Bourbaki

§ 7. Đại số ngoài

1. Định nghĩa đại số ngoài của một môđun

Định nghĩa 1

Cho AA là một vành giao hoán và MM là một AA-môđun. Đại số ngoài của MM, ký hiệu bởi ⋀(M)\bigwedge(M) hoặc Alt(M)\mathrm{Alt}(M) hoặc ⋀A(M)\bigwedge_A(M), là đại số trên AA bằng thương của đại số tenxơ T(M)T(M) theo iđêan hai phía J′′\mathfrak{J}'' (cũng ký hiệu là JM′′\mathfrak{J}_{M}'') sinh bởi các phần tử x⊗xx \otimes x, trong đó xx chạy qua MM.

Trích dẫn đến 1

Trích dẫn đến Mệnh đề 2, II § 11

Vì iđêan J′′\mathfrak{J}'' 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 Jn′′=J′′∩Tn(M)\mathfrak{J}_n'' = \mathfrak{J}'' \cap T^n(M); do đó đại số ⋀(M)\bigwedge(M) được phân bậc bởi phân bậc (gọi là chính tắc) gồm các ⋀n(M)=Tn(M)/Jn′′\bigwedge^n(M) = T^n(M)/\mathfrak{J}_n''. Khi đó J0′′=J1′′={0}\mathfrak{J}_0'' = \mathfrak{J}_1'' = \{0\} và vì thế ⋀0(M)\bigwedge^0(M) được đồng nhất với AA và ⋀1(M)\bigwedge^1(M) với T1(M)=MT^1(M) = M; trong phần tiếp theo, ta sẽ luôn thực hiện các sự đồng nhất này và đơn ánh chính tắc M→⋀(M)M \to \bigwedge(M) sẽ được ký hiệu bởi ϕ′′\phi'' hoặc ϕM′′\phi_M''.

Mệnh đề 1

Cho EE là một AA-đại số và f:M→Ef : M \to E là một ánh xạ AA-tuyến tính sao cho

(f(x))2=0với mọi x∈M. (f(x))^2 = 0 \quad \text{với mọi } x \in M.
Tồn tại duy nhất một đồng cấu đại số AA g:⋀(M)→Eg : \bigwedge(M) \to E sao cho f=g∘ϕ′′f = g \circ \phi''.

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, (⋀(M),ϕ′′)(\bigwedge(M), \phi'') là một nghiệm của bài toán ánh xạ phổ quát (Lý thuyết tập hợp, IV, § 3, no. 1), trong đó Σ\Sigma là loài các cấu trúc AA-đại số, còn các ánh xạ α\alpha là các ánh xạ tuyến tính từ AA-môđun MM tới một AA-đại số thỏa mãn (1).

Tính duy nhất của gg suy ra từ việc ϕ′′(M)=M\phi''(M) = M sinh ra ⋀(M)\bigwedge(M). Để chứng minh sự tồn tại của gg, ta nhận thấy rằng theo § 5, no. 1, Mệnh đề 1 tồn tại một đồng cấu đại số AA g1:T(M)→Eg_1 : T(M) \to E sao cho f=g1∘ϕf = g_1 \circ \phi; ta cần chứng minh rằng g1g_1 bằng không trên iđêan J′′\mathfrak{J}'', vì khi đó nếu

p:T(M)→⋀(M)=T(M)/J′′ p : T(M) \to \bigwedge(M) = T(M)/\mathfrak{J}''
là đồng cấu chính tắc, ta có thể viết g1=g∘pg_1 = g \circ p, trong đó g:⋀(M)→Eg : \bigwedge(M) \to E là một đồng cấu đại số và kết luận sẽ suy ra từ việc p∘ϕ=ϕ′′p \circ \phi = \phi''. Thật vậy, hạt nhân của g1g_1 là một iđêan hai phía mà, theo (1) và quan hệ g1∘ϕ=fg_1 \circ \phi = f, chứa các phần tử x⊗xx \otimes x với x∈Mx \in M. Điều này hoàn tất chứng minh.

Nhận xét

(1) Giả sử E là một đại số trên A phân bậc kiểu Z\mathbf{Z}, có phân bậc (En)(E_n), và giả sử thêm rằng ánh xạ tuyến tính ff (được giả thiết thỏa mãn (1)) sao cho

f(M)⊂E1. f(M) \subset E_1.
Khi đó quan hệ g(x1x2…xp)=f(x1)f(x2)…f(xp)g(x_1 x_2 \ldots x_p) = f(x_1) f(x_2) \ldots f(x_p) với xi∈Mx_i \in M cho thấy rằng g(⋀p(M))⊂Epg(\bigwedge^p(M)) \subset E_p với mọi p≥0p \geq 0 và do đó gg là một đồng cấu đại số phân bậc.

(2) Để tránh nhầm lẫn, tích của hai phần tử u,vu, v của đại số ngoài ⋀(M)\bigwedge(M) thường được ký hiệu là u∧vu \wedge v và được gọi là tích ngoài của uu với vv. Do đó các phần tử của ⋀n(M)\bigwedge^n(M) là những tổng của các phần tử dạng x1∧x2∧⋯∧xnx_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n với xi∈Mx_i \in M đối với 1≤i≤n1 \leq i \leq n và thường được gọi là n-vectơ.

2. Các tính chất hàm tử của đại số ngoài

Mệnh đề 2

Cho AA là một vành giao hoán, MM và NN là hai AA-môđun và u:M→Nu : M \to N là một ánh xạ AA-tuyến tính. Tồn tại một và chỉ một đồng cấu đại số trên AA*

u′′:⋀(M)→⋀(N) u'' : \bigwedge(M) \to \bigwedge(N)
*để cho biểu đồ

Trích dẫn đến 1 · Được trích dẫn bởi 1

Trích dẫn đến Mệnh đề 1

Được trích dẫn bởi Ví dụ, III § 11

M→uN↓ϕM′′↓ϕN′′⋀(M)→u′′⋀(N) \begin{array}{ccc} M & \xrightarrow{u} & N \\ \downarrow \phi_M'' & & \downarrow \phi_N'' \\ \bigwedge(M) & \xrightarrow{u''} & \bigwedge(N) \end{array}

là giao hoán. Hơn nữa, u′′u'' là một đồng cấu đại số phân bậc.

Sự tồn tại và tính duy nhất của u′u' suy ra từ no. 1, Mệnh đề 1 áp dụng cho đại số ⋀(N)\bigwedge(N) và f=ϕN′′∘u:M→⋀(N)f = \phi_N'' \circ u : M \to \bigwedge(N); thật vậy, f(M)⊂Nf(M) \subset N và do đó ff thỏa mãn điều kiện (1) theo định nghĩa của gN′′\mathfrak{g}_N'': vì f(M)⊂⋀1(N)=Nf(M) \subset \bigwedge^1(N) = N, việc u′′u'' là một đồng cấu đại số phân bậc suy ra từ Nhận xét 1 của no. 1.

Đồng cấu u′′u'' của Mệnh đề 2 từ nay sẽ được ký hiệu bởi ⋀(u)\bigwedge(u). Nếu PP là một AA-môđun và v:N→Pv : N \to P là một ánh xạ AA-tuyến tính, thì

⋀(v∘u)=⋀(v)∘⋀(u) \bigwedge(v \circ u) = \bigwedge(v) \circ \bigwedge(u)
vì ⋀(v)∘⋀(u)\bigwedge(v) \circ \bigwedge(u) là một đồng cấu đại số làm cho biểu đồ

M→vuP↓ϕM′↓ϕP′⋀(M)→⋀(v)∘⋀(u)⋀(P) \begin{array}{ccc} M & \xrightarrow{v \quad u} & P \\ \downarrow \phi_M' & & \downarrow \phi_P' \\ \bigwedge(M) & \xrightarrow{\bigwedge(v) \circ \bigwedge(u)} & \bigwedge(P) \end{array}

là giao hoán.

