환론 에서 국소화 (局所化, 영어 : localization )는 환 의 일부 원소에 역원을 추가하여 가역원 으로 만드는 방법이다. 대수기하학 에서 이 과정은 스펙트럼 함자 를 통해 대수다양체 또는 스킴 의 부분으로 국한시키는 기하학적 과정으로 해석된다. 가환환 의 경우에는 국소화는 항상 잘 작동하지만, 비가환환의 경우 국소화가 잘 작동하려면 오레 조건 (영어 : Ore condition )이라고 불리는 조건이 성립해야 한다.
R
{\displaystyle R}
가 가환환 이고,
S
⊆
R
{\displaystyle S\subseteq R}
가 곱셈에 대한 모노이드 라고 하자. 그렇다면,
R
{\displaystyle R}
의
S
{\displaystyle S}
에 대한 국소화
(
S
−
1
R
,
ϕ
)
{\displaystyle (S^{-1}R,\phi )}
는 다음 보편 성질 을 만족시키는 가환환
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
및 환 준동형
ϕ
:
R
→
S
−
1
R
{\displaystyle \phi \colon R\to S^{-1}R}
으로 구성된다.
임의의
s
∈
S
⊆
R
{\displaystyle s\in S\subseteq R}
에 대하여,
ϕ
(
s
)
∈
S
−
1
R
{\displaystyle \phi (s)\in S^{-1}R}
는 가역원 이다.
(1)을 만족시키는 임의의 가환환
R
′
{\displaystyle R'}
및 환 준동형
ϕ
′
:
R
→
R
′
{\displaystyle \phi '\colon R\to R'}
에 대하여,
ϕ
′
=
χ
∘
ϕ
{\displaystyle \phi '=\chi \circ \phi }
이 되는 환 준동형
χ
:
S
−
1
R
→
R
′
{\displaystyle \chi \colon S^{-1}R\to R'}
가 유일하게 존재한다.
R
→
ϕ
S
−
1
R
ϕ
′
↘
↓
∃
!
χ
R
′
{\displaystyle {\begin{matrix}R&{\xrightarrow {\phi }}&S^{-1}R\\&{\scriptstyle \phi '}\searrow &\downarrow \scriptstyle \exists !\chi \\&&R'\end{matrix}}}
국소화는 항상 존재하며, 보편 성질 의 성질에 따라서 유일한 동형 아래 유일하다.
위 보편 성질 은
S
{\displaystyle S}
가 곱셈 모노이드가 아닌 경우에도 정의할 수 있다. 그러나 두 가역원 의 곱은 항상 가역원 이 되어야 하므로 일반성을 잃지 않고
S
{\displaystyle S}
를 곱셈 모노이드로 놓을 수 있다. 즉, 만약
S
{\displaystyle S}
가 곱셈 모노이드가 아니고,
S
~
{\displaystyle {\tilde {S}}}
가 이를 포함하는 가장 작은 곱셈 모노이드라면, 항상
S
−
1
R
=
S
~
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R={\tilde {S}}^{-1}R}
가 된다.
위 보편 성질을 만족시키는 국소화를 구체적으로 다음과 같이 구성할 수 있다.
R
×
S
{\displaystyle R\times S}
위에 다음과 같은 동치 관계 를 정의하자. 만약
r
,
r
′
∈
R
{\displaystyle r,r'\in R}
,
s
,
s
′
∈
S
{\displaystyle s,s'\in S}
이고
t
(
r
s
′
−
r
′
s
)
=
0
{\displaystyle t(rs'-r's)=0}
인
t
∈
S
{\displaystyle t\in S}
가 있다면
(
r
,
s
)
∼
(
r
′
,
s
′
)
{\displaystyle (r,s)\sim (r',s')}
으로 정의한다. 그렇다면
S
−
1
R
=
(
R
×
S
)
/
∼
{\displaystyle S^{-1}R=(R\times S)/{\sim }}
로 놓자. 이는 대략
(
r
,
s
)
{\displaystyle (r,s)}
를
r
/
s
{\displaystyle r/s}
와 같은 비로 해석하는 것이다. 앞으로
(
r
,
s
)
{\displaystyle (r,s)}
를
r
/
s
{\displaystyle r/s}
로 쓰자.
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
위에 다음과 같은 가환환 구조를 정의한다.
r
s
+
r
′
s
′
=
r
s
′
+
r
′
s
s
s
′
{\displaystyle {\frac {r}{s}}+{\frac {r'}{s'}}={\frac {rs'+r's}{ss'}}}
r
s
r
′
s
′
=
r
r
′
s
s
′
{\displaystyle {\frac {r}{s}}{\frac {r'}{s'}}={\frac {rr'}{ss'}}}
.
또한,
R
→
S
−
1
R
{\displaystyle R\to S^{-1}R}
로 가는 다음과 같은 환 준동형 이 존재한다.
r
↦
r
1
{\displaystyle r\mapsto {\frac {r}{1}}}
.
