Bourbaki

Phụ lục 4 vết của một tự đồng cấu hạng hữu hạn

1. Ánh Xạ Tuyến Tính Hạng Hữu Hạn

Cho A là một vành, và cho E và F là các A-môđun. Ta ký hiệu HomAf(E,F)^f_A(E,F) là tập hợp các ánh xạ tuyến tính từ E vào F mà ảnh được chứa trong một môđun con sinh hữu hạn của F. Đó là một nhóm con của HomA(E,F)_A(E,F). Khi A là một trường, đó là tập hợp các ánh xạ tuyến tính từ E vào F có hạng hữu hạn (II, §7, No. 4, p. 298, Định nghĩa 3). Đặt EndAf(E)=^f_A(E) = HomAf(E,E)^f_A(E,E).

Cho E,F,GE,F,G là các A-môđun, và cho u:E→Fu: E\rightarrow F và v:F→Gv: F\rightarrow G là các ánh xạ A-tuyến tính. Nếu u∈u\in HomAf(E,F)^f_A(E,F) hoặc v∈v\in HomAf(F,G)^f_A(F,G), thì v∘uv\circ u thuộc HomAf(E,G)^f_A(E,G).

Ký hiệu bởi θ\theta đồng cấu nhóm chính tắc từ E∗⊗AFE^*\otimes_AF vào HomA(E,F)_A(E,F) (II, §4, No. 2, p. 271); nó biến một phần tử x∗⊗yx^*\otimes y của E∗⊗AFE^*\otimes_AF thành ánh xạ x↦⟨x,x∗⟩yx\mapsto \langle x, x^*\rangle y từ E vào F.

Bổ đề 1 00QO

Giả sử rằng A-môđun F là xạ ảnh. Đồng cấu nhóm θ\theta là đơn ánh, và ảnh của nó là HomAf(E,F)^f_A(E,F).

Được trích dẫn bởi 1

Được trích dẫn bởi App. 4. Vết của một tự đồng cấu hạng hữu hạn

Theo loc. cit., Hệ quả, đồng cấu θ\theta là đơn ánh. Ảnh của nó được chứa trong HomAf(E,F)^f_A(E,F). Cho u∈u\in HomAf(E,F)^f_A(E,F); ta sẽ chứng minh rằng uu thuộc ảnh của θ\theta.

Trước hết, giả sử rằng A-môđun F là tự do. Cho (fi)i∈I(f_i)_{i\in I} là một cơ sở của F, và cho (fi∗)i∈I(f_i^*)_{i\in I} là cơ sở của F∗F^* đối ngẫu với (fi)i∈I(f_i)_{i\in I}. Cho J là một tập con hữu hạn của I sao cho ảnh của uu được chứa trong môđun con của F sinh bởi các fjf_j với j∈Jj\in J. Ta có

u(x)=∑j∈J⟨u(x),fj∗⟩fj=∑j∈J⟨x,tu(fj∗)⟩fj(1) u(x) =\sum_{j\in J}\langle u(x), f_j^*\rangle f_j=\sum_{j\in J}\langle x,^tu(f_j^*)\rangle f_j \tag{1}

với mọi x∈Ex\in E, và do đó

u=θ(∑j∈Jtu(fj∗)⊗fj)(2) u=\theta (\sum_{j\in J}^tu(f_j^*)\otimes f_j) \tag{2}

Trong trường hợp tổng quát, tồn tại một A-môđun tự do L và các đồng cấu i:F→Li: F\rightarrow L và p:L→Fp: L\rightarrow F sao cho p∘i=1Fp\circ i= 1_F. Đồng cấu i∘ui\circ u thuộc HomAf(E,L)^f_A(E,L). Theo điều trên, tồn tại một tập hữu hạn J và, với mọi j∈Jj\in J, các phần tử xj∗x^*_j của E∗E^* và yjy_j của L sao cho ta có

i(u(x))=∑j∈J⟨x,xj∗⟩yj i(u(x)) =\sum_{j\in J}\langle x, x^*_j\rangle y_j

với mọi x∈Ex\in E. Khi đó ta có

u(x)=p(i(u(x)))=∑j∈J⟨x,xj∗⟩p(yj) u(x) =p(i(u(x))) =\sum_{j\in J}\langle x, x^*_j\rangle p(y_j)

với mọi x∈Ex\in E, và do đó u=θ(∑j∈Jxj∗⊗p(yj))u=\theta (\sum_{j\in J}x^*_j\otimes p(y_j)).

