quelques propriÉtÉs d'une extension minimale

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This article was downloaded by: [North Dakota State University] On: 31 August 2013, At: 13:24 Publisher: Taylor & Francis Informa Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: Mortimer House, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK Communications in Algebra Publication details, including instructions for authors and subscription information: http://www.tandfonline.com/loi/lagb20 QUELQUES PROPRIÉTÉS D'UNE EXTENSION MINIMALE Mohamed Oukessou a & Abderrahim Miri a a Département de Mathématiques, Faculté des Sciences et Techniques, Beni-Mellal, Maroc, BP523 Published online: 16 Aug 2006. To cite this article: Mohamed Oukessou & Abderrahim Miri (2001) QUELQUES PROPRIÉTÉS D'UNE EXTENSION MINIMALE, Communications in Algebra, 29:2, 749-756, DOI: 10.1081/AGB-100001538 To link to this article: http://dx.doi.org/10.1081/AGB-100001538 PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE Taylor & Francis makes every effort to ensure the accuracy of all the information (the “Content”) contained in the publications on our platform. However, Taylor & Francis, our agents, and our licensors make no representations or warranties whatsoever as to the accuracy, completeness, or suitability for any purpose of the Content. Any opinions and views expressed in this publication are the opinions and views of the authors, and are not the views of or endorsed by Taylor & Francis. The accuracy of the Content should not be relied upon and should be independently verified with primary sources of information. Taylor and Francis shall not be liable for any losses, actions, claims, proceedings, demands, costs, expenses, damages, and other liabilities whatsoever or howsoever caused arising directly or indirectly in connection with, in relation to or arising out of the use of the Content. This article may be used for research, teaching, and private study purposes. Any substantial or systematic reproduction, redistribution, reselling, loan, sub-licensing, systematic supply, or distribution in any form to anyone is expressly forbidden. Terms & Conditions of access and use can be found at http:// www.tandfonline.com/page/terms-and-conditions

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Page 1: QUELQUES PROPRIÉTÉS D'UNE EXTENSION MINIMALE

This article was downloaded by [North Dakota State University]On 31 August 2013 At 1324Publisher Taylor amp FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number 1072954 Registered office MortimerHouse 37-41 Mortimer Street London W1T 3JH UK

Communications in AlgebraPublication details including instructions for authors and subscription informationhttpwwwtandfonlinecomloilagb20

QUELQUES PROPRIEacuteTEacuteS DUNE EXTENSION MINIMALEMohamed Oukessou a amp Abderrahim Miri aa Deacutepartement de Matheacutematiques Faculteacute des Sciences et Techniques Beni-MellalMaroc BP523Published online 16 Aug 2006

To cite this article Mohamed Oukessou amp Abderrahim Miri (2001) QUELQUES PROPRIEacuteTEacuteS DUNE EXTENSION MINIMALECommunications in Algebra 292 749-756 DOI 101081AGB-100001538

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COMMUNICATIONS IN ALGEBRA 29(2) 749ndash756 (2001)

QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNEEXTENSION MINIMALE

Mohamed Oukessoulowast and Abderrahim Miri

Departement de Mathematiques Faculte des Sciences etTechniques BP523 Beni-Mellal Maroc

1 INTRODUCTION

Soit R sub T une extension de domaines on dit que R est seminormal dansT si et seulement si forallx isin T tel que x2 x3 isin R rArr x isin R Si T est entier surR on definit la seminormalisation de R dans T par +

T R = x isin T tel que x isinRp + J (Tp) forallp isin spec(R)ou J (Tp) est le radical de Jacobson de Tp Si +

T R = Ralors R est seminormal dans T On dit que R est seminormal si R est seminormaldans sa fermeture integrale dans K notee R Cette notion a ete longuement etudieepar plusieurs auteurs Dans le premier paragraphe de ce papier on va examinerla seminormalite dans le cas ou R est un domaine et T est un suranneau minimalde R (voir (3)) ainsi si T est R-plat alors R est seminormal dans T et si T estentier sur R alors R est seminormal dans T si et seulement si lrsquoune des conditionssuivantes est satisfaite

(a) T nrsquoest pas contenu dans Rη + J (Tη) ou η = (R T )(b) R = x isin T x isin Rη + J (Tη)(c) η = (R T ) est un ideal radical de T crsquoest a dire

radicη = η dans T

En particulier si Tη nrsquoest pas local alors R est seminormal dans T En suiteon va etudier le transfert de seminormalite entre R et T et la relation entre lafaible normalite selon la definition de (6) et la seminormalite dans une extensionminimale R sub T Dans le deuxieme paragraphe on va munir T drsquoune topologie

lowastCorresponding author

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Copyright Ccopy 2001 by Marcel Dekker Inc wwwdekkercom

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I -adique ou I est un ideal non nul de R dans ce cas ou bien R est dense dans Tou bien R est un ferme de T Si (R T ) est non nul alors R est dense dans T siet seulement si I nrsquoest pas contenu dans (R T ) en particulier si R est local et Tentier sur R alors R est un ferme de T On deduit que lorsque R est noetherien etT est R-plat alors R est dense dans T On acheve ce paragraphe par lrsquoetude de lastabilite des anneaux de Zariski dans une extension minimale R sub T

On rappelle que R sub T est une extension minimale si R nrsquoest pas un corpset lrsquoextension R sub T nrsquoadmet pas drsquoanneaux intermidiaires propres Toutes lesnotations sont identiques a celles dans (3)

2 ETUDE DE LA SEMINORMALITE DANS UNEEXTENSION MINIMALE

Soit R sub T une extension minimale dans ce paragraphe on va examiner laseminormalite dans R sub T ainsi que le transfert de seminormalite entre R et T

Definition 21 (1) Soient A B deux anneaux commutatifs unitaires et A sube Bon dit que lrsquoextension A sube B est subentiere si

(a) B est entier sur A(b) lrsquoapplication spec(B) minusrarr spec(A) est bijective(c) forallQ isin spec(B) TQ

QTQest isomorphe a RP

P RPou P = Q cap A

(2) On dit que A est seminormal dans B srsquoil nrsquoexiste pas drsquoanneau Cavec A sub C sube B tel que lrsquoextension A sub C est subentiere Si B est entier surA on definit la seminormalisation de A dans B par +

B A = b isin B b1 isin Ap +J (Bp)forallp isin spec(A) ou J (Bp) est le radical de Jacobson de Bp

Drsquoapres [5 lem22] +B A est le plus grand sous anneau de B contenant A

qui soit subentier sur A donc si +B A = A alors A est seminormal dans B ce

qui est equivalent a forallb isin B b2 b3 isin A entraıne b isin A [5 Th25] On dit queA est seminormal si A est seminormal dans A ou A est la cloture integrale deA dans son anneau quotient total dans ce cas on note +

A A simplement par + AOn commencera par enoncer un lemme fondamental dont la demonstration estdonnee dans (3)

Lemme 21 Soit R sub T une extension minimale alors ou bien T est entier surR ou bien T est R-plat

Theoreme 21 Soit R sub T une extension minimale

(1) Si T est R-plat alors R est seminormal dans T (2) Si T est entier sur R alors les conditions suivantes sont equivalentes

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(a) R est seminormal dans T (b) T nrsquoest pas contenu dans Rη + J (Tη) ou η = (R T )(c) R = x isin Tx isin Rη + J (Tη)(d) η = (R T ) est un ideal radical de T crsquoest a dire

radicη = η dans T

Preuve (1) Supposons qursquoil existe un anneau C subentier sur R tel que R sub C subeT ceci entraıne que C = T qui sera entier sur R

(2) On sait drsquoapres [1 Th22] que si T est un suranneau minimal de Ralors il existe un ideal maximal η de R tel que Rp = Tp forallp isin spec(R) et p =η et si T est entier sur R alors η = (R T ) ((a) rArr (b)) Si T sube Rη + J (Tη)comme Rp + J (Tp) = Rp = Tp forallp isin spec(R) et p = η alors T sube+

T R = R ceciest impossible ((b) lArr (a)) On a R sube+

T R sube T la minimalite de T sur R entraıneque +

T R = T ou +T R = R Si +

T R = T alors T sube Rη + J (Tη) ce qui est absurdePosons A = x isin T x isin Rη + J (Tη) donc +

T R sube A ainsi ((a) rArr (c)) ((c) lArr(a)) Supposons que A = R donc R sub A sube T par suite A = T drsquoou T sube Rη +J (Tη) crsquoest a dire que R nrsquoest pas seminormal dans T Pour ((d) hArr (a)) il suffitdrsquoappliquer [6 Thp650]

Proposition 21On suppose que T est entier sur R

(a) Si Tη nrsquoest pas local alors R est seminormal dans T (b) Si R est seminormal dans T tel qursquoil existe z isin Tη Rη non inversible

alors Tη nrsquoest pas local

Preuve (a) Drsquoapres [3 Prop22] Rη sub Tη est une extension minimale entiereComme Tη nrsquoest pas local alors drsquoapres [2 Lem21] Tη admet exactement deuxideaux maximaux M1 M2 tel que M1 cap M2 = ηRη drsquoou Rη + J (Tη) = Rη etcomme T ne peut pas etre contenu dans Rη alors drsquoapres le theoreme precedentR est seminormal dans T

(b) On a Rη sube Rη + J (Tη) sube Tη donc Rη + J (Tη) = Rη ou Rη + J (Tη) =Tη or R est seminormal dans T donc Rη + J (Tη) = Rη crsquoest a dire J (Tη) = ηRηSi Tη est local alors J (Tη) = ηRη drsquoautre part Tη = Rη[z] comme z nrsquoest pasinversible alors z isin ηRη ce qui est impossible

Remarque 21 Soit T un suranneau minimal de R alors ou bien R est seminormaldans T ou bien T est subentier sur R En particulier si T = R[z] avec z2 z3 isin Ralors T est subentier sur R Si T est entier sur R et η = (R T ) isin spec(T ) alorsR est seminormal dans T Il est facil de voir que R est seminormal dans T si etseulement si R

I est seminormal dans TI ou I = (R T )

Lemme 22 + R est lrsquointersection de tous les anneaux seminormaux conte-nant R

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Preuve Notons par T lowast lrsquointersection des anneaux seminormaux contenant Rcomme + R est seminormal alors T lowast sube+ R Drsquoautre part si S est un anneauseminormal contenant R alors drsquoapres [5 Cor42] + R = +

S R sube S par suiteT lowast = +R

Definition 22 Soit f A rarr B un homomorphisme injectif drsquoanneaux On ditque f est essentiel si pour tout homomorphisme drsquoanneaux g B rarr C tel quegof A rarr C est injectif entraıne g injectif

Une autre caracterisation de la seminormalite est donnee dans [4Th11] sousla forme siuvante Un anneau A est seminormal si et seulement si pour touthomomorphisme drsquoanneaux f B rarr A et pour tout homomorphisme subentierg B rarr C il existe un homomorphisme drsquoanneaux h C rarr A tel que h g = f

Proposition 22 Soit R sub T une extension minimale On suppose que R nrsquoestpas seminormal dans T alors tout anneau seminormal contenant R contient Taussi

Preuve R nrsquoest pas seminormal dans T donc T est subentier sur R et drsquoapres[4Prop17] lrsquoinjection j R rarr T est essentielle Soit S un anneau seminormal con-tenant R alors on a le schema suivant i R rarr S et j R rarr T subentier commeS est seminormal alors il existe un homomorphisme f T rarr S tel que f j = iqui est injectif or j est essentiel donc f est injectif

Remarque 22 Soit S un anneau contenant R tel que S est fidelement R-platon suppose que T est entier sur R si S est seminormal dans S otimes T alors R estseminormal dans T (voir remarque de [5 p215])

Examinons maintenant le transfert de la seminormalite entre R et T

Proposition 23 On suppose que T est seminormal

(a) Si T est R-plat alors R est seminormal(b) Dans le cas ou T est entier sur R on a R est seminormal hArr R est

seminormal dans T En particulier srsquoil existe un anneau seminormalS j contenant R et ne contenant pas T alors R est seminormal

Preuve (a) Si R nrsquoest pas seminormal alors drsquoapres le lemme precedent R sub+

R sube T crsquoest a dire + R = T par suite T sera entier sur R(b) (rArr) est evident (lArr) Soit x isin R = T tel que x2 x3 isin R donc x isin T

et comme R est seminormal dans T alors x isin R On sait que + R = capSk ou Sk

est seminormal contenant R Drsquoautre part R sube Sj cap T sube T donc R = Sj cap T ouT = Sj cap T Comme Sj ne contient pas T alors R = Sj cap T Or il existe i isin Itel que Si = T drsquoou R = +R

Remarque 23 Si T est un suranneau minimal de R alors +T nrsquoest pas en general

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un suranneau minimal de + R il suffit de choisir par exemple T seminormal et Rnon seminormal dans ce cas on a +R = +T = T

Proposition 24 On suppose que (R η) est local et seminormal tel que η isinspec(T ) alors T est seminormal

Preuve Drsquoabords on remarque que η isin spec(T ) entraıne que T est entier sur Rcar si non T sera R-plat et ηT = T Donc T est local drsquoideal maximal η Soit z isin Ttel que z2 z3 isin T Si z2 z3 isin R alors z isin R Si z2 isin T R rArr z2 isin T η donc(z2)minus1 isin T par suite z3(z2)minus1 = z isin T et on fait la meme chose pour z3 isin T R