이는 일반적으로 단사 함수 도, 전사 함수 도 아니다.
가환환 이 아닐 수 있는 임의의 환
R
{\displaystyle R}
및 부분 모노이드
S
⊆
R
{\displaystyle S\subseteq R}
에 대하여, 국소화
ϕ
:
R
→
S
−
1
R
{\displaystyle \phi \colon R\to S^{-1}R}
를 생각할 수 있다. 이는 환의 범주
Ring
{\displaystyle \operatorname {Ring} }
에서 마찬가지 보편 성질 을 만족시키는 환이다. 비가환환의 국소화는 항상 존재하지만,[ 1] :289, Proposition (4.9.2) 이 경우 일반적으로 다음 성질들이 모두 성립하지 않는다.
(A)
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
의 모든 원소
x
{\displaystyle x}
에 대하여,
x
s
=
r
{\displaystyle xs=r}
가 되는
s
∈
S
{\displaystyle s\in S}
및
r
∈
R
{\displaystyle r\in R}
가 존재한다.[ 1] :288, (4.9.1a)
(A′)
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
의 모든 원소
x
{\displaystyle x}
에 대하여,
x
s
=
r
{\displaystyle xs=r}
가 되는
s
∈
S
{\displaystyle s\in S}
및
r
∈
R
{\displaystyle r\in R}
가 존재한다.
(B)
ϕ
:
R
→
S
−
1
R
{\displaystyle \phi \colon R\to S^{-1}R}
의 핵 은
ker
ϕ
=
{
r
∈
R
:
0
∈
r
S
}
{\displaystyle \ker \phi =\{r\in R\colon 0\in rS\}}
이다.[ 1] :288, (4.9.1b)
(B′)
ϕ
:
R
→
S
−
1
R
{\displaystyle \phi \colon R\to S^{-1}R}
의 핵 은
ker
ϕ
=
{
r
∈
R
:
0
∈
S
r
}
{\displaystyle \ker \phi =\{r\in R\colon 0\in Sr\}}
이다.
(C)
R
≠
0
{\displaystyle R\neq 0}
이며
0
∉
S
{\displaystyle 0\not \in S}
라면
S
−
1
R
≠
0
{\displaystyle S^{-1}R\neq 0}
이다.[ 1] :289, Example (4.9.3)
이 때문에 일반적인 비가환 국소화는 "국소화" 대신 보편
S
{\displaystyle S}
-가역화 환 (普遍
S
{\displaystyle S}
-可逆化環, 영어 : universal
S
{\displaystyle S}
-inverting ring )이라고 불리기도 한다.
비가환환의 국소화의 존재는 범주론 적으로 다음과 같이 보일 수 있다. 표현 가능 함자
hom
Ring
(
R
,
−
)
{\displaystyle \hom _{\operatorname {Ring} }(R,-)}
속의,
S
{\displaystyle S}
를 가역원 으로 대응시키는 환 준동형 으로 구성된 부분 함자
G
S
:
Ring
→
Set
{\displaystyle G_{S}\colon \operatorname {Ring} \to \operatorname {Set} }
G
S
(
R
′
)
=
{
ϕ
∈
hom
Ring
(
R
,
R
′
)
:
ϕ
(
S
)
⊆
Unit
(
R
′
)
}
{\displaystyle G_{S}(R')=\left\{\phi \in \hom _{\operatorname {Ring} }(R,R')\colon \phi (S)\subseteq \operatorname {Unit} (R')\right\}}
를 생각하자. 이는 프레이드 수반 함자 정리 에 따라서 왼쪽 수반 함자
F
S
⊣
G
S
{\displaystyle F_{S}\dashv G_{S}}
를 가지며, 따라서
G
S
{\displaystyle G_{S}}
는 표현 가능 함자 이다. 즉,
G
S
(
−
)
=
hom
Ring
(
F
S
(
{
∙
}
)
,
−
)
{\displaystyle G_{S}(-)=\hom _{\operatorname {Ring} }(F_{S}(\{\bullet \}),-)}
로 생각할 수 있으며,
F
S
(
{
∙
}
)
{\displaystyle F_{S}(\{\bullet \})}
는 국소화
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
를 이룬다.
만약
R
{\displaystyle R}
가 가환환일 경우, 비가환환으로서의 국소화
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
는 가환환이며, 이는 가환환으로서의 국소화와 일치한다. (이 경우, 비가환환으로서의 국소화는 오레 국소화이며, 이 경우 오레 국소화가 가환환 임을 쉽게 알 수 있다.)
