交换 代数 ，是以（含么） 交换环 为主要研究对象的一门代数学科。它是以 代数数论 和 代数几何 为背景而产生与发展的，并为这两个古老的数学分支提供了新的统一的工具。
概述简介
以（含么）交换环为主要研究对象的一门代数学科。它是以代数数论和代数几何为背景而产生与发展的，并为这两个古老的数学分支提供了新的统一的工具。
18世纪末到19世纪中期，C.F. 高斯 和E.E. 库默尔 等人在研究关于有理整数性质和 方程 的有理整数解的时候，把这些 初等数论 问题放在 二次域 、 分圆域 以及它们的代数整数环中考虑，经过J.W.R. 戴德金 和D. 戴维·希尔伯特 等人的抽象化和系统化，形成了研究 代数数域 和它的代数整数环的一个新学科即 代数数论 。比 数论 稍晚些时候， 几何学 也经历了 代数 化过程，从19世纪末开始，由于希尔伯特等人的工作，特别是20世纪20～30年代 德国 女数学家（A.）E. 艾米·诺特 关于理想 准素分解 的理论和W.克鲁尔建立的赋值论、 局部环 理论和维数理论，为古典几何提供了全新的代数工具。从此，交换代数也成为一门独立的学科。在20世纪50年代以后，交换代数得到很大发展，模论的研究、同调代数和各种上同调理论的建立，特别是 法国 数学家A. 亚历山大·格罗滕迪克 的概型理论，对于交换代数的发展起了巨大的推动作用。概型理论是 算术几何 化的过程的理论，它将 数论 和 射影 代数几何 赋以新的高度统一的观点。利用概型理论，P. 皮埃尔·德利涅 于70年代初证明了A. 安德烈·韦伊 关于 有限域 上射影 代数簇
函数的一个著名猜想。现在，交换代数的运用已深入到 导数 与 代数拓扑 、多复变函数论、 奇点 理论、甚至 偏微分方程 等学科。
根和根式理想
以下的环均指含么 交换环 。环R中全部 素理想 构成的集合，称为R的(素)谱，记作Spec(R)。设U是环R的真理想,(即U≠R)，则R中至少存在一个包含U的素理想，所有包含U的素理想的交称为U的根，记作 。事实上 。显然， 。 若 ，则称U为根式理想。特别当 （零理想）时， 就是R中全部幂零元构成的理想，称为环R 的根。设k是 代数 封闭域，在 代数几何 中，n维 仿射空间 k中的 代数簇 和 多项式环 中的根式理想是反序(对於包含序)一一对应的，并且k中不可约代数簇和R的 素理想 也是反序一一对应的，这是代数几何的 基点 。
分式环 和局部化
环R的 子集 称为乘法集，是指① ；② 在集合 上定义关系～： 若存在 使得 。～是 等价关系 。以 表示元素 的等价类， 表示全部等价类组成的集合。对于加法 和乘法 ， R是含幺 交换环 ，称为R对於乘法集S的 分式环 。 映射 , 是环 同态 ，其核为 若S中非零元素均不是R的 零因子 ，则f为 单射 。从而R可看成 的子环。当R为 整环 而 时， 就是R的商域。设M为R模而S为R的乘法集，可以类似地定义M对於S的分式模 ,这是 模。最重要的 分式环 是取 ，其中β为R的 素理想 ，这时 记为 ，称为R在β处的局部化。 是 局部环 （即只有惟一极大理想的环）。类似地对 可定义R模M在β处的局部化 ，这是 模，并记为 。
