באלגברה מופשטת,תחום שלמות הואחוגחילופי עםיחידה כפלית שאין בומחלקי אפס (כלומר: אם, אז בהכרח או). בין הדוגמאות החשובות ניתן למצוא כל תת-חוג של הממשיים, ומכאן חשיבותה של המשפחה הזו בתורת המספרים האלגברית.
כלשדה הוא תחום שלמות, משום שהאברים השונים מאפס כולם הפיכים, ולכן לא ייתכן ש-ab=0 כאשר a,b אינם אפס. מכיוון שהאיסור על קיומם של מחלקי אפס עובר בתורשה לתת-חוגים, כל תת-חוג של שדה הוא תחום שלמות. בין הדוגמאות הטבעיות לתחומי שלמות שאינם שדות אפשר למצוא אתחוג המספרים השלמים, ואתחוג הפולינומים עם מקדמים משדה, אותו מסמנים ב-.
בכיוון ההפוך, כל תחום שלמות מהווה תת-חוג של שדה, הנקראשדה השברים של התחום. שדה השברים כולל את כל המנות של איברים בחוג שבהן המכנה אינו אפס. למשל, שדה השברים של הואשדה המספרים הרציונליים, בעוד ששדה השברים של חוג הפולינומים הוא שדההפונקציות הרציונליות. הבניה של שדה השברים מתוך התחום הנתון היא דוגמהלמיקום (לוקליזציה).
בתחום שלמות, אוסף האיברים שאינם אפס סגור לכפל, ולכן מהווהמונואיד עם צמצום: אם אז. כל מונואידסופי עם צמצום הואחבורה, ולכן תחום שלמותסופי הוא שדה.
עבור תחום שלמות קבוע, אומרים שאיבר מחלק את האיבר אם קיים איבר כך ש- (זוהי הכללה של ההגדרה הרגילה במספרים שלמים). כל איבר מחלק את, ו- מחלק כל איבר. איבר המחלק את נקראאיבר הפיך (למשל: בחוג השלמים האיברים ההפיכים הם. בשדה, כל האיברים הם הפיכים פרט לאפס). איברים המחלקים זה את זה נקראיםידידים.
איבר של החוג נקראאי-פריק, אם לא ניתן לכתוב אותו בצורה כאשר ו- אינם הפיכים. ישנו סוג מיוחד של איברים אי-פריקים, הנקראיםראשוניים. איבר ראשוני הוא איבר שאינו יכול לחלק מכפלה בחוג, מבלי לחלק לפחות את אחד הגורמים שלה. ראשוני מוכרח להיות אי-פריק (אם אפשר לפרק את הראשוני בצורה אז מוכרח לחלק את אחד הגורמים, למשל את, ואז יוצא ש- הפיך), אבל ישנם איברים אי-פריקים שאינם ראשוניים (ראה דוגמאות בהמשך). שתי ההגדרות מכלילות את ההגדרה הרגילהלמספרים ראשוניים (לפיהלמה של אוקלידס, בחוג המספרים השלמים איבר הוא ראשוניאם ורק אם הוא אי-פריק, והמספרים בעלי תכונה זו הם המספרים הראשוניים הרגילים).
דוגמה: בתחום-השלמות, האיבר אי-פריק, אבל אינו ראשוני (הוא מחלק את 10 אבל לא את הגורמים 2 או 5).

התכונות של איברים אי-פריקים וראשוניים באות לידי ביטוי כשבוחנים את תהליך הפירוק לגורמים של איבר נתון. אם אי-פריק, סיימנו לפרק אותו; אחרת, אפשר לכתוב את כמכפלה של איברים אחרים, ולהמשיך לפרק כל אחד מהם. בחוגים מסוימים (בעיקרחוגים נותריים) מובטח שהתהליך יעצר, בדיוק כפי שהתהליך של פירוק מספר שלם לגורמיו חייב להעצר.בסופו של פירוק כזה כתבנו את כמכפלה של איברים אי-פריקים (חוג שבו תמיד קיים פירוק כזה נקראאטומי). לרוע המזל, (ולא כמו במספרים השלמים), פירוק כזה אינו חייב להיות יחיד. (דוגמה: המספרים בחוג שהוגדר לעיל הם כולם אי-פריקים, והנה, שני פירוקים שונים לאותו מספר).
מתברר שאם הגורמים האי-פריקים בפירוק הם כולם ראשוניים, אז אין פירוקים אחרים (פרט לזה שאפשר להחליף גורם בידיד שלו, ולערבב את הגורמים ביניהם). תחום שלמות שבו כל איבר ניתן לפירוק כמכפלה של אי-פריקים, וזה ניתן להעשות באופן יחיד, נקראתחום פריקות יחידה. בחוג כזה כל איבר אי-פריק הוא גם ראשוני.