비가환환의 국소화는 다음과 같이 구체적으로 구성할 수 있다.[ 1] :Proposition (4.9.2) 환
R
{\displaystyle R}
의 표시
R
≅
⟨
{
r
i
}
i
∈
I
|
{
ϕ
j
}
j
∈
J
⟩
{\displaystyle R\cong \langle \{r_{i}\}_{i\in I}|\{\phi _{j}\}_{j\in J}\rangle }
를 고르자. 즉, 생성원
r
i
{\displaystyle r_{i}}
와 관계
ϕ
j
{\displaystyle \phi _{j}}
로 나타내자. 그렇다면, 각
s
∈
S
{\displaystyle s\in S}
에 대하여 생성원
s
∗
{\displaystyle s^{*}}
를 추가하고, 또 관계
s
s
∗
=
s
∗
s
=
1
{\displaystyle ss^{*}=s^{*}s=1}
를 추가하자. 그렇다면
S
−
1
R
=
⟨
{
r
i
}
i
∈
I
⊔
{
s
−
1
}
s
∈
S
|
{
ϕ
j
}
j
∈
J
∪
{
s
s
∗
−
1
}
s
∈
S
∪
{
s
∗
s
−
1
}
s
∈
S
⟩
{\displaystyle S^{-1}R=\left\langle \{r_{i}\}_{i\in I}\sqcup \{s^{-1}\}_{s\in S}|\{\phi _{j}\}_{j\in J}\cup \{ss^{*}-1\}_{s\in S}\cup \{s^{*}s-1\}_{s\in S}\right\rangle }
는 국소화의 보편 성질 을 만족시킨다.
이 구성에서,
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
의 모든 원소는 다음과 같은 꼴로 나타내어진다.
∑
i
=
1
n
r
i
(
1
)
(
s
1
(
1
)
)
−
1
r
i
(
2
)
(
s
1
(
2
)
)
−
1
⋯
r
i
(
k
i
)
(
s
1
(
k
i
)
)
−
1
{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}r_{i}^{(1)}(s_{1}^{(1)})^{-1}r_{i}^{(2)}(s_{1}^{(2)})^{-1}\cdots r_{i}^{(k_{i})}(s_{1}^{(k_{i})})^{-1}}
비가환환
R
{\displaystyle R}
의 국소화는 항상 존재하지만, 일반적으로 구체적으로 다루기 어렵다. 그러나 만약 환
R
{\displaystyle R}
와 부분 모노이드
S
⊆
R
{\displaystyle S\subseteq R}
가 오레 조건 (영어 : Ore condition )이라는 조건을 만족시킨다면, 국소화를 구체적으로 정의할 수 있다. 이 경우 존재하는 오레 국소화 는 위 성질 (A), (B), (C) (또는 (A′), (B′), (C))를 만족시킨다.
구체적으로,
R
{\displaystyle R}
와 부분 모노이드
S
⊆
R
{\displaystyle S\subseteq R}
가 다음 두 조건을 만족시킨다면, 왼쪽 오레 조건 (영어 : left Ore condition )이 성립한다고 한다.
S
r
∩
R
s
≠
∅
∀
r
∈
R
,
s
∈
S
{\displaystyle Sr\cap Rs\neq \varnothing \quad \forall r\in R,\;s\in S}
(
0
∈
r
S
⟹
0
∈
S
r
)
∀
r
∈
R
{\displaystyle \left(0\in rS\implies 0\in Sr\right)\quad \forall r\in R}
마찬가지로,
R
{\displaystyle R}
와 부분 모노이드
S
⊆
R
{\displaystyle S\subseteq R}
가 다음 조건을 만족시킨다면, 오른쪽 오레 조건 (영어 : right Ore condition )이 성립한다고 한다.
r
S
∩
s
R
≠
∅
∀
r
∈
R
,
s
∈
S
{\displaystyle rS\cap sR\neq \varnothing \quad \forall r\in R,\;s\in S}
(
0
∈
S
r
⟹
0
∈
r
S
)
∀
r
∈
R
{\displaystyle \left(0\in Sr\implies 0\in rS\right)\quad \forall r\in R}
(
R
,
S
)
{\displaystyle (R,S)}
가 왼쪽 오레 조건을 만족시킨다고 하자. 그렇다면, 곱집합
R
×
S
{\displaystyle R\times S}
위에 다음과 같은 동치 관계 를 주자.
(
r
,
s
)
∼
(
r
′
,
s
′
)
⟺
∃
r
~
∈
R
,
s
~
∈
S
:
s
~
s
′
−
r
~
s
=
s
~
r
′
−
r
~
r
=
0
{\displaystyle (r,s)\sim (r',s')\iff \exists {\tilde {r}}\in R,{\tilde {s}}\in S\colon {\tilde {s}}s'-{\tilde {r}}s={\tilde {s}}r'-{\tilde {r}}r=0}
그렇다면
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
는 집합으로서 몫집합
(
R
×
S
)
/
∼
{\displaystyle (R\times S)/{\sim }}
이다.
