§ 7. Đại số ngoài
1. Định nghĩa đại số ngoài của một môđun
Định nghĩa 1
Cho là một vành giao hoán và là một -môđun. Đại số ngoài của , ký hiệu bởi hoặc hoặc , là đại số trên bằng thương của đại số tenxơ theo iđêan hai phía (cũng ký hiệu là ) sinh bởi các phần tử , trong đó chạy qua .
Trích dẫn đến 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 2, II § 11
Vì iđêan được sinh bởi các phần tử thuần nhất bậc 2, nó là một iđêan phân bậc (II, § 11, no. 3, Mệnh đề 2); ta viết ; do đó đại số được phân bậc bởi phân bậc (gọi là chính tắc) gồm các . Khi đó và vì thế được đồng nhất với và với ; trong phần tiếp theo, ta sẽ luôn thực hiện các sự đồng nhất này và đơn ánh chính tắc sẽ được ký hiệu bởi hoặc .
Mệnh đề 1
Cho là một -đại số và là một ánh xạ -tuyến tính sao cho
Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 4
Trích dẫn đến E IV § 3. Ánh xạ phổ quát, Mệnh đề 1, III § 5
Được trích dẫn bởi III § 11. Đối đại số, tích của các dạng đa tuyến tính, tích vô hướng và đối ngẫu, § 7. Đại số ngoài, Mệnh đề 10, Mệnh đề 2
Nói cách khác, là một nghiệm của bài toán ánh xạ phổ quát (Lý thuyết tập hợp, IV, § 3, no. 1), trong đó là loài các cấu trúc -đại số, còn các ánh xạ là các ánh xạ tuyến tính từ -môđun tới một -đại số thỏa mãn (1).
Tính duy nhất của suy ra từ việc sinh ra . Để chứng minh sự tồn tại của , ta nhận thấy rằng theo § 5, no. 1, Mệnh đề 1 tồn tại một đồng cấu đại số sao cho ; ta cần chứng minh rằng bằng không trên iđêan , vì khi đó nếu
Nhận xét
(1) Giả sử E là một đại số trên A phân bậc kiểu , có phân bậc , và giả sử thêm rằng ánh xạ tuyến tính (được giả thiết thỏa mãn (1)) sao cho
(2) Để tránh nhầm lẫn, tích của hai phần tử của đại số ngoài thường được ký hiệu là và được gọi là tích ngoài của với . Do đó các phần tử của là những tổng của các phần tử dạng với đối với và thường được gọi là n-vectơ.
2. Các tính chất hàm tử của đại số ngoài
Mệnh đề 2
Cho là một vành giao hoán, và là hai -môđun và là một ánh xạ -tuyến tính. Tồn tại một và chỉ một đồng cấu đại số trên *
là giao hoán. Hơn nữa, là một đồng cấu đại số phân bậc.
Sự tồn tại và tính duy nhất của suy ra từ no. 1, Mệnh đề 1 áp dụng cho đại số và ; thật vậy, và do đó thỏa mãn điều kiện (1) theo định nghĩa của : vì , việc là một đồng cấu đại số phân bậc suy ra từ Nhận xét 1 của no. 1.
Đồng cấu của Mệnh đề 2 từ nay sẽ được ký hiệu bởi . Nếu là một -môđun và là một ánh xạ -tuyến tính, thì
là giao hoán.
Vì chứa , đôi khi được gọi là mở rộng chính tắc của tới . Hạn chế sao cho
Mệnh đề 3
Nếu là một ánh xạ -tuyến tính toàn ánh, thì đồng cấu là toàn ánh và hạt nhân của nó là iđêan hai phía của sinh bởi hạt nhân của .
Trích dẫn đến 4 · Được trích dẫn bởi 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 4, III § 6, III § 5. Đại số tenxơ, tenxơ, Bài tập 3, § 6, Hệ quả
Được trích dẫn bởi Định lý 1, III § 8
Chứng minh được dẫn xuất từ chứng minh của § 6, no. 2, Mệnh đề 4, thay thế bằng và bằng .
