<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20241031//EN" "JATS-journalpublishing1-4.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
  <front>
    <journal-meta>
      <journal-id journal-id-type="publisher-id">apm</journal-id>
      <journal-title-group>
        <journal-title>Advances in Pure Mathematics</journal-title>
      </journal-title-group>
      <issn pub-type="epub">2160-0384</issn>
      <issn pub-type="ppub">2160-0368</issn>
      <publisher>
        <publisher-name>Scientific Research Publishing</publisher-name>
      </publisher>
    </journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.4236/apm.2025.1512042</article-id>
      <article-id pub-id-type="publisher-id">apm-148175</article-id>
      <article-categories>
        <subj-group>
          <subject>Article</subject>
        </subj-group>
        <subj-group>
          <subject>Physics</subject>
          <subject>Mathematics</subject>
        </subj-group>
      </article-categories>
      <title-group>
        <article-title>Some Results on Partially Ordered Rings</article-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author">
          <name name-style="western">
            <surname>Ma</surname>
            <given-names>Jingjing</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
      </contrib-group>
      <aff id="aff1"><label>1</label> Department of Mathematical, Applied and Physical Sciences, University of Houston-Clear Lake, Houston, USA </aff>
      <author-notes>
        <fn fn-type="conflict" id="fn-conflict">
          <p>The author declares no conflicts of interest regarding the publication of this paper.</p>
        </fn>
      </author-notes>
      <pub-date pub-type="epub">
        <day>23</day>
        <month>12</month>
        <year>2025</year>
      </pub-date>
      <pub-date pub-type="collection">
        <month>12</month>
        <year>2025</year>
      </pub-date>
      <volume>15</volume>
      <issue>12</issue>
      <fpage>763</fpage>
      <lpage>774</lpage>
      <history>
        <date date-type="received">
          <day>15</day>
          <month>11</month>
          <year>2025</year>
        </date>
        <date date-type="accepted">
          <day>20</day>
          <month>12</month>
          <year>2025</year>
        </date>
        <date date-type="published">
          <day>23</day>
          <month>12</month>
          <year>2025</year>
        </date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>© 2025 by the authors and Scientific Research Publishing Inc.</copyright-statement>
        <copyright-year>2025</copyright-year>
        <license license-type="open-access">
          <license-p> This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license ( <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link> ). </license-p>
        </license>
      </permissions>
      <self-uri content-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.4236/apm.2025.1512042">https://doi.org/10.4236/apm.2025.1512042</self-uri>
      <abstract>
        <p>The paper presents some results on partially ordered rings. In section 2, it is shown that Archimedean directed maximal partial orders on integral domains must be total orders. Section 3 presents a direct proof that fields not algebraic over <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>ℚ</p>
        <p>admit directed partial orders. Section 4 mainly considers the connection between symmetric partial orders, directed maximal partial orders and full infinite primes for commutative rings that are algebraic over <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>ℤ</p>
        <p>. In particular, it is shown that in commutative rings that are algebraic over <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>ℤ</p>
        <p>and do not contain nonzero nilpotent elements, the symmetric partial orders and full infinite primes are in one-to-one correspondence.</p>
      </abstract>
      <kwd-group kwd-group-type="author-generated" xml:lang="en">
        <kwd>Algebraic</kwd>
        <kwd>Archimedean</kwd>
        <kwd>Infinite Prime</kwd>
        <kwd>Integral Domain</kwd>
        <kwd>Maximal Partial Order</kwd>
        <kwd>Negative Square</kwd>
        <kwd>Symmetric Partial Order</kwd>
        <kwd>Total Order</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec1">
      <title>1. Introduction</title>
      <p>All rings in the paper are associative, with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and of characteristic 0. A <italic>partially ordered ring</italic><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ≥ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a ring <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> equipped with a partial order <inline-formula><mml:math><mml:mo> ≥ </mml:mo></mml:math></inline-formula> that satisfies </p>
      <disp-formula id="FD1">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mo>∀</mml:mo>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mi>c</mml:mi>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:mi>R</mml:mi>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>if</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>≥</mml:mo>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>then</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>c</mml:mi>
            <mml:mo>≥</mml:mo>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>c</mml:mi>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>and</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>if</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>≥</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mo>≥</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>then</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mo>≥</mml:mo>
            <mml:mn>0.</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The <italic>positive cone</italic> of the partially ordered ring <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ≥ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is defined as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Clearly <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is closed under the addition and multiplication of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The elements in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are called <italic>positive</italic>. On the other hand, let <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a ring and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a subset of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> that satisfies <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then the partial order defined by for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> makes <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> into a partially ordered ring <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ≥ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with the positive cone <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Because of this connection, we will denote a partially ordered ring either by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ≥ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mo> ≥ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is a partial order, or by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the positive cone of a partial order, and we will say that <inline-formula><mml:math><mml:mo> ≥ </mml:mo></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a partial order on the ring <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . A partial order <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> on a ring <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> is called <italic>directed</italic> if for any <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , there exist <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> c </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If the partial order <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a <italic>lattice order</italic>, then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is called a <italic>lattice-ordered ring</italic> (<inline-formula><mml:math><mml:mi> ℓ </mml:mi></mml:math></inline-formula><italic>-ring</italic>). A partial order <inline-formula><mml:math><mml:mo> ≥ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is called <italic>division closed</italic> if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . In the following, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ℤ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ℚ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denote the usual total order on the ring <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> of integers, the field <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℚ </mml:mi></mml:math></inline-formula> of rational numbers, and the field <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:math></inline-formula> of real numbers, respectively. For more information on partially ordered rings and <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℓ </mml:mi></mml:math></inline-formula> -rings, the reader is referred to [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>].</p>
      <p>A nonempty subset <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> of a ring <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> is called a <italic>preprime</italic> if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . A maximal preprime is called a <italic>prime</italic>. By Zorn’s Lemma, each preprime is contained in a prime. A prime <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> is called <italic>infinite</italic> if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , otherwise <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> is called <italic>finite</italic>. An infinite prime <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> is called <italic>full</italic> if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . An infinite prime <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> (or a partial order <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> ) is called <italic>strong Archimedean</italic> if for any <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), there exists a positive integer <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ). A partially ordered ring <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ≥ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is called <italic>Archimedean</italic> if for any <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> implies that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For more information on primes for rings, the reader is referred to [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>].</p>
