sao cho f∘α′=β∘f′,α∘α′=0,Kerβ=Imβ′,vaˋf=k′′∘α+β∘k vaˋ trong đoˊM′ laˋ xạ ảnh. Toˆˋn tại một A-đoˆˋng caˆˊu k′:M′→N′ sao cho f′=k∘α′+β′∘k′.
Thật vậy, đặt g=f′−k∘α′; ta có
β∘g=β∘f′−β∘k∘α′=f∘α′−β∘k∘α′=k′′∘α∘α′=0.
Điều này suy ra Im(g)⊂Ker(β)=Im(β′). Vì M′ là xạ ảnh, do đó tồn tại một A-đồng cấu k′:M′→N′ sao cho β′∘k′=g, do đó bổ đề được chứng minh.
Bổ đề 2
Nếu trong biểu đồ giao hoán các A-môđun và các đồng cấu
M′N′α′↓uβ′M↓u′′NMNα↓βM′′↓N′′
ta có α∘α′=0,Kerβ=Imβ′ và nếu M′ là xạ ảnh, thì tồn tại một A-đồng cấu u′:M′→N′ sao cho β′∘u′=u∘α′.
Chỉ cần đặt k′′=u′′,k=−u,f=0,f′=0 và u′=k′ trong Bổ đề 1.
Bổ đề 1 bis. — Xét một biểu đồ các A-môđun và các đồng cấu
M′k′↓N′α′β′Mk↓NMf′↓NαβM′′f↓N′′
sao cho f∘α′=β∘f′, Kerα=Imα′, β∘β′=0, và f′=k∘α′+β′∘k′ và trong đó N′′ là nội xạ. Tồn tại một A-đồng cấu k′′:M′′→N′′ sao cho f=k′′∘α+β∘k.
Thật vậy, đặt g=f−β∘k, ta có
g∘α′=f∘α′−β∘k∘α′=β∘f′−β∘k∘α′=β∘β′∘k′=0.
Điều này suy ra Kerg⊃Imα′=Kerα. Vì N′′ là đơn ánh, do đó tồn tại (X, p. 16, nhận xét) một A-đồng cấu k′:M′′→N′′ sao cho g=k′′∘α, do đó bổ đề được chứng minh.
Bổ đề 2 bis. — Nếu, trong biểu đồ giao hoán các A-môđun và các đồng cấu
M′u′↓N′α′β′MαM′′u↓NβN′′
ta có Kerα=Imα′,β∘β′=0 và nếu N′′ là đơn ánh, thì tồn tại một A-đồng cấu u′′:M′′→N′′ sao cho u′′∘α=β∘u. Chỉ cần đặt u′=k′,u=−k,f=0,f′=0 và k′′=u′′ trong Bổ đề 1 bis.
Mệnh đề 1
Cho (P,dP) và (E,dE) là hai phức các A-môđun và r là một số nguyên.
a) Cho (ui:Pi→Ei)i≤r là một họ các đồng cấu sao cho dE∘ui=ui−1∘dP với i≤r. Giả sử rằng Pi là xạ ảnh với i>r và Hi(E)=0 với i≥r. Khi đó họ các ui được mở rộng thành một cấu xạ của các phức từ P vào E; hai mở rộng như vậy là đồng luân.
b) Cho (ui:Pi→Ei)i≤r là một họ các đồng cấu sao cho ui∘dP=dE∘ui−1 với i≤r. Giả sử rằng Ei là đơn ánh với i>r và Hi(P)=0 với i≥r. Khi đó họ các ui mở rộng thành một cấu xạ của các phức từ P vào E; hai mở rộng như vậy là đồng luân.