Nếu là một ánh xạ tuyến tính đơn ánh, thì không phải bao giờ cũng đúng rằng là một ánh xạ đơn ánh (§ 6, Bài tập 3) (tuy nhiên xem dưới đây no. 9, Hệ quả của Mệnh đề 12). Tuy nhiên điều đó đúng khi là một đơn ánh sao cho là một nhân tử trực tiếp của , và khi đó ảnh của (đẳng cấu với ) là một nhân tử trực tiếp của ; chứng minh giống như chứng minh của các khẳng định tương tự đối với (§ 5, no. 2), thay thế bằng .
Mệnh đề 4
Cho và là hai môđun con của một -môđun sao cho tổng của chúng là một nhân tử trực tiếp trong và giao của chúng là một nhân tử trực tiếp trong và trong . Khi đó các đồng cấu , và , là các mở rộng chính tắc của các đơn ánh chính tắc, đều là đơn ánh; nếu , và được đồng nhất với các đại số con của bằng các đồng cấu ấy, thì*
Trích dẫn đến 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 4, III § 5
Hệ quả
Cho là một trường giao hoán và là một không gian vectơ trên . Với mọi phần tử , tồn tại một không gian con vectơ nhỏ nhất của sao cho và là hữu hạn chiều.
Trích dẫn đến 1 · Được trích dẫn bởi 2
Trích dẫn đến Hệ quả, III § 5
Được trích dẫn bởi III § 11. Đối đại số, tích của các dạng đa tuyến tính, tích vô hướng và đối ngẫu, Hệ quả 1
Chứng minh được suy ra từ chứng minh của § 5, no. 2, Hệ quả của Mệnh đề 4 bằng cách thay thế bởi ở mọi chỗ.
được gọi là không gian con vectơ của liên kết với phần tử của .
3. Tính phản giao hoán của đại số ngoại
Mệnh đề 5
(i) Cho là một dãy hữu hạn các phần tử của môđun ; với mọi phép hoán vị trong nhóm đối xứng ,
trong đó ký hiệu chữ ký của phép hoán vị .
Trích dẫn đến 1 · Được trích dẫn bởi 6
Trích dẫn đến Bổ đề 3, III § 4
Được trích dẫn bởi Hệ quả 2, Mệnh đề 12, Hệ quả 1, Mệnh đề 6, Định lý 1, Hệ quả 1
(ii) Nếu tồn tại hai chỉ số phân biệt sao cho , thì tích
bằng không.
(i) Trước hết, vì với mọi theo định nghĩa của iđêan , nên cũng vậy, với trong ,
Điều này thiết lập (6) trong trường hợp . Trường hợp tổng quát khi đó suy ra từ § 4, no. 6, Bổ đề 3.
(ii) Dưới giả thiết của (ii), tồn tại một phép hoán vị sao cho và ; khi đó vế trái của (6) bằng không đối với phép hoán vị này và vì thế vế phải cũng vậy.
Hệ quả 1
Cho là hai tập hợp con bù nhau của khoảng của và cho là các dãy phần tử của và tương ứng, được sắp theo thứ tự tăng; ta viết
khi đó
trong đó là số các cặp có thứ tự sao cho .
Theo Mệnh đề 5, việc này quy về chứng minh
Bổ đề 1
Nếu là phép hoán vị sao cho với , với , thì .
Với hoặc , ta có và số các cặp có thứ tự sao cho và bằng .
Hệ quả 2
Đại số phân bậc là phản xứng (, no. 9).
Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 13, Mệnh đề 5
Được trích dẫn bởi Hệ quả 1
Chỉ cần áp dụng Mệnh đề 13 của , no. 9 cho , lấy làm hệ sinh tập hợp và dùng Mệnh đề 5.
Mệnh đề 6
Nếu M là một A-môđun hữu hạn sinh, thì là một A-môđun hữu hạn sinh; hơn nữa, nếu M thừa nhận một hệ sinh gồm n phần tử, thì với .