Definition 23 Soit A sube B une extension entiere drsquoanneaux On definit la faiblenormalisation de A dans B par lowast

B A = b isin Bforallp isin Spec(A) il existe n isin Ntel que (b1)en isin Ap + J (Bp) ou e est une puissance de la caracteristique ducorps Ap

p Apnotee car( Ap

p Ap) Si lowast

B A = A on dit que A est faiblement normal dans B

Dans cette proposition on va examiner la faible normalite et sa relation avecla seminormalisation dans une extension minimale

Proposition 25 On suppose que T est entier sur R et posons η = (R T )

(a) Si car (Rη) = 0 alors R est faiblement normal dans T hArr R est semi-normal dans T

(b) Si car (Rη) = q = 0 tel que Rη est p-ferme dans Tη (ie forallx isin Tηxq isinRη rArr x isin Rη) alors R est faiblement normal dans T

(c) On suppose que car(R) = p = 0 R est faiblement normal dans T hArr Rest p-ferme dans T

Preuve (a)(rArr) La definition de le faible normalite montre qursquoon a toujours+T R subelowast

T R donc si lowastT R = R alors +

T R = R(lArr) Il suffit drsquoapres [6 T h2] de montrer que Rp est faiblement normal dans

Tp pour tout ideal premier p de R Comme Rp = Tp pour tout ideal premier p deR distinct de η ou η est un ideal maximal de R (voir [1 T h22]) il suffit doncde verifier que Rη est faiblement normal dans Tη Puisque car(Rη) = 0 alors laseminormalisation de Rη dans Tη qui est Rη coincide avec la faible normalisationde Rη dans Tη drsquoou le resultat

(b) Pour tout p isin Spec(R) tel que car(Rp) = 0 on a p est distinct de ηdonc Rp = Tp Par hypothese Rη est q- ferme dans Tη donc Rp est q-ferme dansTp forallp isin Spec(R) tel que car(Rp) = q = 0 et en appliquant [6 p 653] on deduitque R est faiblement normal dans T

(c) R est p-ferme dans T donc R est (2 3)-ferme dans T par suite R estseminormal dans T Drsquoautre part forallt isin T on a pt = 0 car R sub T sube K et enutilisant [6 Th1] on deduit que R est faiblement normal dans T Pour lrsquoautreimplication crsquoest lrsquoapplication de [6 Th1]

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Corollaire 21 On suppose que T est entier sur R Si Tη nrsquoest pas local ou bienη isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors R est faiblement normal dans T

Preuve Verifions drsquoabords que η = assR (TR) Soit p isin assR (TR) doncp = (R z)R ou z isin T R ie T = R[z] et commeη = (R T ) est un ideal maximalde R et (R R[z]) sube (R z)R alors p = η Drsquoapres [6 Th6] il suffit de montrerque Rη est faiblement normal dans Tη crsquoest a dire Rη =lowast

TηRη On a Rη sube Tη

lowast Rη subeTη si Rη =lowast

TηRη alors lowast

TηRη = Tη car Rη sub Tη est une extension minimale ceci

entraıne que spec(Tη) rarr spec(Rη) est bijective drsquoou Tη est local ce qui est absurdeSi η isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors lowast

Tη Rη = Rη et on applique [6 Prop3]

3 QUELQUES RESULTATS TOPOLOGIQUES DANS UNEEXTENSION MINIMALE

Dans cette section on va donner certaines conditions pour lesquelles R estdense dans T ou R est un ferme de T lorsque T est muni drsquoune topologie I -adiqueou I est un ideal non nul de R On designe par R

primela fermeture algebrique de R

dans T

Proposition 31 Soit R sub T une extension minimale

(a) Ou bien R est dense dans T ou bien R est un ferme de T (b) On suppose que (R T ) = 0 R est dense dans T hArr I nrsquoest pas contenu

dans (R T )(c) Si (R T ) = 0 alors R est dense dans T

Preuve (a) Soit (I nT )nge0 un systeme fondamental de voisinage de zero pourla topologie I -adique de T alors R

prime = cap(R + I nT )nge0 ce qui montre que R subeR

prime sube T par consequent R = Rprimeou R

prime = T (b) (rArr)foralln ge 0 R + I nT = T ou R + I nT = R comme R

prime = T alorsforalln ge0 R + I nT = T en particulier R + I T = T ce qui montre que I nrsquoest pas con-tenu dans (R T )

(lArr) Supposons qursquoil existe n0 isin N tel que R + I n0 T = R rArr I n0 sube (R T )et comme (R T ) est un ideal premier de R[3 Prop32] alors I sube (R T ) ce quiest impossible drsquoou foralln ge 0 R + I nT = T crsquoest a dire que R

prime = T (c) Si R nrsquoest pas dense pas dans T alors R est un ferme de T donc

I sube (R T ) ce qui est absurde

Corollaire 31 R est un ferme de T si et seulement si R est un ouvert de T Si R est local et T entier sur R alors R est un ferme de T

Preuve Drsquoapres [7 p253] R est un ouvert de T hArr exists 0 tel que I s T sube Rcrsquoest a dire I s sube (R T ) dprime ou I sube (R T ) ceci est equivalent drsquoapres ce quiprecede a R est un ferme de T

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-Si R est local drsquoideal maximal η alors I sube (R T ) = η

Corollaire 32 On suppose que R est noetherien Si T est R-plat alors R estdense dans T La reciproque est verifiee si R est local

Preuve Il suffit de voir que (R T ) = 0 [3 Pro32] Reciproquement si R estdense dans T alors I nrsquoest pas contenu dans (R T ) par suite T est R-plat car sinon T sera entier sur R et on aura I sube (R T ) = η ou η est un ideal maximal de R

Definition 31 Soient A un anneau commutatif et I un ideal non nul de A on ditque le couple (A I ) est un anneau de Zariski si A est noetherien et tout ideal de Aest un ferme pour la topologie I -adique (A I ) est de Zariski si et seulement si Aest noetherien et I sube J (A) ou J (A) est le radical de Jacobson de A Tout anneaunoetherien semilocal (A I = η1 cap η2 middot middot middot cap ηn) est de Zariski

Examinons cette notion dans une extension minimale R sub T

Proposition 32 Soit R sub T une extension minimale

(1) Si (RI ) est de Zariski alors (T I T )est de Zariski(2) On suppose que (T J ) est de Zariski

(a) Si T est entier sur R alors (RR cap J ) est de Zariski(b) Si T est R-plat et R noetherien alors

- (RR cap J ) est de Zariski si J (T ) sube η- (R J cap η) est de Zariski si J cap η = 0 ou η est un ideal maximal

de R

Preuve (1) Drsquoabords T est noetherien car T = R[z] Soit maintenant M unideal maximal de T drsquoapres [3 T h32] on a M cap R est un ideal maximal de Rpar suite I sube M cap R rArr I sube M drsquoou I T sube J (T )

(2) (a) T est entier sur R donc R est noetherien de plus J (R) = J (T ) cap Rce qui montre que J cap R sube J (R)

(b) Drsquoapres [3 Prop32] tous les ideaux premiers de R se relevent a T saufun seul ideal maximal note η Supposons que J (T ) sube η et montrons que J (T ) subeJ (R) Soit N un ideal maximal de R distinct de η alors J (T ) sube N car si nonon aura J (T ) + N = R par suite ils existent l isin N t isin J (T ) tel que l + t = 1crsquoesta dire que l = 1 minus t est inversible dans T et comme N se releve a T ceci estimpossible drsquoou J cap R sube J (R)

- On a vu dans [3 Prop32] que Mspec(T ) rarr Mspec(R)η est bijec-tive ou Mspec(T ) designe lrsquoensemble des ideaux maximaux de T Posons J

prime(R)

lrsquointersection de tous les ideaux maximaux de R distincts de η Jprime(R) = J (T ) cap R

et Jprime(R) cap η = J (R) par suite J cap η sube J (T ) cap η = J (R) drsquoou le resultat

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756 OUKESSOU AND MIRI

REFERENCES

1 Ferrand D Olivier J Homomorphismes minimaux drsquoanneaux J Algebra1970 16 461ndash471

2 Gilmer R Heinzer W Intersection of Quotients Rings of an Integral DomainJ Math Kyoto Univer 1967 7 (2) 133ndash150

3 Oukessou M Miri A Sur les suranneaux minimaux Extracta Mathematicae1999 14 (3) 333ndash347

4 Picavet G Deux remarques sur la seminormalite Italian Journal of Pure andApplied Mathematics 1997 1 101ndash108

5 Swan R On Seminormality J Algebra 1980 67 210ndash2196 Yanagihara H Some Results on Weakly Normal Ring Extension J Math

Soc Japan 1983 35 (4) 649ndash6617 Zariski O Samuel P Commutative Algebra Spring-Verlag New-York

1960

Received July 28 1999Revised February 22 2000

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Page 2: QUELQUES PROPRIÉTÉS D'UNE EXTENSION MINIMALE

COMMUNICATIONS IN ALGEBRA 29(2) 749ndash756 (2001)

QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNEEXTENSION MINIMALE

Mohamed Oukessoulowast and Abderrahim Miri

Departement de Mathematiques Faculte des Sciences etTechniques BP523 Beni-Mellal Maroc

1 INTRODUCTION

Soit R sub T une extension de domaines on dit que R est seminormal dansT si et seulement si forallx isin T tel que x2 x3 isin R rArr x isin R Si T est entier surR on definit la seminormalisation de R dans T par +

T R = x isin T tel que x isinRp + J (Tp) forallp isin spec(R)ou J (Tp) est le radical de Jacobson de Tp Si +

T R = Ralors R est seminormal dans T On dit que R est seminormal si R est seminormaldans sa fermeture integrale dans K notee R Cette notion a ete longuement etudieepar plusieurs auteurs Dans le premier paragraphe de ce papier on va examinerla seminormalite dans le cas ou R est un domaine et T est un suranneau minimalde R (voir (3)) ainsi si T est R-plat alors R est seminormal dans T et si T estentier sur R alors R est seminormal dans T si et seulement si lrsquoune des conditionssuivantes est satisfaite

(a) T nrsquoest pas contenu dans Rη + J (Tη) ou η = (R T )(b) R = x isin T x isin Rη + J (Tη)(c) η = (R T ) est un ideal radical de T crsquoest a dire

radicη = η dans T

En particulier si Tη nrsquoest pas local alors R est seminormal dans T En suiteon va etudier le transfert de seminormalite entre R et T et la relation entre lafaible normalite selon la definition de (6) et la seminormalite dans une extensionminimale R sub T Dans le deuxieme paragraphe on va munir T drsquoune topologie

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I -adique ou I est un ideal non nul de R dans ce cas ou bien R est dense dans Tou bien R est un ferme de T Si (R T ) est non nul alors R est dense dans T siet seulement si I nrsquoest pas contenu dans (R T ) en particulier si R est local et Tentier sur R alors R est un ferme de T On deduit que lorsque R est noetherien etT est R-plat alors R est dense dans T On acheve ce paragraphe par lrsquoetude de lastabilite des anneaux de Zariski dans une extension minimale R sub T

On rappelle que R sub T est une extension minimale si R nrsquoest pas un corpset lrsquoextension R sub T nrsquoadmet pas drsquoanneaux intermidiaires propres Toutes lesnotations sont identiques a celles dans (3)

2 ETUDE DE LA SEMINORMALITE DANS UNEEXTENSION MINIMALE

Soit R sub T une extension minimale dans ce paragraphe on va examiner laseminormalite dans R sub T ainsi que le transfert de seminormalite entre R et T

Definition 21 (1) Soient A B deux anneaux commutatifs unitaires et A sube Bon dit que lrsquoextension A sube B est subentiere si

(a) B est entier sur A(b) lrsquoapplication spec(B) minusrarr spec(A) est bijective(c) forallQ isin spec(B) TQ

QTQest isomorphe a RP

P RPou P = Q cap A

(2) On dit que A est seminormal dans B srsquoil nrsquoexiste pas drsquoanneau Cavec A sub C sube B tel que lrsquoextension A sub C est subentiere Si B est entier surA on definit la seminormalisation de A dans B par +

B A = b isin B b1 isin Ap +J (Bp)forallp isin spec(A) ou J (Bp) est le radical de Jacobson de Bp

Drsquoapres [5 lem22] +B A est le plus grand sous anneau de B contenant A

qui soit subentier sur A donc si +B A = A alors A est seminormal dans B ce

qui est equivalent a forallb isin B b2 b3 isin A entraıne b isin A [5 Th25] On dit queA est seminormal si A est seminormal dans A ou A est la cloture integrale deA dans son anneau quotient total dans ce cas on note +

A A simplement par + AOn commencera par enoncer un lemme fondamental dont la demonstration estdonnee dans (3)

Lemme 21 Soit R sub T une extension minimale alors ou bien T est entier surR ou bien T est R-plat

Theoreme 21 Soit R sub T une extension minimale

(1) Si T est R-plat alors R est seminormal dans T (2) Si T est entier sur R alors les conditions suivantes sont equivalentes

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QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 751

(a) R est seminormal dans T (b) T nrsquoest pas contenu dans Rη + J (Tη) ou η = (R T )(c) R = x isin Tx isin Rη + J (Tη)(d) η = (R T ) est un ideal radical de T crsquoest a dire

radicη = η dans T

Preuve (1) Supposons qursquoil existe un anneau C subentier sur R tel que R sub C subeT ceci entraıne que C = T qui sera entier sur R