Ta chứng minh a). Sự tồn tại của một mở rộng v của họ (ui)i≤r suy ra ngay từ Bổ đề 2 bằng quy nạp. Cho v′ là một mở rộng khác; đặt f=v′−v, và xây dựng bằng quy nạp theo số nguyên n một đồng cấu kn:Pn→En+1 sao cho fn=dE∘kn+kn−1∘dP. Với i≤r, lấy ki=0. Cho n≥r và giả sử rằng các ki đã được xây dựng với i≤n. Khi đó xét biểu đồ
Các giả thiết của Bổ đề 1 được thỏa mãn; do đó tồn tại một A-đồng cấu kn+1:Pn+1→En+2 sao cho fn+1=dE∘kn+1+kn∘dP, do đó suy ra a).
Chứng minh của b) là tương tự, thông qua các Bổ đề 1 bis và 2 bis.
2. Phân giải
Trong phần sau, một môđun sẽ luôn luôn được đồng nhất với phức mà trong đó nó là thành phần bậc không và mọi thành phần khác của nó đều bằng không.
Định nghĩa 1
Cho M là một A-môđun. Một phân giải trái của M là một cặp (P,p) trong đó P là một phức bằng không ở bên phải và p:P→M là một đồng cấu. Một phân giải phải của M là một cặp (e,E) trong đó E là một phức bằng không ở bên trái và e:M→E là một đồng cấu.
Độ dài của phân giải (P,p) (ứng với (e,E)) được gọi là độ dài của phức P (ứng với E). Nếu (P,p) và (P′,p′) (ứng với (e,E) và (e′,E′)) là hai phân giải trái (ứng với phải) của M, thì một cấu xạ của các phức f:P→P′ sao cho p′∘f=p (ứng với g:E→E′ sao cho g∘e=e′) được gọi là một cấu xạ của các phân giải.
Mệnh đề 2
Cho P là một phức bằng không ở bên phải và p:P→M là một cấu xạ. Để (P,p) là một phân giải trái của M, điều kiện cần và đủ là dãy
(1)
⋯⟶PndPPn−1⟶⋯⟶P1dPP0pM⟶0
là khớp.
Thật vậy, nói rằng p:P→M là một đồng cấu có nghĩa là Hi(P)=0 với i>0 và p0 cảm sinh một đẳng cấu từ Coker(dP:P1→P0) lên M.
Tương tự:
Mệnh đề 2bis. — Cho E là một phức triệt tiêu ở bên trái và e:M→E là một cấu xạ. Để (e,E) là một phân giải phải của M, điều kiện cần và đủ là dãy
(1 bis)
0⟶Me0E0dEE1⟶⋯⟶EndEEn+1⟶⋯
là khớp.
Do lạm dụng ngôn ngữ, người ta thường nói rằng dãy (1) (tương ứng, (1 bis)) là một phân giải trái (tương ứng, phải) của M.
Định nghĩa 2
Một phân giải xạ ảnh (tương ứng, tự do, tương ứng, phẳng) của A-môđun M là một phân giải trái (P,p) của M sao cho phức P là xạ ảnh (tương ứng, tự do, tương ứng, phẳng) (X, p. 25). Một phân giải nội xạ của M là một phân giải phải (e,E) của M sao cho phức E là nội xạ (loc. cit.).
Ví dụ 1
Giả sử rằng vành A là chính; cho M là một A-môđun và (xi)i∈I là một họ sinh của M. Ký hiệu L0 là môđun tự do A(I), (ei) là cơ sở chính tắc của nó, và định nghĩa p:L0→M bởi p(ei)=xi. Cấu xạ p là toàn ánh và hạt nhân của nó L1 là một A-môđun tự do theo VII, § 3, Hệ quả 2 của Định lý 1; do đó dãy khớp
0⟶L1⟶L0pM⟶0
là một phân giải tự do của M có độ dài 1. Nếu I là hữu hạn, thì L0 và L1 là hữu hạn kiểu.
Ví dụ 2
Giả sử A giao hoán; cho E là một A-môđun và u là một tự đồng cấu của E. Ký hiệu bởi Eu môđun A[X] thu được bằng cách trang bị cho E cấu trúc được định nghĩa bởi
(p,x)↦p(u)(x)vớip∈A[X]vaˋx∈E.