Trích dẫn đến 1 · Được trích dẫn bởi 5
Trích dẫn đến Mệnh đề 5
Được trích dẫn bởi Bổ đề 2, III § 11, Định lý 1, Định lý 2, Bổ đề 1, VII § 3, Hệ quả, VIII Appendix 4
Cho là một hệ sinh của M. Mọi phần tử của là một tổ hợp tuyến tính của các phần tử có dạng
4. Lũy thừa ngoài bậc n của một môđun và các ánh xạ đa tuyến tính phản xứng
Cho hai môđun M, N trên một vành giao hoán A, một ánh xạ n-tuyến tính phản xứng của vào N là bất kỳ ánh xạ n-tuyến tính nào sao cho, với mọi ,
Mệnh đề 7
Cho A là một vành giao hoán và M và N là hai A-môđun. Nếu với mỗi ánh xạ A-tuyến tính* () ta liên kết ánh xạ n-tuyến tính
Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 6
Trích dẫn đến II § 3. Tích tenxơ, Định lý 1, II § 2
Được trích dẫn bởi Hệ quả 1, Định lý 1, Hệ quả 3, Mệnh đề 1, III § 8, LIE IX § 6. Tích phân trên các nhóm Lie compact, LIE VIII § 13. Các đại số Lie đơn phân rã được cổ điển
Ta xét song ánh chính tắc của A-môđun lên A-môđun gồm mọi ánh xạ n-tuyến tính của vào N, thu được bằng cách liên kết với mỗi ánh xạ A-tuyến tính ánh xạ n-tuyến tính
là đồng cấu chính tắc (II, § 2, no. 1, Định lý 1). Nhưng vì là một tổ hợp tuyến tính của các phần tử có dạng
A-môđun được gọi là lũy thừa ngoài bậc n của M. Với mọi đồng cấu A-môđun , ánh xạ
Hệ quả 1
Với mọi ánh xạ n-tuyến tính phản xứng* , với mọi phép hoán vị ,
Hệ quả 2
Cho* là một dãy gồm n phần tử của M sao cho
Hệ quả 3
Cho* là một dạng *-tuyến tính phản xứng*. Nếu là một dãy gồm n phần tử của M sao cho , thì
Chỉ cần chứng minh rằng ánh xạ -tuyến tính
và hệ số của là , và theo giả thiết chúng đối nhau.
Nhận xét
Một phần tử của được gọi là một tenxơ phản đối xứng bậc (phản biến) nếu với mọi phép hoán vị (x. § 6, no. 3, Nhận xét); các phần tử ấy tạo thành một A-môđun con của . Với mọi , ta đặt và gọi là phản đối xứng hóa của ; do , thấy ngay lập tức rằng là một tenxơ phản đối xứng và vì vậy là một tự đồng cấu của mà ảnh của nó được chứa trong ; nói chung (Bài tập 8). Nếu là một tenxơ phản đối xứng, thì ; do đó, khi khả nghịch trong , tự đồng cấu là một phép chiếu của mà ảnh là
Hơn nữa, hạt nhân của phép chiếu này chính là ; vì hiển nhiên có thể chỉ cần xét trường hợp , nên 2 (một ước của ) khả nghịch trong và ; do đó được sinh bởi các phần tử , trong đó là một phép đổi chỗ hoán đổi hai số liên tiếp trong ; hơn nữa, với hai phép hoán vị trong , ta có thể viết
do đó suy ra rằng với mọi và . Vì vậy (vẫn giả sử rằng khả nghịch trong ), ta thấy rằng
với mọi , điều này chứng minh mệnh đề đã nêu.
Khi khả nghịch trong , các môđun con và của do đó là bù nhau và hạn chế trên của đồng cấu chính tắc là một A-môđun đẳng cấu, điều này cho phép ta trong trường hợp đang xét đồng nhất các tenxơ phản đối xứng cấp với các phần tử của lũy thừa ngoài thứ của . Ở đây cũng chú ý rằng sự đồng nhất này không tương thích với phép nhân, vì tích trong của hai tenxơ phản đối xứng nói chung không phản đối xứng.
Trích dẫn đến 2
Trích dẫn đến III § 6. Đại số đối xứng, Bài tập 8, § 7
5. Mở rộng vành vô hướng
Cho là hai vành giao hoán, là một đồng cấu vành, là một -môđun, là một -môđun và là một A-đồng cấu (đối với ) của vào . Ánh xạ hợp thành là một ánh xạ A-tuyến tính của vào đại số trên A và, vì các phần tử của f(M) ⊂ M' có bình phương bằng không trong , tồn tại (no. 1, Mệnh đề 1) một và chỉ một -đồng cấu đại số làm cho biểu đồ
giao hoán, và là một đồng cấu đại số phân bậc. Ngay lập tức suy ra rằng nếu là một đồng cấu vành khác, là một -môđun, là một -đồng cấu (đối với ) và là đồng cấu đại số tương ứng, thì -đồng cấu đại số hợp thành
tương ứng với -đồng cấu hợp thành (đối với ).