(2) On sait drsquoapres [1 Th22] que si T est un suranneau minimal de Ralors il existe un ideal maximal η de R tel que Rp = Tp forallp isin spec(R) et p =η et si T est entier sur R alors η = (R T ) ((a) rArr (b)) Si T sube Rη + J (Tη)comme Rp + J (Tp) = Rp = Tp forallp isin spec(R) et p = η alors T sube+

T R = R ceciest impossible ((b) lArr (a)) On a R sube+

T R sube T la minimalite de T sur R entraıneque +

T R = T ou +T R = R Si +

T R = T alors T sube Rη + J (Tη) ce qui est absurdePosons A = x isin T x isin Rη + J (Tη) donc +

T R sube A ainsi ((a) rArr (c)) ((c) lArr(a)) Supposons que A = R donc R sub A sube T par suite A = T drsquoou T sube Rη +J (Tη) crsquoest a dire que R nrsquoest pas seminormal dans T Pour ((d) hArr (a)) il suffitdrsquoappliquer [6 Thp650]

Proposition 21On suppose que T est entier sur R

(a) Si Tη nrsquoest pas local alors R est seminormal dans T (b) Si R est seminormal dans T tel qursquoil existe z isin Tη Rη non inversible

alors Tη nrsquoest pas local

Preuve (a) Drsquoapres [3 Prop22] Rη sub Tη est une extension minimale entiereComme Tη nrsquoest pas local alors drsquoapres [2 Lem21] Tη admet exactement deuxideaux maximaux M1 M2 tel que M1 cap M2 = ηRη drsquoou Rη + J (Tη) = Rη etcomme T ne peut pas etre contenu dans Rη alors drsquoapres le theoreme precedentR est seminormal dans T

(b) On a Rη sube Rη + J (Tη) sube Tη donc Rη + J (Tη) = Rη ou Rη + J (Tη) =Tη or R est seminormal dans T donc Rη + J (Tη) = Rη crsquoest a dire J (Tη) = ηRηSi Tη est local alors J (Tη) = ηRη drsquoautre part Tη = Rη[z] comme z nrsquoest pasinversible alors z isin ηRη ce qui est impossible

Remarque 21 Soit T un suranneau minimal de R alors ou bien R est seminormaldans T ou bien T est subentier sur R En particulier si T = R[z] avec z2 z3 isin Ralors T est subentier sur R Si T est entier sur R et η = (R T ) isin spec(T ) alorsR est seminormal dans T Il est facil de voir que R est seminormal dans T si etseulement si R

I est seminormal dans TI ou I = (R T )

Lemme 22 + R est lrsquointersection de tous les anneaux seminormaux conte-nant R

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Preuve Notons par T lowast lrsquointersection des anneaux seminormaux contenant Rcomme + R est seminormal alors T lowast sube+ R Drsquoautre part si S est un anneauseminormal contenant R alors drsquoapres [5 Cor42] + R = +

S R sube S par suiteT lowast = +R

Definition 22 Soit f A rarr B un homomorphisme injectif drsquoanneaux On ditque f est essentiel si pour tout homomorphisme drsquoanneaux g B rarr C tel quegof A rarr C est injectif entraıne g injectif

Une autre caracterisation de la seminormalite est donnee dans [4Th11] sousla forme siuvante Un anneau A est seminormal si et seulement si pour touthomomorphisme drsquoanneaux f B rarr A et pour tout homomorphisme subentierg B rarr C il existe un homomorphisme drsquoanneaux h C rarr A tel que h g = f

Proposition 22 Soit R sub T une extension minimale On suppose que R nrsquoestpas seminormal dans T alors tout anneau seminormal contenant R contient Taussi

Preuve R nrsquoest pas seminormal dans T donc T est subentier sur R et drsquoapres[4Prop17] lrsquoinjection j R rarr T est essentielle Soit S un anneau seminormal con-tenant R alors on a le schema suivant i R rarr S et j R rarr T subentier commeS est seminormal alors il existe un homomorphisme f T rarr S tel que f j = iqui est injectif or j est essentiel donc f est injectif

Remarque 22 Soit S un anneau contenant R tel que S est fidelement R-platon suppose que T est entier sur R si S est seminormal dans S otimes T alors R estseminormal dans T (voir remarque de [5 p215])

Examinons maintenant le transfert de la seminormalite entre R et T

Proposition 23 On suppose que T est seminormal

(a) Si T est R-plat alors R est seminormal(b) Dans le cas ou T est entier sur R on a R est seminormal hArr R est

seminormal dans T En particulier srsquoil existe un anneau seminormalS j contenant R et ne contenant pas T alors R est seminormal

Preuve (a) Si R nrsquoest pas seminormal alors drsquoapres le lemme precedent R sub+

R sube T crsquoest a dire + R = T par suite T sera entier sur R(b) (rArr) est evident (lArr) Soit x isin R = T tel que x2 x3 isin R donc x isin T

et comme R est seminormal dans T alors x isin R On sait que + R = capSk ou Sk

est seminormal contenant R Drsquoautre part R sube Sj cap T sube T donc R = Sj cap T ouT = Sj cap T Comme Sj ne contient pas T alors R = Sj cap T Or il existe i isin Itel que Si = T drsquoou R = +R

Remarque 23 Si T est un suranneau minimal de R alors +T nrsquoest pas en general

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QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 753

un suranneau minimal de + R il suffit de choisir par exemple T seminormal et Rnon seminormal dans ce cas on a +R = +T = T

Proposition 24 On suppose que (R η) est local et seminormal tel que η isinspec(T ) alors T est seminormal

Preuve Drsquoabords on remarque que η isin spec(T ) entraıne que T est entier sur Rcar si non T sera R-plat et ηT = T Donc T est local drsquoideal maximal η Soit z isin Ttel que z2 z3 isin T Si z2 z3 isin R alors z isin R Si z2 isin T R rArr z2 isin T η donc(z2)minus1 isin T par suite z3(z2)minus1 = z isin T et on fait la meme chose pour z3 isin T R

Definition 23 Soit A sube B une extension entiere drsquoanneaux On definit la faiblenormalisation de A dans B par lowast

B A = b isin Bforallp isin Spec(A) il existe n isin Ntel que (b1)en isin Ap + J (Bp) ou e est une puissance de la caracteristique ducorps Ap

p Apnotee car( Ap

p Ap) Si lowast

B A = A on dit que A est faiblement normal dans B

Dans cette proposition on va examiner la faible normalite et sa relation avecla seminormalisation dans une extension minimale

Proposition 25 On suppose que T est entier sur R et posons η = (R T )

(a) Si car (Rη) = 0 alors R est faiblement normal dans T hArr R est semi-normal dans T

(b) Si car (Rη) = q = 0 tel que Rη est p-ferme dans Tη (ie forallx isin Tηxq isinRη rArr x isin Rη) alors R est faiblement normal dans T

(c) On suppose que car(R) = p = 0 R est faiblement normal dans T hArr Rest p-ferme dans T

Preuve (a)(rArr) La definition de le faible normalite montre qursquoon a toujours+T R subelowast

T R donc si lowastT R = R alors +

T R = R(lArr) Il suffit drsquoapres [6 T h2] de montrer que Rp est faiblement normal dans

Tp pour tout ideal premier p de R Comme Rp = Tp pour tout ideal premier p deR distinct de η ou η est un ideal maximal de R (voir [1 T h22]) il suffit doncde verifier que Rη est faiblement normal dans Tη Puisque car(Rη) = 0 alors laseminormalisation de Rη dans Tη qui est Rη coincide avec la faible normalisationde Rη dans Tη drsquoou le resultat

(b) Pour tout p isin Spec(R) tel que car(Rp) = 0 on a p est distinct de ηdonc Rp = Tp Par hypothese Rη est q- ferme dans Tη donc Rp est q-ferme dansTp forallp isin Spec(R) tel que car(Rp) = q = 0 et en appliquant [6 p 653] on deduitque R est faiblement normal dans T

(c) R est p-ferme dans T donc R est (2 3)-ferme dans T par suite R estseminormal dans T Drsquoautre part forallt isin T on a pt = 0 car R sub T sube K et enutilisant [6 Th1] on deduit que R est faiblement normal dans T Pour lrsquoautreimplication crsquoest lrsquoapplication de [6 Th1]

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Corollaire 21 On suppose que T est entier sur R Si Tη nrsquoest pas local ou bienη isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors R est faiblement normal dans T

Preuve Verifions drsquoabords que η = assR (TR) Soit p isin assR (TR) doncp = (R z)R ou z isin T R ie T = R[z] et commeη = (R T ) est un ideal maximalde R et (R R[z]) sube (R z)R alors p = η Drsquoapres [6 Th6] il suffit de montrerque Rη est faiblement normal dans Tη crsquoest a dire Rη =lowast

TηRη On a Rη sube Tη

lowast Rη subeTη si Rη =lowast

TηRη alors lowast

TηRη = Tη car Rη sub Tη est une extension minimale ceci

entraıne que spec(Tη) rarr spec(Rη) est bijective drsquoou Tη est local ce qui est absurdeSi η isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors lowast

Tη Rη = Rη et on applique [6 Prop3]

3 QUELQUES RESULTATS TOPOLOGIQUES DANS UNEEXTENSION MINIMALE

Dans cette section on va donner certaines conditions pour lesquelles R estdense dans T ou R est un ferme de T lorsque T est muni drsquoune topologie I -adiqueou I est un ideal non nul de R On designe par R

primela fermeture algebrique de R

dans T

Proposition 31 Soit R sub T une extension minimale

(a) Ou bien R est dense dans T ou bien R est un ferme de T (b) On suppose que (R T ) = 0 R est dense dans T hArr I nrsquoest pas contenu

dans (R T )(c) Si (R T ) = 0 alors R est dense dans T

Preuve (a) Soit (I nT )nge0 un systeme fondamental de voisinage de zero pourla topologie I -adique de T alors R

prime = cap(R + I nT )nge0 ce qui montre que R subeR

prime sube T par consequent R = Rprimeou R

prime = T (b) (rArr)foralln ge 0 R + I nT = T ou R + I nT = R comme R

prime = T alorsforalln ge0 R + I nT = T en particulier R + I T = T ce qui montre que I nrsquoest pas con-tenu dans (R T )

(lArr) Supposons qursquoil existe n0 isin N tel que R + I n0 T = R rArr I n0 sube (R T )et comme (R T ) est un ideal premier de R[3 Prop32] alors I sube (R T ) ce quiest impossible drsquoou foralln ge 0 R + I nT = T crsquoest a dire que R

prime = T (c) Si R nrsquoest pas dense pas dans T alors R est un ferme de T donc

I sube (R T ) ce qui est absurde

Corollaire 31 R est un ferme de T si et seulement si R est un ouvert de T Si R est local et T entier sur R alors R est un ferme de T

Preuve Drsquoapres [7 p253] R est un ouvert de T hArr exists 0 tel que I s T sube Rcrsquoest a dire I s sube (R T ) dprime ou I sube (R T ) ceci est equivalent drsquoapres ce quiprecede a R est un ferme de T

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QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 755

-Si R est local drsquoideal maximal η alors I sube (R T ) = η

Corollaire 32 On suppose que R est noetherien Si T est R-plat alors R estdense dans T La reciproque est verifiee si R est local

Preuve Il suffit de voir que (R T ) = 0 [3 Pro32] Reciproquement si R estdense dans T alors I nrsquoest pas contenu dans (R T ) par suite T est R-plat car sinon T sera entier sur R et on aura I sube (R T ) = η ou η est un ideal maximal de R

Definition 31 Soient A un anneau commutatif et I un ideal non nul de A on ditque le couple (A I ) est un anneau de Zariski si A est noetherien et tout ideal de Aest un ferme pour la topologie I -adique (A I ) est de Zariski si et seulement si Aest noetherien et I sube J (A) ou J (A) est le radical de Jacobson de A Tout anneaunoetherien semilocal (A I = η1 cap η2 middot middot middot cap ηn) est de Zariski

Examinons cette notion dans une extension minimale R sub T

Proposition 32 Soit R sub T une extension minimale

(1) Si (RI ) est de Zariski alors (T I T )est de Zariski(2) On suppose que (T J ) est de Zariski

(a) Si T est entier sur R alors (RR cap J ) est de Zariski(b) Si T est R-plat et R noetherien alors

- (RR cap J ) est de Zariski si J (T ) sube η- (R J cap η) est de Zariski si J cap η = 0 ou η est un ideal maximal

de R

Preuve (1) Drsquoabords T est noetherien car T = R[z] Soit maintenant M unideal maximal de T drsquoapres [3 T h32] on a M cap R est un ideal maximal de Rpar suite I sube M cap R rArr I sube M drsquoou I T sube J (T )

(2) (a) T est entier sur R donc R est noetherien de plus J (R) = J (T ) cap Rce qui montre que J cap R sube J (R)

(b) Drsquoapres [3 Prop32] tous les ideaux premiers de R se relevent a T saufun seul ideal maximal note η Supposons que J (T ) sube η et montrons que J (T ) subeJ (R) Soit N un ideal maximal de R distinct de η alors J (T ) sube N car si nonon aura J (T ) + N = R par suite ils existent l isin N t isin J (T ) tel que l + t = 1crsquoesta dire que l = 1 minus t est inversible dans T et comme N se releve a T ceci estimpossible drsquoou J cap R sube J (R)

