Autor Tema: Homomorfismo de anillos unitarios preserva identidad

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04 Noviembre, 2021, 09:12 pm
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Eren

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En la página 107 del libro Abstract Algebra de Pierre Antoine Grillet, se encuentra la afirmación siguiente:

    If $$R$$ and $$S$$ are rings with identity, a homomorphism of rings with identity of $$R$$ into $$S$$ also preserves the identity element: $$\phi(1) = 1$$.

Quizá haya algo que no esté viendo en ese párrafo, por que lo que entiendo de él es que, en general, los homomorfismos entre anillos unitarios (anillos con identidad multiplicativa) preservan la identidad, lo cual parece ser falso. El contraejemplo que se me ha ocurrido es éste: si $$A$$ es cualquier anillo unitario, la aplicación $$\phi: A\rightarrow A\times A$$ (con $$A\times A$$ el anillo producto definido de la forma usual) dada por $$a\mapsto (a,0)$$ es un homomorfismo inyectivo entre anillos unitarios con $$\phi(a) = (1,0)$$, luego $$\phi$$ no preserva identidades, pues la de $$A\times A$$ es $$(1,1)$$, ¿cierto? De ser así, no sé si se trata de una errata del libro, o si haya algo que no estoy considerando. A mí me llama la atención la aparente redundancia del enunciado: comienza diciendo que $$R$$ y $$S$$ son unitarios ("If $$R$$ and $$S$$ are rings with identity..."), luego repite esta cualificación al decir "a homomorphism of rings with identity". ¿Radica en esto un detalle que hace cierta a la afirmación del libro? Por ejemplo, si se refiere a que la imagen del homomorfismo contiene a la identidad de $$S$$, entonces la afirmación es cierta, pues en ese caso existe un $$r\in R$$ tal que $$\phi(r) = 1_S$$, y así $$1_S = \phi(r) = \phi(r\cdot 1_R) = \phi(r)\phi(1_R)  = 1_S\cdot\phi(1_S) = \phi(1_S)$$.

Como soy un completo amateur en esto de las matemáticas, no tengo absoluta certeza de que no se me esté escapando algo. Agradecería cualquier comentario al respecto.

Saludos.

04 Noviembre, 2021, 09:28 pm
Respuesta #1

Carlos Ivorra

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Si te fijas, esa frase está en un apartado titulado "Definiciones". Es una definición. Está diciendo que si \( R \) y \( S \) son anillos unitarios, entonces un homomorfismo de anillos unitarios de \( R \) en \( S \) se define como un homomorfismo de anillos que conserva a la identidad.

Es algo que un homomorfismo de anillos no tiene por qué cumplir. Cuando no lo cumple, se trata de un homomorfismo de anillos, pero no de un homomorfismo de anillos unitarios.

04 Noviembre, 2021, 09:50 pm
Respuesta #2

Eren

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¡Vaya error tan vergonzoso! Incluso aparece enfatizado el término completo: "...a homomorphism of rings with identity of $$R$$ into $$S$$...". Y yo que ya estaba intentando idear un contraejemplo menos trivial. Supongo que puedo continuar sin que resulte en tiempo perdido, ¿cierto? Es decir, ¿sería un buen ejercicio encontrar ejemplos de homomorfismos de anillos que no son homomorfismos de anillos unitarios pese a que se dan entre anillos unitarios?

Gracias, Carlos Ivorra.

04 Noviembre, 2021, 09:55 pm
Respuesta #3

geómetracat

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Sí, puedes seguir pensando contraejemplos si quieres, hay muchos. Una clase de contraejemplos distintos del que pusiste son los morfismos que mandan todo al \[ 0 \] (y donde el anillo de llegada no es el cero).
La ecuación más bonita de las matemáticas: \( d^2=0 \)

04 Noviembre, 2021, 10:16 pm
Respuesta #4

Carlos Ivorra

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También es interesante observar cuándo sí que es cierto que un homomorfismos entre anillos unitarios \( R \) y \( S \) es un homomorfismo de anillos unitarios. Por ejemplo, esto sucede siempre que el homomorfismo es suprayectivo, o siempre que \( \phi(1) \) no es \( 0 \) ni un divisor de \( 0 \) (en particular si \( S \) no tiene divisores de \( 0 \) y el homomorfismo no es nulo).