    </sec>
    <sec id="sec2">
      <title>2. Archimedean Maximal Partial Orders on Integral Domains</title>
      <p>In ([<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], Corollary 4), it is shown that an Archimedean directed maximal partial order on a field must be a total order. In this section, the result is generalized to integral domains. Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> be an integral domain and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> \ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a multiplicative subset of <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we may form the <italic>quotient ring</italic> of <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> \ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , denoted by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus </p>
      <disp-formula id="FD2">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mi>D</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mi>b</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:mo>≠</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>which is an integral domain with the same identity element as <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> may be considered as a subring of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>Define </p>
      <disp-formula id="FD3">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mi>q</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>:</mml:mo>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>P</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mi>b</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>for</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>some</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:mo>≠</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p><bold>Lemma 1</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> be an integral domain and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be a partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Moreover, if <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is directed on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is directed on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p><italic>Proof.</italic> It is clear that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is closed under the addition and multiplication of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> + </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> c </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For any <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a directed partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> . For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is directed on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> − </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is directed on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . □</p>
      <p><bold>Lemma 2</bold><bold>.</bold> For an integral domain <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> and a maximal partial order <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Moreover, If <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is Archimedean on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is Archimedean on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p><italic>Proof.</italic> By Lemma 1, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and by Zorn’s Lemma, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that is a partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> . On the other hand, since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . It follows that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> be Archimedean on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> . We show that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is Archimedean on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Suppose that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all integer <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> . From <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Thus, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> since <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is Archimedean on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is Archimedean on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . □</p>
      <p><bold>Lemma 3</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> be an integral domain and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> such that any nonzero element in <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a unit of <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Then any subring of <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> containing <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a field. In particular, <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a field. </p>
      <p><italic>Proof.</italic> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a subring of <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Take <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a unit by the assumption. Assume that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Denote by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the set of polynomials in <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> with coefficients in <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> . It is clear that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is closed under the polynomial addition and multiplication. If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is maximal implies <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , a contradiction.</p>
      <p>Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , there exists <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some nonzero polynomials <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with coefficients in <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies </p>
      <disp-formula id="FD4">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:msup>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>for</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>some</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>≠</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:mi>P</mml:mi>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>n</mml:mi>
            <mml:mo>≥</mml:mo>
            <mml:mn>1.</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> exists and in <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> since <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is division closed ([<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>], Lemma 1), so </p>
      <disp-formula id="FD5">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mn>1</mml:mn>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msubsup>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msubsup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:msubsup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a field. □</p>
      <p><bold>Theorem 1</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> be an integral domain and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> be an Archimedean maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>1) If <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is directed, then there exists an embedding <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . In particular, <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a total order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>2) If <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is not directed, then there exists an embedding <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ℂ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:menclose notation="updiagonalstrike"><mml:mo> ⊆ </mml:mo></mml:menclose><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p><italic>Proof.</italic> By Lemma 2, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an Archimedean maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since each nonzero element in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a unit in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an integral domain, by Lemma 3, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a field.</p>
      <p>(1) By Lemma 1, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is directed on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . From ([<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], Corollary 4), there exists an embedding <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Define <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> D </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the restriction of <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mi> φ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is an embedding from <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , </p>
      <disp-formula id="FD6">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:mi>P</mml:mi>
            <mml:mo>⇔</mml:mo>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:mi>D</mml:mi>
            <mml:mo>∩</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mi>q</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>⇔</mml:mo>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:mi>D</mml:mi>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mi>σ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>ℝ</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
            </mml:msup>
            <mml:mo>⇔</mml:mo>
            <mml:mi>φ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>ℝ</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
            </mml:msup>
            <mml:mo>⇔</mml:mo>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>φ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>ℝ</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is either in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , that is, <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a total order.</p>
      <p>(2) If <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is not directed, then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is not directed. Otherwise, by ([<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], Corollary 4), <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a total order on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a total order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> as well, so <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is directed, a contradiction.</p>