2. Vết Của Một Tự Đồng Cấu Hạng Hữu Hạn

Trong tiểu mục này, A ký hiệu một vành giao hoán. Cho E là một A-môđun xạ ảnh. Khi đó EndAf(E)^f_A(E) là một A-môđun con của EndA_A(E), và ánh xạ chính tắc E∗⊗AE→E^*\otimes_AE\rightarrow EndA(E)_A(E) xác định một đẳng cấu θE\theta_E của các A-môđun từ E∗⊗AEE^*\otimes_AE lên EndAf(E)^f_A(E) (Bổ đề 1). Xét dạng tuyến tính chính tắc τ:E∗⊗AE→A\tau : E^*\otimes_AE\rightarrow A (II, §4, No. 3, p. 273) được đặc trưng bởi công thức τ(x∗⊗x)=⟨x,x∗⟩\tau (x^*\otimes x) =\langle x, x^*\rangle. Hợp thành nó với đẳng cấu θE−1\theta^{-1}_E, ta suy ra một dạng tuyến tính Tr : EndAf(E)→A^f_A(E)\rightarrow A, gọi là dạng vết. Khi A-môđun E sinh hữu hạn, ta thu được lại định nghĩa ở II, §4, No. 3, p. 273.

Mệnh đề 1 00QP

Cho E là một A-môđun tự do. Cho (ei)i∈I(e_i)_{i\in I} là một cơ sở của E, và cho (ei∗)i∈I(e^*_i)_{i\in I} là cơ sở đối ngẫu của nó. Cho u∈u\in EndAf(E)^f_A(E). Họ (⟨u(ei),ei∗⟩)i∈I(\langle u(e_i), e^*_i\rangle )_{i\in I} có giá hữu hạn, và tổng của nó bằng Tr(uu).

Chỉ cần xét trường hợp uu có dạng θE(x∗⊗x)\theta_E(x^*\otimes x) với x∈Ex\in E và x∗∈E∗x^*\in E^*. Khi đó họ (⟨x,ei∗⟩)i∈I(\langle x, e^*_i\rangle )_{i\in I} có giá hữu hạn, và ta có x=∑i∈I⟨x,ei∗⟩eix=\sum_{i\in I}\langle x, e^*_i\rangle e_i. Do đó, họ (⟨x,ei∗⟩⟨ei,x∗⟩)i∈I(\langle x, e^*_i\rangle \langle e_i, x^*\rangle )_{i\in I} cũng có giá hữu hạn, và ta có ⟨x,x∗⟩=∑i∈I⟨x,ei∗⟩⟨ei,x∗⟩\langle x, x^*\rangle =\sum_{i\in I}\langle x, e^*_i\rangle \langle e_i, x^*\rangle. Mặt khác, ta có ⟨u(ei),ei∗⟩=⟨x,ei∗⟩⟨ei,x∗⟩\langle u(e_i), e^*_i\rangle =\langle x, e^*_i\rangle \langle e_i, x^*\rangle với mọi i∈Ii\in I. Điều này chứng minh mệnh đề.

Mệnh đề 2 00QQ

Cho E, F là các A-môđun xạ ảnh. Cho u∈u\in HomAf(E,F)^f_A(E,F) và v∈v\in HomA(F,E)_A(F,E). Ta có quan hệ

(3) Tr(v∘uv\circ u) == Tr(u∘vu\circ v).

Chỉ cần chứng minh mệnh đề trong trường hợp uu có dạng θ(x∗⊗y)\theta (x^*\otimes y) với x∗∈E∗x^*\in E^* và y∈Fy\in F. Trong trường hợp này, ta có

v∘u=θE(x∗⊗v(y))v\circ u=\theta_E(x^*\otimes v(y)) and u∘v=θF(tv(x∗)⊗y)u\circ v=\theta_F(^tv(x^*)\otimes y),

và do đó

Tr(v∘uv\circ u) =⟨v(y),x∗⟩=⟨y,tv(x∗)⟩==\langle v(y), x^*\rangle =\langle y,^tv(x^*)\rangle = Tr(u∘vu\circ v).

Hệ quả 00QR

Cho E là một A-môđun xạ ảnh, uu là một phần tử của EndAf(E)^f_A(E), và F là một A-môđun con xạ ảnh của E chứa Im uu. Ký hiệu bởi uFu_F tự đồng cấu của F cảm sinh bởi uu. Ta có

Trích dẫn đến 3 · Được trích dẫn bởi 1

Trích dẫn đến Mệnh đề 6, III § 7, Hệ quả 2, III § 7, III § 8. Định thức

Được trích dẫn bởi Mệnh đề 3

(4) Tr(uu) == Tr(uFu_F).