- On a vu dans [3 Prop32] que Mspec(T ) rarr Mspec(R)η est bijec-tive ou Mspec(T ) designe lrsquoensemble des ideaux maximaux de T Posons J

prime(R)

lrsquointersection de tous les ideaux maximaux de R distincts de η Jprime(R) = J (T ) cap R

et Jprime(R) cap η = J (R) par suite J cap η sube J (T ) cap η = J (R) drsquoou le resultat

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REFERENCES

1 Ferrand D Olivier J Homomorphismes minimaux drsquoanneaux J Algebra1970 16 461ndash471

2 Gilmer R Heinzer W Intersection of Quotients Rings of an Integral DomainJ Math Kyoto Univer 1967 7 (2) 133ndash150

3 Oukessou M Miri A Sur les suranneaux minimaux Extracta Mathematicae1999 14 (3) 333ndash347

4 Picavet G Deux remarques sur la seminormalite Italian Journal of Pure andApplied Mathematics 1997 1 101ndash108

5 Swan R On Seminormality J Algebra 1980 67 210ndash2196 Yanagihara H Some Results on Weakly Normal Ring Extension J Math

Soc Japan 1983 35 (4) 649ndash6617 Zariski O Samuel P Commutative Algebra Spring-Verlag New-York

1960

Received July 28 1999Revised February 22 2000

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Page 3: QUELQUES PROPRIÉTÉS D'UNE EXTENSION MINIMALE

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750 OUKESSOU AND MIRI

I -adique ou I est un ideal non nul de R dans ce cas ou bien R est dense dans Tou bien R est un ferme de T Si (R T ) est non nul alors R est dense dans T siet seulement si I nrsquoest pas contenu dans (R T ) en particulier si R est local et Tentier sur R alors R est un ferme de T On deduit que lorsque R est noetherien etT est R-plat alors R est dense dans T On acheve ce paragraphe par lrsquoetude de lastabilite des anneaux de Zariski dans une extension minimale R sub T

On rappelle que R sub T est une extension minimale si R nrsquoest pas un corpset lrsquoextension R sub T nrsquoadmet pas drsquoanneaux intermidiaires propres Toutes lesnotations sont identiques a celles dans (3)

2 ETUDE DE LA SEMINORMALITE DANS UNEEXTENSION MINIMALE

Soit R sub T une extension minimale dans ce paragraphe on va examiner laseminormalite dans R sub T ainsi que le transfert de seminormalite entre R et T

Definition 21 (1) Soient A B deux anneaux commutatifs unitaires et A sube Bon dit que lrsquoextension A sube B est subentiere si

(a) B est entier sur A(b) lrsquoapplication spec(B) minusrarr spec(A) est bijective(c) forallQ isin spec(B) TQ

QTQest isomorphe a RP

P RPou P = Q cap A

(2) On dit que A est seminormal dans B srsquoil nrsquoexiste pas drsquoanneau Cavec A sub C sube B tel que lrsquoextension A sub C est subentiere Si B est entier surA on definit la seminormalisation de A dans B par +

B A = b isin B b1 isin Ap +J (Bp)forallp isin spec(A) ou J (Bp) est le radical de Jacobson de Bp

Drsquoapres [5 lem22] +B A est le plus grand sous anneau de B contenant A

qui soit subentier sur A donc si +B A = A alors A est seminormal dans B ce

qui est equivalent a forallb isin B b2 b3 isin A entraıne b isin A [5 Th25] On dit queA est seminormal si A est seminormal dans A ou A est la cloture integrale deA dans son anneau quotient total dans ce cas on note +

A A simplement par + AOn commencera par enoncer un lemme fondamental dont la demonstration estdonnee dans (3)

Lemme 21 Soit R sub T une extension minimale alors ou bien T est entier surR ou bien T est R-plat

Theoreme 21 Soit R sub T une extension minimale

(1) Si T est R-plat alors R est seminormal dans T (2) Si T est entier sur R alors les conditions suivantes sont equivalentes

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QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 751

(a) R est seminormal dans T (b) T nrsquoest pas contenu dans Rη + J (Tη) ou η = (R T )(c) R = x isin Tx isin Rη + J (Tη)(d) η = (R T ) est un ideal radical de T crsquoest a dire

radicη = η dans T

Preuve (1) Supposons qursquoil existe un anneau C subentier sur R tel que R sub C subeT ceci entraıne que C = T qui sera entier sur R

(2) On sait drsquoapres [1 Th22] que si T est un suranneau minimal de Ralors il existe un ideal maximal η de R tel que Rp = Tp forallp isin spec(R) et p =η et si T est entier sur R alors η = (R T ) ((a) rArr (b)) Si T sube Rη + J (Tη)comme Rp + J (Tp) = Rp = Tp forallp isin spec(R) et p = η alors T sube+

T R = R ceciest impossible ((b) lArr (a)) On a R sube+

T R sube T la minimalite de T sur R entraıneque +

T R = T ou +T R = R Si +

T R = T alors T sube Rη + J (Tη) ce qui est absurdePosons A = x isin T x isin Rη + J (Tη) donc +

T R sube A ainsi ((a) rArr (c)) ((c) lArr(a)) Supposons que A = R donc R sub A sube T par suite A = T drsquoou T sube Rη +J (Tη) crsquoest a dire que R nrsquoest pas seminormal dans T Pour ((d) hArr (a)) il suffitdrsquoappliquer [6 Thp650]

Proposition 21On suppose que T est entier sur R

(a) Si Tη nrsquoest pas local alors R est seminormal dans T (b) Si R est seminormal dans T tel qursquoil existe z isin Tη Rη non inversible

alors Tη nrsquoest pas local

Preuve (a) Drsquoapres [3 Prop22] Rη sub Tη est une extension minimale entiereComme Tη nrsquoest pas local alors drsquoapres [2 Lem21] Tη admet exactement deuxideaux maximaux M1 M2 tel que M1 cap M2 = ηRη drsquoou Rη + J (Tη) = Rη etcomme T ne peut pas etre contenu dans Rη alors drsquoapres le theoreme precedentR est seminormal dans T

(b) On a Rη sube Rη + J (Tη) sube Tη donc Rη + J (Tη) = Rη ou Rη + J (Tη) =Tη or R est seminormal dans T donc Rη + J (Tη) = Rη crsquoest a dire J (Tη) = ηRηSi Tη est local alors J (Tη) = ηRη drsquoautre part Tη = Rη[z] comme z nrsquoest pasinversible alors z isin ηRη ce qui est impossible

Remarque 21 Soit T un suranneau minimal de R alors ou bien R est seminormaldans T ou bien T est subentier sur R En particulier si T = R[z] avec z2 z3 isin Ralors T est subentier sur R Si T est entier sur R et η = (R T ) isin spec(T ) alorsR est seminormal dans T Il est facil de voir que R est seminormal dans T si etseulement si R

I est seminormal dans TI ou I = (R T )

Lemme 22 + R est lrsquointersection de tous les anneaux seminormaux conte-nant R

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Preuve Notons par T lowast lrsquointersection des anneaux seminormaux contenant Rcomme + R est seminormal alors T lowast sube+ R Drsquoautre part si S est un anneauseminormal contenant R alors drsquoapres [5 Cor42] + R = +

S R sube S par suiteT lowast = +R

Definition 22 Soit f A rarr B un homomorphisme injectif drsquoanneaux On ditque f est essentiel si pour tout homomorphisme drsquoanneaux g B rarr C tel quegof A rarr C est injectif entraıne g injectif

Une autre caracterisation de la seminormalite est donnee dans [4Th11] sousla forme siuvante Un anneau A est seminormal si et seulement si pour touthomomorphisme drsquoanneaux f B rarr A et pour tout homomorphisme subentierg B rarr C il existe un homomorphisme drsquoanneaux h C rarr A tel que h g = f

Proposition 22 Soit R sub T une extension minimale On suppose que R nrsquoestpas seminormal dans T alors tout anneau seminormal contenant R contient Taussi

Preuve R nrsquoest pas seminormal dans T donc T est subentier sur R et drsquoapres[4Prop17] lrsquoinjection j R rarr T est essentielle Soit S un anneau seminormal con-tenant R alors on a le schema suivant i R rarr S et j R rarr T subentier commeS est seminormal alors il existe un homomorphisme f T rarr S tel que f j = iqui est injectif or j est essentiel donc f est injectif

Remarque 22 Soit S un anneau contenant R tel que S est fidelement R-platon suppose que T est entier sur R si S est seminormal dans S otimes T alors R estseminormal dans T (voir remarque de [5 p215])

Examinons maintenant le transfert de la seminormalite entre R et T

Proposition 23 On suppose que T est seminormal

(a) Si T est R-plat alors R est seminormal(b) Dans le cas ou T est entier sur R on a R est seminormal hArr R est

seminormal dans T En particulier srsquoil existe un anneau seminormalS j contenant R et ne contenant pas T alors R est seminormal

Preuve (a) Si R nrsquoest pas seminormal alors drsquoapres le lemme precedent R sub+

R sube T crsquoest a dire + R = T par suite T sera entier sur R(b) (rArr) est evident (lArr) Soit x isin R = T tel que x2 x3 isin R donc x isin T

et comme R est seminormal dans T alors x isin R On sait que + R = capSk ou Sk

est seminormal contenant R Drsquoautre part R sube Sj cap T sube T donc R = Sj cap T ouT = Sj cap T Comme Sj ne contient pas T alors R = Sj cap T Or il existe i isin Itel que Si = T drsquoou R = +R

Remarque 23 Si T est un suranneau minimal de R alors +T nrsquoest pas en general

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un suranneau minimal de + R il suffit de choisir par exemple T seminormal et Rnon seminormal dans ce cas on a +R = +T = T

Proposition 24 On suppose que (R η) est local et seminormal tel que η isinspec(T ) alors T est seminormal

Preuve Drsquoabords on remarque que η isin spec(T ) entraıne que T est entier sur Rcar si non T sera R-plat et ηT = T Donc T est local drsquoideal maximal η Soit z isin Ttel que z2 z3 isin T Si z2 z3 isin R alors z isin R Si z2 isin T R rArr z2 isin T η donc(z2)minus1 isin T par suite z3(z2)minus1 = z isin T et on fait la meme chose pour z3 isin T R

Definition 23 Soit A sube B une extension entiere drsquoanneaux On definit la faiblenormalisation de A dans B par lowast

B A = b isin Bforallp isin Spec(A) il existe n isin Ntel que (b1)en isin Ap + J (Bp) ou e est une puissance de la caracteristique ducorps Ap

p Apnotee car( Ap

p Ap) Si lowast

B A = A on dit que A est faiblement normal dans B

Dans cette proposition on va examiner la faible normalite et sa relation avecla seminormalisation dans une extension minimale

Proposition 25 On suppose que T est entier sur R et posons η = (R T )

(a) Si car (Rη) = 0 alors R est faiblement normal dans T hArr R est semi-normal dans T

(b) Si car (Rη) = q = 0 tel que Rη est p-ferme dans Tη (ie forallx isin Tηxq isinRη rArr x isin Rη) alors R est faiblement normal dans T

(c) On suppose que car(R) = p = 0 R est faiblement normal dans T hArr Rest p-ferme dans T

Preuve (a)(rArr) La definition de le faible normalite montre qursquoon a toujours+T R subelowast

T R donc si lowastT R = R alors +

T R = R(lArr) Il suffit drsquoapres [6 T h2] de montrer que Rp est faiblement normal dans

Tp pour tout ideal premier p de R Comme Rp = Tp pour tout ideal premier p deR distinct de η ou η est un ideal maximal de R (voir [1 T h22]) il suffit doncde verifier que Rη est faiblement normal dans Tη Puisque car(Rη) = 0 alors laseminormalisation de Rη dans Tη qui est Rη coincide avec la faible normalisationde Rη dans Tη drsquoou le resultat

(b) Pour tout p isin Spec(R) tel que car(Rp) = 0 on a p est distinct de ηdonc Rp = Tp Par hypothese Rη est q- ferme dans Tη donc Rp est q-ferme dansTp forallp isin Spec(R) tel que car(Rp) = q = 0 et en appliquant [6 p 653] on deduitque R est faiblement normal dans T

(c) R est p-ferme dans T donc R est (2 3)-ferme dans T par suite R estseminormal dans T Drsquoautre part forallt isin T on a pt = 0 car R sub T sube K et enutilisant [6 Th1] on deduit que R est faiblement normal dans T Pour lrsquoautreimplication crsquoest lrsquoapplication de [6 Th1]

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754 OUKESSOU AND MIRI

Corollaire 21 On suppose que T est entier sur R Si Tη nrsquoest pas local ou bienη isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors R est faiblement normal dans T

Preuve Verifions drsquoabords que η = assR (TR) Soit p isin assR (TR) doncp = (R z)R ou z isin T R ie T = R[z] et commeη = (R T ) est un ideal maximalde R et (R R[z]) sube (R z)R alors p = η Drsquoapres [6 Th6] il suffit de montrerque Rη est faiblement normal dans Tη crsquoest a dire Rη =lowast