ישנו תנאי המבטיח פריקות יחידה: תחום שלמות שבו כלאידיאל הוא אידיאל ראשי (כלומר מהצורה), נקראתחום ראשי. כל תחום ראשי הוא תחום פריקות יחידה, אבל ההפך אינו נכון (דוגמה: חוג הפולינומים בשני משתנים מעל שדה הוא תחום פריקות יחידה שאינו ראשי). לתחום ראשי ישממד קרול 1, כלומר, כלאידיאל ראשוני שונה מאפס הואמקסימלי.
כלחוג אוקלידי הואתחום ראשי, וכלתחום ראשי הואחוג דדקינד. כלחוג דדקינד הוא תחום שלמותנותרי וכל תחום שלמותנותרי הואאטומי. בדיאגרמה משמאל מוצג סריג של מחלקות חשובות של תחומי שלמות:תחומי דדקינד,תחומי פרופר,תחומים ראשיים,תחומי פריקות יחידה,תחומי בזו,תחומים אטומיים,תחומים בעלי gcd, ועוד. השילוב של שתי תכונות הוא התכונה החלשה ביותר שחזקה משתיהן; כך למשל תחום פרופר נתרי הוא תחום דדקינד, תחום בזו אטומי הוא ראשי, וכן הלאה.
תחום שלמות רגולרי נתרי הוא תחום פריקות יחידה (Auslander-Buchsbaum, 1959).
יהי R תחום שלמות, ו-F שדה השברים שלו.אידיאל שברי של R הוא תת-קבוצה של F מהצורה, כאשר ו- אידיאל של R. ההגדרה הזו מניחה ש-d הוא מעין "מכנה משותף" של היוצרים, על אף ש-A אינו בהכרח נוצר סופית. אידיאלים שברייםדומים זה לזה אם אחד מהם מתקבל מהשני על ידי כפל בקבוע (של F).
כמו אוסף האידיאלים, אוסף האידיאלים השבריים סגור לכפל, אלא שבניגוד אליו הוא כולל גם אברים הפיכים: אומרים ש-A,B הופכים זה את זה אם (כלומר, קיימים ו- כך ש-). אידיאל שברי הפיך חייב להיות נוצר סופית. תחום שלמות הואתחום דדקינד אם ורק אם כל האידיאלים השבריים הפיכים, ותחום פרופר אם ורק אם כל האידיאלים השבריים הנוצרים סופית הם הפיכים.
אוסף האידיאלים השבריים ההפיכים מהווה חבורה, שמסמנים. כל אידיאל שברי ראשי הוא הפיך. זה מגדירסדרה קצרה מדויקת, המגדירה אתחבורת פיקארד של החוג. אם R תחום דדקינד, החבורה הזו היאחבורת המחלקות.
עבור אידיאל שברי, מסמנים (מקובלים גם הסימונים ו-). זו פעולה הופכת סדר המקיימת (ולכן זוהתאמת גלואה מופשטת). בפרט מתקיים תמיד. הפעולה מכבדת דמיון ( לכל).
לפי ההגדרה, ו- הוא האידיאל השברי המקסימלי המקיים תנאי זה. אם הפיך, אז ההפכי שלו שווה ל-.
הפעולה היא אידמפוטנטית, שומרת סדר, ומקיימת. הפעולה נקראת בדרך כללסגור-v, עם הסימון. אידיאל המקיים (כלומר אידיאל סגור-v) הואאידאל דיביזורי (divisorial). אידיאל הוא דיביזורי אם ורק אם הוא מהצורה. כל אידיאל הפיך הוא דיביזורי. תחום שלמות שבו כל האידיאלים דיביזוריים נקראתחום דיביזורי. בפרט כל תחום דדקינד הוא דיביזורי, ובפרט גם כלתחום הערכה דיסקרטי. זה אינו תנאי טריוויאלי: האידיאל המקסימלי בתחום הערכה שאינו דיסקרטי אינו דיביזורי.
המשפחה של תחומי ההערכה המכילים את R (בתוך F) היא עדינה מספיק בכדי להפריד אידיאלים: אם אז קיים תחום הערכה כך ש- (זו תוצאה של הלמה של צורן). מעובדה זו נובע התאור של סגור-v כחיתוך (החיתוך על תחומי ההערכה כדלעיל).
מן השוויון נובע שמכפלת-v המוגדרת לפי היא אסוציאטיבית. מכפלת-v מתלכדת עם המכפלה הרגילה אם או הפיכים. בפרט, אוסף האידיאלים הדיביזוריים מהווה מונויד ביחס למכפלת-v. אם הפיך-v, אז ההפכי הדיביזורי (היחיד) שלו הוא. לכן היא חבורה, המכילה את כתת-חבורה.
בתחום דדקינד כל אידיאל נוצר על ידי שני אברים. כהכללה של עובדה זו, הוכיח Heitmann (1976) שבכל תחום שלמות מממד קרול n, כל אידיאל הפיך נוצר על ידי n+1 אברים (שאת הראשון מביניהם אפשר לבחור כרצוננו).