      <p>By ([<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], Corollary 4), there exists an embedding <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ℂ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> q </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:menclose notation="updiagonalstrike"><mml:mo> ⊆ </mml:mo></mml:menclose><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Define <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> D </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the restriction of <inline-formula><mml:math><mml:mi> δ </mml:mi></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mi> ϕ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is an embedding from <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℂ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , </p>
      <disp-formula id="FD7">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:mi>P</mml:mi>
            <mml:mo>⇔</mml:mo>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:mi>D</mml:mi>
            <mml:mo>∩</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mi>q</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>⇔</mml:mo>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:mi>D</mml:mi>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mi>δ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>ℝ</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
            </mml:msup>
            <mml:mo>⇔</mml:mo>
            <mml:mi>ϕ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>ℝ</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
            </mml:msup>
            <mml:mo>⇔</mml:mo>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>ϕ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>ℝ</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a total order, a contradiction. Therefore, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:menclose notation="updiagonalstrike"><mml:mo> ⊆ </mml:mo></mml:menclose><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . □</p>
    </sec>
    <sec id="sec3">
      <title>
        3. Fields that Are Not Algebraic over
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mi>ℚ</mml:mi>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>In 2011, Schwartz and Yang proved that for a field if it has transcendence degree <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then it has a directed partial order ([<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>], Corollary 4.2). The result was proved by Dubois in 1970 using the language of infinite primes for fields ([<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], 4.12). In this section, based on Dubois’ work, we present a direct proof of the result using maximal partial orders. All credit goes to Dubois.</p>
      <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a field and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a maximal partial order. Define </p>
      <disp-formula id="FD8">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>B</mml:mi>
              <mml:mi>P</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>:</mml:mo>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>F</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mo>∃</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>≥</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>such</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>that</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>and</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>P</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD9">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>J</mml:mi>
              <mml:mi>P</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>:</mml:mo>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>F</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>m</mml:mi>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>for</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>all</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>integers</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mi>m</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD10">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>E</mml:mi>
              <mml:mi>P</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>:</mml:mo>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>P</mml:mi>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mi>P</mml:mi>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a subring of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> J </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an ideal of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ([<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], 6). Clearly <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a subring of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is directed on <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> if and only if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> F </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p><bold>Lemma 4</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a field and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>1) Any subring of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> containing <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a subfield of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> . In particular, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a subfield of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>2) <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is an infinite prime of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>3) <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>4) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the quotient field of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p><italic>Proof.</italic> (1) Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is division closed implies <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . By Lemma 3, (1) is true.</p>
      <p>(2) Since <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a preprime and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some infinite prime <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> . By (1), the subring <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a subfield of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an ideal of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ([<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], Proposition 2.5). Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a partial order and hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is an infinite prime.</p>
      <p>(3) Suppose that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> F </mml:mi><mml:mo> \ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Denote by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the set of all polynomials in <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> with coefficients in <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Clearly <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is closed under the addition and multiplication of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is not a preprime by (2). So, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> satisfies a nonzero polynomial over <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>(4) Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then for some positive integer <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence the quotient field of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is contained in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Also <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> since <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is division closed. Thus, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Similarly, </p>
      <disp-formula id="FD11">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mn>1</mml:mn>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:mi>P</mml:mi>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>and</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>b</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>b</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:mi>P</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>imply that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is in the quotient field of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is contained in the quotient field of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the quotient field of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . □</p>
      <p><bold>Theorem 2</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a field. </p>
      <p>1) For a maximal partial order <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> , if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> J </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is directed. </p>
      <p>2) (Dubois, Schwartz, Yang) If the transcendence degree of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℚ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> contains directed partial orders. </p>
      <p><italic>Proof.</italic> (1) Suppose that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> F </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We derive a contradiction. Since <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the quotient field of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by Lemma 4, we are able to choose an element <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> F </mml:mi><mml:mo> \ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mi> θ </mml:mi></mml:math></inline-formula> satisfies an irreducible monic polynomial <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> over <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Define </p>
      <disp-formula id="FD12">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>:</mml:mo>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>θ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>≠</mml:mo>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>J</mml:mi>