TηRη On a Rη sube Tη

lowast Rη subeTη si Rη =lowast

TηRη alors lowast

TηRη = Tη car Rη sub Tη est une extension minimale ceci

entraıne que spec(Tη) rarr spec(Rη) est bijective drsquoou Tη est local ce qui est absurdeSi η isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors lowast

Tη Rη = Rη et on applique [6 Prop3]

3 QUELQUES RESULTATS TOPOLOGIQUES DANS UNEEXTENSION MINIMALE

Dans cette section on va donner certaines conditions pour lesquelles R estdense dans T ou R est un ferme de T lorsque T est muni drsquoune topologie I -adiqueou I est un ideal non nul de R On designe par R

primela fermeture algebrique de R

dans T

Proposition 31 Soit R sub T une extension minimale

(a) Ou bien R est dense dans T ou bien R est un ferme de T (b) On suppose que (R T ) = 0 R est dense dans T hArr I nrsquoest pas contenu

dans (R T )(c) Si (R T ) = 0 alors R est dense dans T

Preuve (a) Soit (I nT )nge0 un systeme fondamental de voisinage de zero pourla topologie I -adique de T alors R

prime = cap(R + I nT )nge0 ce qui montre que R subeR

prime sube T par consequent R = Rprimeou R

prime = T (b) (rArr)foralln ge 0 R + I nT = T ou R + I nT = R comme R

prime = T alorsforalln ge0 R + I nT = T en particulier R + I T = T ce qui montre que I nrsquoest pas con-tenu dans (R T )

(lArr) Supposons qursquoil existe n0 isin N tel que R + I n0 T = R rArr I n0 sube (R T )et comme (R T ) est un ideal premier de R[3 Prop32] alors I sube (R T ) ce quiest impossible drsquoou foralln ge 0 R + I nT = T crsquoest a dire que R

prime = T (c) Si R nrsquoest pas dense pas dans T alors R est un ferme de T donc

I sube (R T ) ce qui est absurde

Corollaire 31 R est un ferme de T si et seulement si R est un ouvert de T Si R est local et T entier sur R alors R est un ferme de T

Preuve Drsquoapres [7 p253] R est un ouvert de T hArr exists 0 tel que I s T sube Rcrsquoest a dire I s sube (R T ) dprime ou I sube (R T ) ceci est equivalent drsquoapres ce quiprecede a R est un ferme de T

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QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 755

-Si R est local drsquoideal maximal η alors I sube (R T ) = η

Corollaire 32 On suppose que R est noetherien Si T est R-plat alors R estdense dans T La reciproque est verifiee si R est local

Preuve Il suffit de voir que (R T ) = 0 [3 Pro32] Reciproquement si R estdense dans T alors I nrsquoest pas contenu dans (R T ) par suite T est R-plat car sinon T sera entier sur R et on aura I sube (R T ) = η ou η est un ideal maximal de R

Definition 31 Soient A un anneau commutatif et I un ideal non nul de A on ditque le couple (A I ) est un anneau de Zariski si A est noetherien et tout ideal de Aest un ferme pour la topologie I -adique (A I ) est de Zariski si et seulement si Aest noetherien et I sube J (A) ou J (A) est le radical de Jacobson de A Tout anneaunoetherien semilocal (A I = η1 cap η2 middot middot middot cap ηn) est de Zariski

Examinons cette notion dans une extension minimale R sub T

Proposition 32 Soit R sub T une extension minimale

(1) Si (RI ) est de Zariski alors (T I T )est de Zariski(2) On suppose que (T J ) est de Zariski

(a) Si T est entier sur R alors (RR cap J ) est de Zariski(b) Si T est R-plat et R noetherien alors

- (RR cap J ) est de Zariski si J (T ) sube η- (R J cap η) est de Zariski si J cap η = 0 ou η est un ideal maximal

de R

Preuve (1) Drsquoabords T est noetherien car T = R[z] Soit maintenant M unideal maximal de T drsquoapres [3 T h32] on a M cap R est un ideal maximal de Rpar suite I sube M cap R rArr I sube M drsquoou I T sube J (T )

(2) (a) T est entier sur R donc R est noetherien de plus J (R) = J (T ) cap Rce qui montre que J cap R sube J (R)

(b) Drsquoapres [3 Prop32] tous les ideaux premiers de R se relevent a T saufun seul ideal maximal note η Supposons que J (T ) sube η et montrons que J (T ) subeJ (R) Soit N un ideal maximal de R distinct de η alors J (T ) sube N car si nonon aura J (T ) + N = R par suite ils existent l isin N t isin J (T ) tel que l + t = 1crsquoesta dire que l = 1 minus t est inversible dans T et comme N se releve a T ceci estimpossible drsquoou J cap R sube J (R)

- On a vu dans [3 Prop32] que Mspec(T ) rarr Mspec(R)η est bijec-tive ou Mspec(T ) designe lrsquoensemble des ideaux maximaux de T Posons J

prime(R)

lrsquointersection de tous les ideaux maximaux de R distincts de η Jprime(R) = J (T ) cap R

et Jprime(R) cap η = J (R) par suite J cap η sube J (T ) cap η = J (R) drsquoou le resultat

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756 OUKESSOU AND MIRI

REFERENCES

1 Ferrand D Olivier J Homomorphismes minimaux drsquoanneaux J Algebra1970 16 461ndash471

2 Gilmer R Heinzer W Intersection of Quotients Rings of an Integral DomainJ Math Kyoto Univer 1967 7 (2) 133ndash150

3 Oukessou M Miri A Sur les suranneaux minimaux Extracta Mathematicae1999 14 (3) 333ndash347

4 Picavet G Deux remarques sur la seminormalite Italian Journal of Pure andApplied Mathematics 1997 1 101ndash108

5 Swan R On Seminormality J Algebra 1980 67 210ndash2196 Yanagihara H Some Results on Weakly Normal Ring Extension J Math

Soc Japan 1983 35 (4) 649ndash6617 Zariski O Samuel P Commutative Algebra Spring-Verlag New-York

1960

Received July 28 1999Revised February 22 2000

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Page 4: QUELQUES PROPRIÉTÉS D'UNE EXTENSION MINIMALE

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QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 751

(a) R est seminormal dans T (b) T nrsquoest pas contenu dans Rη + J (Tη) ou η = (R T )(c) R = x isin Tx isin Rη + J (Tη)(d) η = (R T ) est un ideal radical de T crsquoest a dire

radicη = η dans T

Preuve (1) Supposons qursquoil existe un anneau C subentier sur R tel que R sub C subeT ceci entraıne que C = T qui sera entier sur R

(2) On sait drsquoapres [1 Th22] que si T est un suranneau minimal de Ralors il existe un ideal maximal η de R tel que Rp = Tp forallp isin spec(R) et p =η et si T est entier sur R alors η = (R T ) ((a) rArr (b)) Si T sube Rη + J (Tη)comme Rp + J (Tp) = Rp = Tp forallp isin spec(R) et p = η alors T sube+

T R = R ceciest impossible ((b) lArr (a)) On a R sube+

T R sube T la minimalite de T sur R entraıneque +

T R = T ou +T R = R Si +

T R = T alors T sube Rη + J (Tη) ce qui est absurdePosons A = x isin T x isin Rη + J (Tη) donc +

T R sube A ainsi ((a) rArr (c)) ((c) lArr(a)) Supposons que A = R donc R sub A sube T par suite A = T drsquoou T sube Rη +J (Tη) crsquoest a dire que R nrsquoest pas seminormal dans T Pour ((d) hArr (a)) il suffitdrsquoappliquer [6 Thp650]

Proposition 21On suppose que T est entier sur R

(a) Si Tη nrsquoest pas local alors R est seminormal dans T (b) Si R est seminormal dans T tel qursquoil existe z isin Tη Rη non inversible

alors Tη nrsquoest pas local

Preuve (a) Drsquoapres [3 Prop22] Rη sub Tη est une extension minimale entiereComme Tη nrsquoest pas local alors drsquoapres [2 Lem21] Tη admet exactement deuxideaux maximaux M1 M2 tel que M1 cap M2 = ηRη drsquoou Rη + J (Tη) = Rη etcomme T ne peut pas etre contenu dans Rη alors drsquoapres le theoreme precedentR est seminormal dans T

(b) On a Rη sube Rη + J (Tη) sube Tη donc Rη + J (Tη) = Rη ou Rη + J (Tη) =Tη or R est seminormal dans T donc Rη + J (Tη) = Rη crsquoest a dire J (Tη) = ηRηSi Tη est local alors J (Tη) = ηRη drsquoautre part Tη = Rη[z] comme z nrsquoest pasinversible alors z isin ηRη ce qui est impossible

Remarque 21 Soit T un suranneau minimal de R alors ou bien R est seminormaldans T ou bien T est subentier sur R En particulier si T = R[z] avec z2 z3 isin Ralors T est subentier sur R Si T est entier sur R et η = (R T ) isin spec(T ) alorsR est seminormal dans T Il est facil de voir que R est seminormal dans T si etseulement si R

I est seminormal dans TI ou I = (R T )

Lemme 22 + R est lrsquointersection de tous les anneaux seminormaux conte-nant R

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752 OUKESSOU AND MIRI

Preuve Notons par T lowast lrsquointersection des anneaux seminormaux contenant Rcomme + R est seminormal alors T lowast sube+ R Drsquoautre part si S est un anneauseminormal contenant R alors drsquoapres [5 Cor42] + R = +

S R sube S par suiteT lowast = +R

Definition 22 Soit f A rarr B un homomorphisme injectif drsquoanneaux On ditque f est essentiel si pour tout homomorphisme drsquoanneaux g B rarr C tel quegof A rarr C est injectif entraıne g injectif

Une autre caracterisation de la seminormalite est donnee dans [4Th11] sousla forme siuvante Un anneau A est seminormal si et seulement si pour touthomomorphisme drsquoanneaux f B rarr A et pour tout homomorphisme subentierg B rarr C il existe un homomorphisme drsquoanneaux h C rarr A tel que h g = f

Proposition 22 Soit R sub T une extension minimale On suppose que R nrsquoestpas seminormal dans T alors tout anneau seminormal contenant R contient Taussi

Preuve R nrsquoest pas seminormal dans T donc T est subentier sur R et drsquoapres[4Prop17] lrsquoinjection j R rarr T est essentielle Soit S un anneau seminormal con-tenant R alors on a le schema suivant i R rarr S et j R rarr T subentier commeS est seminormal alors il existe un homomorphisme f T rarr S tel que f j = iqui est injectif or j est essentiel donc f est injectif

Remarque 22 Soit S un anneau contenant R tel que S est fidelement R-platon suppose que T est entier sur R si S est seminormal dans S otimes T alors R estseminormal dans T (voir remarque de [5 p215])

Examinons maintenant le transfert de la seminormalite entre R et T

Proposition 23 On suppose que T est seminormal

(a) Si T est R-plat alors R est seminormal(b) Dans le cas ou T est entier sur R on a R est seminormal hArr R est

seminormal dans T En particulier srsquoil existe un anneau seminormalS j contenant R et ne contenant pas T alors R est seminormal

Preuve (a) Si R nrsquoest pas seminormal alors drsquoapres le lemme precedent R sub+

R sube T crsquoest a dire + R = T par suite T sera entier sur R(b) (rArr) est evident (lArr) Soit x isin R = T tel que x2 x3 isin R donc x isin T

et comme R est seminormal dans T alors x isin R On sait que + R = capSk ou Sk

est seminormal contenant R Drsquoautre part R sube Sj cap T sube T donc R = Sj cap T ouT = Sj cap T Comme Sj ne contient pas T alors R = Sj cap T Or il existe i isin Itel que Si = T drsquoou R = +R

Remarque 23 Si T est un suranneau minimal de R alors +T nrsquoest pas en general

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QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 753

un suranneau minimal de + R il suffit de choisir par exemple T seminormal et Rnon seminormal dans ce cas on a +R = +T = T

Proposition 24 On suppose que (R η) est local et seminormal tel que η isinspec(T ) alors T est seminormal

Preuve Drsquoabords on remarque que η isin spec(T ) entraıne que T est entier sur Rcar si non T sera R-plat et ηT = T Donc T est local drsquoideal maximal η Soit z isin Ttel que z2 z3 isin T Si z2 z3 isin R alors z isin R Si z2 isin T R rArr z2 isin T η donc(z2)minus1 isin T par suite z3(z2)minus1 = z isin T et on fait la meme chose pour z3 isin T R

Definition 23 Soit A sube B une extension entiere drsquoanneaux On definit la faiblenormalisation de A dans B par lowast

B A = b isin Bforallp isin Spec(A) il existe n isin Ntel que (b1)en isin Ap + J (Bp) ou e est une puissance de la caracteristique ducorps Ap

p Apnotee car( Ap

p Ap) Si lowast

B A = A on dit que A est faiblement normal dans B

Dans cette proposition on va examiner la faible normalite et sa relation avecla seminormalisation dans une extension minimale

Proposition 25 On suppose que T est entier sur R et posons η = (R T )

(a) Si car (Rη) = 0 alors R est faiblement normal dans T hArr R est semi-normal dans T

(b) Si car (Rη) = q = 0 tel que Rη est p-ferme dans Tη (ie forallx isin Tηxq isinRη rArr x isin Rη) alors R est faiblement normal dans T

(c) On suppose que car(R) = p = 0 R est faiblement normal dans T hArr Rest p-ferme dans T

