Kurs:Singularitätentheorie (Osnabrück 2019)/Arbeitsblatt 25/latex

\setcounter{section}{25}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {faktorieller Bereich}{}{.} Zeige, dass jedes von $0$ verschiedene \definitionsverweis {Primideal}{}{} ein \definitionsverweis {Primelement}{}{} enthält.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass in einem \definitionsverweis {faktoriellen Bereich}{}{} $R$ der \definitionsverweis {größte gemeinsame Teiler}{}{} und das \definitionsverweis {kleinste gemeinsame Vielfache}{}{} von zwei Elementen $f,g \in R$ existieren.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {faktorieller Bereich}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ a,b }
{ \in }{R }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass $ab$ und das Produkt aus
\mathl{{\operatorname{KgV} \, \left( a , b \right) }}{} und
\mathl{{\operatorname{GgT} \, \left( a , b \right) }}{} zueinander \definitionsverweis {assoziiert}{}{} sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien
\mathl{a_1,a_2 , \ldots , a_n \in R}{} Elemente in einem \definitionsverweis {faktoriellen Bereich}{}{} $R$ und
\mathl{k \in \N}{.}

a) Zeige, dass
\mathdisp {\operatorname{ kgV}_{ } ^{ } { \left( a_1^k,a_2^k , \ldots , a_n^k \right) } \text{ und } { \left( \operatorname{ kgV}_{ } ^{ } { \left( a_1,a_2 , \ldots , a_n \right) } \right) }^k} { }
zueinander \definitionsverweis {assoziiert}{}{} sind.

b) Zeige, dass
\mathdisp {\operatorname{ ggT}_{ } ^{ } { \left( a_1^k,a_2^k , \ldots , a_n^k \right) } \text{ und } { \left( \operatorname{ ggT}_{ } ^{ } { \left( a_1,a_2 , \ldots , a_n \right) } \right) }^k} { }
zueinander assoziiert sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {faktorieller Integritätsbereich}{}{} mit \definitionsverweis {Quotientenkörper}{}{} $Q(R)$. Zeige: Wenn
\mathl{F,G \in R[X]}{} keinen gemeinsamen Teiler besitzen, so besitzen sie aufgefasst in
\mathl{Q(R)[X]}{} ebenfalls keinen gemeinsamen Teiler.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {faktorieller Bereich}{}{} mit \definitionsverweis {Quotientenkörper}{}{}
\mathl{K=Q(R)}{.} Zeige, dass jedes Element
\mathbed {f\in K} {}
{f \neq 0} {}
{} {} {} {,} eine im Wesentlichen eindeutige Produktzerlegung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{f }
{ =} { up_1^{r_1} { \cdots } p_n^{r_n} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit einer \definitionsverweis {Einheit}{}{}
\mathl{u \in R}{} und ganzzahligen Exponenten $r_i$ besitzt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {faktorieller Bereich}{}{} mit \definitionsverweis {Quotientenkörper}{}{}
\mathl{K=Q(R)}{.} Es sei
\mathl{a \in K}{} ein Element mit
\mathl{a^n \in R}{} für eine natürliche Zahl
\mathl{n \geq 1}{.} Zeige, dass dann schon $a$ zu $R$ gehört.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{R }
{ = }{ \bigoplus_{n \in \N} R_n }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {positiv-graduierter}{}{} \definitionsverweis {Integritätsbereich}{}{} über einem \definitionsverweis {Körper}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{R_0 }
{ = }{K }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass ein \definitionsverweis {homogenes Element}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{f }
{ \neq }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} vom Grad $1$ \definitionsverweis {irreduzibel}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $M$ ein \definitionsverweis {numerisches Monoid}{}{,} das nicht isomorph zu $\N$ sei, und sei $K$ ein Körper. Zeige, dass es im Monoidring $K[M]$ \definitionsverweis {irreduzible Elemente}{}{} gibt, die nicht \definitionsverweis {prim}{}{} sind. Man gebe Elemente aus $K[M]$ mit zwei wesentlich verschiedenen Zerlegungen in irreduzible Elemente an.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und
\mathl{K[X]}{} der \definitionsverweis {Polynomring}{}{} über $K$. \aufzaehlungdrei{Zeige, dass
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{R }
{ =} { { \left\{ F \in K[X] \mid F(0) = F(1) \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {Unterring}{}{} von
\mathl{K[X]}{} ist. }{Zeige
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{R }
{ =} { { \left\{ X(X-1)P+a \mid P \in K[X] , \, a \in K \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} }{Zeige, dass $R$ nicht \definitionsverweis {faktoriell}{}{} ist. }

