在抽象代數中,分式環或分式域是包含一個整環的最小域,典型的例子是有理數域之于整數環。此外分式環也可以推廣到一般的交換環,此時通常稱作全分式環。分式環有時也被稱為商域,但此用語易與商環混淆。
構造
分式環是局部化的一個簡單特例。設 \( R \) 為一個整環,而 \( S:=R-\{0\} \)。在集合 \( R\times S \) 上定義等價關系 \( \sim \):
\( (r,s)\sim (r',s')\iff rs'-r's=0 \)
等價類 \( [r,s] \) 可以想成“分式” \( r/s \),上述等價關系無非是推廣有理數的通分;借此類比,在商集 \( (R\times S)/\sim \) 上定義加法與乘法為:
\( [r,s]+[r',s']=[rs'+r's,ss'] \)
\( [r,s][r',s']=[rr',ss'] \)
可驗證上述運算是明確定義的。此外還有環同態 \( R\rightarrow (R\times S)/\sim \),定義為 \( r\mapsto [r,1] \);這是一個單射。于是可定義分式環 \( T(R):=(R\times S)/\sim \),再配上上述的加法與乘法運算。在實踐上,我們常將 \( T(R) \) 里的元素寫作分式 \( r/s \)。
泛性質
整環 \( R \) 的分式環 \( K(R) \) 及其自然環同態 \( R\rightarrow K(R) \) 滿足以下的泛性質:
對任何環 \( T \) 及環同態 \( \phi :R\rightarrow T \),若 \( R-\{0\} \) 中的元素在 \( \phi \) 下的像皆可逆,則存在唯一的環同態 \( \psi :K(R)\rightarrow T \),使得 \( \phi \) 是 \( R\rightarrow K(R) \) 與 \( \psi \) 的合成。此性質不外是形式地表達了“\( K(R) \) 是包含 \( R \) 的最小的域”這個陳述。據此泛性質可形式地證明:任何一組資料 \( (K,\phi :R\rightarrow T) \) 若使得 \( K-\{0\} \) 中的元素在 \( \phi \) 下的像皆可逆,且滿足上述泛性質,則 \( K \) 必與 \( T(R) \) 同構。
全分式環
對于一般的交換環 \( R \)(容許有零因子),分式環是一種退而求其次的建構:我們想找使 \( R\rightarrow S^{-1}R \) 為單射的“最大”局部化。設 \( S \) 為 \( R \) 中的非零因子所成子集,它是個積性子集,因此可對之作局部化。令 \( T(R):=S^{-1}R \),此時 \( T(R) \) 常被稱作 \( R \) 的全分式環。
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