Theo III, p. 106, ta có một dãy khớp:
0→A[X]⊗AEψA[X]⊗AEφEu→0
trong đó φ(p⊗x)=p.x và ψ(p⊗x)=Xp⊗x−p⊗u(x) với p∈A[X] và x∈E. Dãy khớp này là một phân giải có độ dài 1 của Eu, tự do (tương ứng, xạ ảnh, tương ứng, hữu hạn kiểu) nếu E là một A-môđun tự do (tương ứng, xạ ảnh, tương ứng, hữu hạn kiểu).
Ví dụ 3
Nếu A là chính, dãy khớp
0→A→K→K/A→0
là một phân giải nội xạ có độ dài 1 của A-môđun As (X, p. 18, Ví dụ 1).
Mệnh đề 3
Cho f:M′→M là một đồng cấu của các A-môđun, p′:P′→M′ là một cấu xạ vào M′ của một phức triệt tiêu ở bên phải và xạ ảnh P′, và p:P→M là một phân giải trái của M. Tồn tại một cấu xạ các phức f~:P′→P, và chỉ có một, sai khác bởi đồng luân, sao cho p∘f~=f∘p′.
Xét phức P được xác định như sau: Pn=Pn với n=−1, P−1=M, dP,n=dP,n với n=0,−1, dP,0=p0, dP,−1=0, và phức P′ được xác định tương tự. Áp dụng cho các phức P và P′ Mệnh đề 1 a) với r=0, ui=0 với i<−1 và u−1=f, ta thu được Mệnh đề 3.
Hệ quả
Cho (P,p) và (P′,p′) là hai phân giải xạ ảnh của M. Tồn tại một cấu xạ, và chỉ một đến đồng luân, α:P′→P sao cho p∘α=p′.
Thật vậy, tồn tại một cấu xạ α:P′→P (tương ứng, β:P→P′) sao cho p∘α=p′ (tương ứng, p′∘β=p). Vì p∘α∘β=p (tương ứng, p′∘β∘α=p′), nên α∘β đồng luân với 1P (tương ứng, β∘α đồng luân với 1P′).
MỆNH ĐỀ 3 bis. — Cho g:N→N′ là một đồng cấu các A-môđun, e′:N′→E′ một cấu xạ từ N′ vào một phức trái không và đơn ánh E′, và e:N→E một phân giải phải của N. Tồn tại một cấu xạ các phức g~:E→E′, và chỉ một đến đồng luân, sao cho g~∘e=e′∘g.
Điều này được chứng minh như Mệnh đề 3 với sự trợ giúp của Mệnh đề 1 b).
Hệ quả
Cho (e,E) và (e′,E′) là hai phân giải đơn ánh của N; tồn tại một cấu xạ α:E→E′ và chỉ một đến đồng luân sao cho α∘e=e′.
3. Phân giải tự do chính tắc
Với mọi A-môđun M, ký hiệu L_0(M) là A-môđun tự do A^{(M)} có cơ sở là M, ký hiệu (e_m)_{m \in M} là cơ sở chính tắc của nó, và ký hiệu pM:L0(M)→M là đồng cấu sao cho
pM(em)=m,m∈M.
Đặt Z0(M)=KerpM và gọi iM:Z0(M)→L0(M) là đơn ánh chính tắc. Ta có một dãy khớp
(1)0⟶Z0(M)iML0(M)pMM⟶0.
Một môđun phân bậc L(M) được xác định bằng cách đặt Ln(M)=0 với n<0 và, bằng quy nạp theo số nguyên n>0
(2)Ln(M)=L0(Zn−1(M));Zn(M)=Z0(Zn−1(M)).
Các A-đồng cấu dnM:Ln(M)→Ln−1(M) được xác định bởi
do đó L0(g∘f)=L(g)∘L(f); do đó Z0(g∘f)=Z0(g)∘Z0(f); do đó ngay lập tức Ln(g∘f)=Ln(g)∘Ln(f), với n⩾0, bằng quy nạp theo n, do đó có (8).