(
r
,
s
)
{\displaystyle (r,s)}
의 동치류를
s
−
1
r
{\displaystyle s^{-1}r}
로 표기하자.
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
위의 곱셈은 다음과 같다.
(
s
−
1
r
)
(
s
′
−
1
r
′
)
=
(
s
~
s
)
−
1
(
r
~
r
′
)
(
r
~
∈
R
,
s
~
∈
S
,
r
~
s
′
=
s
~
r
)
{\displaystyle (s^{-1}r)(s'^{-1}r')=({\tilde {s}}s)^{-1}({\tilde {r}}r')\qquad ({\tilde {r}}\in R,\quad {\tilde {s}}\in S,\quad {\tilde {r}}s'={\tilde {s}}r)}
여기서
r
~
s
′
=
s
~
r
{\displaystyle {\tilde {r}}s'={\tilde {s}}r}
인
r
~
∈
R
,
s
~
∈
S
{\displaystyle {\tilde {r}}\in R,{\tilde {s}}\in S}
는 왼쪽 오레 조건에 의하여 존재하며, 이는
"
s
~
−
1
r
~
=
r
s
′
−
1
{\displaystyle {\tilde {s}}^{-1}{\tilde {r}}=rs'^{-1}}
"
로 생각할 수 있다. (물론 이는 아직 엄밀히 정의되지 않는다.) 마찬가지로,
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
위의 덧셈은 다음과 같다.
s
−
1
r
+
s
′
−
1
r
′
=
(
s
~
s
)
−
1
(
s
~
r
+
r
~
r
′
)
(
r
~
∈
R
,
s
~
∈
S
,
s
~
s
=
r
~
s
′
)
{\displaystyle s^{-1}r+s'^{-1}r'=({\tilde {s}}s)^{-1}({\tilde {s}}r+{\tilde {r}}r')\qquad ({\tilde {r}}\in R,\quad {\tilde {s}}\in S,\quad {\tilde {s}}s={\tilde {r}}s')}
여기서
s
~
s
=
r
~
s
′
{\displaystyle {\tilde {s}}s={\tilde {r}}s'}
인
r
~
∈
R
,
s
~
∈
S
{\displaystyle {\tilde {r}}\in R,{\tilde {s}}\in S}
는 왼쪽 오레 조건에 의하여 존재하며, 이는
"
s
~
−
1
r
~
=
s
s
′
−
1
{\displaystyle {\tilde {s}}^{-1}{\tilde {r}}=ss'^{-1}}
"
로 생각할 수 있다. 덧셈의 정의는
"
s
−
1
r
+
s
′
−
1
r
′
=
s
−
1
(
r
+
s
s
′
−
1
r
′
)
=
s
−
1
(
r
+
s
~
−
1
r
~
r
′
)
=
s
−
1
s
~
−
1
(
s
~
r
+
r
~
r
′
)
=
(
s
~
s
)
−
1
(
s
~
r
+
r
~
r
′
)
{\displaystyle s^{-1}r+s'^{-1}r'=s^{-1}\left(r+ss'^{-1}r'\right)=s^{-1}\left(r+{\tilde {s}}^{-1}{\tilde {r}}r'\right)=s^{-1}{\tilde {s}}^{-1}\left({\tilde {s}}r+{\tilde {r}}r'\right)=({\tilde {s}}s)^{-1}\left({\tilde {s}}r+{\tilde {r}}r'\right)}
"
로 생각할 수 있다.
마찬가지로, 오른쪽 오레 조건의 경우에도 마찬가지로 국소화
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
를 구성할 수 있다.
이렇게 구성한 국소화를 오레 국소화 (영어 : Ore localization )라고 한다. 왼쪽·오른쪽 오레 국소화는 (보편 성질 에 따른) 국소화의 특수한 경우이다.[ 1] :Corollary (4.10.11)
가환환의 경우 왼쪽·오른쪽 오레 조건이 자명하게 성립하며, 이 경우 오레 국소화는 가환환으로서의 국소화와 일치한다.
환
R
{\displaystyle R}
의 곱셈에 대한 부분 모노이드
S
⊆
R
{\displaystyle S\subseteq R}
및
R
{\displaystyle R}
위의 왼쪽 가군
M
{\displaystyle M}
이 주어졌다고 하자. 그렇다면,
M
{\displaystyle M}
의
S
{\displaystyle S}
에서의 국소화
S
−
1
M
{\displaystyle S^{-1}M}
은
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
위의 왼쪽 가군 이며, 다음과 같다.
S
−
1
M
=
S
−
1
R
⊗
R
M
{\displaystyle S^{-1}M=S^{-1}R\otimes _{R}M}
또한, 표준적인
R
{\displaystyle R}
-왼쪽 가군 사상
ϕ
:
M
→
S
−
1
M
{\displaystyle \phi \colon M\to S^{-1}M}
가 존재한다.
