Pregunta categórica ingenua sobre números primos, números primos e irreducibles

Mi pregunta es sobre la forma "correcta" de pensar en números/elementos primos.

Mirando los números primos en Z , hay dos formas de caracterizarlos:

  1. pag es primo si sus únicos divisores son ± 1 , ± pag
  2. pag es primo si y si pag a b pag a pag b

La primera caracterización lleva a definir elementos irreductibles, mientras que la segunda conduce a la noción de elemento primo, que luego conduce a ideales primos y todo tipo de cosas bonitas. Estoy tentado a decir que los elementos primos son la generalización "correcta" de los números primos porque son fundamentales para la geometría algebraica. En este sentido, quizás la forma "correcta" de ver los números primos sea la segunda, mientras que la primera caracterización es solo una coincidencia porque Z es una UFD.

Inspirándonos en la respuesta de Zhen Lin a esta pregunta , veamos un anillo conmutativo R como una categoría con a b a b . Entonces podemos reescribir los dos enfoques de la siguiente manera:

  1. En términos de flechas hacia él: las únicas flechas hacia pag son de sus asociados
  2. En términos de flechas : pag a b pag a pag b

De hecho, primos e irreducibles coinciden en dominios mcd, y ser un dominio mcd es lo mismo (creo) que pedir la categoría R tener productos. Por lo tanto, para que los irreducibles sean primos, generalmente necesitamos R tener algunas propiedades de completitud. Por otro lado, los números primos son siempre irreducibles.

Una forma inmediata en la que los elementos primos son "mejores" es que las factorizaciones en primos son automáticamente únicas. Para ver esta nota el cociente entre un ideal generado por un primo es un dominio integral. Luego toma la igualdad i pag i = j q j a cada cociente por pag i para deducir la igualdad.

Pero me pregunto, ¿existe quizás una razón más convincente a priori para elegir el segundo enfoque en lugar del primero? Tal vez alguna razón elegante (quizás incluso filosófica) para mirar las flechas fuera de pag ? Por ejemplo, pensé que el segundo enfoque tiene más sentido porque podría dar más flechas que el primero.

Las justificaciones "filosóficas" no rigurosas también son bienvenidas. Solo quiero tener una idea de cómo la gente ve los números primos.

Respuestas (1)

La teoría de anillos tiene tanto el concepto de "elemento principal" como el concepto de "elemento irreducible". Cada uno de estos conceptos es útil (o no se le habría dado un nombre), y no tiene sentido preocuparse por cuál de los conceptos es "mejor" o "correcto" sin calificarlo con tal y cual. propósito _

El hecho de que el concepto de elementos primos haya tomado la palabra "primo" del concepto elemental de números primos es una indicación de que las personas que fueron más influyentes en la selección de nombres consideraron "elementos primos" como una generalización más útil de los números primos. números para los fines particulares a los que se referían.

Sin embargo , esto no significa que un concepto sea "mejor" que el otro en general . Si tiene una aplicación en la que necesita razonar sobre elementos irreducibles, no será útil que decida razonar sobre elementos primos solo porque supuestamente son "mejores".

No tengo argumentos en contra, pero siento que hay un sentido de "correcto" aquí. Por ejemplo, los espectros máximos y primos son útiles, pero son los espectros primos más generales los que dan la noción geométrica "correcta" de un esquema.