Nhận xét
Nếu f,g∈HomA(M,N), ta không có L(f+g)=L(f)+L(g). Tuy nhiên hai cấu xạ này là đồng luân theo X, p. 49, mệnh đề 3.
Cho M là một A-môđun phải; ký hiệu A∘ là vành đối của A, M∘ là A∘-môđun nền của M, L(M∘) là phân giải tự do chính tắc của nó. Phân giải này được ký hiệu là L(M), và A-phức nền L(M∘)∘ của L(M∘) được gọi là phân giải tự do chính tắc của M. Do đó ta có
L(M∘)=L(M)∘.
4. Phân giải nội xạ chính tắc
Cho F là A-môđun HomZ(A,Q/Z); với mọi A-môđun M, đặt I0(M)=FHomA(M,F) và ký hiệu bởi eM:M⟶I0(M) đồng cấu gán cho m∈M họ (φ(m))φ∈HomA(M,F). Theo X, p. 19, hệ quả 2, I0(M) là một A-môđun nội xạ và eM là đơn ánh. Đặt K0(M)=CokereM và ký hiệu bởi qM:I0(M)⟶K0(M) phép chiếu chính tắc. Do đó ta có một dãy khớp
0⟶MeMI0(M)qMK0(M)⟶0.
Một A-môđun phân bậc I(M) được định nghĩa bằng cách đặt In(M)=0 với n<0 và, theo phép truy hồi trên số nguyên n>0,
(9)
In(M)=I0(Kn−1(M)),Kn(M)=K0(Kn+1(M)).
Các A-đồng cấu δMn:In(M)⟶In+1(M) được định nghĩa bởi
sao cho, nếu mở rộng eM thành một cấu xạ của các phức
eM:M⟶(I(M),δM),
thì ta thu được một giải đơn ánh của M, gọi là giải đơn ánh chính tắc của M.
Cho f:M⟶N là một đồng cấu của các A-môđun. Gọi I0(f) là đồng cấu từ I0(M)=FHomA(M,F) vào I0(N)=FHomA(N,F) biến họ (xφ)φ∈HomA(M,F) thành họ (xψ∘f)ψ∈HomA(N,F). Ta có:
(11)
I0(f)∘eM=eN∘f.
Suy ra I0(f) cảm sinh một đồng cấu K0(f):K0(M)⟶K0(N) và ta có
(12)
K0(f)∘qM=qN∘K0(f).
Đặt In(f)=0 với n<0 và định nghĩa, theo phép truy hồi trên số nguyên n>0, các đồng cấu In(f):In(M)⟶In(N) và Kn(f):Kn(M)⟶Kn(N) bởi:
(13)
{In(f)Kn(f)=I0(Kn−1(f)),=K0(Kn−1(f)).
Mệnh đề 5
I(f) : I(M) → I(N) là một cấu xạ của các phức các A-môđun; ta có I(f) ◦ e_M = e_N ◦ f. Điều này được chứng minh theo một cách tương tự như Mệnh đề 4.
Ta có (14)
I(1M)=1I(M)
và với mọi đồng cấu g:N→P của các A-môđun (15)
I(g∘f)=I(g)∘I(f).
Nhận xét
Nếu f,g∈HomA(M,N), thì không có I(f+g)=I(f)+I(g). Tuy nhiên, hai cấu xạ này là đồng luân theo X, p. 49, mệnh đề 3 bis.
Nếu M là một A-môđun phải, thì đặt I(M)=I(M∘)∘; điều này được gọi là giải đơn ánh chính tắc của M, và ta có
I(M∘)=I(M)∘.