                  <mml:mi>P</mml:mi>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>∪</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>We show that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a preprime. Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> p </mml:mi><mml:msub><mml:mi> z </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> p </mml:mi><mml:msub><mml:mi> z </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> \ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> h </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:msup><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:msup><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> \ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then </p>
      <disp-formula id="FD13">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>g</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>θ</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>h</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>θ</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:msub>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mo>′</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mi>θ</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:msub>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mo>′</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>θ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mi> p </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi> p </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Similarly, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus </p>
      <disp-formula id="FD14">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:msub>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mo>′</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mi>z</mml:mi>
              <mml:mi>i</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mo>′</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:msup>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>′</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mi>i</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>J</mml:mi>
              <mml:mi>P</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>i</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mi>n</mml:mi>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> J </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an ideal of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence </p>
      <disp-formula id="FD15">
        <mml:math>
          <mml:mtable>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mi>g</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>θ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>h</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>θ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                    <mml:msub>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mo>′</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                    <mml:msub>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mo>′</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>θ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>is in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is closed under the addition of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>To show that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mi> h </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we first notice that since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> J </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an ideal of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we have </p>
      <disp-formula id="FD16">
        <mml:math>
          <mml:mtable>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mi>g</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>θ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>h</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>θ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>θ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mo>′</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mo>′</mml:mo>
                      </mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>θ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>b</mml:mi>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>b</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>b</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>θ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> J </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> J </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:mfrac><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all positive integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:msub><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are all in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> J </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so </p>
      <disp-formula id="FD17">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>g</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>θ</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mi>h</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>θ</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>p</mml:mi>
            <mml:msup>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mo>′</mml:mo>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>b</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>b</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>b</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>b</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>θ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>is in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is closed under the multiplication of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> . It is clear that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a preprime. Since <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is an infinite prime of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> J </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mi> θ </mml:mi></mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi></mml:mfrac><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by Lemma 4(4), a contradiction. Hence we must have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> F </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , that is, <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a directed partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>(2) Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> X </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a transcendental basis of <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℚ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> X </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Take <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> X </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and consider the polynomial ring <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℚ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Totally order <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℚ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by defining a nonzero polynomial positive if the coefficient of the term of lowest power is a positive rational number. Denote by <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> the positive cone of the total order on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℚ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We note that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> is contained in a maximal partial order <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> J </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> J </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and by (1), <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is directed. □</p>
      <p><bold>Remark</bold><bold>.</bold> Dubois actually proved that there exist at least <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> d </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> directed partial orders on the field <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> ([<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], 4.12). </p>
      <p>A partially ordered field <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> F </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ≥ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is said satisfying the property (AC): if for any <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> F </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:mfrac><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all positive integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The property (AC) was introduced by Dubois [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>].</p>
      <p><bold>Theorem 3</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a field and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a directed maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> satisfies the property (AC), then <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is an Archimedean total order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p><italic>Proof.</italic> Since <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> satisfies the property (AC), </p>
      <disp-formula id="FD18">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>J</mml:mi>
              <mml:mi>P</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>:</mml:mo>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>F</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>for</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>all</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>ℤ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>By ([<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], Corollary 1.4), there exists an embedding <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:mi> F </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ℂ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is directed, <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> must be a total order. □</p>
      <p>A field is called <italic>directed</italic><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> O </mml:mi><mml:mtext> * </mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if each directed partial order can be extended to a total order [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. A field is directed <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> O </mml:mi><mml:mtext> * </mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if and only if it is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℚ </mml:mi></mml:math></inline-formula> as shown in the following result.</p>