是从R模范畴到 模范畴的 正合函子 ，它有许多好的性质。它与模的许多运算都是可交换的，并且保持模和（当 作用于环范畴时）环的许多性质，从而得到广泛的应用，其中重要应用之一是所谓局部－整体原则。关于环（或者模）的某个性质 P 称为 局部性质 ，是指对于每个环R(或者R模M),R（或者）有性质 P 对于R的每个 素理想 β), (或者 )均有性质P。环和模有不少性质是局部性质。设P是局部性质。为了对某个环R(或者R模M)检验是否有性质P，只需对每个局部化 (或者 )来检验即可。由於 和 比R和M结构简单，因此由局部性质来掌握整体特性是研究环和模的重要手段，也是 代数几何 和 代数数论 的重要研究工具。例如在代数几何中采用局部化方法研究 代数簇 在一点附近的局部特性（如奇异性、 相交 重数等）。
环R称为诺特环，是指R的理想均是有限生成的。例如域和主理想 整环 都是诺特环。着名的 戴维·希尔伯特 基本 定理 是说，如果R为诺特环，则多项式环 也是诺特环。特别当k是域时， 是诺特环。
环R中的理想q称为准素的，是指 ，若 ，必有 或 。诺特环的最重要性质是：每个理想均可表为有限个 准素理想 之交。由此推出，每个根式理想可以不计次序惟一地表成有限个彼此不包含的 素理想 之交。当k为代数封闭域时，由 代数簇 (不可约代数簇)和 诺特环 中根式理想(素理想)的反序对应即知，k中每个代数簇均可惟一地表成有限个彼此不包含的不可约代数簇之并，这就把k中 代数几何 归结为不可约代数簇的研究，或者说，归结为诺特环 的素谱Spec(R)的研究。
设R为环S的子环。S中元素s称为在R上整的，是指存在首项系数是 1 的非零 多项式 ，使得 。S中在R上整的全部元素是S的子环，称为R在S中的整闭包。若这个整闭包等於R，则称R在S中整闭。 整环 R称为整闭的，是指R在其商域中整闭。
整环D称为戴德金整环，是指：①D是整闭的，②D是 诺特环 ，③D中非零 素理想 都是极大理想。每个主理想整环都是戴德金整环。任意 代数数域 K的代数整数环OK(它是有理整数环Z 在K 中的整闭包)是 戴德金整环 。
戴德金整环D最值得注意的性质有两个：①D中每个非零真理想均可不计次序惟一地表成有限个素理想之积，於是D的全体非零理想对於乘法是以全体非零素理想为基的自由交换 幺半群 。它所扩张成的自由交换群称为D的 分式理想 群I(D)，I(D)中元素称为D的分式理想，它是两个理想之商。戴德金整环OK中每个理想如何分解成 素理想 之积，是 代数数论 的一个重要研究课题。②D中全体主分式理想(α)（ ，F为D的商域）形成I(D)的一个 子群 P(D)。 商群 称为D的 理想类群 。
关于 戴德金整环 D的一个重要结果是：D为主理想整环匔D为惟一因子分解整环匔C(D)为一元群。对於任意 代数数域 K，理想类群C(OK)是有限交换群，它的阶称为K的理想类数。研究代数数域的理想类群和类数，是代数数论的一个重要课题。
维数理论
设 是环R中 素理想 链，n称为这个素理想链的长度。R中所有素理想链的长度的最大值（可能是无限的）称为R的（克鲁尔）维数，记作dimR 。设R是 诺特 局部环 ，M是它的惟一极大理想，对於每个 准素理想 q，以 表示生成理想q所需元素的最少个数，而δ(R)表示所有 （q过R的所有准素理想）的最小值，则 。进而，若R的惟一极大理想M本身可以由 个元素生成，则称R为正则诺特局部环。
环的维数理论有直观的 代数几何 背景。域k上不可约 代数簇 V的维数dimV在代数几何中定义为V的 有理函数 域k(V)在k上的超越次数。另一方面，对於V上每个点P， 中在P正则的函数形成环，这是 艾米·诺特 局部环 ，称为V在点P的局部环，它的维数称为V在点P的局部维数，它等於V的维数，并且P是V的非奇异点匔V在点P的局部环是正则诺特局部环。