5. Các giải kiểu hữu hạn
Đặc biệt, từ hai số trước suy ra rằng mọi A-môđun đều có các giải đơn ánh, các giải tự do (do đó cũng có các giải xạ ảnh hoặc phẳng). Trong một số trường hợp, người ta có thể nói chính xác hơn:
Giả sử A là Noether trái và M là một A-môđun. Ta hãy xây dựng bằng quy nạp các dãy (Ln)n≥0, (Zn)n≥0, (dn)n≥1 mà, với mọi n≥0, Ln là một A-môđun tự do sinh hữu hạn, Zn là một môđun con của Ln và dn+1:Ln+1→Ln là một đồng cấu. Để làm việc đó, chọn một họ sinh hữu hạn (mi)i∈I0 của M, đặt L0=A(I0), định nghĩa p:L0→M bởi p(ei)=mi và đặt Z0=Ker(p). Với n≥0, giả sử đã xây dựng Ln và Zn, thì Zn sinh hữu hạn vì được chứa trong Ln; chọn một họ sinh hữu hạn (xn,i)i∈In+1 của Zn; đặt Ln+1=A(In+1), định nghĩa dn+1 bởi dn+1(ei)=xn,i và đặt Zn+1=Ker(dn+1).
Theo phép dựng ta có một dãy khớp
⋯⟶Ln+1dn+1Ln⟶⋯⟶L0pM⟶0,
do đó:
Mệnh đề 6
Khi A là Noether trái, mọi A-môđun M sinh hữu hạn đều có một phân giải tự do p:L→M sao cho Ln sinh hữu hạn với mọi số nguyên n. Nói chung hơn:
Mệnh đề 7
Cho C là một A-phức và a∈Z sao cho Hn(C)=0 với n<a. a) Tồn tại một A-phức tự do L sao cho Ln=0 với n<a và một đồng cấu đồng điều f:L→C.
b) Giả sử A là Noether trái và các A-môđun Hn(C), n∈Z, sinh hữu hạn. Tồn tại một A-phức tự do L sao cho Ln=0 với n<a và Ln là một A-môđun sinh hữu hạn với mọi n, và một đồng cấu f:L→C.
Cho C′ là phức con của C sao cho Cn′=Cn với n>a, Ca′=Za(C), Cn′=0 với n<a; khi đó đơn ánh chính tắc từ C′ vào C là một đồng cấu. Do đó, bằng cách thay thế C bởi C′, ta có thể giả sử rằng Cn=0 với n<a. Mệnh đề khi đó suy ra từ việc áp dụng lặp lại bổ đề sau, với r=a,a+1,… :
Bổ đề 3
Cho C là một phức và cho r∈Z. Tồn tại một phức C′ và một đồng cấu f:C′→C sao cho fn:Cn′→Cn là một đẳng cấu với n<r và sao cho Cr′ là một A-môđun tự do. Nếu A là Noether và các A-môđun Hr(C) và Cr−1 là kiểu hữu hạn, thì có thể đòi hỏi rằng Cr′ là kiểu hữu hạn.
a) Trước hết, cho h:M→Cr là một đồng cấu của các A-môđun; ký hiệu d=(dn) là vi phân của C. Cho N là môđun con của M×Cr+1 gồm các cặp (m,x) sao cho h(m)=dr+1(x); định nghĩa một phức (C′,d′) bởi Cn′=Cn với n=r,r+1, Cr′=M, Cr+1′=N, dn′=dn với n=r,r+1, dr′=h, dr+1′(m,x)=m với (m,x)∈N và dr+2′(y)=(0,dr+2(y)) với y∈Cr+2. Cũng xét cấu xạ của các phức f:C′→C sao cho fn=1Cn với n=r,r+1, fr=h, fr+1(m,x)=x.
b) Phức Kerf bằng không ở bậc =r,r+1 và vi phân dr+1′ cảm sinh một đẳng cấu từ Kerfr+1 lên Kerfr, do đó H(Kerf)=0.
c) Khi ánh xạ hợp thành MhCr→Cr/Br(C) là toàn ánh, người ta cũng thấy tương tự rằng H(Cokerf)=0, và khi đó f là một đồng cấu (X, p. 31, hệ quả 2).
d) Khi giả thiết rằng A là Noether và các A-môđun Hr(C) và Cr−1 thuộc kiểu hữu hạn, thì Cr/Br(C) thuộc kiểu hữu hạn, do dãy khớp (X, p. 25)
0→Hr(C)→Cr/Br(C)→Cr−1;
khi đó tồn tại một A-môđun tự do kiểu hữu hạn M và một đồng cấu h:M→Cr sao cho điều kiện của c) được thỏa mãn; trong trường hợp tổng quát, tồn tại một môđun tự do M và một đồng cấu toàn ánh h:M→Cr. Điều này hoàn tất chứng minh.