      <p><bold>Corollary 1</bold><bold>.</bold> For a field <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> , the following are equivalent. </p>
      <p>1) <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℚ </mml:mi></mml:math></inline-formula> ; </p>
      <p>2) Each directed maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> satisfies the property (AC); </p>
      <p>3) <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> is directed <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> O </mml:mi><mml:mtext> * </mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p><italic>Proof.</italic> (1)<inline-formula><mml:math><mml:mo> ⇒ </mml:mo></mml:math></inline-formula> (2) By ([<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>], Theorem 2), if <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℚ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , then each directed maximal partial order is an Archimedean total order. Suppose that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:mfrac><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all positive integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> m </mml:mi></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , a contradiction. Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>(2)<inline-formula><mml:math><mml:mo> ⇒ </mml:mo></mml:math></inline-formula> (3) By Theorem 3.</p>
      <p>(3)<inline-formula><mml:math><mml:mo> ⇒ </mml:mo></mml:math></inline-formula> (1) Assume that <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> is not algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℚ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Take <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> F </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that is not algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℚ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and form the polynomial ring <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> A </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> ℤ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Define the partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> A </mml:mi></mml:math></inline-formula> as follows. </p>
      <disp-formula id="FD19">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mi>A</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>:</mml:mo>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>ℤ</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>and</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>≠</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>∪</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>where</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:msup>
              <mml:mi>i</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mn>1.</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Clearly <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> A </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> A </mml:mi></mml:math></inline-formula> , so a partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> A </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is extended to a maximal partial order <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math><mml:mi> F </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℤ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then for any integer <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> A </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ℤ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . By Theorem 2, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a directed maximal partial order since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> J </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ℤ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> A </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> cannot be a total order, a contradiction. □</p>
    </sec>
    <sec id="sec4">
      <title>4. Symmetric Partial Orders, Maximal Partial Orders, and Infinite Primes</title>
      <p>For an integral domain that is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , maximal partial orders and infinite primes are identical ([<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], Lemma 2). In fact, that <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is also a necessary condition for maximal partial orders and infinite primes to be identical.</p>
      <p><bold>Lemma 5</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> be an integral domain. If each infinite prime of <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p><italic>Proof.</italic> Suppose that <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> is not algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Take <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> is not algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Consider the polynomial ring <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℤ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Define </p>
      <disp-formula id="FD20">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>S</mml:mi>
            <mml:mo>:</mml:mo>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>ℤ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>ℤ</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Clearly, <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a preprime and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> S </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for an infinite prime <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> S </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Now <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> S </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> S </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:msub><mml:mi> S </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> S </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:msub><mml:mi> S </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> S </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is not a partial order, a contradiction. □</p>
      <p>The following result is a direct consequence of Lemma 5 and ([<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], Lemma 2).</p>
      <p><bold>Corollary 2</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> be an integral domain. The maximal partial orders on <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> and infinite primes of <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> are identical if and only if <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>If a commutative ring contains nonzero zero divisors, maximal partial orders and infinite primes are different. In this section, we study the connection between symmetric partial orders, maximal partial orders and full infinite primes for commutative rings that are algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>A partial order <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> on a ring (may not be commutative) is called <italic>symmetric</italic> if it is directed, division closed, and for any two elements <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies either <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . This concept was introduced in [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] and called <italic>symmetric cone</italic> there. For commutative rings that are algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , full infinite primes and aymmetric partial orders are associated together as shown in Theorem 5 and a commutative ring with a symmetric partial order has a nice decomposition as shown in Theorem 4.</p>
      <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a commutative ring and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a symmetric partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Define </p>
      <disp-formula id="FD21">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>I</mml:mi>
              <mml:mi>P</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>:</mml:mo>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mtext>for</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>any</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>≠</mml:mo>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mo>∀</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>ℤ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>It is straightforward to check that an element <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> is in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if and only if for any <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> n </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all positive integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the partial order with the positive cone <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Recall the <italic>nil-radical</italic> of a commutative ring <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:mtext> is </mml:mtext><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:mtext> nilpotent </mml:mtext></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p><bold>Theorem 4</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a commutative ring and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a symmetric partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>1) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>2) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a convex ideal of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a totally ordered ring. </p>