חוג חילופי הואראשוני אם ורק אם הוא תחום שלמות. תחום שלמותפשוט הוא שדה. תחום שלמות שאינו שדה לא יכול להיותחוג ארטיני.
מעל תחום ראשי, כלמודולנוצר סופית הואסכום ישר של מודולים ציקליים. זוהי הכללה שלמשפט המיון לחבורות אבליות נוצרות סופית, ושלהפירוק של מטריצות לבלוקי ז'ורדן.
בדיאגרמה משמאל מוצגות כמה משפחות עיקריות של מודולים מעל תחום שלמות: אידיאלים של, אידיאלים שבריים, ומודולים כלליים:חופשיים,פרויקטיביים,שטוחים וחסרי פיתול. החצים השחורים מסמנים גרירה לוגית של תכונה אחת לאחרת. החצים הצבעוניים מאפיינים מחלקה של תחומי שלמות: תחום שלמות מקיים את אחד החצים הכחולים אם ורק אם הוא דדקינד, ואז הוא מקיים את כולם; וכן לתחומי פרופר,בזו ולתחומי שלמותנתריים.
איבר (שונה מאפס) במודול מעל תחום שלמות הואמפותל אם קיים סקלר שונה מאפס כך ש-. המודול מפותל אם כל אבריו מפותלים, וחסר פיתול אם אף איבר שלו אינו מפותל. המודול מפותל אם ורק אם כאשר הוא שדה השברים של. כל מודול מהצורה הוא חסר פיתול, משום שזהומרחב וקטורי.
מודול הוא חסר פיתול אם פעולת הכפל בכל סקלר שונה מאפס היא חד-חד-ערכית; וחליק אם פעולת הכפל בכל סקלר שונה מאפס היא על. מודול מעל תחום שלמות R נקראh-חליק אם הוא מנה שלמודול אינג'קטיבי. כל מודול h-חליק הוא חליק. מודול חליק וחסר פיתול הוא אינג'קטיבי, ולכן h-חליק.כל מודול מהצורה הוא h-חליק. המודול R עצמו חסר פיתול, ואינו חליק (אנו מניחים ש-). כמודול, F הוא חליק וחסר פיתול, וממילא גם אינג'קטיבי. מודול המנה הוא מפותל ו-h-חליק, אבל בדרך כלל אינו אינג'קטיבי (אםתחום דדקינד אז כל מודול חליק הוא אינג'קטיבי).
מודול נקראמצומצם (reduced) אם אין לו תת-מודולים חליקים (פרט ל-0), ו-h-מצומצם אם אין לו תת-מודולים h-חליקים. כל מודול מצומצם הוא h-מצומצם. גם כאן, המושגים מתלכדים עבור מודולים חסרי פיתול.
עבור כל מודול, התמונה של ההומומורפיזם הטבעי (השולח את ל-) היא תת-המודול ה-h-חליק המקסימלי של. בפרט, הוא h-מצומצם אם ורק אם.
הפונקטור Ext ממיין הרחבות של מודולים. בפרט, אם ורק אם כלסדרה מדויקת קצרה, מתפצלת. המודול A אינג'קטיבי אם ורק אם. מודול הואקו-מפותל (cotorsion) אם. במקרה כזה. כל מודול קו-מפותל הוא h-מצומצם. לכל מודול h-מצומצם, הוא המודול הקו-מפותל הקטן ביותר המכיל את.
הדואליות בין המושגים הללו באה לידי ביטוי במשפט הבא. עבור R-מודול, נסמן (המודול תמיד קו-מפותל; אם חסר פיתול, או h-מצומצם, אז). נסמן (המודול תמיד מפותל; אם מפותל, או חליק, אז). כעת:
יש מודולים מפותלים שהם קו-מפותלים. מודול הואקו-מפותל בחזקה אם לכל. מודול קו-מפותל בחזקה הוא קו-מפותל. אם קיים סקלר שונה מאפס כך ש-, אז מפותל, וקו-מפותל בחזקה.
חוג שאין בו מחלקי אפס, אבל הוא אינו בהכרח חילופי, נקראתחום. הדוגמה הטיפוסית כאן היא תת-חוגים שלחוגים עם חילוק, אבל יש דוגמאות לתחומים שאינם משוכנים באף חוג עם חילוק (הראשונה ניתנה על ידי Mal'cev(אנ')). בתחום אין אידיאלים שמאליים מינימליים, ולכן תחום ארטיני מוכרח להיות חוג עם חילוק. חוג בעל התכונה החלשה יותר " לכל" נקראחוג מצומצם; כל חוג מצומצם הואמכפלה ישרה של תחומים, וכלחוג ראשוני מצומצם הוא תחום.
| עץ מיון של חוגים קומוטטיביים | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||