6. Phân giải xạ ảnh cực tiểu
Cho M là một A-môđun và
(P)⋯⟶FndnFn−1⟶⋯⟶F0d0M⟶0
một phân giải của M. Người ta nói rằng (P) là một phân giải xạ ảnh cực tiểu nếu, với mọi n≥0, đồng cấu δn:Pn→Im(dn) cảm sinh bởi dn là một phủ xạ ảnh (VIII, § 8, No. 5).
Proposition 8
Cho M là một A-môđun, P và P′ là hai phân giải xạ ảnh cực tiểu của M, và f:P→P′ là một cấu xạ của các phân giải. Khi đó f là một đẳng cấu. Đặc biệt, hai phân giải xạ ảnh cực tiểu của M là đẳng cấu.
Đặt Pn=Pn với n=−1 và P−1=M; định nghĩa Pn′ tương tự và đặt f−1=1M. Ta sẽ chứng minh bằng quy nạp bắt đầu từ −1 rằng fn:Pn→Pn′ là một đẳng cấu với mọi n. Điều này hiển nhiên với n=−1; giả sử rằng fn và fn−1 là các đẳng cấu. Từ tính giao hoán của biểu đồ
Pnfn↓Pn′dndn′Pn−1↓fn−1Pn−1′
suy ra rằng fn cảm sinh một đẳng cấu gn từ Kerdn lên Kerdn′. Khi đó từ tính giao hoán của biểu đồ
và từ VIII, loc. cit., suy ra rằng fn+1 là một đẳng cấu.
Hệ quả
Cho M là một A-môđun, P và P′ là hai phân giải xạ ảnh của M; giả sử rằng P là cực tiểu. Cho f:P→P′ và g:P′→P là hai cấu xạ của các phân giải. Khi đó f là đơn ánh, g là toàn ánh, và P′ là tổng trực tiếp của các phức con Imf và Kerg. Hơn nữa Kerg có đồng điều bằng không.
Thật vậy, α=g∘f là một tự đẳng cấu của P (Mệnh đề 8). Đặt f=f∘α−1.
Ta có
Imf=Imfvaˋg∘f=1P,
điều đó cho thấy rằng P′=Imf⊕Kerg. Vì dãy
0⟶Kerg⟶P′gP⟶0
là khớp và g là một đồng cấu, Kerg có đồng điều bằng không.
Mệnh đề 9
Cho M là một A-môđun và (P,p) là một phân giải xạ ảnh của M. Ký hiệu r là căn của A. Giả sử hoặc Pn là một A-môđun hữu hạn sinh với mọi n, hoặc r là lũy linh. Khi đó điều kiện cần và đủ để (P,p) là cực tiểu là phức (A/r)⊗AP có vi phân bằng không, nói cách khác là
dn+1(Pn+1)⊂rPnvới mọi n≥0.
Giả sử rằng (P,p) là cực tiểu. Theo VIII, loc. cit., đồng cấu
1⊗δn:(A/r)⊗APn⟶(A/r)⊗AImdn
là một đẳng cấu. Khi đó từ dãy khớp
0⟶Imdn+1jnPnδnImdn⟶0
suy ra rằng đồng cấu 1⊗jn:(A/r)⊗AImdn+1→(A/r)⊗APn bằng không; vì dn+1=jn∘δn+1, ta suy ra rằng 1A/r⊗dn+1=0 với n⩾0.