Vì Λ(M)\Lambda(M) chứa M=Λ1(M)M = \Lambda^1(M), Λ(u)\Lambda(u) đôi khi được gọi là mở rộng chính tắc của uu tới Λ(M)\Lambda(M). Hạn chế Λn(u):Λn(M)→Λn(N)\Lambda^n(u): \Lambda^n(M) \to \Lambda^n(N) sao cho

Λn(u)(x1∧x2∧⋯∧xn)=u(x1)∧u(x2)∧⋯∧u(xn) \Lambda^n(u)(x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n) = u(x_1) \wedge u(x_2) \wedge \cdots \wedge u(x_n)
với xi∈Mx_i \in M, vì Λ(u)\Lambda(u) là một đồng cấu đại số và Λ1(u)=u\Lambda^1(u) = u; hạn chế Λ0(u)\Lambda^0(u) trên AA là ánh xạ đồng nhất. Chú ý rằng Λn(u)\Lambda^n(u) thu được từ Tn(u):Tn(M)→Tn(N)T^n(u): T^n(M) \to T^n(N) bằng cách chuyển qua các thương.

Mệnh đề 3

Nếu u:M→Nu: M \to N là một ánh xạ AA-tuyến tính toàn ánh, thì đồng cấu Λ(u):Λ(M)→Λ(N)\Lambda(u): \Lambda(M) \to \Lambda(N) là toàn ánh và hạt nhân của nó là iđêan hai phía của Λ(M)\Lambda(M) sinh bởi hạt nhân P⊂M⊂Λ(M)P \subset M \subset \Lambda(M) của uu.

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 SS bằng Λ\Lambda và g′\mathfrak{g}' bằng g′′\mathfrak{g}''.

Nếu u:M→Nu: M \to N là một ánh xạ tuyến tính đơn ánh, thì không phải bao giờ cũng đúng rằng Λ(u)\Lambda(u) 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 uu là một đơn ánh sao cho u(M)u(M) là một nhân tử trực tiếp của NN, và khi đó ảnh của Λ(u)\Lambda(u) (đẳng cấu với Λ(M)\Lambda(M)) là một nhân tử trực tiếp của Λ(N)\Lambda(N); chứng minh giống như chứng minh của các khẳng định tương tự đối với T(u)T(u) (§ 5, no. 2), thay thế TT bằng Λ\Lambda.

Mệnh đề 4

Cho NN và PP là hai môđun con của một AA-môđun MM sao cho tổng của chúng N+PN + P là một nhân tử trực tiếp trong MM và giao của chúng N∩PN \cap P là một nhân tử trực tiếp trong NN và trong PP. Khi đó các đồng cấu Λ(N)→Λ(M)\Lambda(N) \to \Lambda(M), Λ(P)→Λ(M)\Lambda(P) \to \Lambda(M) và Λ(N∩P)→Λ(M)\Lambda(N \cap P) \to \Lambda(M), là các mở rộng chính tắc của các đơn ánh chính tắc, đều là đơn ánh; nếu Λ(N)\Lambda(N), Λ(P)\Lambda(P) và Λ(N∩P)\Lambda(N \cap P) được đồng nhất với các đại số con của Λ(M)\Lambda(M) bằng các đồng cấu ấy, thì*

Λ(N∩P)=Λ(N)∩Λ(P). \Lambda(N \cap P) = \Lambda(N) \cap \Lambda(P).
Chứng minh được dẫn xuất từ chứng minh của § 5, no. 2, Mệnh đề 4 bằng cách thay thế TT bởi Λ\Lambda ở mọi chỗ. Các giả thiết của Mệnh đề 4 luôn được thỏa mãn đối với các môđun con tùy ý N,PN, P của MM khi AA là một trường.

Trích dẫn đến 1

Trích dẫn đến Mệnh đề 4, III § 5

Hệ quả

Cho KK là một trường giao hoán và MM là một không gian vectơ trên KK. Với mọi phần tử z∈Λ(M)z \in \Lambda(M), tồn tại một không gian con vectơ nhỏ nhất NN của MM sao cho z∈Λ(N)z \in \Lambda(N) và NN 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 TT bởi Λ\Lambda ở mọi chỗ.

NN được gọi là không gian con vectơ của MM liên kết với phần tử zz của Λ(M)\Lambda(M).

3. Tính phản giao hoán của đại số ngoại

Mệnh đề 5

(i) Cho (xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n} là một dãy hữu hạn các phần tử của môđun MM; với mọi phép hoán vị σ\sigma trong nhóm đối xứng SnS_n,

xσ(1)∧xσ(2)∧⋯∧xσ(n)=εσ⋅x1∧x2∧⋯∧xn x_{\sigma(1)} \wedge x_{\sigma(2)} \wedge \cdots \wedge x_{\sigma(n)} = \varepsilon_\sigma \cdot x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n

trong đó εσ\varepsilon_\sigma ký hiệu chữ ký của phép hoán vị σ\sigma.

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 i,ji, j sao cho xi=xjx_i = x_j, thì tích

x1∧x2∧⋯∧xn x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n

bằng không.

(i) Trước hết, vì x∧x=0x \wedge x = 0 với mọi x∈Mx \in M theo định nghĩa của iđêan g′\mathfrak{g}', nên cũng vậy, với x,yx, y trong MM,

x∧y+y∧x=(x+y)∧(x+y)−x∧x−y∧y=0. x \wedge y + y \wedge x = (x + y) \wedge (x + y) - x \wedge x - y \wedge y = 0.

Điều này thiết lập (6) trong trường hợp n=2n = 2. 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 σ∈Sn\sigma \in S_n sao cho σ(1)=i\sigma(1) = i và σ(2)=j\sigma(2) = j; 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 H,KH, K là hai tập hợp con bù nhau của khoảng [1,n][1, n] của N\mathbf{N} và cho (ih)1≤h≤p,(jk)1≤k≤n−p(i_h)_{1 \leq h \leq p}, (j_k)_{1 \leq k \leq n-p} là các dãy phần tử của HH và KK tương ứng, được sắp theo thứ tự tăng; ta viết

xH=xi1∧xi2∧⋯∧xip,xK=xj1∧xj2∧⋯∧xjn−p; x_H = x_{i_1} \wedge x_{i_2} \wedge \cdots \wedge x_{i_p}, \quad x_K = x_{j_1} \wedge x_{j_2} \wedge \cdots \wedge x_{j_{n-p}};

khi đó

xH∧xK=(−1)νx1∧x2∧⋯∧xn x_H \wedge x_K = (-1)^{\nu} x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n

trong đó ν\nu là số các cặp có thứ tự (i,j)∈H×K(i, j) \in H \times K sao cho i>ji > j.

Trích dẫn đến 1 · Được trích dẫn bởi 1

Trích dẫn đến Mệnh đề 5

Được trích dẫn bởi III § 8. Định thức

Theo Mệnh đề 5, việc này quy về chứng minh

Bổ đề 1

Nếu σ∈Sn\sigma \in S_n là phép hoán vị sao cho σ(h)=ih\sigma(h) = i_h với 1≤h≤p1 \leq h \leq p, σ(h)=jn−p\sigma(h) = j_{n-p} với p+1≤h≤np + 1 \leq h \leq n, thì εσ=(−1)ν\varepsilon_\sigma = (-1)^\nu.

