  • Campo (matematica)
  • Struttura algebrica

Altri progetti

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Altri progetti

  • Wikizionario
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Collegamenti esterni

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  • anello, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana. Modifica su Wikidata
  • anèllo, su Vocabolario Treccani, Istituto dell'Enciclopedia Italiana. Modifica su Wikidata
  • anèllo, su sapere.it, De Agostini. Modifica su Wikidata
  • anello, in Enciclopedia della Matematica, Istituto dell'Enciclopedia Italiana, 2013. Modifica su Wikidata
  • (EN) ring / ring with unity, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc. Modifica su Wikidata
  • (EN) Opere riguardanti Rings (Algebra), su Open Library, Internet Archive. Modifica su Wikidata
  • (EN) Eric W. Weisstein, Ring, su MathWorld, Wolfram Research. Modifica su Wikidata
  • (EN) Ring, su Encyclopaedia of Mathematics, Springer e European Mathematical Society. Modifica su Wikidata
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Algebra
NumeriNaturali · Interi · Razionali · Irrazionali · Algebrici · Trascendenti · Reali · Complessi · Numero ipercomplesso · Numero p-adico · Duali · Complessi iperbolici
Principi fondamentaliPrincipio d'induzione · Principio del buon ordinamento · Relazione di equivalenza · Relazione d'ordine · Associatività della potenza
Algebra elementareEquazione · Disequazione · Polinomio · Triangolo di Tartaglia · Teorema binomiale · Teorema del resto · Lemma di Gauss · Teorema delle radici razionali · Regola di Ruffini · Criterio di Eisenstein · Criterio di Cartesio · Disequazione con il valore assoluto · Segno · Metodo di Gauss-Seidel · Polinomio simmetrico · Funzione simmetrica
Elementi di Calcolo combinatorioFattoriale · Permutazione · Disposizione · Combinazione · Dismutazione · Principio di inclusione-esclusione
Concetti fondamentali di Teoria dei numeri
PrimiNumero primo · Teorema dell'infinità dei numeri primi · Crivello di Eratostene · Crivello di Atkin · Test di primalità · Teorema fondamentale dell'aritmetica
DivisoriInteri coprimi · Identità di Bézout · MCD · mcm · Algoritmo di Euclide · Algoritmo esteso di Euclide · Criteri di divisibilità · Divisore
Aritmetica modulareTeorema cinese del resto · Piccolo teorema di Fermat · Teorema di Eulero · Funzione φ di Eulero · Teorema di Wilson · Reciprocità quadratica
Teoria dei gruppi
GruppiGruppo (finito · ciclico · abeliano) · Gruppo primario · Gruppo quoziente · Gruppo nilpotente · Gruppo risolubile · Gruppo simmetrico · Gruppo diedrale · Gruppo semplice · Gruppo sporadico · Gruppo mostro · Gruppo di Klein · Gruppo dei quaternioni · Gruppo generale lineare · Gruppo ortogonale · Gruppo unitario · Gruppo unitario speciale · Gruppo residualmente finito · Gruppo spaziale · Gruppo profinito · Out(Fn) · Parola · Prodotto diretto · Prodotto semidiretto · Prodotto intrecciato
TeoremiAlternativa di Tits · Teorema di isomorfismo · Teorema di Lagrange · Teorema di Cauchy · Teoremi di Sylow · Teorema di Cayley · Teorema di struttura dei gruppi abeliani finiti · Lemma della farfalla · Lemma del ping-pong · Classificazione dei gruppi semplici finiti
SottoinsiemiSottogruppo · Sottogruppo normale · Sottogruppo caratteristico · Sottogruppo di Frattini · Sottogruppo di torsione · Classe laterale · Classe di coniugio · Serie di composizione
Omomorfismo · Isomorfismo · Automorfismo interno · Automorfismo esterno · Permutazione · Presentazione di un gruppo · Azione di gruppo
Teoria degli anelliAnello (artiniano · noetheriano · locale) · Caratteristica · Ideale (primo · massimale) · Dominio (a fattorizzazione unica · a ideali principali · euclideo) · Matrice · Anello semplice · Anello degli endomorfismi · Teorema di Artin-Wedderburn · Modulo · Dominio di Dedekind · Estensione di anelli · Teorema della base di Hilbert · Anello di Gorenstein · Base di Gröbner · Prodotto tensoriale · Primo associato
Teoria dei campi
Campo · Polinomio irriducibile · Polinomio ciclotomico · Teorema fondamentale dell'algebra · Campo finito · Automorfismo · Endomorfismo di Frobenius
EstensioniCampo di spezzamento · Estensione di campi · Estensione algebrica · Estensione separabile · Chiusura algebrica · Campo di numeri · Estensione normale · Estensione di Galois · Estensione abeliana · Estensione ciclotomica · Teoria di Kummer
Teoria di GaloisGruppo di Galois · Teoria di Galois · Teorema fondamentale della teoria di Galois · Teorema di Abel-Ruffini · Costruzioni con riga e compasso
Altre strutture algebricheMagma · Semigruppo · Corpo · Spazio vettoriale · Algebra su campo · Algebra di Lie · Algebra differenziale · Algebra di Clifford · Gruppo topologico · Gruppo ordinato · Quasi-anello · Algebra di Boole
argomentiTeoria delle categorie · Algebra lineare · Algebra commutativa · Algebra omologica · Algebra astratta · Algebra computazionale · Algebra differenziale · Algebra universale
V · D · M
Algebra commutativa
Concetti generaliAnello · Campo · Dominio d'integrità · Anello locale · Ideale (Massimale · Primo · Radicale · Radicale di Jacobson) · Decomposizione primaria · Primo associato · Spettro · Dimensione di Krull · Profondità
EstensioniLocalizzazione (Campo dei quozienti) · Estensione intera · Chiusura integrale · Completamento · Anello dei polinomi · Anello delle serie formali
Anelli noetheriani
ClassiAnello artiniano · Anello regolare · Anello di Gorenstein · Anello di Cohen-Macaulay · Anello eccellente
TeoremiTeorema dell'ideale principale · Teorema della base di Hilbert · Teorema degli zeri di Hilbert · Lemma di normalizzazione di Noether
ValutazioniAnello di valutazione · Anello a valutazione discreta · Dominio di Prüfer · Dominio di Bézout
FattorizzazioneDominio a fattorizzazione unica · Dominio ad ideali principali · Dominio euclideo · Dominio di Dedekind · Dominio di Krull
Teoria dei moduliModulo libero · Modulo proiettivo · Modulo iniettivo · Prodotto tensoriale · Modulo piatto · Lemma di Nakayama · Lunghezza
Argomenti correlatiAlgebra omologica · Geometria algebrica · Teoria algebrica dei numeri · Teoria delle categorie
Controllo di autoritàThesaurus BNCF 18029 · LCCN (EN) sh85114140 · GND (DE) 4128084-2 · BNE (ES) XX531097 (data) · BNF (FR) cb131630283 (data) · J9U (EN, HE) 987007538867405171
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