Ngược lại, giả sử rằng với mọi n⩾1, 1⊗dn bằng không, nói cách khác là Imdn=Kerdn−1 được chứa trong rPn−1. Vì δn−1 là toàn ánh, theo VIII, loc. cit. suy ra rằng δn−1 là một bao xạ ảnh với n⩾1, do đó (P,p) là cực tiểu.
Mệnh đề 10
Giả sử rằng A là một vành địa phương Noether trái, và cho M là một A-môđun hữu hạn sinh. Khi đó M có một phân giải cực tiểu (P,p); với mọi n⩾0, Pn là một môđun tự do sinh hữu hạn.
Thật vậy, trong phép dựng đã thực hiện ở No. 5 (p. 53), nhờ VIII, loc. cit., có thể lấy (L0,p) là một bao xạ ảnh của M, và lấy Ln+1 là một bao xạ ảnh của Kerdn. Phân giải thu được như vậy khi đó là cực tiểu.
*Nhận xét. -- 1) Gọi m là iđêan cực đại của A và đặt k=A/m. Gọi P là một phân giải xạ ảnh cực tiểu của M, và đặt bn=dimk(k⊗APn). Khi đó Pn là một A-môđun tự do hạng bn. Từ hệ quả của Mệnh đề 8 suy ra rằng đối với mọi phân giải xạ ảnh khác P′ của M, ta có dimk(k⊗APn′)⩾bn, và đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi P′ là cực tiểu.
2) Theo Mệnh đề 9, bn là chiều trên k của Hn(k⊗AP), nói cách khác là của TornA(k,M). Nó cũng là chiều trên k của ExtAn(M,k) (x. X, p. 103, Nhận xét 3).
7. Các phân giải phân bậc
Trong số này, giả thiết rằng vành A được trang bị một phân bậc (An)n∈Z, sao cho An=0 với n<0. Một A-môđun phân bậc M được gọi là bị chặn dưới nếu Mn=0 với n đủ nhỏ; mọi A-môđun phân bậc kiểu hữu hạn đều bị chặn dưới.
Proposition 11
Nếu M là một A-môđun phân bậc bị chặn dưới (tương ứng nếu M là một A-môđun phân bậc kiểu hữu hạn và nếu A là Noether trái), thì tồn tại một dãy khớp các A-môđun phân bậc không bị chặn về bên trái
⋯⟶LndnLn−1⟶⋯⟶L1d1L0d0M⟶0
trong đó các Li là phân bậc tự do và bị chặn dưới (tương ứng phân bậc tự do và kiểu hữu hạn), và trong đó các di là các đồng cấu phân bậc bậc 0.
Nếu N là một A-môđun phân bậc bị chặn dưới (tương ứng và kiểu hữu hạn trên A noether), thì tồn tại một A-môđun tự do phân bậc bị chặn dưới (tương ứng và kiểu hữu hạn) L và một đồng cấu phân bậc toàn ánh L→N (II, p. 167, Nhận xét 3).
Giả sử như vậy đã cho một dãy khớp các A-môđun phân bậc và các đồng cấu phân bậc bậc 0
LndnLn−1⟶⋯⟶L0d0M⟶0,
trong đó các Li,i=0,…,n, là phân bậc tự do và bị chặn dưới (tương ứng phân bậc tự do và kiểu hữu hạn). Khi đó N=Kerdn bị chặn dưới (tương ứng kiểu hữu hạn); vì thế tồn tại một A-môđun tự do phân bậc bị chặn dưới (tương ứng một A-môđun tự do phân bậc kiểu hữu hạn) Ln+1 và một đồng cấu phân bậc dn+1:Ln+1→Ln bậc 0, sao cho Imdn+1=N; dãy
Ln+1dn+1LndnLn−1⟶⋯⟶L0d0M⟶0
khi đó là khớp. Mệnh đề do đó suy ra từ điều trước bởi quy nạp theo n.