Với 1≤h<h′≤p1 \leq h < h' \leq p hoặc p+1≤h<h′≤np + 1 \leq h < h' \leq n, ta có σ(h′)>σ(h)\sigma(h') > \sigma(h) và số các cặp có thứ tự (h,h′)(h, h') sao cho 1≤h≤p<h′≤n1 \leq h \leq p < h' \leq n và σ(h)>σ(h′)\sigma(h) > \sigma(h') bằng ν\nu.

Hệ quả 2

Đại số phân bậc ⋀(M)\bigwedge(M) là phản xứng (§4§ 4, 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 §4§ 4, no. 9 cho ⋀(M)\bigwedge(M), lấy làm hệ sinh tập hợp MM và dùng Mệnh đề 5.

Mệnh đề 6

Nếu M là một A-môđun hữu hạn sinh, thì ⋀(M)\bigwedge(M) là một A-môđun hữu hạn sinh; hơn nữa, nếu M thừa nhận một hệ sinh gồm n phần tử, thì ⋀p(M)={0}\bigwedge^p(M) = \{0\} với p>np > n.

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 (xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n} là một hệ sinh của M. Mọi phần tử của ⋀p(M)\bigwedge^p(M) là một tổ hợp tuyến tính của các phần tử có dạng

xi1∧xi2∧⋯∧xip x_{i_1} \wedge x_{i_2} \wedge \cdots \wedge x_{i_p}
trong đó các chỉ số iki_k thuộc {1,n}\{1, n\}; theo Mệnh đề 5, có thể giả sử các chỉ số này phân biệt (nếu không thì phần tử tương ứng bằng không). Nếu p>np > n, thì không có dãy chỉ số như vậy và do đó ⋀p(M)={0}\bigwedge^p(M) = \{0\}. Nếu p≤np \leq n, thì các dãy này hữu hạn về số lượng, điều đó hoàn tất chứng minh.

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 MnM^n vào N là bất kỳ ánh xạ n-tuyến tính nào f:Mn→Nf : M^n \to N sao cho, với mọi p≤n−2p \leq n - 2,

f(u1,…,up,x,x,v1,…,vn−p−2)=0 f(u_1, \ldots, u_p, x, x, v_1, \ldots, v_{n-p-2}) = 0
với mọi x, các uiu_i (1≤i≤p1 \leq i \leq p) và các vjv_j (1≤j≤n−p−21 \leq j \leq n - p - 2) trong M.

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* g:⋀n(M)→Ng : \bigwedge^n(M) \to N (n≥2n \geq 2) ta liên kết ánh xạ n-tuyến tính

(x1,x2,…,xn)↦g(x1∧x2∧⋯∧xn) (x_1, x_2, \ldots, x_n) \mapsto g(x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n)
*thì thu được một ánh xạ A-tuyến tính song ánh của A-môđun Hom⁡A(⋀n(M),N)\operatorname{Hom}_A(\bigwedge^n(M), N) lên A-môđun các ánh xạ n-tuyến tính phản xứng của MnM^n vào N.

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 Hom⁡A(Tn(M),N)\operatorname{Hom}_A(T^n(M), N) lên A-môđun Ln(M,…,M;N)\mathscr{L}_n(M, \ldots, M; N) gồm mọi ánh xạ n-tuyến tính của MnM^n vào N, thu được bằng cách liên kết với mỗi ánh xạ A-tuyến tính f:Tn(M)→Nf : T^n(M) \to N ánh xạ n-tuyến tính

f~:(x1,…,xn)↦f(x1⊗x2⊗⋯⊗xn) \tilde{f} : (x_1, \ldots, x_n) \mapsto f(x_1 \otimes x_2 \otimes \cdots \otimes x_n)
(II, § 3, no. 9). Mặt khác, các ánh xạ A-tuyến tính g:⋀n(M)→Ng : \bigwedge^n(M) \to N tương ứng một-một với các ánh xạ A-tuyến tính f:Tn(M)→Nf : T^n(M) \to N sao cho f bằng không trên gn′′\mathfrak{g}_n'', bằng cách liên kết với g ánh xạ f=g∘pnf = g \circ p_n, trong đó
pn:Tn(M)→⋀n(M)=Tn(M)/gn′′ p_n : T^n(M) \to \bigwedge^n(M) = T^n(M)/\mathfrak{g}_n''

là đồng cấu chính tắc (II, § 2, no. 1, Định lý 1). Nhưng vì Jn′′\mathfrak{J}_n'' là một tổ hợp tuyến tính của các phần tử có dạng

(u1⊗u2⊗⋯⊗up)⊗(x⊗x)⊗(v1⊗⋯⊗vn−p−2) (u_1 \otimes u_2 \otimes \cdots \otimes u_p) \otimes (x \otimes x) \otimes (v_1 \otimes \cdots \otimes v_{n-p-2})
(x,ui,vj(x, u_i, v_j trong MM), nên việc nói rằng ff có dạng g∘png \circ p_n có nghĩa là hàm nn-tuyến tính tương ứng fˉ\bar{f} thỏa mãn (8), nói cách khác, nó là phản xứng.

A-môđun ⋀n(M)\bigwedge^n(M) được gọi là lũy thừa ngoài bậc n của M. Với mọi đồng cấu A-môđun u:M→Nu : M \to N, ánh xạ

⋀n(u):⋀n(M)→⋀n(N) \bigwedge^n(u) : \bigwedge^n(M) \to \bigwedge^n(N)
trùng với ⋀(u)\bigwedge(u) trên ⋀n(M)\bigwedge^n(M) được gọi là lũy thừa ngoài bậc n của u.

Hệ quả 1

Với mọi ánh xạ n-tuyến tính phản xứng* g:Mn→Ng : M^n \to N, với mọi phép hoán vị σ∈Sn\sigma \in \mathfrak{S}_n,

g(xσ(1),xσ(2),…,xσ(n))=εσ⋅g(x1,x2,…,xn) g(x_{\sigma(1)}, x_{\sigma(2)}, \ldots, x_{\sigma(n)}) = \varepsilon_\sigma \cdot g(x_1, x_2, \ldots, x_n)
với mọi xi∈Mx_i \in M; hơn nữa nếu xi=xjx_i = x_j với hai chỉ số phân biệt i,ji, j, thì
g(x1,x2,…,xn)=0. g(x_1, x_2, \ldots, x_n) = 0.
Đây là một hệ quả hiển nhiên của Mệnh đề 7 và no. 3, Mệnh đề 5.

Trích dẫn đến 1 · Được trích dẫn bởi 1

Trích dẫn đến Mệnh đề 7

Được trích dẫn bởi Bổ đề 1, III § 8

Hệ quả 2

Cho* (xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n} là một dãy gồm n phần tử của M sao cho

x1∧x2∧⋯∧xn=0; x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n = 0;
khi đó, với mọi ánh xạ n-tuyến tính phản xứng g:Mn→Ng : M^n \to N, g(x1,…,xn)=0g(x_1, \ldots, x_n) = 0.

Hệ quả 3

Cho* f:Mn−1→Af : M^{n-1} \to A là một dạng (n−1)(n-1)*-tuyến tính phản xứng*. Nếu (xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n} là một dãy gồm n phần tử của M sao cho x1∧x2∧⋯∧xn=0x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n = 0, thì

∑i=1n(−1)if(x1,…,x^i,…,xn)⋅xi=0 \sum_{i=1}^n (-1)^i f(x_1, \ldots, \hat{x}_i, \ldots, x_n) \cdot x_i = 0
(trong đó ta viết f(x1,…,x^i,…,xn)=f(x1,…,xi−1,xi+1,…,xn)f(x_1, \ldots, \hat{x}_i, \ldots, x_n) = f(x_1, \ldots, x_{i-1}, x_{i+1}, \ldots, x_n) với 1≤i≤n1 \leq i \leq n.