Preuve (a)(rArr) La definition de le faible normalite montre qursquoon a toujours+T R subelowast

T R donc si lowastT R = R alors +

T R = R(lArr) Il suffit drsquoapres [6 T h2] de montrer que Rp est faiblement normal dans

Tp pour tout ideal premier p de R Comme Rp = Tp pour tout ideal premier p deR distinct de η ou η est un ideal maximal de R (voir [1 T h22]) il suffit doncde verifier que Rη est faiblement normal dans Tη Puisque car(Rη) = 0 alors laseminormalisation de Rη dans Tη qui est Rη coincide avec la faible normalisationde Rη dans Tη drsquoou le resultat

(b) Pour tout p isin Spec(R) tel que car(Rp) = 0 on a p est distinct de ηdonc Rp = Tp Par hypothese Rη est q- ferme dans Tη donc Rp est q-ferme dansTp forallp isin Spec(R) tel que car(Rp) = q = 0 et en appliquant [6 p 653] on deduitque R est faiblement normal dans T

(c) R est p-ferme dans T donc R est (2 3)-ferme dans T par suite R estseminormal dans T Drsquoautre part forallt isin T on a pt = 0 car R sub T sube K et enutilisant [6 Th1] on deduit que R est faiblement normal dans T Pour lrsquoautreimplication crsquoest lrsquoapplication de [6 Th1]

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754 OUKESSOU AND MIRI

Corollaire 21 On suppose que T est entier sur R Si Tη nrsquoest pas local ou bienη isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors R est faiblement normal dans T

Preuve Verifions drsquoabords que η = assR (TR) Soit p isin assR (TR) doncp = (R z)R ou z isin T R ie T = R[z] et commeη = (R T ) est un ideal maximalde R et (R R[z]) sube (R z)R alors p = η Drsquoapres [6 Th6] il suffit de montrerque Rη est faiblement normal dans Tη crsquoest a dire Rη =lowast

TηRη On a Rη sube Tη

lowast Rη subeTη si Rη =lowast

TηRη alors lowast

TηRη = Tη car Rη sub Tη est une extension minimale ceci

entraıne que spec(Tη) rarr spec(Rη) est bijective drsquoou Tη est local ce qui est absurdeSi η isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors lowast

Tη Rη = Rη et on applique [6 Prop3]

3 QUELQUES RESULTATS TOPOLOGIQUES DANS UNEEXTENSION MINIMALE

Dans cette section on va donner certaines conditions pour lesquelles R estdense dans T ou R est un ferme de T lorsque T est muni drsquoune topologie I -adiqueou I est un ideal non nul de R On designe par R

primela fermeture algebrique de R

dans T

Proposition 31 Soit R sub T une extension minimale

(a) Ou bien R est dense dans T ou bien R est un ferme de T (b) On suppose que (R T ) = 0 R est dense dans T hArr I nrsquoest pas contenu

dans (R T )(c) Si (R T ) = 0 alors R est dense dans T

Preuve (a) Soit (I nT )nge0 un systeme fondamental de voisinage de zero pourla topologie I -adique de T alors R

prime = cap(R + I nT )nge0 ce qui montre que R subeR

prime sube T par consequent R = Rprimeou R

prime = T (b) (rArr)foralln ge 0 R + I nT = T ou R + I nT = R comme R

prime = T alorsforalln ge0 R + I nT = T en particulier R + I T = T ce qui montre que I nrsquoest pas con-tenu dans (R T )

(lArr) Supposons qursquoil existe n0 isin N tel que R + I n0 T = R rArr I n0 sube (R T )et comme (R T ) est un ideal premier de R[3 Prop32] alors I sube (R T ) ce quiest impossible drsquoou foralln ge 0 R + I nT = T crsquoest a dire que R

prime = T (c) Si R nrsquoest pas dense pas dans T alors R est un ferme de T donc

I sube (R T ) ce qui est absurde

Corollaire 31 R est un ferme de T si et seulement si R est un ouvert de T Si R est local et T entier sur R alors R est un ferme de T

Preuve Drsquoapres [7 p253] R est un ouvert de T hArr exists 0 tel que I s T sube Rcrsquoest a dire I s sube (R T ) dprime ou I sube (R T ) ceci est equivalent drsquoapres ce quiprecede a R est un ferme de T

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QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 755

-Si R est local drsquoideal maximal η alors I sube (R T ) = η

Corollaire 32 On suppose que R est noetherien Si T est R-plat alors R estdense dans T La reciproque est verifiee si R est local

Preuve Il suffit de voir que (R T ) = 0 [3 Pro32] Reciproquement si R estdense dans T alors I nrsquoest pas contenu dans (R T ) par suite T est R-plat car sinon T sera entier sur R et on aura I sube (R T ) = η ou η est un ideal maximal de R

Definition 31 Soient A un anneau commutatif et I un ideal non nul de A on ditque le couple (A I ) est un anneau de Zariski si A est noetherien et tout ideal de Aest un ferme pour la topologie I -adique (A I ) est de Zariski si et seulement si Aest noetherien et I sube J (A) ou J (A) est le radical de Jacobson de A Tout anneaunoetherien semilocal (A I = η1 cap η2 middot middot middot cap ηn) est de Zariski

Examinons cette notion dans une extension minimale R sub T

Proposition 32 Soit R sub T une extension minimale

(1) Si (RI ) est de Zariski alors (T I T )est de Zariski(2) On suppose que (T J ) est de Zariski

(a) Si T est entier sur R alors (RR cap J ) est de Zariski(b) Si T est R-plat et R noetherien alors

- (RR cap J ) est de Zariski si J (T ) sube η- (R J cap η) est de Zariski si J cap η = 0 ou η est un ideal maximal

de R

Preuve (1) Drsquoabords T est noetherien car T = R[z] Soit maintenant M unideal maximal de T drsquoapres [3 T h32] on a M cap R est un ideal maximal de Rpar suite I sube M cap R rArr I sube M drsquoou I T sube J (T )

(2) (a) T est entier sur R donc R est noetherien de plus J (R) = J (T ) cap Rce qui montre que J cap R sube J (R)

(b) Drsquoapres [3 Prop32] tous les ideaux premiers de R se relevent a T saufun seul ideal maximal note η Supposons que J (T ) sube η et montrons que J (T ) subeJ (R) Soit N un ideal maximal de R distinct de η alors J (T ) sube N car si nonon aura J (T ) + N = R par suite ils existent l isin N t isin J (T ) tel que l + t = 1crsquoesta dire que l = 1 minus t est inversible dans T et comme N se releve a T ceci estimpossible drsquoou J cap R sube J (R)

- On a vu dans [3 Prop32] que Mspec(T ) rarr Mspec(R)η est bijec-tive ou Mspec(T ) designe lrsquoensemble des ideaux maximaux de T Posons J

prime(R)

lrsquointersection de tous les ideaux maximaux de R distincts de η Jprime(R) = J (T ) cap R

et Jprime(R) cap η = J (R) par suite J cap η sube J (T ) cap η = J (R) drsquoou le resultat

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756 OUKESSOU AND MIRI

REFERENCES

1 Ferrand D Olivier J Homomorphismes minimaux drsquoanneaux J Algebra1970 16 461ndash471

2 Gilmer R Heinzer W Intersection of Quotients Rings of an Integral DomainJ Math Kyoto Univer 1967 7 (2) 133ndash150

3 Oukessou M Miri A Sur les suranneaux minimaux Extracta Mathematicae1999 14 (3) 333ndash347

4 Picavet G Deux remarques sur la seminormalite Italian Journal of Pure andApplied Mathematics 1997 1 101ndash108

5 Swan R On Seminormality J Algebra 1980 67 210ndash2196 Yanagihara H Some Results on Weakly Normal Ring Extension J Math

Soc Japan 1983 35 (4) 649ndash6617 Zariski O Samuel P Commutative Algebra Spring-Verlag New-York

1960

Received July 28 1999Revised February 22 2000

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Page 5: QUELQUES PROPRIÉTÉS D'UNE EXTENSION MINIMALE

ORDER REPRINTS

752 OUKESSOU AND MIRI

Preuve Notons par T lowast lrsquointersection des anneaux seminormaux contenant Rcomme + R est seminormal alors T lowast sube+ R Drsquoautre part si S est un anneauseminormal contenant R alors drsquoapres [5 Cor42] + R = +

S R sube S par suiteT lowast = +R

Definition 22 Soit f A rarr B un homomorphisme injectif drsquoanneaux On ditque f est essentiel si pour tout homomorphisme drsquoanneaux g B rarr C tel quegof A rarr C est injectif entraıne g injectif

Une autre caracterisation de la seminormalite est donnee dans [4Th11] sousla forme siuvante Un anneau A est seminormal si et seulement si pour touthomomorphisme drsquoanneaux f B rarr A et pour tout homomorphisme subentierg B rarr C il existe un homomorphisme drsquoanneaux h C rarr A tel que h g = f

Proposition 22 Soit R sub T une extension minimale On suppose que R nrsquoestpas seminormal dans T alors tout anneau seminormal contenant R contient Taussi

Preuve R nrsquoest pas seminormal dans T donc T est subentier sur R et drsquoapres[4Prop17] lrsquoinjection j R rarr T est essentielle Soit S un anneau seminormal con-tenant R alors on a le schema suivant i R rarr S et j R rarr T subentier commeS est seminormal alors il existe un homomorphisme f T rarr S tel que f j = iqui est injectif or j est essentiel donc f est injectif

Remarque 22 Soit S un anneau contenant R tel que S est fidelement R-platon suppose que T est entier sur R si S est seminormal dans S otimes T alors R estseminormal dans T (voir remarque de [5 p215])

Examinons maintenant le transfert de la seminormalite entre R et T

Proposition 23 On suppose que T est seminormal

(a) Si T est R-plat alors R est seminormal(b) Dans le cas ou T est entier sur R on a R est seminormal hArr R est

seminormal dans T En particulier srsquoil existe un anneau seminormalS j contenant R et ne contenant pas T alors R est seminormal

Preuve (a) Si R nrsquoest pas seminormal alors drsquoapres le lemme precedent R sub+

R sube T crsquoest a dire + R = T par suite T sera entier sur R(b) (rArr) est evident (lArr) Soit x isin R = T tel que x2 x3 isin R donc x isin T

et comme R est seminormal dans T alors x isin R On sait que + R = capSk ou Sk

est seminormal contenant R Drsquoautre part R sube Sj cap T sube T donc R = Sj cap T ouT = Sj cap T Comme Sj ne contient pas T alors R = Sj cap T Or il existe i isin Itel que Si = T drsquoou R = +R

Remarque 23 Si T est un suranneau minimal de R alors +T nrsquoest pas en general

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QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 753

un suranneau minimal de + R il suffit de choisir par exemple T seminormal et Rnon seminormal dans ce cas on a +R = +T = T

Proposition 24 On suppose que (R η) est local et seminormal tel que η isinspec(T ) alors T est seminormal

Preuve Drsquoabords on remarque que η isin spec(T ) entraıne que T est entier sur Rcar si non T sera R-plat et ηT = T Donc T est local drsquoideal maximal η Soit z isin Ttel que z2 z3 isin T Si z2 z3 isin R alors z isin R Si z2 isin T R rArr z2 isin T η donc(z2)minus1 isin T par suite z3(z2)minus1 = z isin T et on fait la meme chose pour z3 isin T R

Definition 23 Soit A sube B une extension entiere drsquoanneaux On definit la faiblenormalisation de A dans B par lowast

B A = b isin Bforallp isin Spec(A) il existe n isin Ntel que (b1)en isin Ap + J (Bp) ou e est une puissance de la caracteristique ducorps Ap

p Apnotee car( Ap

p Ap) Si lowast

B A = A on dit que A est faiblement normal dans B

Dans cette proposition on va examiner la faible normalite et sa relation avecla seminormalisation dans une extension minimale

Proposition 25 On suppose que T est entier sur R et posons η = (R T )

(a) Si car (Rη) = 0 alors R est faiblement normal dans T hArr R est semi-normal dans T

(b) Si car (Rη) = q = 0 tel que Rη est p-ferme dans Tη (ie forallx isin Tηxq isinRη rArr x isin Rη) alors R est faiblement normal dans T

(c) On suppose que car(R) = p = 0 R est faiblement normal dans T hArr Rest p-ferme dans T

Preuve (a)(rArr) La definition de le faible normalite montre qursquoon a toujours+T R subelowast

T R donc si lowastT R = R alors +

T R = R(lArr) Il suffit drsquoapres [6 T h2] de montrer que Rp est faiblement normal dans

Tp pour tout ideal premier p de R Comme Rp = Tp pour tout ideal premier p deR distinct de η ou η est un ideal maximal de R (voir [1 T h22]) il suffit doncde verifier que Rη est faiblement normal dans Tη Puisque car(Rη) = 0 alors laseminormalisation de Rη dans Tη qui est Rη coincide avec la faible normalisationde Rη dans Tη drsquoou le resultat

(b) Pour tout p isin Spec(R) tel que car(Rp) = 0 on a p est distinct de ηdonc Rp = Tp Par hypothese Rη est q- ferme dans Tη donc Rp est q-ferme dansTp forallp isin Spec(R) tel que car(Rp) = q = 0 et en appliquant [6 p 653] on deduitque R est faiblement normal dans T