      <p>3) If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a prime ideal of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p><italic>Proof.</italic> (1) Suppose that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We show that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Take <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is division closed, for any positive integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> , if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all positive integer <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Similarly, since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all positive integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Since this is true for any <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . It is clear that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>(2) Take <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and assume <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> under those cases. If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then that <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is symmetric implies that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , a contradiction by (1). If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> + </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , a contradiction again by (1). Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . It is clear that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a subgroup of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>Take <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . By (1), we consider <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> p </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>(i) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is division closed implies that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , otherwise <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , a contradiction by (1). Similarly, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by (1). </p>
      <p>(ii) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so by the argument given in (i), <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>(iii) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Suppose <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> r </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then </p>
      <disp-formula id="FD22">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>r</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>a</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mi>P</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>⇒</mml:mo>
            <mml:mi>r</mml:mi>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mi>r</mml:mi>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mi>r</mml:mi>
            <mml:msup>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mi>r</mml:mi>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:msub>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mi>P</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mn>0</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD23">
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>r</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>a</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mi>P</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>⇒</mml:mo>
            <mml:mi>r</mml:mi>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mi>r</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>r</mml:mi>
            <mml:msup>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mi>r</mml:mi>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:msub>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mi>P</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mn>0.</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>By adding above two inequalities together, we have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we must have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , a contradiction with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Similarly, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, for any <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an ideal of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Clearly, if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a convex ideal of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , it is clear that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a totally ordered ring with positive cone <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ¯ </mml:mo></mml:mover><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>].</p>
      <p>(3) If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a total order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . It is well-known that a totally order ring without nonzero nilpotent elements is a domain, so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a prime ideal. Now we assume that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> R </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Suppose that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We derive a contradiction. Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Without loss of generality, we may assume that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . It follows from <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∀ </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and hence </p>
      <disp-formula id="FD24">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msub>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mi>P</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>and</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msub>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mi>P</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mn>0.</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> contains no nonzero nilpotent elements, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , a contradiction. Therefore <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , that is, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a prime ideal of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . □</p>
      <p>We will need following result from [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] that provides a way to construct symmetric partial orders.</p>
      <p><bold>Lemma 6</bold><bold>.</bold> ([<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>], Theorem 2.3)<italic>Let</italic><inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula><italic>be a commutative ring</italic>, <inline-formula><mml:math><mml:mi> I </mml:mi></mml:math></inline-formula><italic>be a prime ideal of</italic><inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> ,<italic>and</italic><inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula><italic>be a total order on the quotient ring</italic><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> I </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula><italic>. Then</italic></p>
      <disp-formula id="FD25">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>P</mml:mi>
            <mml:mo>:</mml:mo>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mo>≠</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>and</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>T</mml:mi>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>in</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>R</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mi>I</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>∪</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>is a symmetric partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>For an infinite prime <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> of a commutative ring, define <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> \ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p><bold>Theorem 5</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a commutative ring that is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . For each full infinite prime <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a symmetric partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p><italic>Proof.</italic> Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> I </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . From ([<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], Proposition 2.5), <inline-formula><mml:math><mml:mi> I </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a prime ideal of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Consider the integral domain <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> I </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Define <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ¯ </mml:mo></mml:mover><mml:mo> : </mml:mo><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> I </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> I </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . By ([<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], Lemma 5), <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ¯ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is a full infinite prime of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> I </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> I </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an integral domain that is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , by ([<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], Lemma 2 and Theorem 1), <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ¯ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is a total order on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> I </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . It is straightforward to verify that </p>
      <disp-formula id="FD26">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mi>s</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mo>≠</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>and</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mover accent="true">
                  <mml:mi>S</mml:mi>
                  <mml:mo>¯</mml:mo>
                </mml:mover>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>in</mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>R</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mi>I</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>∪</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>So, by Lemma 6, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a symmetric partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> I </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by Theorem 4. Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> I </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a preprime, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . □</p>
      <p><bold>Corollary 3</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a commutative ring that is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>1) Each full infinite prime of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> is strong Archimedean. </p>