이는 함자
(
S
−
1
R
⊗
R
)
:
R
Mod
→
S
−
1
R
Mod
{\displaystyle (S^{-1}R\otimes _{R})\colon {{}_{R}\operatorname {Mod} }\to {{}_{S^{-1}R}\operatorname {Mod} }}
를 정의하며, 환 준동형
R
→
S
−
1
R
{\displaystyle R\to S^{-1}R}
에 의한 망각 함자
F
:
S
−
1
R
Mod
→
R
Mod
{\displaystyle F\colon {{}_{S^{-1}R}\operatorname {Mod} }\to {{}_{R}\operatorname {Mod} }}
의 왼쪽 수반 함자 이다. 즉, 이는 다음과 같은 수반 함자 보편 성질 을 만족시킨다. 임의의
R
{\displaystyle R}
-왼쪽 가군 의 준동형
ϕ
N
:
M
→
N
{\displaystyle \phi _{N}\colon M\to N}
에 대하여, 만약 임의의
s
∈
S
{\displaystyle s\in S}
에 대하여
s
⋅
:
N
→
N
{\displaystyle s\cdot \colon N\to N}
이 전단사 함수 라면,
ϕ
N
=
χ
∘
ϕ
{\displaystyle \phi _{N}=\chi \circ \phi }
인
R
{\displaystyle R}
-왼쪽 가군 준동형
χ
:
S
−
1
M
→
N
{\displaystyle \chi \colon S^{-1}M\to N}
이 존재한다.
M
→
ϕ
S
−
1
M
ϕ
N
↘
↓
∃
!
χ
N
{\displaystyle {\begin{matrix}M&{\xrightarrow {\phi }}&S^{-1}M\\&{\scriptstyle \phi _{N}}\searrow &\downarrow \scriptstyle \exists !\chi \\&&N\end{matrix}}}
R
{\displaystyle R}
가 가환환 일 때, 가군의 국소화
S
−
1
M
≅
S
−
1
R
⊗
R
M
{\displaystyle S^{-1}M\cong S^{-1}R\otimes _{R}M}
는 다음과 같이 매우 구체적으로 구성할 수 있다.
S
×
M
{\displaystyle S\times M}
위에 다음과 같은 동치 관계 를 부여하자.
(
s
,
m
)
∼
(
s
′
,
m
′
)
⟺
∃
t
∈
S
:
t
s
′
m
=
t
s
m
′
{\displaystyle (s,m)\sim (s',m')\iff \exists t\in S\colon ts'm=tsm'}
S
−
1
M
{\displaystyle S^{-1}M}
은 집합으로서 위 동치 관계 에 대한 몫집합 이다.
(
s
,
m
)
∈
S
×
M
{\displaystyle (s,m)\in S\times M}
의 동치류 를
m
/
s
{\displaystyle m/s}
로 표기하자. 그렇다면,
S
−
1
M
{\displaystyle S^{-1}M}
위의 덧셈과 스칼라 곱셈은 다음과 같다.
m
s
+
m
′
s
′
=
s
′
m
+
s
m
′
s
s
′
∀
m
,
m
′
∈
M
,
s
,
s
′
∈
S
{\displaystyle {\frac {m}{s}}+{\frac {m'}{s'}}={\frac {s'm+sm'}{ss'}}\qquad \forall m,m'\in M,\;s,s'\in S}
r
s
m
s
′
=
r
m
s
s
′
∀
m
∈
M
,
s
,
s
′
∈
S
,
r
∈
R
{\displaystyle {\frac {r}{s}}{\frac {m}{s'}}={\frac {rm}{ss'}}\qquad \forall m\in M,\;s,s'\in S,\;r\in R}
가환환
R
{\displaystyle R}
및 곱셈 모노이드
S
⊆
R
{\displaystyle S\subseteq R}
에 대하여, 국소화
ϕ
:
R
→
S
−
1
R
{\displaystyle \phi \colon R\to S^{-1}R}
의 소 아이디얼 들은
R
{\displaystyle R}
의 소 아이디얼 가운데
S
{\displaystyle S}
와 서로소 인 것들과 일대일 대응 한다. 즉, 다음과 같은 전단사 함수 가 존재한다.
f
:
Spec
(
S
−
1
R
)
→
{
p
∈
Spec
R
:
p
∩
S
=
∅
}
{\displaystyle f\colon \operatorname {Spec} (S^{-1}R)\to \{{\mathfrak {p}}\in \operatorname {Spec} R\colon {\mathfrak {p}}\cap S=\varnothing \}}
f
:
q
↦
ϕ
−
1
(
q
)
{\displaystyle f\colon {\mathfrak {q}}\mapsto \phi ^{-1}({\mathfrak {q}})}
여기서
ϕ
:
R
→
S
−
1
R
{\displaystyle \phi \colon R\to S^{-1}R}
는 표준적으로 존재하는 환 준동형 이다.