Chỉ cần chứng minh rằng ánh xạ nn-tuyến tính

(x1,…,xn)↦∑i=1n(−1)if(x1,…,x^i,…,xn)⋅xi (x_1, \ldots, x_n) \mapsto \sum_{i=1}^n (-1)^i f(x_1, \ldots, \hat{x}_i, \ldots, x_n) \cdot x_i
từ MnM^n vào MM là phản xứng. Thật vậy, nếu xi=xi+1x_i = x_{i+1}, thì mọi hạng trong tổng ở vế phải đều có hệ số bằng không, trừ xix_i và xi+1x_{i+1}, vì ff là phản xứng; mặt khác, hệ số của xix_i là
(−1)if(x1,…,xi−1,xi+1,xi+2,…,xn) (-1)^i f(x_1, \ldots, x_{i-1}, x_{i+1}, x_{i+2}, \ldots, x_n)

và hệ số của xi+1x_{i+1} là (−1)i+1f(x1,…,xi,xi+2,…,xn)(-1)^{i+1} f(x_1, \ldots, x_i, x_{i+2}, \ldots, x_n), và theo giả thiết chúng đối nhau.

Nhận xét

Một phần tử zz của Tn(M)T^n(M) được gọi là một tenxơ phản đối xứng bậc nn (phản biến) nếu σ.z=εσz\sigma.z = \varepsilon_\sigma z với mọi phép hoán vị σ∈Sn\sigma \in S_n (x. § 6, no. 3, Nhận xét); các phần tử ấy tạo thành một A-môđun con An′(M)A'_n(M) của Tn(M)T^n(M). Với mọi z∈Tn(M)z \in T^n(M), ta đặt a.z=∑σ∈Snεσ(σ.z)a.z = \sum_{\sigma \in S_n} \varepsilon_\sigma(\sigma.z) và gọi a.za.z là phản đối xứng hóa của zz; do εστ=εσετ\varepsilon_{\sigma\tau} = \varepsilon_\sigma \varepsilon_\tau, thấy ngay lập tức rằng a.za.z là một tenxơ phản đối xứng và vì vậy z↦a.zz \mapsto a.z là một tự đồng cấu của Tn(M)T^n(M) mà ảnh An′′(M)A''_n(M) của nó được chứa trong An′(M)A'_n(M); nói chung An′′(M)≠An′(M)A''_n(M) \neq A'_n(M) (Bài tập 8). Nếu zz là một tenxơ phản đối xứng, thì a.z=n!za.z = n!z; do đó, khi n!n! khả nghịch trong AA, tự đồng cấu z↦(n!)−1a.zz \mapsto (n!)^{-1}a.z là một phép chiếu của Tn(M)T^n(M) mà ảnh là

An′(M)=An′′(M). A'_n(M) = A''_n(M).

Hơn nữa, hạt nhân của phép chiếu này chính là Jn′′\mathfrak{J}_n''; vì hiển nhiên có thể chỉ cần xét trường hợp n⩾2n \geqslant 2, nên 2 (một ước của n!n!) khả nghịch trong AA và x⊗x=2−1(x⊗x+x⊗x)x \otimes x = 2^{-1}(x \otimes x + x \otimes x); do đó Jn′′\mathfrak{J}_n'' được sinh bởi các phần tử z+ρ.zz + \rho.z, trong đó ρ\rho là một phép đổi chỗ hoán đổi hai số liên tiếp trong {1,n}\{1, n\}; hơn nữa, với hai phép hoán vị σ,τ\sigma, \tau trong SnS_n, ta có thể viết

z−εστ((στ).z)=z−ετ(τ.z)+ετ(τ.z−εσσ.(τ.z)) z - \varepsilon_{\sigma\tau}((\sigma\tau).z) = z - \varepsilon_\tau(\tau.z) + \varepsilon_\tau(\tau.z - \varepsilon_\sigma \sigma.(\tau.z))

do đó suy ra rằng z−εσ(σ.z)∈Jn′′z - \varepsilon_\sigma(\sigma.z) \in \mathfrak{J}_n'' với mọi z∈Tn(M)z \in T^n(M) và σ∈Sn\sigma \in S_n. Vì vậy (vẫn giả sử rằng n!n! khả nghịch trong AA), ta thấy rằng

z−(n!)−1a.z=∑σ∈Sn(n!)−1(z−εσ(σ.z))∈Jn′′ z - (n!)^{-1}a.z = \sum_{\sigma \in S_n} (n!)^{-1}(z - \varepsilon_\sigma(\sigma.z)) \in \mathfrak{J}_n''

với mọi z∈Tn(M)z \in T^n(M), điều này chứng minh mệnh đề đã nêu.

Khi n!n! khả nghịch trong AA, các môđun con An′(M)A'_n(M) và Jn′′\mathfrak{J}_n'' của Tn(M)T^n(M) do đó là bù nhau và hạn chế trên An′(M)A'_n(M) của đồng cấu chính tắc Tn(M)→⋀n(M)=Tn(M)/Jn′′T^n(M) \to \bigwedge^n(M) = T^n(M)/\mathfrak{J}_n'' là một A-môđun đẳng cấu, điều này cho phép ta trong trường hợp đang xét đồng nhất các tenxơ phản đối xứng cấp nn với các phần tử của lũy thừa ngoài thứ nn của MM. Ở đây cũng chú ý rằng sự đồng nhất này không tương thích với phép nhân, vì tích trong T(M)T(M) 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 A,A′A, A' là hai vành giao hoán, ρ:A→A′\rho : A \to A' là một đồng cấu vành, MM là một AA-môđun, M′M' là một A′A'-môđun và f:M→M′f : M \to M' là một A-đồng cấu (đối với ρ\rho) của MM vào M′M'. Ánh xạ hợp thành M→fM′→ϕM′⋀A′(M′)M \xrightarrow{f} M' \xrightarrow{\phi_{M'}} \bigwedge_{A'}(M') là một ánh xạ A-tuyến tính của MM vào đại số trên A ⋀A′(M′)\bigwedge_{A'}(M') và, vì các phần tử của f(M) ⊂ M' có bình phương bằng không trong ⋀A′(M′)\bigwedge_{A'}(M'), tồn tại (no. 1, Mệnh đề 1) một và chỉ một AA-đồng cấu đại số f′′:⋀A(M)→⋀A′(M′)f'' : \bigwedge_A(M) \to \bigwedge_{A'}(M') làm cho biểu đồ

M→fM′↓ϕM′′↓ϕM′′′⋀A(M)→f′′⋀A′(M′) \begin{array}{ccc} M & \xrightarrow{f} & M' \\ \downarrow \phi_M'' & & \downarrow \phi_{M'}'' \\ \bigwedge_A(M) & \xrightarrow{f''} & \bigwedge_{A'}(M') \end{array}

giao hoán, và f′′f'' là một đồng cấu đại số phân bậc. Ngay lập tức suy ra rằng nếu σ:A′→A′′\sigma : A' \to A'' là một đồng cấu vành khác, M′′M'' là một A′′A''-môđun, g:M′→M′′g : M' \to M'' là một A′A'-đồng cấu (đối với σ\sigma) và g′′:⋀A′(M′)→⋀A′′(M′′)g'' : \bigwedge_{A'}(M') \to \bigwedge_{A''}(M'') là đồng cấu đại số A′′A'' tương ứng, thì AA-đồng cấu đại số hợp thành

⋀A(M)→f′′⋀A′(M′)→g′′⋀A′′(M′′) \bigwedge_A(M) \xrightarrow{f''} \bigwedge_{A'}(M') \xrightarrow{g''} \bigwedge_{A''}(M'')

tương ứng với AA-đồng cấu hợp thành g∘f:M→M′′g \circ f : M \to M'' (đối với σ∘ρ\sigma \circ \rho).