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Finde in den Koordinatenringen zu den $A$-Singularitäten, also in
\mathl{K[X,Y,Z]/ { \left( XY-Z^n \right) }}{} zu
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{n }
{ \geq }{2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} Elemente, die \definitionsverweis {irreduzibel}{}{,} aber nicht \definitionsverweis {prim}{}{} sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Finde in den Koordinatenringen zu den $D$-Singularitäten, also in
\mathl{K[X,Y,Z]/ { \left( X^2+YZ^2 + Y^{m+1} \right) }}{} zu
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{m }
{ \geq }{2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} Elemente, die \definitionsverweis {irreduzibel}{}{,} aber nicht \definitionsverweis {prim}{}{} sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Finde im Koordinatenring zur $E_6$-Singularität, also in
\mathl{K[X,Y,Z]/ { \left( X^2+ Y^3 + Z^4 \right) }}{,} Elemente, die \definitionsverweis {irreduzibel}{}{,} aber nicht \definitionsverweis {prim}{}{} sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Finde im Koordinatenring zur $E_7$-Singularität, also in
\mathl{K[X,Y,Z]/ { \left( X^2 +Y^3 +YZ^3 \right) }}{,} Elemente, die \definitionsverweis {irreduzibel}{}{,} aber nicht \definitionsverweis {prim}{}{} sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Finde in in
\mathl{K[X,Y,Z,W]/ { \left( XY-ZW \right) }}{} Elemente, die \definitionsverweis {irreduzibel}{}{,} aber nicht \definitionsverweis {prim}{}{} sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ eine dreidimensionale \definitionsverweis {endlich erzeugte}{}{} $K$-\definitionsverweis {Algebra}{}{} über einem \definitionsverweis {algebraisch abgeschlossenen Körper}{}{,} die ein \definitionsverweis {faktorieller Integritätsbereich}{}{} sei. Zeige, dass für \definitionsverweis {Primideale}{}{} \mathkor {} {{\mathfrak p}} {und} {{\mathfrak q}} {} der \definitionsverweis {Höhe}{}{} \mathkor {} {r} {bzw.} {s} {} jedes \definitionsverweis {minimale Primideal}{}{} oberhalb von
\mathl{{\mathfrak p}+ {\mathfrak q}}{} eine Höhe
\mathl{\leq r+s}{} besitzt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {noetherscher}{}{} \definitionsverweis {Integritätsbereich}{}{} und seien
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{f,g }
{ \neq }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {Nichteinheiten}{}{.} Zeige, dass es einen maximalen Exponenten $n$ mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{f }
{ = }{g^n h }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gibt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass in einem \definitionsverweis {Produktring}{}{} $R \times S$ die Aussage aus Lemma 25.6 nicht gelten muss.

}
{} {}

Der in der folgenden Aufgabe besprochene Ring zeigt, dass der Krullsche Hauptidealsatz, Lemma 25.5 und Lemma 25.6 für nichtnoethersche Integritätsbereiche nicht gelten muss.


\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und betrachte den \definitionsverweis {kommutativen Ring}{}{}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{R }
{ =} { K[X,Y_0,Y_1,Y_2, \ldots]/ { \left( Y_0-XY_1,Y_1-XY_2,Y_2-XY_3, \ldots \right) } }
{ =} { K[X, Y_n,n \in \N]/ { \left( Y_i -XY_{i+1}, i \in \N \right) } }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} \aufzaehlungsechs{Zeige, dass $R$ ein \definitionsverweis {Integritätsbereich}{}{} ist. }{Zeige, dass $X$ ein \definitionsverweis {Primelement}{}{} ist. }{Zeige, dass $(X)$ ein \definitionsverweis {maximales Ideal}{}{} von $R$ ist. }{Zeige, dass
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ {\mathfrak p} }
{ =} { \bigcap_{n \in \N} { \left( X^n \right) } }
{ =} { { \left( Y_j, j \in \N \right) } }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gilt und dass dies ein \definitionsverweis {Primideal}{}{} ist, das nicht \definitionsverweis {endlich erzeugt}{}{} ist. Wie lautet der \definitionsverweis {Restklassenring}{}{} zu ${\mathfrak p}$? }{Zeige, dass die \definitionsverweis {Krulldimension}{}{} von $R$ zumindest $2$ ist. }{Zeige, dass $Y_0$ keine Faktorzerlegung in \definitionsverweis {irreduzible Elemente}{}{} besitzt. }

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Finde für die zweidimensionalen ADE-Singularitäten \zusatzklammer {gegeben durch den Ring $R$} {} {} Ringelemente
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{f }
{ \neq }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} derart, dass die \definitionsverweis {Nenneraufnahme}{}{} $R_f$ \definitionsverweis {faktoriell}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass der Ring
\mathl{{\mathbb C} [X,Y]/ { \left( X^3+Y^3+1 \right) }}{} \definitionsverweis {regulär}{}{,} aber nicht \definitionsverweis {faktoriell}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass es auf der
\mathl{E_8}{-}Singularität keine glatte Kurve gibt, die durch den \definitionsverweis {singulären Punkt}{}{} läuft.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{X^3+Y^3-3XY }
{ \in} {K[X,Y] }
{ \subseteq} { K[X,Y]_{(X,Y)} }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} ein Primelement ist, aber nicht im Ring
\mathl{{\mathcal O}_2}{} der holomorphen Funktionen in zwei Variablen. Wie lautet dort die Faktorzerlegung?

}
{} {}