특히,
R
{\displaystyle R}
의 소 아이디얼
p
{\displaystyle {\mathfrak {p}}}
에 대하여,
R
p
{\displaystyle R_{\mathfrak {p}}}
는 국소환 이며, 유일한 극대 아이디얼 은
p
{\displaystyle {\mathfrak {p}}}
에 대응한다.
가환환
R
{\displaystyle R}
및 곱셈 모노이드
S
⊆
R
{\displaystyle S\subseteq R}
에 대하여, 다음 두 조건이 서로 동치 이다.
표준적 환 준동형
R
→
S
−
1
R
{\displaystyle R\to S^{-1}R}
가 단사 함수 이다.
S
{\displaystyle S}
는 영인자 를 포함하지 않는다. (0은 정의에 따라 영인자이다.)
그러나 이는 비가환한에 대하여 일반적으로 성립하지 않는다.
뇌터 가환환
R
{\displaystyle R}
위의 단사 가군
I
{\displaystyle I}
및 임의의 원소
r
∈
R
{\displaystyle r\in R}
에 대하여,
I
→
I
r
{\displaystyle I\to I_{r}}
는 전사 함수 이다.[ 2] :214, Lemma III.3.3
환
R
{\displaystyle R}
및 곱셈 모노이드
S
⊆
R
{\displaystyle S\subseteq R}
에 대하여 다음 두 조건이 서로 동치 이다.[ 1] :300, Theorem (4.10.6)
(
R
,
S
)
{\displaystyle (R,S)}
는 왼쪽 오레 조건을 만족시킨다.
다음 세 조건들을 만족시키는 환 준동형
ϕ
:
R
→
R
′
{\displaystyle \phi \colon R\to R'}
이 존재한다.
ϕ
(
S
)
⊆
Unit
(
R
′
)
{\displaystyle \phi (S)\subseteq \operatorname {Unit} (R')}
R
′
=
ϕ
(
S
)
−
1
ϕ
(
R
)
{\displaystyle R'=\phi (S)^{-1}\phi (R)}
ker
ϕ
=
{
r
∈
R
:
0
∈
S
r
}
{\displaystyle \ker \phi =\{r\in R\colon 0\in Sr\}}
또한, 이러한 조건을 만족시키는
ϕ
:
R
→
R
′
{\displaystyle \phi \colon R\to R'}
는 유일한 동형 아래 유일하며, (오레) 국소화와 일치한다.[ 1] :302, Corollary (4.10.11)
마찬가지로, 환
R
{\displaystyle R}
및 곱셈 모노이드
S
⊆
R
{\displaystyle S\subseteq R}
에 대하여 다음 두 조건이 서로 동치 이다.
(
R
,
S
)
{\displaystyle (R,S)}
는 오른쪽 오레 조건을 만족시킨다.
다음 세 조건들을 만족시키는 환 준동형
ϕ
:
R
→
R
′
{\displaystyle \phi \colon R\to R'}
이 존재한다.
ϕ
(
S
)
⊆
Unit
(
R
′
)
{\displaystyle \phi (S)\subseteq \operatorname {Unit} (R')}
R
′
=
ϕ
(
R
)
ϕ
(
S
)
−
1
{\displaystyle R'=\phi (R)\phi (S)^{-1}}
ker
ϕ
=
{
r
∈
R
:
0
∈
r
S
}
{\displaystyle \ker \phi =\{r\in R\colon 0\in rS\}}
특히, 만약
R
{\displaystyle R}
가 가환환 이라면 왼쪽·오른쪽 오레 조건이 자명하게 성립하므로 위 세 조건들이 성립한다.
(비가환일 수 있는) 환
R
{\displaystyle R}
및 곱셈 모노이드
S
⊆
R
{\displaystyle S\subseteq R}
가 주어졌다고 하자.
0
∈
S
{\displaystyle 0\in S}
이라고 하자. 그렇다면 항상
S
−
1
R
=
0
{\displaystyle S^{-1}R=0}
(자명환 )이다. 만약
R
{\displaystyle R}
가 가환환 이라면, 그 역 또한 성립한다.
S
=
{
1
}
{\displaystyle S=\{1\}}
이라고 하자. 그렇다면 항상
S
−
1
R
=
R
{\displaystyle S^{-1}R=R}
이다.
이 부분의 본문은
분수체 입니다.
(곱셈 항등원을 갖는) 환
R
{\displaystyle R}
에 대하여,
S
=
R
∖
(
{
r
∈
R
:
0
∈
r
R
}
∪
{
r
∈
R
:
0
∈
R
r
}
)
{\displaystyle S=R\setminus \left(\{r\in R\colon 0\in rR\}\cup \{r\in R\colon 0\in Rr\}\right)}
가 정칙원(오른쪽 영인자 또는 왼쪽 영인자 가 아닌 원소)들의 집합이라고 하자. 또한,
(
R
,
S
)
{\displaystyle (R,S)}
가 왼쪽 오레 조건 또는 오른쪽 오레 조건을 만족시킨다고 하자. 그렇다면, 국소화
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
를
R
{\displaystyle R}
의 전분수환
Frac
R
{\displaystyle \operatorname {Frac} R}
라고 한다.