Mệnh đề 8

Cho A,BA, B là hai vành giao hoán, ρ:A→B\rho : A \to B là một đồng cấu vành và MM là một AA-môđun. Mở rộng chính tắc

Trích dẫn đến 1

Trích dẫn đến Mệnh đề 5, III § 5

ψ:⋀B(B⊗AM)→B⊗A⋀A(M) \psi : \bigwedge_B(B \otimes_A M) \to B \otimes_A \bigwedge_A(M)

của ánh xạ BB-*tuyến tính* 1B⊗ϕM′′:B⊗AM→B⊗A⋀A(M)1_B \otimes \phi_M'' : B \otimes_A M \to B \otimes_A \bigwedge_A(M) là một đẳng cấu đại số BB-*phân bậc.*

Chứng minh được dẫn xuất từ chứng minh của § 5, no. 4, Mệnh đề 5 khi thay thế TT bởi ⋀\bigwedge và ϕM\phi_M bởi ϕM′′\phi_M''.

6. Giới hạn trực tiếp của các đại số ngoài

Cho (Aα,ϕβα)(A_\alpha, \phi_{\beta \alpha}) là một hệ trực tiếp có hướng các vành giao hoán, (Mα,fβα)(M_\alpha, f_{\beta \alpha}) là một hệ trực tiếp các AαA_\alpha-môđun, A=lim⁡→AαA = \lim \to A_\alpha và M=lim⁡→MαM = \lim \to M_\alpha. Với α≤β\alpha \leq \beta, từ đồng cấu AαA_\alpha-môđun fβα:Mα→Mβf_{\beta \alpha} : M_\alpha \to M_\beta ta suy ra một cách chính tắc một đồng cấu đại số AαA_\alpha (no. 5, công thức (12)) fβα′:⋀Aα(Mα)→⋀Aβ(Mβ)f_{\beta \alpha}' : \bigwedge_{A_\alpha}(M_\alpha) \to \bigwedge_{A_\beta}(M_\beta) và từ (13) suy ra rằng (⋀Aα(Mα),fβα′)(\bigwedge_{A_\alpha}(M_\alpha), f_{\beta \alpha}') là một hệ trực tiếp các AαA_\alpha*-môđun phân bậc*. Mặt khác, cho fα:Mα→Mf_\alpha : M_\alpha \to M là đồng cấu chính tắc AαA_\alpha; ta suy ra (no. 5, công thức (12)) một đồng cấu đại số phân bậc AαA_\alpha fα′′:⋀Aα(Mα)→⋀A(M)f_\alpha'' : \bigwedge_{A_\alpha}(M_\alpha) \to \bigwedge_A(M) và từ (13) cũng suy ra rằng các fα′′f_\alpha'' cấu thành một hệ trực tiếp các đồng cấu AαA_\alpha.

Mệnh đề 9

Đồng cấu A* f′′=lim←⁡fα′′:lim←⁡ΛAα(Mα)→ΛA(M)f'' = \varprojlim f''_\alpha : \varprojlim \Lambda_{A_\alpha}(M_\alpha) \to \Lambda_A(M) 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 Λ\Lambda và ϕ\phi bằng ϕ′′\phi'', 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, M=⨁λ∈LMλM = \bigoplus_{\lambda \in L} M_\lambda là tổng trực tiếp của một họ các A-môđun và jλ:Mλ→Mj_\lambda : M_\lambda \to M là đơn ánh chính tắc; ta suy ra một đồng cấu A của các đại số phân bậc Λ(jλ):Λ(Mλ)→Λ(M)\Lambda(j_\lambda) : \Lambda(M_\lambda) \to \Lambda(M). Vì Λ(M)\Lambda(M) 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 Λ(jλ)\Lambda(j_\lambda); khi đó tồn tại một và chỉ một đồng cấu đại số

g:⨂λ∈LgΛ(Mλ)→Λ(M) g : \bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda) \to \Lambda(M)

(cũng được ký hiệu bởi gMg_M) sao cho Λ(jλ)=g∘fλ\Lambda(j_\lambda) = g \circ f_\lambda, trong đó

fλ:Λ(Mλ)→⨂λ∈LgΛ(Mλ) f_\lambda : \Lambda(M_\lambda) \to \bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda)

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

h:Λ(M)→⨂λ∈LgΛ(Mλ) h : \Lambda(M) \to \bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda)

sao cho g∘hg \circ h và h∘gh \circ g lần lượt là các ánh xạ đồng nhất trên Λ(M)\Lambda(M) và ⨂λ∈LgΛ(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda). Với mỗi λ∈L\lambda \in L, xét ánh xạ tuyến tính hợp thành

uλ:Mλ→ϕMλ′′Λ(Mλ)→fλ⨂λ∈LgΛ(Mλ). u_\lambda : M_\lambda \xrightarrow{\phi''_{M_\lambda}} \Lambda(M_\lambda) \xrightarrow{f_\lambda} \bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda).

Tồn tại một và chỉ một ánh xạ A-tuyến tính u:M→⨂λ∈LgΛ(Mλ)u : M \to \bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda) sao cho u∘jλ=uλu \circ j_\lambda = u_\lambda với mọi λ∈L\lambda \in L. Tích tenxơ lệch ⨂λ∈LgΛ(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda) 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 u(M)u(M) cũng được chứa trong môđun con các phần tử bậc 1 của đại số phân bậc ⨂λ∈LΛ(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(M_\lambda), 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

h:Λ(M)→⨂λ∈LΛ(Mλ) h : \Lambda(M) \to \bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(M_\lambda)

sao cho h∘ϕM′′=uh \circ \phi''_M = u. Việc kiểm tra rằng g∘hg \circ h và h∘gh \circ g là các ánh xạ đồng nhất khi đó được thực hiện như trong § 6, no. 6, Mệnh đề 9, thay SS bằng Λ\Lambda và ϕ′\phi' bằng ϕ′′\phi''.

Nhận xét

Cho N=⨁λ∈LNλN = \bigoplus_{\lambda \in L} N_\lambda là tổng trực tiếp của một họ khác các AA-môđun với L làm tập hợp chỉ số và, với mọi λ∈L\lambda \in L, cho vλ:Mλ→Nλv_\lambda : M_\lambda \to N_\lambda là một ánh xạ AA-tuyến tính, do đó có một ánh xạ AA-tuyến tính v=⨁λvλ:M→Nv = \bigoplus_\lambda v_\lambda : M \to N (II, § 1, no. 6, Mệnh đề 7). Khi đó biểu đồ

⨂λ∈LΛ(Mλ)→gMΛ(M)↓↓⨂λ∈LΛ(vλ)Λ(v)↓↓⨂λ∈LΛ(Nλ)→gNΛ(N) \begin{array}{ccc} \bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(M_\lambda) & \xrightarrow{g_M} & \Lambda(M) \\ \downarrow & & \downarrow \\ \bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(v_\lambda) & & \Lambda(v) \\ \downarrow & & \downarrow \\ \bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(N_\lambda) & \xrightarrow{g_N} & \Lambda(N) \end{array}

là giao hoán (xem § 4, no. 5, Hệ quả của Mệnh đề 8).

