Radici di $-1$ in un anello
Sia $\mathcal{A}$ un anello con unità e di caratteristica zero in cui ci sono due elementi $i,j$ tali che $i^2=-1$ e $j^2=-1$ e $j\ne \pm i$ allora sono possibili due casi:
1) $ij-ji \ne 0$
2) $i+j$ e $i-j$ sono divisori dello zero.
Infatti:
\[
(i+j)(i-j)=i^2-ij+ji-j^2=ji-ij
\]
e se fosse $ij-ji=0$ allora o $(i+j)$ e $(i-j)$ sono divisori dello zero, oppure $i+j=0$ o $i-j=0$ contro l'ipotesi.
Un esempio del primo caso è l'anello dei quaternioni, ma non riesco a vedere un esempio del secondo caso. Qualcuno ne conosce?
1) $ij-ji \ne 0$
2) $i+j$ e $i-j$ sono divisori dello zero.
Infatti:
\[
(i+j)(i-j)=i^2-ij+ji-j^2=ji-ij
\]
e se fosse $ij-ji=0$ allora o $(i+j)$ e $(i-j)$ sono divisori dello zero, oppure $i+j=0$ o $i-j=0$ contro l'ipotesi.
Un esempio del primo caso è l'anello dei quaternioni, ma non riesco a vedere un esempio del secondo caso. Qualcuno ne conosce?
Risposte
Sia $k$ un campo di caratteristica $0$, in cui $-1$ non ha una radice quadrata (pensiamo ad esempio $k= \mathbb{Q}$, ma ci si può sbizzarrire con esempi strani) e sia $k[x,y]$ l'anello dei polinomi in due indeterminate.
Sia \(A = k[x,y] / (x^2+1,y^2+1)\). In $A$, si ha che (le classi di) $x$ ed $y$ sono radici di $-1$ e $x \ne \pm y$ (quindi nelle notazioni del tuo post possiamo porre $x=i$ e $y=j$). In particolare $x+y$,$x-y$ non sono nulli. Si ha però $(x+y)(x-y)=0$.
Perciò $A$ verifica il secondo caso del tuo esempio.
Sia \(A = k[x,y] / (x^2+1,y^2+1)\). In $A$, si ha che (le classi di) $x$ ed $y$ sono radici di $-1$ e $x \ne \pm y$ (quindi nelle notazioni del tuo post possiamo porre $x=i$ e $y=j$). In particolare $x+y$,$x-y$ non sono nulli. Si ha però $(x+y)(x-y)=0$.
Perciò $A$ verifica il secondo caso del tuo esempio.
Grazie della risposta! Probabilmente quando ho postato ero un po' annebbiato per l'ora tarda visto che c'è anche l'esempio banale delle matrici del tipo:
\[
X=
\left(
\begin{array}{ccccc}
x&0 \\
0 &y
\end{array}
\right)
\]
con $x,y \in \mathbb{C}$ che formano un anello rispetto alle solite operazioni e le due:
\[
I=
\left(
\begin{array}{ccccc}
i&0 \\
0 &i
\end{array}
\right)
\qquad
J=
\left(
\begin{array}{ccccc}
i&0 \\
0 &-i
\end{array}
\right)
\]
sono tali che $I^2=J^2=-1$ e $I+J$ e $I-J$ sono divisori dello zero.
A questo punto mi viene da congetturare che se un anello ha due "unità immaginarie" $i^2=j^2=-1$ "indipendenti" cioè del tipo $j \ne \pm i$ allora deve avere dei divisori dello zero e quindi non può essere un division ring e addirittura che tutti i division rings (si chiamano corpi da noi o sbaglio?) o non hanno unità immaginarie o ne hanno un numero dispari. Ma sarà vero?
\[
X=
\left(
\begin{array}{ccccc}
x&0 \\
0 &y
\end{array}
\right)
\]
con $x,y \in \mathbb{C}$ che formano un anello rispetto alle solite operazioni e le due:
\[
I=
\left(
\begin{array}{ccccc}
i&0 \\
0 &i
\end{array}
\right)
\qquad
J=
\left(
\begin{array}{ccccc}
i&0 \\
0 &-i
\end{array}
\right)
\]
sono tali che $I^2=J^2=-1$ e $I+J$ e $I-J$ sono divisori dello zero.
A questo punto mi viene da congetturare che se un anello ha due "unità immaginarie" $i^2=j^2=-1$ "indipendenti" cioè del tipo $j \ne \pm i$ allora deve avere dei divisori dello zero e quindi non può essere un division ring e addirittura che tutti i division rings (si chiamano corpi da noi o sbaglio?) o non hanno unità immaginarie o ne hanno un numero dispari. Ma sarà vero?
Sì, anche il tuo esempio funziona. Quando voglio costruire qualcosa di strano io penso automaticamente agli anelli di polinomi, quindi mi è tornato più facile costruirlo come quoziente di $k[x,y]$.
Sulla congettura, non ho elementi per esprimermi. Ci penso...
Sulla congettura, non ho elementi per esprimermi. Ci penso...