Ký hiệu bởi ii đơn ánh chính tắc của F vào E và bởi v:E→Fv: E\rightarrow F đồng cấu suy ra từ uu. Ta có uF=v∘iu_F=v\circ i và u=i∘vu=i\circ v. Hệ quả được suy ra.

Cho E là một A-môđun xạ ảnh và u∈u\in EndAf(E)^f_A(E). Với mọi số tự nhiên pp, A-môđun ∧pE\wedge^pE là xạ ảnh (III, §7, No. 8, p. 519, Hệ quả 2), và tự đồng cấu ∧pu\wedge^pu thuộc EndAf(∧pE)^f_A(\wedge^pE) (III, §7, No. 3, p. 511, Mệnh đề 6) và bằng không với pp đủ lớn. Tập hợp 1E+1_E+ EndAf(E)^f_A(E) ổn định đối với hợp thành. Ta định nghĩa một ánh xạ det từ 1E+1_E+ EndAf(E)^f_A(E) vào A bằng cách đặt

det(1E+u_E+u) =∑p⩾0=\sum_{p\geqslant 0} Tr ∧pu\wedge^pu

với u∈u\in EndAf(E)^f_A(E).

Nếu E tự do và hữu hạn chiều, thì định nghĩa này trùng với định nghĩa ở III, §8, No. 1, p. 522, theo hệ quả của III, §8, No. 5, p. 530.

Mệnh đề 3 00QS

Cho E là một A-môđun xạ ảnh.

Trích dẫn đến 2

Trích dẫn đến III § 7. Đại số ngoài, Hệ quả

a) Cho u∈u\in EndAf(E)^f_A(E). Cho F là một A-môđun con xạ ảnh của E chứa Im uu, và gọi uFu_F là tự đồng cấu của F cảm sinh bởi uu. Ta có

(5) det(1E+u_E+u) == det(1F+uF_F+u_F).

b) Cho uu và vv là hai phần tử của EndAf(E)^f_A(E). Ta có

(6) det (1E+u)∘(1E+v)(1_E+u)\circ (1_E+v) = det(1E+u_E+u) det(1E+v_E+v).

Ta hãy chứng minh a). Với mọi số nguyên p⩾0p\geqslant 0, A-môđun xạ ảnh ∧pF\wedge^pF có thể được đồng nhất với một môđun con của ∧pE\wedge^pE (III, §7, No. 9, p. 520, Hệ quả). Ảnh của ∧pu\wedge^pu được chứa trong ∧pF\wedge^pF, và tự đồng cấu của ∧pF\wedge^pF cảm sinh bởi ∧pu\wedge^pu bằng ∧puF\wedge^pu_F. Do đó ta có Tr(∧pu\wedge^pu) == Tr(∧puF\wedge^pu_F) theo hệ quả của Mệnh đề 2, và vì thế suy ra a).

Ta hãy chứng minh b). Cho G là một A-môđun sao cho A-môđun L=E⊕GL = E\oplus G là tự do. Kí hiệu bởi u′u' và v′v' các tự đồng cấu u⊕0Gu\oplus 0_G và v⊕0Gv\oplus 0_G của L. Theo a), ta có các hệ thức det(1L+u′_L+u') == det(1E+u_E+u), det(1L+v′_L+v') == det(1E+v_E+v), và

det(1L+u′+v′+u′∘v′_L+u'+v'+u'\circ v') == det(1E+u+v+u∘v_E+u+v+u\circ v).

Do đó chỉ cần chứng minh mệnh đề b) khi A-môđun E là tự do. Khi đó tồn tại một môđun con tự do sinh hữu hạn F của E chứa ảnh của uu và ảnh của vv. Đặt w=u+v+u∘vw=u+v+u\circ v. Ảnh của ww được chứa trong F, và ta có wF=uF+vF+uF∘vFw_F=u_F+v_F+u_F\circ v_F. Do đó, theo (5), ta có det(1E+u_E+u) == det(1F+uF_F+u_F), det(1E+v_E+v) == det(1F+vF_F+v_F), và

det((1E+u)∘(1E+v))((1_E+u)\circ (1_E+v))

= det(1E+w_E+w) == det(1F+wF_F+w_F) == det((1F+uF_F+u_F)∘(1F+vF)\circ (1_F+v_F)).

Vì F là một A-môđun tự do sinh hữu hạn, ta có

det((1F+uF_F+u_F)∘(1F+vF)\circ (1_F+v_F)) == det(1F+uF_F+u_F) det(1F+vF_F+v_F) == det(1E+u_E+u) det(1E+v_E+v).

Bài tập

Xem các bài tập của Phụ lục 4.

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