A-môđun con của ⨂λ∈LΛ(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(M_\lambda) mà với nó Λn(M)\Lambda^n(M) được đồng nhất nhờ đẳng cấu gg có thể được mô tả chính xác hơn. Với mọi tập con hữu hạn JJ của LL, ta viết EJ=⨂λ∈JΛ(Mλ)E_J = \bigotimes_{\lambda \in J} \Lambda(M_\lambda), sao cho ⨂λ∈LΛ(Mλ)=lim⁡→EJ\bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(M_\lambda) = \lim \to E_J đối với tập có hướng F(L)\mathscr{F}(L) các tập con hữu hạn của LL, theo định nghĩa (§4§ 4, no. 8, Nhận xét 1). Với mọi họ ν=(nλ)∈N(L)\nu = (n_\lambda) \in \mathbf{N}^{(L)} (do đó có giá hữu hạn khác không) sao cho ∑λ∈Lnλ=n\sum_{\lambda \in L} n_\lambda = n và mọi tập con hữu hạn JJ của LL chứa giá của họ ν\nu, ta viết

ΛJ,ν(M)=⨂λ∈JΛnλ(Mλ) \Lambda^{J,\nu}(M) = \bigotimes_{\lambda \in J} \Lambda^{n_\lambda}(M_\lambda)

sao cho môđun con EJ,nE_{J,n} gồm các phần tử bậc nn trong EJE_J là tổng trực tiếp của các ΛJ,ν(M)\Lambda^{J,\nu}(M) với mọi họ ν\nu có giá được chứa trong JJ và sao cho

∑λ∈Lnλ=n \sum_{\lambda \in L} n_\lambda = n

(§4§ 4, no. 7, Mệnh đề 10 và no. 8). Theo quy ước ta viết ΛJ,ν(M)={0}\Lambda^{J,\nu}(M) = \{0\} đối với các họ ν\nu mà giá của chúng không được chứa trong JJ; khi đó

E_{J,n} cũng có thể được gọi là tổng trực tiếp của tất cả các ⋀J,ν(M)\bigwedge^{J,\nu}(M), trong đó ν\nu chạy qua tập hợp HnH_n của mọi họ ν=(nλ)λ∈L\nu = (n_\lambda)_{\lambda \in L} sao cho ∑λ∈Lnλ=n\sum_{\lambda \in L} n_\lambda = n. Vì ⋀0(Mλ)\bigwedge^0(M_\lambda) được đồng nhất với AA, nên rõ ràng cũng vậy, với hai tập con hữu hạn J⊂J′J \subset J' của LL và một họ ν\nu có giá được chứa trong JJ, ánh xạ chính tắc ⋀J,ν(M)→⋀J′,ν(M)\bigwedge^{J,\nu}(M) \to \bigwedge^{J',\nu}(M) (hạn chế của ánh xạ chính tắc EJ→EJ′E_J \to E_{J'} lên ⋀J,ν(M)\bigwedge^{J,\nu}(M)) là song ánh. Nếu ta viết, với mọi ν∈Hn\nu \in H_n,

⋀ν(M)=lim⁡⟶⋀J,ν(M) \bigwedge^\nu(M) = \lim_{\longrightarrow} \bigwedge^{J,\nu}(M)

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* ⋀n(M)\bigwedge^n(M) là ảnh qua đẳng cấu (14) của môđun con của ⨂λ∈L⋀(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in L} \bigwedge(M_\lambda)* là tổng trực tiếp của các môđun con* ⋀ν(M)\bigwedge^\nu(M)* với mọi họ* ν=(nλ)∈N(L)\nu = (n_\lambda) \in \mathbf{N}^{(L)}* sao cho* ∑λ∈Lnλ=n\sum_{\lambda \in L} n_\lambda = n; nếu JJ* là giá của* ν\nu, ⋀ν(M)\bigwedge^\nu(M)* đẳng cấu chính tắc với* ⨂λ∈J⋀nλ(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in J} \bigwedge^{n_\lambda}(M_\lambda).

Được trích dẫn bởi 1

Được trích dẫn bởi Mệnh đề 11

Nói chung ⋀ν(M)\bigwedge^\nu(M), ⨂λ∈J⋀nλ(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in J} \bigwedge^{n_\lambda}(M_\lambda) và ảnh của chúng trong ⋀n(M)\bigwedge^n(M) được đồng nhất. Với quy ước này:

Mệnh đề 11

Cho* Δ\Delta là một monoïde giao hoán, MM là một A-môđun phân bậc kiểu Δ\Delta và (Mα)α∈Δ(M_\alpha)_{\alpha \in \Delta}* phân bậc của nó. Với mọi cặp có thứ tự (α,n)∈Δ×N(\alpha, n) \in \Delta \times \mathbf{N}, đặt ⋀α,n(M)\bigwedge^{\alpha,n}(M)* là môđun con của ⋀n(M)\bigwedge^n(M)* bằng tổng trực tiếp của các môđun con ⨂λ∈J⋀nλ(Mαλ)\bigotimes_{\lambda \in J} \bigwedge^{n_\lambda}(M_{\alpha_\lambda}), trong đó (nλ)λ∈L(n_\lambda)_{\lambda \in L}* chạy qua tập các họ số nguyên ≥0\geq 0* sao cho ∑λ∈Lnλ=n\sum_{\lambda \in L} n_\lambda = n, JJ* là giá của nó và, với mỗi (nλ)(n_\lambda), (αλ)λ∈J(\alpha_\lambda)_{\lambda \in J}* chạy qua tập các họ của ΔJ\Delta^J* sao cho ∑λ∈Jαλ=α\sum_{\lambda \in J} \alpha_\lambda = \alpha. Khi đó (⋀α,n(M))(α,n)∈Δ×N(\bigwedge^{\alpha,n}(M))_{(\alpha, n) \in \Delta \times \mathbf{N}}* là phân bậc duy nhất kiểu Δ×N\Delta \times \mathbf{N}* tương thích với cấu trúc đại số trên ⋀(M)\bigwedge(M)* và cảm sinh trên M=⋀1(M)M = \bigwedge^1(M)* *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 ⋀(M)\bigwedge(M) là tổng trực tiếp của các ⋀α,n(M)\bigwedge^{\alpha,n}(M) 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* MM* là một A-môđun có một cơ sở (eλ)λ∈L(e_\lambda)_{\lambda \in L}. Giả sử LL* 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 JJ* của LL* *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

eJ=eλ1∧eλ2∧⋯∧eλn e_J = e_{\lambda_1} \wedge e_{\lambda_2} \wedge \cdots \wedge e_{\lambda_n}

trong đó (λk)1≤k≤n(\lambda_k)_{1 \leq k \leq n} 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 e∅=1e_\varnothing = 1, phần tử đơn vị của A. Khi đó các eJe_J, khi J chạy qua tập F(L)\mathscr{F}(L) các tập con hữu hạn của L, tạo thành một cơ sở của đại số ngoài ⋀(M)\bigwedge(M).