Mệnh đề 8
Cho là hai vành giao hoán, là một đồng cấu vành và là một -môđun. Mở rộng chính tắc
Trích dẫn đến 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 5, III § 5
của ánh xạ -*tuyến tính* là một đẳng cấu đại số -*phân bậc.*
Chứng minh được dẫn xuất từ chứng minh của § 5, no. 4, Mệnh đề 5 khi thay thế bởi và bởi .
6. Giới hạn trực tiếp của các đại số ngoài
Cho là một hệ trực tiếp có hướng các vành giao hoán, là một hệ trực tiếp các -môđun, và . Với , từ đồng cấu -môđun ta suy ra một cách chính tắc một đồng cấu đại số (no. 5, công thức (12)) và từ (13) suy ra rằng là một hệ trực tiếp các *-môđun phân bậc*. Mặt khác, cho là đồng cấu chính tắc ; ta suy ra (no. 5, công thức (12)) một đồng cấu đại số phân bậc và từ (13) cũng suy ra rằng các cấu thành một hệ trực tiếp các đồng cấu .
Mệnh đề 9
Đồng cấu A* là một đẳng cấu đại số phân bậc.
Trích dẫn đến 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 6, III § 5
Chứng minh giống như chứng minh của § 5, no. 4, Mệnh đề 6, thay khắp nơi T bằng và bằng , đồng thời lưu ý rằng giới hạn trực tiếp của các đại số phản xứng là phản xứng.
7. Đại số ngoại của một tổng trực tiếp. Đại số ngoại của một môđun phân bậc
Cho A là một vành giao hoán, là tổng trực tiếp của một họ các A-môđun và là đơn ánh chính tắc; ta suy ra một đồng cấu A của các đại số phân bậc . Vì là phản giao hoán, nên có thể áp dụng Mệnh đề 10 của § 4, no. 7 (hoặc nếu cần thì tổng quát hóa cho trường hợp L là vô hạn, cf. § 4, no. 8, Nhận xét 1) cho các đồng cấu ; khi đó tồn tại một và chỉ một đồng cấu đại số
(cũng được ký hiệu bởi ) sao cho , trong đó
ký hiệu đồng cấu chính tắc.
Mệnh đề 10
Đồng cấu chính tắc* g (công thức (14)) là một đẳng cấu đại số phân bậc.
Trích dẫn đến 4 · Được trích dẫn bởi 5
Trích dẫn đến III § 4. Tích tenxơ của các đại số, Mệnh đề 14, III § 4, Mệnh đề 1, Mệnh đề 9, III § 6
Được trích dẫn bởi Ví dụ, III § 11, Nhận xét, Mệnh đề 13, Định lý 1, Mệnh đề 1, VII § 4
Để chứng minh rằng g là song ánh, ta định nghĩa một đồng cấu đại số phân bậc
sao cho và lần lượt là các ánh xạ đồng nhất trên và . Với mỗi , xét ánh xạ tuyến tính hợp thành
Tồn tại một và chỉ một ánh xạ A-tuyến tính sao cho với mọi . Tích tenxơ lệch là một đại số phản xứng: thật vậy, khi L hữu hạn, điều này suy ra từ § 4, no. 9, Mệnh đề 14, và khi L tùy ý, điều này suy ra từ định nghĩa của tích này đã cho trong § 4, no. 8, Nhận xét 1 và từ sự kiện rằng giới hạn trực tiếp của các đại số phân bậc phản xứng là phản xứng. Vì cũng được chứa trong môđun con các phần tử bậc 1 của đại số phân bậc , nên từ no. 1, Mệnh đề 1 và Nhận xét 1 suy ra rằng tồn tại một đồng cấu đại số phân bậc duy nhất
sao cho . Việc kiểm tra rằng và là các ánh xạ đồng nhất khi đó được thực hiện như trong § 6, no. 6, Mệnh đề 9, thay bằng và bằng .
Nhận xét
Cho là tổng trực tiếp của một họ khác các -môđun với L làm tập hợp chỉ số và, với mọi , cho là một ánh xạ -tuyến tính, do đó có một ánh xạ -tuyến tính (II, § 1, no. 6, Mệnh đề 7). Khi đó biểu đồ
là giao hoán (xem § 4, no. 5, Hệ quả của Mệnh đề 8).
