有理関数体

$$\newcommand{A}[0]{\mathbb{A}} \newcommand{AA}[0]{\mathscr{A}} \newcommand{abs}[1]{\left\lvert#1\right\rvert} \newcommand{Arg}[0]{\operatorname{Arg}} \newcommand{BB}[0]{\mathscr{B}} \newcommand{C}[0]{\mathbb{C}} \newcommand{CC}[0]{\mathscr{C}} \newcommand{F}[0]{\mathbb{F}} \newcommand{floor}[1]{\left\lfloor#1\right\rfloor} \newcommand{ind}[0]{\operatorname{ind}} \newcommand{K}[0]{\mathbb{K}} \newcommand{Ker}[0]{\operatorname{Ker}} \newcommand{L}[0]{\mathbb{L}} \newcommand{mmod}[1]{\ \left(\mathrm{mod}\ #1\right)} \newcommand{Mod}[1]{\ \left(\mathrm{mod}\ #1\right)} \newcommand{N}[0]{\mathbb{N}} \newcommand{ord}[0]{\operatorname{ord}} \newcommand{Q}[0]{\mathbb{Q}} \newcommand{R}[0]{\mathbb{R}} \newcommand{rank}[0]{\mathrm{rank}} \newcommand{SS}[0]{\mathscr{S}} \newcommand{TT}[0]{\mathscr{T}} \newcommand{UU}[0]{\mathscr{U}} \newcommand{wenvert}[1]{\left\lvert\left\lvert#1\right\rvert\right\rvert} \newcommand{Z}[0]{\mathbb{Z}} $$

$\Gamma(V)$ の商体
$$k(V)=\left\{\frac{\tilde F(X_1, \ldots, X_n)}{\tilde G(X_1, \ldots, X_n)}: \tilde F(X_1, \ldots, X_n), \tilde G(X_1, \ldots, X_n)\in \Gamma(V), G(X_1, \ldots, X_n)\not\in I(V)\right\}$$
$V$有理関数体 (field of rational functions) という。ただし、$F(X_1, \ldots, X_n)\Mod{I(V)}$$\tilde F(X_1, \ldots, X_n)$ と記している。

$$f(X_1, \ldots, X_n)=\frac{\tilde F_0(X_1, \ldots, X_n)}{\tilde G_0(X_1, \ldots, X_n)}$$ となる多項式 $F_0(X_1, \ldots, X_n)\in \K[X_1, \ldots, X_n]$ および $G_0(X_1, \ldots, X_n)\in \K[X_1, \ldots, X_n]\setminus (X_1-a_1, \ldots, X_n-a_n)$ がとれるとき($P\in V$ のとき $I(V)\subset (X_1-a_1, \ldots, X_n-a_n)$ となることに注意)、
$$f(a_1, \ldots, a_n)=\frac{F_0(a_1, \ldots, a_n)}{G_0(a_1, \ldots, a_n)}$$
$F_0, G_0$ のとり方によらずに定まる。実際
$$f(X_1, \ldots, X_n)=\frac{\tilde F_0(X_1, \ldots, X_n)}{\tilde G_0(X_1, \ldots, X_n)}=\frac{\tilde F_1(X_1, \ldots, X_n)}{\tilde G_1(X_1, \ldots, X_n)}$$
かつ $F_0, G_0, F_1, G_1\in \K[X_1, \ldots, X_n], G_0, G_1\not\in (X_1-a_1, \ldots, X_n-a_n)$
となるとき、
$$\tilde F_0 \tilde G_1=\tilde F_1 \tilde G_0$$
だが、$(a_1, \ldots, a_n)\in V$ より
$$F_0(a_1, \ldots, a_n) G_1(a_1, \ldots, a_n)=F_1(a_1, \ldots, a_n) G_0(a_1, \ldots, a_n)$$
となるが、 $G_0(a_1, \ldots, a_n)\neq 0$ かつ $G_1(a_1, \ldots, a_n)\neq 0$ となるから
$$\frac{F_0(a_1, \ldots, a_n)}{G_0(a_1, \ldots, a_n)}=\frac{F_1(a_1, \ldots, a_n)}{G_1(a_1, \ldots, a_n)}$$
となる。それで、このとき $f\in k(V)$ は点 $P=(a_1, \ldots, a_n)\in I$ 上で定義されているという。

$f\in k(V)$ が点 $P=(a_1, \ldots, a_n)$ 上で定義されないとき、$P$$f$ (pole) という。

$$f(X_1, \ldots, X_n)=\frac{\tilde F_1(X_1, \ldots, X_n)}{\tilde G_1(X_1, \ldots, X_n)}$$
となる多項式
$$F_1(X_1, \ldots, X_n)\in \K[X_1, \ldots, X_n]\setminus (X_1-a_1, \ldots, X_n-a_n)$$ および $$G_1(X_1, \ldots, X_n)\in (X_1-a_1, \ldots, X_n-a_n)$$
がとれるとき、$(a_1, \ldots, a_n)$$f$ の極となる。

$$f(X_1, \ldots, X_n)=\frac{\tilde F_0(X_1, \ldots, X_n)}{\tilde G_0(X_1, \ldots, X_n)}=\frac{\tilde F_1(X_1, \ldots, X_n)}{\tilde G_1(X_1, \ldots, X_n)}$$
となる
$$F_0(X_1, \ldots, X_n)\in \K[X_1, \ldots, X_n], G_0(X_1, \ldots, X_n)\in \K[X_1, \ldots, X_n]\setminus (X_1-a_1, \ldots, X_n-a_n),$$
$$F_1(X_1, \ldots, X_n)\in \K[X_1, \ldots, X_n]\setminus (X_1-a_1, \ldots, X_n-a_n), G_1(X_1, \ldots, X_n)\in (X_1-a_1, \ldots, X_n-a_n)$$
があるとすると、$\tilde F_0 \tilde G_1=\tilde F_1 \tilde G_0$ より
$$F_0 G_1-F_1 G_0\in (X_1-a_1, \ldots, X_n-a_n)$$
となるので
$$0=F_0(a_1, \ldots, a_n)G_1(a_1, \ldots, a_n)=F_1(a_1, \ldots, a_n)G_0(a_1, \ldots, a_n)\neq 0$$
となって矛盾する。

$I=(X^2+Y^2-1)$, $V=V(I)$ とおく。
$$f(X, Y)=\frac{X-1}{Y}\in k(V)$$ とおくと、$Y\in (X+1, Y)$, $X-1\not\in (X+1, Y)$ より $f$$(-1, 0)$ を極にもつ。
なお $Y\in (X-1, Y)$ となるが、
$$f(X, Y)=\frac{X^2-1}{Y(X+1)}=\frac{-Y^2}{Y(X+1)}=-\frac{Y}{X+1}$$
とあらわせるので、$(1, 0)$$f$ の極ではない。つまり、$f$$(-1, 0)$ のみを極にもつ。

参考文献

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