§ 12.6. Теорема Нётер — Сколема
Цель настоящего параграфа — доказать теорему Нётер — Сколема для алгебр из класса
Более общий результат содержится в упр. 1.
Начнем с рассмотрения частного случая теоремы Нётер — Сколема, из которого затем будет выведен общий результат.
Лемма. Пусть В — конечномерная простая F-алгебра и
векторное пространство над полем
Если
гомоморфизмы
то существует элемент
такой, что
для всех
Идея доказательства заключается в том, что
снабжают
структурами
-модулей. Полученные модули обязаны быть изоморфными, поскольку В — простая алгебра, а модули над конечномерными простыми алгебрами в соответствии со следствием
классифицируются их размерностями. Искомое линейное преобразование
есть в точности изоморфизм этих модулей. Точнее, определим
как правый
-модуль на
с операцией умножения на скаляры
и зададим операцию умножения на скаляры в
следующим образом: и
Стандартные вычисления показывают, что все аксиомы для модулей в
и
выполнены. Пусть
изоморфизм
-модулей, существование которого обеспечено следствием
Тогда
т. е.
для всех
Теорема Нётер — Сколема. Пусть и предположим, что В — простая подалгебра алгебры А. Если
гомоморфизм алгебры В в алгебру А, то существует элемент
такой, что
для всех
Доказательство. В силу предложения
существует изоморфизм F-алгебр
Положим
где
-гомоморфизм вложения. Поскольку алгебра
проста по лемме
то из леммы вытекает существование элемента
такого, что
для всех
Пусть
Так как
обратимый элемент, то и
обратим, причем
Кроме того, поскольку
изоморфизм алгебр, то
Так как изоморфизм
инъективен, то
Полагая в
получим
т. е.
последнее в силу леммы
Аналогично,
Поэтому
где
Следовательно,
Наконец, если
в равенстве (1), то
и для всех
поэтому