04 Noviembre, 2021, 10:16 pm
Respuesta #5

Fernando Revilla

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04 Noviembre, 2021, 10:21 pm
Respuesta #6

geómetracat

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Otra cosa a tener en cuenta, que puede llevar a muchas confusiones, es que para muchos autores "anillo" significa anillo unitario y "homomorfismo de anillos" significa homomorfismo de anillos unitarios. Es buena idea mirar siempre qué definiciones manejan cuando lees un libro nuevo.
La ecuación más bonita de las matemáticas: \( d^2=0 \)

04 Noviembre, 2021, 10:23 pm
Respuesta #7

Eren

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Sí, puedes seguir pensando contraejemplos si quieres, hay muchos. Una clase de contraejemplos distintos del que pusiste son los morfismos que mandan todo al \[ 0 \] (y donde el anillo de llegada no es el cero).

Gracias, geómetracat. Creo que encontré uno. Como los homomorfismos de anillos son en particular homomorfismos entre los grupos abelianos subyacentes, empecé por buscar homomorfismos de grupos que podían extenderse a homomorfismos de anillos, y así llegué a un ejemplo un poco menos trivial:  la aplicación $$\phi:\mathbb{Z}_{10}\rightarrow\mathbb{Z}_{10}$$ dada por $$\phi([k]) = [5k]$$ es un homomorfismo de $$\mathbb{Z}_{10}$$ en sí mismo para el cual $$\phi([1]) = [5]$$. La búsqueda se redujo observando que todo homomorfismo entre anillos unitarios $$R$$ y $$S$$ debe envíar la identidad de $$R$$ a un elemento $$x\in S$$ que verifique $$x^2 = x$$.

04 Noviembre, 2021, 10:27 pm
Respuesta #8

Eren

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También es interesante observar cuándo sí que es cierto que un homomorfismos entre anillos unitarios \( R \) y \( S \) es un homomorfismo de anillos unitarios. Por ejemplo, esto sucede siempre que el homomorfismo es suprayectivo, o siempre que \( \phi(1) \) no es \( 0 \) ni un divisor de \( 0 \) (en particular si \( S \) no tiene divisores de \( 0 \) y el homomorfismo no es nulo).

Excelente. Me propondré como ejercicio verificar eso.

Gracias.

05 Noviembre, 2021, 01:18 am
Respuesta #9

Eren

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También es interesante observar cuándo sí que es cierto que un homomorfismos entre anillos unitarios \( R \) y \( S \) es un homomorfismo de anillos unitarios. Por ejemplo, esto sucede siempre que el homomorfismo es suprayectivo, o siempre que \( \phi(1) \) no es \( 0 \) ni un divisor de \( 0 \) (en particular si \( S \) no tiene divisores de \( 0 \) y el homomorfismo no es nulo).

\( \def\fto{\rightarrow} \)Veamos. Si $$\phi:R\fto S$$ es un epimorfismo entre anillos unitarios, entonces existe un $$a\in R$$ tal que $$1_S = \phi(a)$$, luego procedemos como señalé en el primer mensaje:

$$1_S = \phi(a) = \phi(a\cdot 1_R) = \phi(a)\phi(1_R) = 1_S\cdot\phi(1_R) = \phi(1_R).$$

Por otra parte, en general es cierto que $$\phi(1_R) = \phi(1_R)\phi(1_R)$$, o sea que $$\phi(1_R)(1_R - \phi(1_R)) = 0$$, por lo que si $$S$$ no tiene divisores de cero y $$\phi(1_R) \neq 0$$, debemos tener $$1_S - \phi(1_R) = 0$$, es decir, $$\phi(1_R) = 1_S$$.

¿Son correctos estos razonamientos?