Vì các eλe_\lambda sinh A-môđun M, mọi phần tử của ⋀(M)\bigwedge(M) là một tổ hợp tuyến tính của một số hữu hạn tích của các phần tử eλe_\lambda và do đó (có tính đến no. 3, Mệnh đề 5) là một tổ hợp tuyến tính của một số hữu hạn phần tử eJe_J với J∈F(L)J \in \mathscr{F}(L). Vậy chỉ còn phải chứng minh rằng các eJe_J 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 eJe_J mà các hệ số của chúng trong quan hệ này là ≠0\neq 0 là một tập con hữu hạn K của L (vì chỉ có một số hữu hạn hệ số ≠0\neq 0). Gọi N là môđun con của M sinh bởi các eλe_\lambda sao cho λ∈K\lambda \in K; N là một nhân tử trực tiếp của M, do đó (no. 2) ⋀(N)\bigwedge(N) được đồng nhất với một đại số con của ⋀(M)\bigwedge(M) và, nếu ta chỉ ra rằng các eJe_J với J⊂KJ \subset K tạo thành một cơ sở của ⋀(N)\bigwedge(N), 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 L={1,m}⊂NL = \{1, m\} \subset N. Với mỗi i∈Li \in L, gọi MiM_i là môđun con tự do AeiAe_i của M; M là tổng trực tiếp của các MiM_i và ⋀(Mi)\bigwedge(M_i) là tổng trực tiếp của ⋀0(Mi)=A\bigwedge^0(M_i) = A và ⋀1(Mi)=Mi\bigwedge^1(M_i) = M_i (no. 3, Mệnh đề 6). Đồng nhất một cách chính tắc ⋀(M)\bigwedge(M) với A-môđun là tích tenxơ của các ⋀(Mi)\bigwedge(M_i) (no. 7, Mệnh đề 10); môđun sau có cơ sở là tích tenxơ của các cơ sở (1,ei)(1, e_i) của các ⋀(Mi)\bigwedge(M_i) (II, § 3, no. 7, Hệ quả 2 của Mệnh đề 7); do đó ta thu được tất cả các phần tử

u1⊗u2⊗⋯⊗um u_1 \otimes u_2 \otimes \cdots \otimes u_m

trong đó hoặc ui=1u_i = 1 hoặc ui=eiu_i = e_i; nếu J là tập hợp các chỉ số i sao cho ui=eiu_i = e_i, thì u1⊗u2⊗⋯⊗umu_1 \otimes u_2 \otimes \cdots \otimes u_m đồng nhất với eJe_J, điều này hoàn tất chứng minh.

Hệ quả 1

Giả sử rằng L={1,m}L = \{1, m\}; khi đó cơ sở (eJ)J∈P(L)(e_J)_{J \in \mathscr{P}(L)} của ⋀(M)\bigwedge(M) có 2m2^m phần tử. Với p>mp > m, ⋀p(M)={0}\bigwedge^p(M) = \{0\}; ⋀m(M)\bigwedge^m(M) có một cơ sở gồm một phần tử duy nhất eLe_L; với 0≤p≤m0 \leq p \leq m số phần tử trong cơ sở (eJ)(e_J) của ⋀p(M)\bigwedge^p(M) gồm các eJe_J sao cho Card(J)=p\mathrm{Card}(J) = p là

(mp)=m!p!(m−p)! \binom{m}{p} = \frac{m!}{p!(m-p)!}
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 (eJ)(e_J). Với hai tập con hữu hạn J,KJ, K của tập sắp thứ tự toàn phần LL, ta viết

{ρJ,K=0neˆˊu J∩K≠∅ρJ,K=(−1)vneˆˊu J∩K=∅ \begin{cases} \rho_{J, K} = 0 & \text{nếu } J \cap K \neq \varnothing \\ \rho_{J, K} = (-1)^v & \text{nếu } J \cap K = \varnothing \end{cases}
trong đó vv ký hiệu số các cặp có thứ tự (λ,μ)∈J×K(\lambda, \mu) \in J \times K sao cho λ>μ\lambda > \mu. Khi đó Hệ quả 1 của Mệnh đề 4 ở no. 2 ngay lập tức suy ra quan hệ
eJ∧eK=ρJ,KeJ∪K. e_J \wedge e_K = \rho_{J, K} e_{J \cup K}.
Chú ý công thức
ρJ,KρK,J=(−1)jk \rho_{J, K} \rho_{K, J} = (-1)^{jk}
khi J∩K=∅,j=Card(J),k=Card(K)J \cap K = \varnothing, j = \mathrm{Card}(J), k = \mathrm{Card}(K) (no. 3, Hệ quả 2 của Mệnh đề 5.)

Hệ quả 2

Nếu M là một A-môđun xạ ảnh, ⋀(M)\bigwedge(M) 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 ⋀\bigwedge.

Hệ quả 3

Cho M là một A-môđun xạ ảnh và (xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n} một dãy hữu hạn các phần tử của M. Để tồn tại trên M một dạng phản xứng n-tuyến tính f sao cho*

f(x1,x2,…,xn)≠0, f(x_1, x_2, \ldots, x_n) \neq 0,
điều kiện cần và đủ là x1∧x2∧⋯∧xn≠0x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n \neq 0.

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

x1∧x2∧⋯∧xn≠0. x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n \neq 0.
Khi đó ⋀n(M)\bigwedge^n(M) là xạ ảnh (Hệ quả 2) và vì thế ánh xạ chính tắc
⋀n(M)→(⋀n(M))∗∗ \bigwedge^n(M) \to (\bigwedge^n(M))^{**}
là đơn ánh (II, § 2, no. 7, Hệ quả 4 của Mệnh đề 13); ta kết luận rằng tồn tại một dạng tuyến tính g:⋀n(M)→Ag : \bigwedge^n(M) \to A sao cho g(x1∧x2∧⋯∧xn)≠0g(x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n) \neq 0. Nếu ff là dạng phản xứng n-tuyến tính tương ứng với gg (no. 4, Mệnh đề 7), thì f(x1,…,xn)≠0f(x_1, \ldots, x_n) \neq 0.

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 x1,x2,…,xnx_1, x_2, \ldots, x_n của M phụ thuộc tuyến tính, điều kiện cần và đủ là tồn tại λ≠0\lambda \neq 0 trong A sao cho*

λx1∧x2∧⋯∧xn=0. \lambda x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n = 0.

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 λx1\lambda x_1 (với λ≠0\lambda \neq 0) là một tổ hợp tuyến tính của x2,…,xnx_2, \ldots, x_n, 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 nn; với n=1n = 1, đó là một hệ quả tầm thường của định nghĩa. Vậy giả sử rằng n>1n > 1 và điều kiện (22) được thỏa mãn với một λ≠0\lambda \neq 0 nào đó. Nếu

λx2∧x3∧⋯∧xn=0, \lambda x_2 \wedge x_3 \wedge \cdots \wedge x_n = 0,
thì giả thiết quy nạp suy ra rằng x2,…,xnx_2, \ldots, x_n phụ thuộc tuyến tính và vì thế a fortiori x1,x2,…,xnx_1, x_2, \ldots, x_n cũng vậy. Nếu λx2∧x3∧⋯∧xn≠0\lambda x_2 \wedge x_3 \wedge \cdots \wedge x_n \neq 0, thì từ no. 8, Hệ quả 3 của Định lý 1 suy ra tồn tại một dạng phản xứng (n−1)(n - 1)-tuyến tính ff sao cho f(λx2∧x3∧⋯∧xn)=μ≠0f(\lambda x_2 \wedge x_3 \wedge \cdots \wedge x_n) = \mu \neq 0. Vì
x1∧(λx2)∧⋯∧xn=0, x_1 \wedge (\lambda x_2) \wedge \cdots \wedge x_n = 0,
nên từ no. 8, Hệ quả 3 của Định lý 1 suy ra rằng μx1\mu x_1 là một tổ hợp tuyến tính của λx2,x3,…,xn\lambda x_2, x_3, \ldots, x_n; do đó x1,x2,…,xnx_1, x_2, \ldots, x_n phụ thuộc tuyến tính.