(c) R est p-ferme dans T donc R est (2 3)-ferme dans T par suite R estseminormal dans T Drsquoautre part forallt isin T on a pt = 0 car R sub T sube K et enutilisant [6 Th1] on deduit que R est faiblement normal dans T Pour lrsquoautreimplication crsquoest lrsquoapplication de [6 Th1]

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ORDER REPRINTS

754 OUKESSOU AND MIRI

Corollaire 21 On suppose que T est entier sur R Si Tη nrsquoest pas local ou bienη isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors R est faiblement normal dans T

Preuve Verifions drsquoabords que η = assR (TR) Soit p isin assR (TR) doncp = (R z)R ou z isin T R ie T = R[z] et commeη = (R T ) est un ideal maximalde R et (R R[z]) sube (R z)R alors p = η Drsquoapres [6 Th6] il suffit de montrerque Rη est faiblement normal dans Tη crsquoest a dire Rη =lowast

TηRη On a Rη sube Tη

lowast Rη subeTη si Rη =lowast

TηRη alors lowast

TηRη = Tη car Rη sub Tη est une extension minimale ceci

entraıne que spec(Tη) rarr spec(Rη) est bijective drsquoou Tη est local ce qui est absurdeSi η isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors lowast

Tη Rη = Rη et on applique [6 Prop3]

3 QUELQUES RESULTATS TOPOLOGIQUES DANS UNEEXTENSION MINIMALE

Dans cette section on va donner certaines conditions pour lesquelles R estdense dans T ou R est un ferme de T lorsque T est muni drsquoune topologie I -adiqueou I est un ideal non nul de R On designe par R

primela fermeture algebrique de R

dans T

Proposition 31 Soit R sub T une extension minimale

(a) Ou bien R est dense dans T ou bien R est un ferme de T (b) On suppose que (R T ) = 0 R est dense dans T hArr I nrsquoest pas contenu

dans (R T )(c) Si (R T ) = 0 alors R est dense dans T

Preuve (a) Soit (I nT )nge0 un systeme fondamental de voisinage de zero pourla topologie I -adique de T alors R

prime = cap(R + I nT )nge0 ce qui montre que R subeR

prime sube T par consequent R = Rprimeou R

prime = T (b) (rArr)foralln ge 0 R + I nT = T ou R + I nT = R comme R

prime = T alorsforalln ge0 R + I nT = T en particulier R + I T = T ce qui montre que I nrsquoest pas con-tenu dans (R T )

(lArr) Supposons qursquoil existe n0 isin N tel que R + I n0 T = R rArr I n0 sube (R T )et comme (R T ) est un ideal premier de R[3 Prop32] alors I sube (R T ) ce quiest impossible drsquoou foralln ge 0 R + I nT = T crsquoest a dire que R

prime = T (c) Si R nrsquoest pas dense pas dans T alors R est un ferme de T donc

I sube (R T ) ce qui est absurde

Corollaire 31 R est un ferme de T si et seulement si R est un ouvert de T Si R est local et T entier sur R alors R est un ferme de T

Preuve Drsquoapres [7 p253] R est un ouvert de T hArr exists 0 tel que I s T sube Rcrsquoest a dire I s sube (R T ) dprime ou I sube (R T ) ceci est equivalent drsquoapres ce quiprecede a R est un ferme de T

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QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 755

-Si R est local drsquoideal maximal η alors I sube (R T ) = η

Corollaire 32 On suppose que R est noetherien Si T est R-plat alors R estdense dans T La reciproque est verifiee si R est local

Preuve Il suffit de voir que (R T ) = 0 [3 Pro32] Reciproquement si R estdense dans T alors I nrsquoest pas contenu dans (R T ) par suite T est R-plat car sinon T sera entier sur R et on aura I sube (R T ) = η ou η est un ideal maximal de R

Definition 31 Soient A un anneau commutatif et I un ideal non nul de A on ditque le couple (A I ) est un anneau de Zariski si A est noetherien et tout ideal de Aest un ferme pour la topologie I -adique (A I ) est de Zariski si et seulement si Aest noetherien et I sube J (A) ou J (A) est le radical de Jacobson de A Tout anneaunoetherien semilocal (A I = η1 cap η2 middot middot middot cap ηn) est de Zariski

Examinons cette notion dans une extension minimale R sub T

Proposition 32 Soit R sub T une extension minimale

(1) Si (RI ) est de Zariski alors (T I T )est de Zariski(2) On suppose que (T J ) est de Zariski

(a) Si T est entier sur R alors (RR cap J ) est de Zariski(b) Si T est R-plat et R noetherien alors

- (RR cap J ) est de Zariski si J (T ) sube η- (R J cap η) est de Zariski si J cap η = 0 ou η est un ideal maximal

de R

Preuve (1) Drsquoabords T est noetherien car T = R[z] Soit maintenant M unideal maximal de T drsquoapres [3 T h32] on a M cap R est un ideal maximal de Rpar suite I sube M cap R rArr I sube M drsquoou I T sube J (T )

(2) (a) T est entier sur R donc R est noetherien de plus J (R) = J (T ) cap Rce qui montre que J cap R sube J (R)

(b) Drsquoapres [3 Prop32] tous les ideaux premiers de R se relevent a T saufun seul ideal maximal note η Supposons que J (T ) sube η et montrons que J (T ) subeJ (R) Soit N un ideal maximal de R distinct de η alors J (T ) sube N car si nonon aura J (T ) + N = R par suite ils existent l isin N t isin J (T ) tel que l + t = 1crsquoesta dire que l = 1 minus t est inversible dans T et comme N se releve a T ceci estimpossible drsquoou J cap R sube J (R)

- On a vu dans [3 Prop32] que Mspec(T ) rarr Mspec(R)η est bijec-tive ou Mspec(T ) designe lrsquoensemble des ideaux maximaux de T Posons J

prime(R)

lrsquointersection de tous les ideaux maximaux de R distincts de η Jprime(R) = J (T ) cap R

et Jprime(R) cap η = J (R) par suite J cap η sube J (T ) cap η = J (R) drsquoou le resultat

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756 OUKESSOU AND MIRI

REFERENCES

1 Ferrand D Olivier J Homomorphismes minimaux drsquoanneaux J Algebra1970 16 461ndash471

2 Gilmer R Heinzer W Intersection of Quotients Rings of an Integral DomainJ Math Kyoto Univer 1967 7 (2) 133ndash150

3 Oukessou M Miri A Sur les suranneaux minimaux Extracta Mathematicae1999 14 (3) 333ndash347

4 Picavet G Deux remarques sur la seminormalite Italian Journal of Pure andApplied Mathematics 1997 1 101ndash108

5 Swan R On Seminormality J Algebra 1980 67 210ndash2196 Yanagihara H Some Results on Weakly Normal Ring Extension J Math

Soc Japan 1983 35 (4) 649ndash6617 Zariski O Samuel P Commutative Algebra Spring-Verlag New-York

1960

Received July 28 1999Revised February 22 2000

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Page 6: QUELQUES PROPRIÉTÉS D'UNE EXTENSION MINIMALE

ORDER REPRINTS

QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 753

un suranneau minimal de + R il suffit de choisir par exemple T seminormal et Rnon seminormal dans ce cas on a +R = +T = T

Proposition 24 On suppose que (R η) est local et seminormal tel que η isinspec(T ) alors T est seminormal

Preuve Drsquoabords on remarque que η isin spec(T ) entraıne que T est entier sur Rcar si non T sera R-plat et ηT = T Donc T est local drsquoideal maximal η Soit z isin Ttel que z2 z3 isin T Si z2 z3 isin R alors z isin R Si z2 isin T R rArr z2 isin T η donc(z2)minus1 isin T par suite z3(z2)minus1 = z isin T et on fait la meme chose pour z3 isin T R

Definition 23 Soit A sube B une extension entiere drsquoanneaux On definit la faiblenormalisation de A dans B par lowast

B A = b isin Bforallp isin Spec(A) il existe n isin Ntel que (b1)en isin Ap + J (Bp) ou e est une puissance de la caracteristique ducorps Ap

p Apnotee car( Ap

p Ap) Si lowast

B A = A on dit que A est faiblement normal dans B

Dans cette proposition on va examiner la faible normalite et sa relation avecla seminormalisation dans une extension minimale

Proposition 25 On suppose que T est entier sur R et posons η = (R T )

(a) Si car (Rη) = 0 alors R est faiblement normal dans T hArr R est semi-normal dans T

(b) Si car (Rη) = q = 0 tel que Rη est p-ferme dans Tη (ie forallx isin Tηxq isinRη rArr x isin Rη) alors R est faiblement normal dans T

(c) On suppose que car(R) = p = 0 R est faiblement normal dans T hArr Rest p-ferme dans T

Preuve (a)(rArr) La definition de le faible normalite montre qursquoon a toujours+T R subelowast

T R donc si lowastT R = R alors +

T R = R(lArr) Il suffit drsquoapres [6 T h2] de montrer que Rp est faiblement normal dans

Tp pour tout ideal premier p de R Comme Rp = Tp pour tout ideal premier p deR distinct de η ou η est un ideal maximal de R (voir [1 T h22]) il suffit doncde verifier que Rη est faiblement normal dans Tη Puisque car(Rη) = 0 alors laseminormalisation de Rη dans Tη qui est Rη coincide avec la faible normalisationde Rη dans Tη drsquoou le resultat

(b) Pour tout p isin Spec(R) tel que car(Rp) = 0 on a p est distinct de ηdonc Rp = Tp Par hypothese Rη est q- ferme dans Tη donc Rp est q-ferme dansTp forallp isin Spec(R) tel que car(Rp) = q = 0 et en appliquant [6 p 653] on deduitque R est faiblement normal dans T

(c) R est p-ferme dans T donc R est (2 3)-ferme dans T par suite R estseminormal dans T Drsquoautre part forallt isin T on a pt = 0 car R sub T sube K et enutilisant [6 Th1] on deduit que R est faiblement normal dans T Pour lrsquoautreimplication crsquoest lrsquoapplication de [6 Th1]

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ORDER REPRINTS

754 OUKESSOU AND MIRI

Corollaire 21 On suppose que T est entier sur R Si Tη nrsquoest pas local ou bienη isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors R est faiblement normal dans T

Preuve Verifions drsquoabords que η = assR (TR) Soit p isin assR (TR) doncp = (R z)R ou z isin T R ie T = R[z] et commeη = (R T ) est un ideal maximalde R et (R R[z]) sube (R z)R alors p = η Drsquoapres [6 Th6] il suffit de montrerque Rη est faiblement normal dans Tη crsquoest a dire Rη =lowast

TηRη On a Rη sube Tη

lowast Rη subeTη si Rη =lowast

TηRη alors lowast

TηRη = Tη car Rη sub Tη est une extension minimale ceci

entraıne que spec(Tη) rarr spec(Rη) est bijective drsquoou Tη est local ce qui est absurdeSi η isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors lowast

Tη Rη = Rη et on applique [6 Prop3]

3 QUELQUES RESULTATS TOPOLOGIQUES DANS UNEEXTENSION MINIMALE

Dans cette section on va donner certaines conditions pour lesquelles R estdense dans T ou R est un ferme de T lorsque T est muni drsquoune topologie I -adiqueou I est un ideal non nul de R On designe par R

primela fermeture algebrique de R

dans T

Proposition 31 Soit R sub T une extension minimale

(a) Ou bien R est dense dans T ou bien R est un ferme de T (b) On suppose que (R T ) = 0 R est dense dans T hArr I nrsquoest pas contenu

dans (R T )(c) Si (R T ) = 0 alors R est dense dans T

Preuve (a) Soit (I nT )nge0 un systeme fondamental de voisinage de zero pourla topologie I -adique de T alors R

prime = cap(R + I nT )nge0 ce qui montre que R subeR

prime sube T par consequent R = Rprimeou R

prime = T (b) (rArr)foralln ge 0 R + I nT = T ou R + I nT = R comme R

prime = T alorsforalln ge0 R + I nT = T en particulier R + I T = T ce qui montre que I nrsquoest pas con-tenu dans (R T )

(lArr) Supposons qursquoil existe n0 isin N tel que R + I n0 T = R rArr I n0 sube (R T )et comme (R T ) est un ideal premier de R[3 Prop32] alors I sube (R T ) ce quiest impossible drsquoou foralln ge 0 R + I nT = T crsquoest a dire que R

prime = T (c) Si R nrsquoest pas dense pas dans T alors R est un ferme de T donc

I sube (R T ) ce qui est absurde

Corollaire 31 R est un ferme de T si et seulement si R est un ouvert de T Si R est local et T entier sur R alors R est un ferme de T

Preuve Drsquoapres [7 p253] R est un ouvert de T hArr exists 0 tel que I s T sube Rcrsquoest a dire I s sube (R T ) dprime ou I sube (R T ) ceci est equivalent drsquoapres ce quiprecede a R est un ferme de T

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ORDER REPRINTS

QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 755

-Si R est local drsquoideal maximal η alors I sube (R T ) = η

Corollaire 32 On suppose que R est noetherien Si T est R-plat alors R estdense dans T La reciproque est verifiee si R est local

Preuve Il suffit de voir que (R T ) = 0 [3 Pro32] Reciproquement si R estdense dans T alors I nrsquoest pas contenu dans (R T ) par suite T est R-plat car sinon T sera entier sur R et on aura I sube (R T ) = η ou η est un ideal maximal de R