完备化
设U是环R的理想，取 为R中零元素的基本 邻域 系，则R由此成为拓扑环。R中这个拓扑称为U-adic拓扑，并且，R是 费利克斯·豪斯多夫 拓扑空间 。类似地，设M为R模，取 为零元素的基本邻域系，则M由此成为拓扑R 模，并且M对於这种U-adic拓扑是豪斯多夫空间 。若 R 为 诺特环 而M是有限生成R 模，则对於R的每个真理想U，条件 和 满足，这时，U－adic豪斯多夫空间R 和M可以拓扑完备化成环 和惵模 ，理想U作为R 模的完备化 是环惵 的理想，惵 和 由R(和M)中 U-adic拓扑诱导出的拓扑就是 -adic拓扑，并且 =惵M。完备化 函子 R→惵和M→ 保持环和模的许多特性，而将R或M完备化成惵或 之後的好处，是可以采用极限和收敛等解析工具，从而，完备化也是 代数几何 和 代数数论 以及许多其他学科的重要研究手段。
交换代数
作为 代数 几何的代数工具，还需要比 交换环 更进一步的 代数结构 ，这就是“环上的代数”。
A
称为环
上的 代数 （或简称为
代数），是指：①(
A
,+ ,·)为环，②（
A
，+）为
模，③对于每个
∈
，
、
∈
A
，
(
)=(
)
=
(
)。若
A
又是交换环，则称
A
为
上的交换代数。
上的交换代数
A
称为有限生成的，是指存在有限个元素
，使得
。
设
为域,
为 多项式环 ,
是
的商域。著名的 戴维·希尔伯特 第14问题是对于
和
的每个中间域
，
∩
作为
代数 都是有限生成的。利用 不变量理论 ， 日本 数学家中田于20世纪70年代举出 反例 ，否定了希尔伯特这个猜想，虽然这个猜想在
=1时是正确的。
设
是代数封闭域,
中 代数簇
对应着
的根式理想U,则
的仿射坐标环
是
上有限生成的交换代数，并且没有非零的幂零元素。反之，
上每个这种类型的交换代数均是
上某个代数簇的仿射坐标环，并且从代数簇
到代数簇
【
】到
【
】的
和
【
】和
【
】作为
代数是同构的。于是，
上 代数簇 的同构分类相当于一种特殊类型的
上交换代数的同构分类。
公式介绍
环R的 子集 S称为乘法集，是指① ；② ，在集合 上定义关系～： 若存在 使得 。～是 等价关系 。以表示元素（α,s）的等价类，SR表示全部等价类组成的集合。对于加法和乘法，SR是含么 交换环 ，称为R对于乘法集S的 分式环 。 映射 ，是环 同态 ，其核为 。若S中非零元素均不是R的 零因子 ，则ƒ为 单射 。从而R可看成SR的子环。当R为 整环 而 时，SR就是R 的商域。设M为R模而S为R的乘法集，可以类似地定义M对于S的分式模SM，这是SR模。
最重要的分式环是取 ，其中β为R的 素理想 ，这时SR记为R，称为R在β处的局部化。R是 局部环 （即只有惟一极大理想的环）。类似地对S=R-β可定义R模M在β处的局部化SM，这是R模，并记为M。
是从R模范畴到SR模范畴的 正合函子 ，它有许多好的性质。它与模的许多运算都是可交换的，并且保持模和（当S作用于环范畴时）环的许多性质，从而得到广泛的应用，其中重要应用之一是所谓局部－整体原则。关于环（或者模）的某个性质P称为 局部性质 ，是指对于每个环R(或者R模M)，R（或者M）有性质P匔对于R的每个 素理想 β)，Rβ(或者Mβ)均有性质P。环和模有不少性质是局部性质。设P是局部性质。为了对某个环R(或者R模M)检验是否有性质P，只需对每个局部化R(或者M)来检验即可