Hệ quả

Cho M và N là hai A-môđun xạ ảnh và f:M→Nf : M \to N là một ánh xạ A-tuyến tính. Nếu f là đơn ánh, thì Λ(f):Λ(M)→Λ(N)\Lambda(f) : \Lambda(M) \to \Lambda(N) 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 (eλ)λ∈L(e_\lambda)_{\lambda \in L} là một cơ sở của M, sao cho (eJ)J∈B(L)(e_J)_{J \in \mathfrak{B}(L)} (công thức (18)) là một cơ sở của Λ(M)\Lambda(M). Giả sử rằng hạt nhân của Λ(f)\Lambda(f) chứa một phần tử u=∑JαJeJ≠0u = \sum_J \alpha_J e_J \neq 0. Gọi K là một phần tử cực tiểu trong các tập con hữu hạn J sao cho αJ≠0\alpha_J \neq 0 và gọi H là một tập con hữu hạn của L rời nhau với K và sao cho K∪HK \cup H chứa mọi J (hữu hạn về số lượng) sao cho αJ≠0\alpha_J \neq 0; vậy với mọi J≠KJ \neq K sao cho αJ≠0\alpha_J \neq 0, theo định nghĩa ta có J∩H≠0J \cap H \neq 0 và do đó (no. 8, công thức (20)).

u∧eH=+αKeK∪H u \wedge e_H = +\alpha_K e_{K \cup H}
thuộc iđêan hai phía của Λ(M)\Lambda(M), tức là hạt nhân của Λ(f)\Lambda(f). Ta viết eK∪H=eλ1∧eλ2∧⋯∧eλne_{K \cup H} = e_{\lambda_1} \wedge e_{\lambda_2} \wedge \cdots \wedge e_{\lambda_n}; khi đó αKf(eλ1)∧f(eλ2)∧⋯∧f(eλn)=0\alpha_K f(e_{\lambda_1}) \wedge f(e_{\lambda_2}) \wedge \cdots \wedge f(e_{\lambda_n}) = 0; nhờ Mệnh đề 12, các phần tử f(eλi)f(e_{\lambda_i}) (1≤i≤n1 \leq i \leq n) của N phụ thuộc tuyến tính. Nhưng điều này mâu thuẫn với giả thiết rằng ff là đơn ánh (II, § 1, no. 11, Hệ quả 3 của Mệnh đề 17).

Bây giờ ta xét trường hợp tổng quát; gọi M′M' là một A-môđun sao cho M⊕M′=PM \oplus M' = P là tự do (II, § 2, no. 2, Mệnh đề 4). Xét ánh xạ tuyến tính g:M⊕M′→N⊕M⊕M′g : M \oplus M' \to N \oplus M \oplus M' sao cho g(x,y)=(f(x),0,y)g(x, y) = (f(x), 0, y), khi đó có biểu đồ giao hoán

M→fNj↓j′↓P→gN⊕P \begin{array}{ccc} M & \xrightarrow{f} & N \\ j \downarrow & & j' \downarrow \\ P & \xrightarrow{g} & N \oplus P \end{array}

trong đó các mũi tên thẳng đứng là các đơn cấu chính tắc. Vì gg là đơn ánh và PP là tự do, nên Λ(g)\Lambda(g) là một đồng cấu đơn cấu như đã thấy ở trên. Mặt khác, Λ(j):Λ(M)→Λ(P)\Lambda(j): \Lambda(M) \to \Lambda(P) là một đồng cấu đơn cấu vì MM là một nhân tử trực tiếp của PP (no. 2). Do đó đồng cấu hợp thành

Λ(M)→Λ(j)Λ(P)→Λ(g)Λ(N⊕P) \Lambda(M) \xrightarrow{\Lambda(j)} \Lambda(P) \xrightarrow{\Lambda(g)} \Lambda(N \oplus P)

là đơn cấu và, vì nó cũng bằng đồng cấu hợp thành

Λ(M)→Λ(f)Λ(N)→Λ(g′)Λ(N⊕P) \Lambda(M) \xrightarrow{\Lambda(f)} \Lambda(N) \xrightarrow{\Lambda(g')} \Lambda(N \oplus P)

nên ta kết luận rằng Λ(f)\Lambda(f) là đơn ánh.

Mệnh đề 13

Cho MM là một AA-môđun, NN là một môđun con hạng tử trực tiếp của MM tự do có chiều pp và {u}\{u\} là một cơ sở của Λp(N)\Lambda^p(N). Để một phần tử x∈Mx \in M thuộc NN, điều kiện cần và đủ là u∧x=0u \wedge x = 0.

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 PP là một môđun con của MM bổ sung với NN và cho y∈N, z∈Py \in N,\ z \in P sao cho x=y+zx = y + z. Khi đó u∧x=u∧zu \wedge x = u \wedge z. Vì Λp(N)\Lambda^p(N) là tự do chiều 1, ánh xạ ϕ:P→P⊗Λp(N)\phi: P \to P \otimes \Lambda^p(N) sao cho ϕ(p)=p⊗u\phi(p) = p \otimes u 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

ψ:P⊗Λp(N)→Λ(P)⊗Λ(N)→Λ(M) \psi: P \otimes \Lambda^p(N) \to \Lambda(P) \otimes \Lambda(N) \to \Lambda(M)

là đơn ánh. Do đó ánh xạ ψ∘ϕ\psi \circ \phi là đơn ánh, do đó mệnh đề được chứng minh.

Định lý 2

Cho MM là một AA-môđun có một cơ sở hữu hạn (ei)1≤i≤n(e_i)_{1 \leq i \leq n}. Để một dãy (xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n} gồm nn phần tử của MM lập thành một cơ sở của MM, điều kiện cần và đủ là phần tử λ∈A\lambda \in A sao cho

x1∧x2∧…∧xn=λ⋅e1∧e2∧⋯∧en x_1 \wedge x_2 \wedge \ldots \wedge x_n = \lambda \cdot e_1 \wedge e_2 \wedge \cdots \wedge e_n

là khả nghịch trong AA.

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 e1∧e2∧⋯∧ene_1 \wedge e_2 \wedge \cdots \wedge e_n là phần tử duy nhất của một cơ sở của Λn(M)\Lambda^n(M) (no. 8, Hệ quả 1 to Định lý 1) nên phần tử λ∈A\lambda \in A thỏa mãn (23) được xác định duy nhất. Nếu (xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n} là một cơ sở của MM, thì x1∧x2∧⋯∧xnx_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n là phần tử duy nhất trong một cơ sở của Λn(M)\Lambda^n(M) (no. 8), khi đó λ\lambda là khả nghịch. Ngược lại, giả sử λ\lambda là khả nghịch; khi đó dạng nn-tuyến tính phản xứng ff tương ứng với ánh xạ tuyến tính g:Λn(M)→Ag: \Lambda^n(M) \to A sao cho

g(e1∧e2∧⋯∧en)=λ−1 g(e_1 \wedge e_2 \wedge \cdots \wedge e_n) = \lambda^{-1}

thỏa mãn f(x1,x2,…,xn)=1f(x_1, x_2, \ldots, x_n) = 1. Với mọi x∈Mx \in M, hiển nhiên

x∧x1∧⋯∧xn=0 x \wedge x_1 \wedge \cdots \wedge x_n = 0

(no. 3, Mệnh đề 6); áp dụng no. 8, Hệ quả 3 to Định lý 1, ta được

f(x1,x2,…,xn)⋅x=∑i=1n(−1)i−1f(x,x1,…,x^i,…,xn)⋅xi. f(x_1, x_2, \ldots, x_n) \cdot x = \sum_{i=1}^n (-1)^{i-1} f(x, x_1, \ldots, \hat{x}_i, \ldots, x_n) \cdot x_i.

Vì f(x1,…,xn)=1f(x_1, \ldots, x_n) = 1, điều này cho thấy mọi x∈Mx \in M đều là một tổ hợp tuyến tính của x1,x2,…,xnx_1, x_2, \ldots, x_n và, vì các phần tử sau độc lập tuyến tính (do

x1∧x2∧⋯∧xn≠0), x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n \neq 0),

nên chúng lập thành một cơ sở của MM.

Bài tập

Xem các bài tập của § 7.

Bản dịch máy từ tiếng Anh, bởi gpt-5.4, theo bảng thuật ngữ phiên bản 34. Chưa được người kiểm tra.