      <p>2) Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> be an infinite prime of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Then there exists a ring homomorphism <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Ker </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p><italic>Proof.</italic> (1) Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a full infinite prime of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . By Theorem 5, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a prime ideal of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . We first show that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is strong Archimedean. Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an integral domain that is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ¯ </mml:mo></mml:mover><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> J </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an Archimedean total order ([<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], Theorem 1), so <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ¯ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is strong Archimedean. Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ¯ </mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so there is a positive integer <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ¯ </mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus there exists <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then there exists <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> + </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is symmetric. Thus, in any case, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is strong Archimedean. Now Take <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then there is a positive integer <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , since again <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is symmetric. Therefore <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> is strong Archimedean.</p>
      <p>(2) Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a commutative ring that is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a full infinite prime of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , by (1), <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> is strong Archimedean. Then, by ([<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], Proposition 1.7), there exists a ring homomorphism <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Ker </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ∩ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . □</p>
      <p><bold>Lemma 7</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a commutative ring that is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then each symmetric partial order is a maximal partial order. </p>
      <p><italic>Proof.</italic> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a symmetric partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Suppose <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We derive a contradiction. Take <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub><mml:mo> \ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as well, a contradiction. Thus by Theorem 4, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be a nonzero integer polynomial such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> n </mml:mi><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all positive integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , a contradiction. Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Suppose that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . It follows that </p>
      <disp-formula id="FD27">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>since</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0.</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Then <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> does not contain nonzero nilpotent elements implies that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we may repeat the above argument, so without loss of generality, we may assume at the beginning that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> e </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If follows from <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , a contradiction. Similarly, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by Theorem 4. From <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mi> n </mml:mi><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all positive integers <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , a contradiction. Therefore, we must have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . □</p>
      <p>For a commutative ring that is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , a directed maximal partial order may not be symmetric. The following example demonstrates that not all directed maximal partial orders are symmetric.</p>
      <p><bold>Example 1</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> ℤ </mml:mi><mml:mo> × </mml:mo><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . It is straightforward to check that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ℤ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a directed maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> that is not symmetric. We notice that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a symmetric partial order and a maximal partial order on <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>By Theorem 4 and Lemma 7, we have the following result.</p>
      <p><bold>Theorem 6</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a commutative ring that is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For each full infinite prime <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> , there exists a directed maximal partial order <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>We notice that in Example 1, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a directed maximal partial order and there exists no full infinite prime <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . However, the situation is different for symmetric partial orders.</p>
      <p><bold>Theorem 7</bold><bold>.</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a commutative ring that is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For each symmetric partial order <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> , there exists a full infinite prime <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p><italic>Proof.</italic> We show that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an infinite prime. It is clear that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a preprime, so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some full infinite prime of <inline-formula><mml:math><mml:mi> R </mml:mi></mml:math></inline-formula> . By Theorem 4, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a convex prime ideal and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a totally ordered integral domain that is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> with the positive cone <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ¯ </mml:mo></mml:mover><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . By ([<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], Lemma 5), <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ¯ </mml:mo></mml:mover><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a full infinite prime of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ¯ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is a total order on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ¯ </mml:mo></mml:mover><mml:mo> = </mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ¯ </mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . It follows that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Suppose that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> P </mml:mi></mml:math></inline-formula> is symmetric implies that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> P </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> P </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . □</p>
      <p>By Theorems 5 and 7, for a commutative ring that is algebraic over <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℤ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The mapping <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a one-to-one correspondence between full infinite primes and symmetric partial orders. The correspondence reveals the relation of the infinite primes and symmetric partial orders and provides a foundation for futher investigation of the properties of the infinite primes and symmetric partial orders.</p>
    </sec>
    <sec id="sec5">
      <title>5. Summary</title>
      <p>The infinite primes and partial orders for rings are naturally connected. This paper continues exploring the connections between them for general commutative rings with the identity. Using the theory of infinite primes, it is proved that for a field, an Archimedean directed maximal partial order must be a total order, based on it, we were able to show that the result is true for an integral domain. The elementary method of constructing directed maximal partial orders in section 3 was used by Dubois to construct infinite primes. This method can be generalized to produce directed partial orders on other algebras. In section 4, the symmetric partial orders are naturally introduced from the infinite primes. We expect more discovery on the structures of partially ordered rings by using the infinite primes and symmetric partial orders.</p>
    </sec>
    <sec id="sec6">
      <title>Acknowledgements</title>
      <p>The author thanks the reviewer for providing valuable comments.</p>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="B1">
        <label>1.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Birkhoff, G. and Pierce, R.S. (1956) Lattice-Ordered Rings. <italic>Anais da Academia Bra-</italic><italic>sileira</italic><italic>de</italic><italic>Ciências</italic>, 28, 41-69.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Birkhoff, G.</string-name>
              <string-name>Pierce, R.S.</string-name>
            </person-group>
            <year>1956</year>
            <article-title>Lattice-Ordered Rings</article-title>
            <source>Anais da Academia Bra-sileira de Ciências</source>
            <volume>28</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B2">
        <label>2.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Fuchs, L. (2011) Partially Ordered Algebraic Systems. Dover Publication Inc.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Fuchs, L.</string-name>