특히, 만약
R
{\displaystyle R}
가 (가환) 정역 이라면
S
=
R
∖
{
0
}
{\displaystyle S=R\setminus \{0\}}
이며,
Frac
R
{\displaystyle \operatorname {Frac} R}
는 체 를 이룬다. 이 경우,
Frac
R
{\displaystyle \operatorname {Frac} R}
는 분수체 라고 한다. 보다 일반적으로, 정역의 0을 포함하지 않는 부분 모노이드
S
⊆
R
∖
{
0
}
{\displaystyle S\subseteq R\setminus \{0\}}
가 주어졌을 때, 경우, 국소화 준동형
R
→
S
−
1
R
{\displaystyle R\to S^{-1}R}
은 다음과 같이
R
→
Frac
R
{\displaystyle R\to \operatorname {Frac} R}
의 일부분을 이룬다.
R
→
S
−
1
R
→
Frac
R
{\displaystyle R\to S^{-1}R\to \operatorname {Frac} R}
이에 따라
S
−
1
R
{\displaystyle S^{-1}R}
는 항상 분수체
Frac
R
{\displaystyle \operatorname {Frac} R}
의 부분환 을 이룬다.
정수환
Z
{\displaystyle \mathbb {Z} }
의 소 아이디얼 은 소수 의 주 아이디얼
(
p
)
{\displaystyle (p)}
또는 영 아이디얼
(
0
)
{\displaystyle (0)}
이다.
정수환
Z
{\displaystyle \mathbb {Z} }
를 소 아이디얼에서 국소화하면 다음과 같다.
Z
(
p
)
=
{
m
/
n
:
gcd
{
m
,
n
}
=
1
,
p
∤
n
}
⊊
Q
{\displaystyle \mathbb {Z} _{(p)}=\{m/n\colon \gcd\{m,n\}=1,\;p\nmid n\}\subsetneq \mathbb {Q} }
Z
(
0
)
=
Q
{\displaystyle \mathbb {Z} _{(0)}=\mathbb {Q} }
즉, 분모가
p
{\displaystyle p}
의 배수가 아닌 유리수 들의 환이다. 이들은 정역 의 소 아이디얼에서의 국소화이므로 국소환 이다. 특히,
Z
(
p
)
{\displaystyle \mathbb {Z} _{(p)}}
는 이산 값매김환 이며,
Z
(
0
)
=
Q
{\displaystyle \mathbb {Z} _{(0)}=\mathbb {Q} }
는 체 이다.
정수환의
Z
{\displaystyle \mathbb {Z} }
를 원소
k
∈
Z
{\displaystyle k\in \mathbb {Z} }
에서 국소화하면 다음과 같다.
Z
k
=
{
m
/
k
n
:
gcd
{
m
,
k
}
=
1
,
n
∈
N
}
⊊
Q
(
k
≠
0
)
{\displaystyle \mathbb {Z} _{k}=\{m/k^{n}\colon \gcd\{m,k\}=1,\;n\in \mathbb {N} \}\subsetneq \mathbb {Q} \qquad (k\neq 0)}
Z
0
=
0
{\displaystyle \mathbb {Z} _{0}=0}
(자명환 )
즉, 분모가
k
{\displaystyle k}
의 거듭제곱인 유리수 들의 환이다. (이는 흔히
Z
p
{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}}
로 표기되는 p진 정수 의 환과 다른 환이다. p진 정수는 정수환을 국소화 대신 완비화 하여 얻는다.)
정수환 의 몫환
R
=
Z
/
(
n
)
{\displaystyle R=\mathbb {Z} /(n)}
을 생각해 보자.
n
{\displaystyle n}
이 소수 의 거듭제곱이라면
S
=
{
1
}
{\displaystyle S=\{1\}}
이거나
0
∈
S
{\displaystyle 0\in S}
이다. 만약
n
=
a
b
{\displaystyle n=ab}
이고,
a
{\displaystyle a}
와
b
{\displaystyle b}
가 1보다 큰 서로소 자연수라면 중국인의 나머지 정리 에 의하여
Z
/
a
b
=
Z
/
a
×
Z
/
b
{\displaystyle \mathbb {Z} /ab=\mathbb {Z} /a\times \mathbb {Z} /b}
이다. 그렇다면
S
=
{
(
1
,
0
)
,
(
1
,
1
)
}
{\displaystyle S=\{(1,0),(1,1)\}}
이 가능한데, 이 경우
S
−
1
R
=
Z
/
b
{\displaystyle S^{-1}R=\mathbb {Z} /b}
이다.