A-môđun con của mà với nó được đồng nhất nhờ đẳng cấu có thể được mô tả chính xác hơn. Với mọi tập con hữu hạn của , ta viết , sao cho đối với tập có hướng các tập con hữu hạn của , theo định nghĩa (, no. 8, Nhận xét 1). Với mọi họ (do đó có giá hữu hạn khác không) sao cho và mọi tập con hữu hạn của chứa giá của họ , ta viết
sao cho môđun con gồm các phần tử bậc trong là tổng trực tiếp của các với mọi họ có giá được chứa trong và sao cho
(, no. 7, Mệnh đề 10 và no. 8). Theo quy ước ta viết đối với các họ mà giá của chúng không được chứa trong ; khi đó
E_{J,n} cũng có thể được gọi là tổng trực tiếp của tất cả các , trong đó chạy qua tập hợp của mọi họ sao cho . Vì được đồng nhất với , nên rõ ràng cũng vậy, với hai tập con hữu hạn của và một họ có giá được chứa trong , ánh xạ chính tắc (hạn chế của ánh xạ chính tắc lên ) là song ánh. Nếu ta viết, với mọi ,
thì thấy rằng, có lưu ý đến II, § 6, no. 2, Mệnh đề 5, ta có:
Trích dẫn đến 4
Trích dẫn đến Mệnh đề 7, II § 1, Hệ quả, III § 4, Mệnh đề 10, Mệnh đề 5, II § 6
Hệ quả
A-môđun* là ảnh qua đẳng cấu (14) của môđun con của * là tổng trực tiếp của các môđun con* * với mọi họ* * sao cho* ; nếu * là giá của* , * đẳng cấu chính tắc với* .
Được trích dẫn bởi 1
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 11
Nói chung , và ảnh của chúng trong được đồng nhất. Với quy ước này:
Mệnh đề 11
Cho* là một monoïde giao hoán, là một A-môđun phân bậc kiểu và * phân bậc của nó. Với mọi cặp có thứ tự , đặt * là môđun con của * bằng tổng trực tiếp của các môđun con , trong đó * chạy qua tập các họ số nguyên * sao cho , * là giá của nó và, với mỗi , * chạy qua tập các họ của * sao cho . Khi đó * là phân bậc duy nhất kiểu * tương thích với cấu trúc đại số trên * và cảm sinh trên * *phân bậc đã cho.
Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 7, III § 5, Hệ quả
Được trích dẫn bởi Hệ quả 1
Việc là tổng trực tiếp của các suy ra từ Hệ quả của Mệnh đề 10; phần còn lại của chứng minh giống hệt phần cuối của chứng minh ở § 5, no. 5, Mệnh đề 7.
8. Đại số ngoài của một môđun tự do
Định lý 1
Cho* * là một A-môđun có một cơ sở . Giả sử * được trang bị cấu trúc của một tập hợp sắp thứ tự toàn phần (Lý thuyết tập hợp, III, § 2, no. 3, Định lý 1)* và với mọi tập con hữu hạn * của * *ta viết
Trích dẫn đến 7 · Được trích dẫn bởi 6
Trích dẫn đến Định lý 1 (Zermelo), E III § 2, Mệnh đề 6, E III § 5, Mệnh đề 5, Hệ quả 2, II § 3, Mệnh đề 10, Mệnh đề 6, Mệnh đề 7
Được trích dẫn bởi Nhận xét, III § 11, Mệnh đề 14, III § 11, Mệnh đề 7, III § 11, Mệnh đề 12, Hệ quả 1, Định lý 2
trong đó là dãy các phần tử của J được sắp theo thứ tự tăng (Lý thuyết tập hợp, III, § 5, no. 3, Mệnh đề 6); ta viết , phần tử đơn vị của A. Khi đó các , khi J chạy qua tập các tập con hữu hạn của L, tạo thành một cơ sở của đại số ngoài .