Definition 31 Soient A un anneau commutatif et I un ideal non nul de A on ditque le couple (A I ) est un anneau de Zariski si A est noetherien et tout ideal de Aest un ferme pour la topologie I -adique (A I ) est de Zariski si et seulement si Aest noetherien et I sube J (A) ou J (A) est le radical de Jacobson de A Tout anneaunoetherien semilocal (A I = η1 cap η2 middot middot middot cap ηn) est de Zariski

Examinons cette notion dans une extension minimale R sub T

Proposition 32 Soit R sub T une extension minimale

(1) Si (RI ) est de Zariski alors (T I T )est de Zariski(2) On suppose que (T J ) est de Zariski

(a) Si T est entier sur R alors (RR cap J ) est de Zariski(b) Si T est R-plat et R noetherien alors

- (RR cap J ) est de Zariski si J (T ) sube η- (R J cap η) est de Zariski si J cap η = 0 ou η est un ideal maximal

de R

Preuve (1) Drsquoabords T est noetherien car T = R[z] Soit maintenant M unideal maximal de T drsquoapres [3 T h32] on a M cap R est un ideal maximal de Rpar suite I sube M cap R rArr I sube M drsquoou I T sube J (T )

(2) (a) T est entier sur R donc R est noetherien de plus J (R) = J (T ) cap Rce qui montre que J cap R sube J (R)

(b) Drsquoapres [3 Prop32] tous les ideaux premiers de R se relevent a T saufun seul ideal maximal note η Supposons que J (T ) sube η et montrons que J (T ) subeJ (R) Soit N un ideal maximal de R distinct de η alors J (T ) sube N car si nonon aura J (T ) + N = R par suite ils existent l isin N t isin J (T ) tel que l + t = 1crsquoesta dire que l = 1 minus t est inversible dans T et comme N se releve a T ceci estimpossible drsquoou J cap R sube J (R)

- On a vu dans [3 Prop32] que Mspec(T ) rarr Mspec(R)η est bijec-tive ou Mspec(T ) designe lrsquoensemble des ideaux maximaux de T Posons J

prime(R)

lrsquointersection de tous les ideaux maximaux de R distincts de η Jprime(R) = J (T ) cap R

et Jprime(R) cap η = J (R) par suite J cap η sube J (T ) cap η = J (R) drsquoou le resultat

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ORDER REPRINTS

756 OUKESSOU AND MIRI

REFERENCES

1 Ferrand D Olivier J Homomorphismes minimaux drsquoanneaux J Algebra1970 16 461ndash471

2 Gilmer R Heinzer W Intersection of Quotients Rings of an Integral DomainJ Math Kyoto Univer 1967 7 (2) 133ndash150

3 Oukessou M Miri A Sur les suranneaux minimaux Extracta Mathematicae1999 14 (3) 333ndash347

4 Picavet G Deux remarques sur la seminormalite Italian Journal of Pure andApplied Mathematics 1997 1 101ndash108

5 Swan R On Seminormality J Algebra 1980 67 210ndash2196 Yanagihara H Some Results on Weakly Normal Ring Extension J Math

Soc Japan 1983 35 (4) 649ndash6617 Zariski O Samuel P Commutative Algebra Spring-Verlag New-York

1960

Received July 28 1999Revised February 22 2000

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Page 7: QUELQUES PROPRIÉTÉS D'UNE EXTENSION MINIMALE

ORDER REPRINTS

754 OUKESSOU AND MIRI

Corollaire 21 On suppose que T est entier sur R Si Tη nrsquoest pas local ou bienη isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors R est faiblement normal dans T

Preuve Verifions drsquoabords que η = assR (TR) Soit p isin assR (TR) doncp = (R z)R ou z isin T R ie T = R[z] et commeη = (R T ) est un ideal maximalde R et (R R[z]) sube (R z)R alors p = η Drsquoapres [6 Th6] il suffit de montrerque Rη est faiblement normal dans Tη crsquoest a dire Rη =lowast

TηRη On a Rη sube Tη

lowast Rη subeTη si Rη =lowast

TηRη alors lowast

TηRη = Tη car Rη sub Tη est une extension minimale ceci

entraıne que spec(Tη) rarr spec(Rη) est bijective drsquoou Tη est local ce qui est absurdeSi η isin spec(T ) et car (Rη) = 0 alors lowast

Tη Rη = Rη et on applique [6 Prop3]

3 QUELQUES RESULTATS TOPOLOGIQUES DANS UNEEXTENSION MINIMALE

Dans cette section on va donner certaines conditions pour lesquelles R estdense dans T ou R est un ferme de T lorsque T est muni drsquoune topologie I -adiqueou I est un ideal non nul de R On designe par R

primela fermeture algebrique de R

dans T

Proposition 31 Soit R sub T une extension minimale

(a) Ou bien R est dense dans T ou bien R est un ferme de T (b) On suppose que (R T ) = 0 R est dense dans T hArr I nrsquoest pas contenu

dans (R T )(c) Si (R T ) = 0 alors R est dense dans T

Preuve (a) Soit (I nT )nge0 un systeme fondamental de voisinage de zero pourla topologie I -adique de T alors R

prime = cap(R + I nT )nge0 ce qui montre que R subeR

prime sube T par consequent R = Rprimeou R

prime = T (b) (rArr)foralln ge 0 R + I nT = T ou R + I nT = R comme R

prime = T alorsforalln ge0 R + I nT = T en particulier R + I T = T ce qui montre que I nrsquoest pas con-tenu dans (R T )

(lArr) Supposons qursquoil existe n0 isin N tel que R + I n0 T = R rArr I n0 sube (R T )et comme (R T ) est un ideal premier de R[3 Prop32] alors I sube (R T ) ce quiest impossible drsquoou foralln ge 0 R + I nT = T crsquoest a dire que R

prime = T (c) Si R nrsquoest pas dense pas dans T alors R est un ferme de T donc

I sube (R T ) ce qui est absurde

Corollaire 31 R est un ferme de T si et seulement si R est un ouvert de T Si R est local et T entier sur R alors R est un ferme de T

Preuve Drsquoapres [7 p253] R est un ouvert de T hArr exists 0 tel que I s T sube Rcrsquoest a dire I s sube (R T ) dprime ou I sube (R T ) ceci est equivalent drsquoapres ce quiprecede a R est un ferme de T

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QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 755

-Si R est local drsquoideal maximal η alors I sube (R T ) = η

Corollaire 32 On suppose que R est noetherien Si T est R-plat alors R estdense dans T La reciproque est verifiee si R est local

Preuve Il suffit de voir que (R T ) = 0 [3 Pro32] Reciproquement si R estdense dans T alors I nrsquoest pas contenu dans (R T ) par suite T est R-plat car sinon T sera entier sur R et on aura I sube (R T ) = η ou η est un ideal maximal de R

Definition 31 Soient A un anneau commutatif et I un ideal non nul de A on ditque le couple (A I ) est un anneau de Zariski si A est noetherien et tout ideal de Aest un ferme pour la topologie I -adique (A I ) est de Zariski si et seulement si Aest noetherien et I sube J (A) ou J (A) est le radical de Jacobson de A Tout anneaunoetherien semilocal (A I = η1 cap η2 middot middot middot cap ηn) est de Zariski

Examinons cette notion dans une extension minimale R sub T

Proposition 32 Soit R sub T une extension minimale

(1) Si (RI ) est de Zariski alors (T I T )est de Zariski(2) On suppose que (T J ) est de Zariski

(a) Si T est entier sur R alors (RR cap J ) est de Zariski(b) Si T est R-plat et R noetherien alors

- (RR cap J ) est de Zariski si J (T ) sube η- (R J cap η) est de Zariski si J cap η = 0 ou η est un ideal maximal

de R

Preuve (1) Drsquoabords T est noetherien car T = R[z] Soit maintenant M unideal maximal de T drsquoapres [3 T h32] on a M cap R est un ideal maximal de Rpar suite I sube M cap R rArr I sube M drsquoou I T sube J (T )

(2) (a) T est entier sur R donc R est noetherien de plus J (R) = J (T ) cap Rce qui montre que J cap R sube J (R)

(b) Drsquoapres [3 Prop32] tous les ideaux premiers de R se relevent a T saufun seul ideal maximal note η Supposons que J (T ) sube η et montrons que J (T ) subeJ (R) Soit N un ideal maximal de R distinct de η alors J (T ) sube N car si nonon aura J (T ) + N = R par suite ils existent l isin N t isin J (T ) tel que l + t = 1crsquoesta dire que l = 1 minus t est inversible dans T et comme N se releve a T ceci estimpossible drsquoou J cap R sube J (R)

- On a vu dans [3 Prop32] que Mspec(T ) rarr Mspec(R)η est bijec-tive ou Mspec(T ) designe lrsquoensemble des ideaux maximaux de T Posons J

prime(R)

lrsquointersection de tous les ideaux maximaux de R distincts de η Jprime(R) = J (T ) cap R

et Jprime(R) cap η = J (R) par suite J cap η sube J (T ) cap η = J (R) drsquoou le resultat

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1 Ferrand D Olivier J Homomorphismes minimaux drsquoanneaux J Algebra1970 16 461ndash471

2 Gilmer R Heinzer W Intersection of Quotients Rings of an Integral DomainJ Math Kyoto Univer 1967 7 (2) 133ndash150

3 Oukessou M Miri A Sur les suranneaux minimaux Extracta Mathematicae1999 14 (3) 333ndash347

4 Picavet G Deux remarques sur la seminormalite Italian Journal of Pure andApplied Mathematics 1997 1 101ndash108

5 Swan R On Seminormality J Algebra 1980 67 210ndash2196 Yanagihara H Some Results on Weakly Normal Ring Extension J Math

Soc Japan 1983 35 (4) 649ndash6617 Zariski O Samuel P Commutative Algebra Spring-Verlag New-York

1960

Received July 28 1999Revised February 22 2000

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QUELQUES PROPRIETES DrsquoUNE EXTENSION MINIMALE 755

-Si R est local drsquoideal maximal η alors I sube (R T ) = η

Corollaire 32 On suppose que R est noetherien Si T est R-plat alors R estdense dans T La reciproque est verifiee si R est local

Preuve Il suffit de voir que (R T ) = 0 [3 Pro32] Reciproquement si R estdense dans T alors I nrsquoest pas contenu dans (R T ) par suite T est R-plat car sinon T sera entier sur R et on aura I sube (R T ) = η ou η est un ideal maximal de R

Definition 31 Soient A un anneau commutatif et I un ideal non nul de A on ditque le couple (A I ) est un anneau de Zariski si A est noetherien et tout ideal de Aest un ferme pour la topologie I -adique (A I ) est de Zariski si et seulement si Aest noetherien et I sube J (A) ou J (A) est le radical de Jacobson de A Tout anneaunoetherien semilocal (A I = η1 cap η2 middot middot middot cap ηn) est de Zariski

Examinons cette notion dans une extension minimale R sub T

Proposition 32 Soit R sub T une extension minimale

(1) Si (RI ) est de Zariski alors (T I T )est de Zariski(2) On suppose que (T J ) est de Zariski

(a) Si T est entier sur R alors (RR cap J ) est de Zariski(b) Si T est R-plat et R noetherien alors

- (RR cap J ) est de Zariski si J (T ) sube η- (R J cap η) est de Zariski si J cap η = 0 ou η est un ideal maximal

de R

Preuve (1) Drsquoabords T est noetherien car T = R[z] Soit maintenant M unideal maximal de T drsquoapres [3 T h32] on a M cap R est un ideal maximal de Rpar suite I sube M cap R rArr I sube M drsquoou I T sube J (T )

(2) (a) T est entier sur R donc R est noetherien de plus J (R) = J (T ) cap Rce qui montre que J cap R sube J (R)

(b) Drsquoapres [3 Prop32] tous les ideaux premiers de R se relevent a T saufun seul ideal maximal note η Supposons que J (T ) sube η et montrons que J (T ) subeJ (R) Soit N un ideal maximal de R distinct de η alors J (T ) sube N car si nonon aura J (T ) + N = R par suite ils existent l isin N t isin J (T ) tel que l + t = 1crsquoesta dire que l = 1 minus t est inversible dans T et comme N se releve a T ceci estimpossible drsquoou J cap R sube J (R)

- On a vu dans [3 Prop32] que Mspec(T ) rarr Mspec(R)η est bijec-tive ou Mspec(T ) designe lrsquoensemble des ideaux maximaux de T Posons J

prime(R)

lrsquointersection de tous les ideaux maximaux de R distincts de η Jprime(R) = J (T ) cap R

et Jprime(R) cap η = J (R) par suite J cap η sube J (T ) cap η = J (R) drsquoou le resultat

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1 Ferrand D Olivier J Homomorphismes minimaux drsquoanneaux J Algebra1970 16 461ndash471

2 Gilmer R Heinzer W Intersection of Quotients Rings of an Integral DomainJ Math Kyoto Univer 1967 7 (2) 133ndash150

3 Oukessou M Miri A Sur les suranneaux minimaux Extracta Mathematicae1999 14 (3) 333ndash347

4 Picavet G Deux remarques sur la seminormalite Italian Journal of Pure andApplied Mathematics 1997 1 101ndash108

5 Swan R On Seminormality J Algebra 1980 67 210ndash2196 Yanagihara H Some Results on Weakly Normal Ring Extension J Math

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