            </person-group>
            <year>2011</year>
            <article-title>Partially Ordered Algebraic Systems</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B3">
        <label>3.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Ma, J. (2013) Lecture Notes on Algebraic Structure of Lattice-Ordered Rings. World Scientific. https://doi.org/10.1142/9009 <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/9009</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1142/9009">https://doi.org/10.1142/9009</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Ma, J.</string-name>
            </person-group>
            <year>2013</year>
            <article-title>Lecture Notes on Algebraic Structure of Lattice-Ordered Rings</article-title>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/9009</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B4">
        <label>4.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Steinberg, S. (2010) Lattice-Ordered Rings and Modules. Springer.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Steinberg, S.</string-name>
            </person-group>
            <year>2010</year>
            <article-title>Lattice-Ordered Rings and Modules</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B5">
        <label>5.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="confproc">Dubois, D.W. (1956) On Partly Ordered Fields. <italic>Proceedings</italic><italic>of</italic><italic>the</italic><italic>American</italic><italic>Mathematical</italic><italic>Society</italic>, 7, 918-930. https://doi.org/10.1090/s0002-9939-1956-0090582-8 <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/s0002-9939-1956-0090582-8</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1090/s0002-9939-1956-0090582-8">https://doi.org/10.1090/s0002-9939-1956-0090582-8</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="confproc">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Dubois, D.W.</string-name>
            </person-group>
            <year>1956</year>
            <article-title>On Partly Ordered Fields</article-title>
            <source>Proceedings of the American Mathematical Society</source>
            <volume>7</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/s0002-9939-1956-0090582-8</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B6">
        <label>6.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Harrison, D.K. (1966) Finite and Infinite Primes for Rings and Fields. <italic>Memoirs</italic><italic>of</italic><italic>the</italic><italic>American</italic><italic>Mathematical</italic><italic>Society</italic>, 68, 62. https://doi.org/10.1090/memo/0068 <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/memo/0068</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1090/memo/0068">https://doi.org/10.1090/memo/0068</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Harrison, D.K.</string-name>
            </person-group>
            <year>1966</year>
            <article-title>Finite and Infinite Primes for Rings and Fields</article-title>
            <source>Memoirs of the American Mathematical Society</source>
            <volume>68</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/memo/0068</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B7">
        <label>7.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Evans, K. and Ma, J. (2023) Galois Extensions and-Fields. <italic>Positivity</italic>, 27, Article No. 29. https://doi.org/10.1007/s11117-023-00982-w <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11117-023-00982-w</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s11117-023-00982-w">https://doi.org/10.1007/s11117-023-00982-w</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Evans, K.</string-name>
              <string-name>Ma, J.</string-name>
            </person-group>
            <year>2023</year>
            <article-title>Galois Extensions and-Fields</article-title>
            <source>Positivity</source>
            <volume>27</volume>
            <elocation-id>No</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11117-023-00982-w</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B8">
        <label>8.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Ma, J. (2024) Partially Ordered Fields and Integral Domains. <italic>Order</italic>, 42, 169-179. https://doi.org/10.1007/s11083-024-09667-9 <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11083-024-09667-9</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s11083-024-09667-9">https://doi.org/10.1007/s11083-024-09667-9</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Ma, J.</string-name>
            </person-group>
            <year>2024</year>
            <article-title>Partially Ordered Fields and Integral Domains</article-title>
            <source>Order</source>
            <volume>42</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11083-024-09667-9</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B9">
        <label>9.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Schwartz, N. and Yang, Y. (2011) Fields with Directed Partial Orders. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Algebra</italic>, 336, 342-348. https://doi.org/10.1016/j.jalgebra.2011.04.016 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jalgebra.2011.04.016</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jalgebra.2011.04.016">https://doi.org/10.1016/j.jalgebra.2011.04.016</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Schwartz, N.</string-name>
              <string-name>Yang, Y.</string-name>
            </person-group>
            <year>2011</year>
            <article-title>Fields with Directed Partial Orders</article-title>
            <source>Journal of Algebra</source>
            <volume>336</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jalgebra.2011.04.016</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B10">
        <label>10.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Dubois, D.W. (1970) Infinite Primes and Ordered Fields, Polska Akademia Nauk. Instytut Matematyczny. Dissertationes Mathematicae. Rozprawy Matematyczne, 43, 69.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Dubois, D.W.</string-name>
              <string-name>Fields, P</string-name>
            </person-group>
            <year>1970</year>
            <article-title>Infinite Primes and Ordered Fields, Polska Akademia Nauk</article-title>
            <source>Instytut Matematyczny. Dissertationes Mathematicae. Rozprawy Matematyczne</source>
            <volume>43</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B11">
        <label>11.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Harrison, D. and Warner, H. (1973) Infinite Primes of Fields and Completions. <italic>Pacific</italic><italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Mathematics</italic>, 45, 201-216. https://doi.org/10.2140/pjm.1973.45.201 <pub-id pub-id-type="doi">10.2140/pjm.1973.45.201</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.2140/pjm.1973.45.201">https://doi.org/10.2140/pjm.1973.45.201</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Harrison, D.</string-name>
              <string-name>Warner, H.</string-name>
            </person-group>
            <year>1973</year>
            <article-title>Infinite Primes of Fields and Completions</article-title>
            <source>Pacific Journal of Mathematics</source>
            <volume>45</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.2140/pjm.1973.45.201</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B12">
        <label>12.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Wojciechowski, P.J. and Kreinovich, V. (1997) On Lattice Extensions of Partial Orders of Rings. <italic>Communications</italic><italic>in</italic><italic>Algebra</italic>, 25, 935-941. https://doi.org/10.1080/00927879708825898 <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00927879708825898</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1080/00927879708825898">https://doi.org/10.1080/00927879708825898</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Wojciechowski, P.J.</string-name>
              <string-name>Kreinovich, V.</string-name>
            </person-group>
            <year>1997</year>
            <article-title>On Lattice Extensions of Partial Orders of Rings</article-title>
            <source>Communications in Algebra</source>
            <volume>25</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00927879708825898</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B13">
        <label>13.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Ma, J. (2024) Directed Partial Orders on Complex Numbers and Quaternions. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Algebra</italic><italic>and</italic><italic>Its</italic><italic>Applications</italic>, 24, Article ID: 2550189. https://doi.org/10.1142/s0219498825501890 <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/s0219498825501890</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1142/s0219498825501890">https://doi.org/10.1142/s0219498825501890</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Ma, J.</string-name>
            </person-group>
            <year>2024</year>
            <article-title>Directed Partial Orders on Complex Numbers and Quaternions</article-title>
            <source>Journal of Algebra and Its Applications</source>
            <volume>24</volume>
            <fpage>255018</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/s0219498825501890</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B14">
        <label>14.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Kohls, C.W. and Reid, J.D. (1966) Orders on Commutative Rings. <italic>Duke</italic><italic>Mathematical</italic><italic>Journal</italic>, 33, 657-666. https://doi.org/10.1215/s0012-7094-66-03377-1 <pub-id pub-id-type="doi">10.1215/s0012-7094-66-03377-1</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1215/s0012-7094-66-03377-1">https://doi.org/10.1215/s0012-7094-66-03377-1</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Kohls, C.W.</string-name>
              <string-name>Reid, J.D.</string-name>
            </person-group>
            <year>1966</year>
            <article-title>Orders on Commutative Rings</article-title>
            <source>Duke Mathematical Journal</source>
            <volume>33</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1215/s0012-7094-66-03377-1</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>