Vì các sinh A-môđun M, mọi phần tử của là một tổ hợp tuyến tính của một số hữu hạn tích của các phần tử và do đó (có tính đến no. 3, Mệnh đề 5) là một tổ hợp tuyến tính của một số hữu hạn phần tử với . Vậy chỉ còn phải chứng minh rằng các độc lập tuyến tính trên A. Nếu không, sẽ tồn tại giữa các phần tử ấy một quan hệ tuyến tính với các hệ số không phải tất cả đều bằng không; hợp của các tập con J tương ứng với các mà các hệ số của chúng trong quan hệ này là là một tập con hữu hạn K của L (vì chỉ có một số hữu hạn hệ số ). Gọi N là môđun con của M sinh bởi các sao cho ; N là một nhân tử trực tiếp của M, do đó (no. 2) được đồng nhất với một đại số con của và, nếu ta chỉ ra rằng các với tạo thành một cơ sở của , thì ta sẽ thu được mâu thuẫn cần tìm.
Do đó điều này quy về việc đưa ra Định lý 1 khi cơ sở của M là hữu hạn; vì vậy ta có thể giả sử rằng . Với mỗi , gọi là môđun con tự do của M; M là tổng trực tiếp của các và là tổng trực tiếp của và (no. 3, Mệnh đề 6). Đồng nhất một cách chính tắc với A-môđun là tích tenxơ của các (no. 7, Mệnh đề 10); môđun sau có cơ sở là tích tenxơ của các cơ sở của các (II, § 3, no. 7, Hệ quả 2 của Mệnh đề 7); do đó ta thu được tất cả các phần tử
trong đó hoặc hoặc ; nếu J là tập hợp các chỉ số i sao cho , thì đồng nhất với , điều này hoàn tất chứng minh.
Hệ quả 1
Giả sử rằng ; khi đó cơ sở của có phần tử. Với , ; có một cơ sở gồm một phần tử duy nhất ; với số phần tử trong cơ sở của gồm các sao cho là
Trích dẫn đến 8 · Được trích dẫn bởi 3
Trích dẫn đến Mệnh đề 11, Mệnh đề 12, E III § 3, Hệ quả 1, E III § 5, III § 1. Đại số, Định lý 1, Hệ quả, Hệ quả 2, Mệnh đề 5
Được trích dẫn bởi Định lý 2, VI § 2. Trường có thứ tự, Bổ đề 1, VII § 3
Điều này suy ra từ Lý thuyết tập hợp, III, § 3, no. 5, Mệnh đề 12 và Lý thuyết tập hợp, III, § 5, no. 8, Hệ quả 1 của Mệnh đề 11.
Ta quay lại trường hợp mà tập hợp L trong Định lý 1 là tùy ý và cho tường minh bảng phép nhân (§ 1, no. 7) của cơ sở . Với hai tập con hữu hạn của tập sắp thứ tự toàn phần , ta viết
Hệ quả 2
Nếu M là một A-môđun xạ ảnh, là một A-môđun xạ ảnh.
Trích dẫn đến 1 · Được trích dẫn bởi 2
Trích dẫn đến Hệ quả, III § 5
Được trích dẫn bởi Hệ quả 3, Hệ quả, VIII Appendix 4
Chứng minh giống như chứng minh của § 5, no. 5, Hệ quả của Định lý 1 khi thay T bằng .
Hệ quả 3
Cho M là một A-môđun xạ ảnh và một dãy hữu hạn các phần tử của M. Để tồn tại trên M một dạng phản xứng n-tuyến tính f sao cho*
Trích dẫn đến 4 · Được trích dẫn bởi 2
Trích dẫn đến Mệnh đề 7, Hệ quả 2, Hệ quả 4, II § 2, Mệnh đề 13
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 12, Định lý 2
Ta đã biết rồi (không có giả thiết nào trên M) rằng điều kiện đó là cần thiết (no. 4, Mệnh đề 7). Bây giờ giả sử rằng M là xạ ảnh và rằng
9. Các tiêu chuẩn về tính phụ thuộc tuyến tính
Mệnh đề 12
Cho M là một A-môđun xạ ảnh. Để các phần tử của M phụ thuộc tuyến tính, điều kiện cần và đủ là tồn tại trong A sao cho*
Trích dẫn đến 3 · Được trích dẫn bởi 3
Trích dẫn đến Mệnh đề 5, Định lý 1, Hệ quả 3
Được trích dẫn bởi Hệ quả, III § 8. Định thức, Mệnh đề 3, III § 8
Điều kiện là cần thiết (không có giả thiết nào trên M), vì chẳng hạn nếu (với ) là một tổ hợp tuyến tính của , thì quan hệ (22) được thỏa mãn (no. 3, Mệnh đề 5). Ta sẽ chỉ ra rằng điều kiện là đủ bằng quy nạp theo ; với , đó là một hệ quả tầm thường của định nghĩa. Vậy giả sử rằng và điều kiện (22) được thỏa mãn với một nào đó. Nếu
Hệ quả
Cho M và N là hai A-môđun xạ ảnh và là một ánh xạ A-tuyến tính. Nếu f là đơn ánh, thì cũng là đơn ánh.
