当$a$是一个变量时,Anon的答案给出了一个漂亮的几何证明。下面我试图给出一些常用代数证明的几何解释。
首先是一个免责声明:我不是代数学家,所以下面的解释将是一个学习者的观点,可能是从分析的角度来看的,因此对专家来说可能显得很特殊。
我将从解释证据中使用的两个关键成分开始。
1.象征力量
让$\frak p$成为$a$的最佳理想。我认为本地化$A{\frakp}$捕获了函数在$V({\frak p})$的泛型点附近的行为。为了理解我的意思,以$A=k[x,y]/(xy,y^2)$和${\frakp}=(y)$为例。从几何角度来看,$Spec A$是$x$-轴加上原点处2阶的模糊数,而$V({\frak p})$只是$x$轴。现在看看A$中的$y\。我们有$y$在$A$中为非零,但在$A{\frak p}$中变为零(其中$y=xy/x=0$)。几何解释是,对于任何$x_0\neq0$,$y$确实在$(x_0,0)$的邻域上为零,因为在该点附近没有模糊。$A$中$y\neq0$的唯一原因是它只在原点附近消失到1阶,而原点(2阶)的fuzz捕捉到了它。但这发生在$V({\frak p})$(所谓的嵌入素数),所以行为不是泛型的(在这个词的口语意义上),所以我们仍然可以说$y$在$V({\frak p})$的泛型点的邻域上消失,这解释了为什么它在$a_{\frak p}$中消失。
概括一下这个例子,如果我们取$a=k[x,y]/(xy^n,y^{n+1})$,我们会看到$Spec a$是$x$-轴,重数为$n$(换句话说,在$y$方向上有$n$级的fuzz),加上原点处$y$向$n+1$级的一些fuzz。再次让${\frak p}=(y)$。然后${\frakp}^{(m)}$(符号幂)由函数组成,这些函数在$V({\frakp})$的泛型点消失为$m$。因此,对于$m<n$,${frakp}^{(m)}=(y^m)$,而对于所有$m\gen$,则${frak p}^}=(y^n)$。事实上,$y^n$只在原点附近消失以订购$n$并不重要,因为原点只是一个单点,对于$V({\frakp})$来说不够通用。
2.中山引理
OP没有问这个问题,但由于这个引理在证明中经常使用,我也会尝试从几何角度解释它。设$(A,{\frakm})$是局部环,$m$是有限生成的$R$模。我认为$A$是原点邻域上全纯函数的萌芽,$M$是该邻域上某种全纯向量丛。Nakayama引理的条件是$M={frakm}M$。通过迭代,我们得到任意$n\in\mathbbN$的$M={\frakm}^nM$。这意味着$M$的所有部分在原点附近消失为任意高阶。通过全纯启发式,$M$的所有部分都相同地消失,因此$M=0$。
现在我们来看看克鲁尔主理想定理的实际证明,例如,在这里.
通过标准约简,我们可以假设$(A,\frak m)$是一个局部域,$f\neq0$具有最小素理想$\frak m$。假设$\frakm$中包含一个素理想$\frakp$,我们的目的是证明${\frakp}=(0)$。
考虑$V(f)$。由于$\frak m$是$A$的最大理想,同时$f$的最小素理想,$V(f)$包含一个(模式理论)点,即$\frak-m$本身(用代数术语来说,$A/(f)美元是Artian局部环),加上围绕该点的有限阶fuzz。考虑符号幂${\frak p}^{(n)}$,即在$V({\frak p})$的泛型点消失到至少$n$阶的函数的理想。然后${frakp}^{(n)}|_{V(f)}$(代数上这是$A/(f)$中的理想${frak p}^}(n。$n$越大,它可能包含的模糊性就越大。由于$\frakm$周围fuzz的总阶数是有限的,对于$n\gg1$,${\frakp}^{(n)}|_{V(f)}$中包含的fuzz阶数不会改变(这是Artian环的DCC属性。)用代数表示,这等于${\Frakp}^{。
现在取$x\in{\frakp}^{(n)}$。然后$x$至少消失以在$V({\frak p})$上通用地订购$n$,但我们可以写$x=y+fr$,其中$y$至少消失以便在$V。但是$\frak p$不是$V(f)$中的一个点(它的唯一点是$\frak-m$),所以$f|_{V({frak p})}\neq0$。由于$V({\frak p})$是不可约的,因此$f$在$V({\frak p})$上一般不会消失到任何阶。因此,$r$至少消失,以便在$V({\frak p})$上通用地订购$n$。回到代数,我们得到了${\frakp}^{(n)}={\frackp}^}{(n+1)}+f{\frak p}^[n)}$。
现在我们考虑模块${\frakp}^{(n)}/{\frackp}^}(n+1)}$。上述标识表明,此模块中的每个元素都是$f$的倍数。通过迭代,我们知道对于所有$m\in\mathbb N$,每个元素都是$f^m$的倍数。由于$f$在$\frakm$处消失,${\frakp}^{(n)}/{\frak p}^}{(n+1)}$中的每个元素在$\fram$处消失为任意高位。根据Nakayama引理,模完全消失,因此${frakp}^{(n)}={frakp2}^{(n+1)}$。
现在转到本地化$A_{\frakp}$,也就是说,我们忘记了函数在$V({\frak p})$的特定点上的行为,而只考虑它在$V的一般点附近的行为。由于坐标环考虑了一般行为,因此没有必要为了符号力量的本地化而重申它。因此,${\frakp}^{(n)}A{\frak p}={\frak-p}^nA{\frack-p}$,它对于$n\gg1$是静止的。然后${\frak p}^nA_{\frak p}$中的任何元素都消失到$\frak p$附近的任意高阶。再次通过Nakayama引理,${frakp}^nA{frakp2}=(0)$。
总而言之,我必须使用一些代数(我之前的几何论证与我之前的观点有些矛盾。)因为$A$是一个域,本地化$A\到A_{frakp}$是内射的,所以$A$中的${frakp2}^n=(0)$。同样,因为$A$是一个域,所以${\frakp}=(0)$。