체
K
{\displaystyle K}
및 정수
n
≥
2
{\displaystyle n\geq 2}
에 대하여, 행렬환
Mat
(
K
;
n
)
{\displaystyle \operatorname {Mat} (K;n)}
을 생각하자.
E
i
,
j
{\displaystyle E_{i,j}}
가
(
i
,
j
)
{\displaystyle (i,j)}
에서 성분
1
∈
K
{\displaystyle 1\in K}
을 가지며, 나머지 성분이 모두
0
∈
K
{\displaystyle 0\in K}
인 행렬이라고 하자. 그렇다면,
S
=
{
1
,
E
i
,
j
}
{\displaystyle S=\{1,E_{i,j}\}}
일 때, 국소화
S
−
1
Mat
(
K
;
n
)
{\displaystyle S^{-1}\operatorname {Mat} (K;n)}
는 자명환 이다.[ 1] :289–290, Example (4.9.3)
대수기하학 에서는 크게 두 종류의 국소화가 사용된다.[ 2] :xvi
원소
f
∈
R
{\displaystyle f\in R}
가 주어진 경우,
R
f
{\displaystyle R_{f}}
는
S
=
{
1
,
f
,
f
2
,
f
3
,
…
}
{\displaystyle S=\{1,f,f^{2},f^{3},\dots \}}
에 대한 국소화이다. 기하학적으로, 이는 함수환을
f
{\displaystyle f}
가 0이 아닌 점들로 구성된 자리스키 열린집합
U
f
⊂
Spec
R
{\displaystyle U_{f}\subset \operatorname {Spec} R}
에 국한한 것이다.
예를 들어, 1차원 아핀 공간 의 함수환
k
[
x
]
{\displaystyle k[x]}
의 경우
k
[
x
]
x
=
k
[
x
,
x
−
1
]
{\displaystyle k[x]_{x}=k[x,x^{-1}]}
는 로랑 다항식환 이다. 이는 원점을 제거한 1차원 아핀 공간
{
x
≠
0
}
=
A
k
1
∖
{
0
}
{\displaystyle \{x\neq 0\}=\mathbb {A} _{k}^{1}\setminus \{0\}}
위에서 정의된 유리 함수 들의 체이므로,
{
x
≠
0
}
{\displaystyle \{x\neq 0\}}
으로 국한된 것을 알 수 있다.
소 아이디얼
p
∈
R
{\displaystyle {\mathfrak {p}}\in R}
가 주어진 경우,
R
p
{\displaystyle R_{\mathfrak {p}}}
는
S
=
R
∖
p
{\displaystyle S=R\setminus {\mathfrak {p}}}
에 대한 국소화이다. 기하학적으로, 이는 함수환을
p
∈
Spec
R
{\displaystyle {\mathfrak {p}}\in \operatorname {Spec} R}
의 자리스키 폐포
V
(
p
)
{\displaystyle V({\mathfrak {p}})}
의 근방 에 국한한 것이다.
예를 들어, 1차원 아핀 공간 의 함수환
k
[
x
]
{\displaystyle k[x]}
를 극대 아이디얼
(
x
)
{\displaystyle (x)}
에서 국소화하면 유리 함수체
k
[
x
]
(
x
)
=
k
(
x
)
=
{
f
(
x
)
/
g
(
x
)
:
f
(
x
)
,
g
(
x
)
∈
k
[
x
]
,
g
(
0
)
≠
0
}
{\displaystyle k[x]_{(x)}=k(x)=\{f(x)/g(x)\colon f(x),g(x)\in k[x],g(0)\neq 0\}}
을 얻는다. 이는
x
=
0
{\displaystyle x=0}
의 근방 에서 정의되는 유리 함수 들의 체이므로,
x
=
0
{\displaystyle x=0}
의 근방으로 국한된 것을 알 수 있다.
1927년에 하인리히 그렐(독일어 : Heinrich Grell , 1903~1974)이 정역 의 분수체 를 도입하였다.[ 3] [ 4] :299 [ 5] :57
에미 뇌터 는 오레 조건의 기본 개념을 이해하고 있었지만, 이에 대하여 출판하지 않았다.[ 1] :300 오레 국소화는 외위스테인 오레 (1899~1968)가 1937년에 도입하였다.[ 6] :466 [ 4] :299 (람짓윈 은 이 사실과 관련하여 "NOETHER"(뇌터)가 "THEN ORE"(영어로, "그 뒤 오레")의 어구전철 이 된다는 사실을 지적하였다.[ 1] :300 )
임의의 가환환 의 국소화는 클로드 슈발레 [ 7] 와 알렉산드르 일라리오노비치 우스코프(러시아어 : Алекса́ндр Илларио́нович У́зков )[ 8] 가 도입하였다.[ 5] :57