Trích dẫn đến 3 · Được trích dẫn bởi 1
Trích dẫn đến Hệ quả 3, II § 1, Mệnh đề 12, Mệnh đề 4, II § 2
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 3
Trước hết ta chứng minh điều này dưới giả thiết rằng M là tự do; gọi là một cơ sở của M, sao cho (công thức (18)) là một cơ sở của . Giả sử rằng hạt nhân của chứa một phần tử . Gọi K là một phần tử cực tiểu trong các tập con hữu hạn J sao cho và gọi H là một tập con hữu hạn của L rời nhau với K và sao cho chứa mọi J (hữu hạn về số lượng) sao cho ; vậy với mọi sao cho , theo định nghĩa ta có và do đó (no. 8, công thức (20)).
Bây giờ ta xét trường hợp tổng quát; gọi là một A-môđun sao cho là tự do (II, § 2, no. 2, Mệnh đề 4). Xét ánh xạ tuyến tính sao cho , khi đó có biểu đồ giao hoán
trong đó các mũi tên thẳng đứng là các đơn cấu chính tắc. Vì là đơn ánh và là tự do, nên là một đồng cấu đơn cấu như đã thấy ở trên. Mặt khác, là một đồng cấu đơn cấu vì là một nhân tử trực tiếp của (no. 2). Do đó đồng cấu hợp thành
là đơn cấu và, vì nó cũng bằng đồng cấu hợp thành
nên ta kết luận rằng là đơn ánh.
Mệnh đề 13
Cho là một -môđun, là một môđun con hạng tử trực tiếp của tự do có chiều và là một cơ sở của . Để một phần tử thuộc , điều kiện cần và đủ là .
Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 3
Trích dẫn đến Mệnh đề 4, II § 3, Mệnh đề 10
Được trích dẫn bởi Hệ quả 2, Hệ quả 3, Bổ đề 2, LIE VII § 5
Cho là một môđun con của bổ sung với và cho sao cho . Khi đó . Vì là tự do chiều 1, ánh xạ sao cho là song ánh (II, § 3, no. 4, Mệnh đề 4). Mặt khác (no. 7, Mệnh đề 10), hợp thành của các đồng cấu chính tắc
là đơn ánh. Do đó ánh xạ là đơn ánh, do đó mệnh đề được chứng minh.
Định lý 2
Cho là một -môđun có một cơ sở hữu hạn . Để một dãy gồm phần tử của lập thành một cơ sở của , điều kiện cần và đủ là phần tử sao cho
là khả nghịch trong .
Trích dẫn đến 4 · Được trích dẫn bởi 1
Trích dẫn đến Định lý 1, Hệ quả 1, Mệnh đề 6, Hệ quả 3
Được trích dẫn bởi Định lý 1, III § 8
Nhắc lại rằng là phần tử duy nhất của một cơ sở của (no. 8, Hệ quả 1 to Định lý 1) nên phần tử thỏa mãn (23) được xác định duy nhất. Nếu là một cơ sở của , thì là phần tử duy nhất trong một cơ sở của (no. 8), khi đó là khả nghịch. Ngược lại, giả sử là khả nghịch; khi đó dạng -tuyến tính phản xứng tương ứng với ánh xạ tuyến tính sao cho
thỏa mãn . Với mọi , hiển nhiên
(no. 3, Mệnh đề 6); áp dụng no. 8, Hệ quả 3 to Định lý 1, ta được
Vì , điều này cho thấy mọi đều là một tổ hợp tuyến tính của và, vì các phần tử sau độc lập tuyến tính (do
nên chúng lập thành một cơ sở của .
Bài tập
Xem các bài tập của § 7.