8. Phân giải tiêu chuẩn
Trong số này, giả sử rằng vành A là một đại số (kết hợp và có đơn vị) trên một vành giao hoán k. Với n⩾0, gọi Bn là tích tenxơ trên k của (n+2) môđun đều bằng A. Nó được xét như một (A,A)-song môđun bằng cách trang bị cho nó cấu trúc A-môđun trái (tương ứng phải) suy ra từ cấu trúc A-môđun trái (tương ứng phải) của nhân tử thứ nhất (tương ứng của nhân tử cuối cùng) của tích tenxơ.
Với n⩾1, định nghĩa các đồng cấu song môđun dni (với 0⩽i⩽n) và dn từ Bn vào Bn−1 bởi các công thức:
Do đó, nếu đặt Bn=0 với n<0 và dn=0 với n⩽0, thì dãy (Bn,dn) xác định một phức các (A,A)-song môđun (X, p. 43), sẽ được ký hiệu là B(A). Với mọi A-môđun trái M, gọi B(A,M) là phức tạo bởi các Bn⊗AM và các dn⊗1M, \* nói cách khác là phức tích tenxơ B(A)⊗AM∗; nó là một phức các A-môđun trái.
Định nghĩa một ánh xạ A-tuyến tính εM từ B0(A,M)=(A⊗kA)⊗AM vào M bởi công thức εM(a⊗b⊗m)=abm với a,b∈A,m∈M. Ta có εM∘d1=0, do đó đồng cấu phân bậc εM:B(A,M)→M, trùng với εM ở bậc 0, là một cấu xạ của các phức các A-môđun.
Mệnh đề 12
Ánh xạ εM:B(A,M)→M là một đồng luân cấu của các phức k-môđun. Đặc biệt, phức B(A,M) tách trên k, và (B(A,M),εM) là một phân giải trái của A-môđun M.
Với n⩾0, ta định nghĩa một ánh xạ k-tuyến tính sn:Bn→Bn+1 bởi công thức:
sn(x0⊗…⊗xn+1)=1⊗x0⊗…⊗xn+1với x0,…,xn+1∈A.
Đây là một đồng cấu của các A-môđun phải, thỏa mãn các đẳng thức:
dn+1i∘sn=sn−1∘dni−1với n⩾1,1⩽i⩽n+1,
dn+10∘sn=1Bnvới n⩾1,
và do đó ta có
(16)
dn+1∘sn+sn−1∘dn=1Bnvới n⩾1.
Hơn nữa, ta có
(17)
d1∘s0(x0⊗x1)=x0⊗x1−1⊗x0x1với x0,x1∈A.
Ký hiệu η:A→A⊗kA là ánh xạ được định nghĩa bởi η(a)=1⊗a, và η:A→B(A) là cấu xạ của các phức trùng với η ở bậc 0. Rõ ràng εA∘η=1A; các công thức (16) và (17) cho thấy rằng d∘s+s∘d=1B(A)−η∘εA. Đặt ηM=η⊗1M, dM=d⊗1M và sM=s⊗1M, ta suy ra rằng εM∘ηM=1M và dM∘sM+sM∘dM=1B(A,M)−ηM∘εM. Nói cách khác, (X, p. 33, Định nghĩa 5), εM là một đồng luân cấu của các phức k-môđun. Các khẳng định khác của mệnh đề suy ra ngay từ điều này.
Định nghĩa 3
Phân giải trái (B(A,M),εM) của M được gọi là phân giải tiêu chuẩn của A-môđun M.
Nếu A và M là các k-môđun xạ ảnh (resp. tự do, resp. phẳng), thì phân giải tiêu chuẩn B(A,M) là một phân giải xạ ảnh (resp. tự do, resp. phẳng) của M.
9. Phân giải và các nhóm Grothendieck
Nếu C là một tập hợp các lớp các A-môđun, ta sẽ nói rằng một phân giải trái (P,p) bị chặn kiểu C nếu phức P bị chặn kiểu C (X, p. 41).
Định lý 1
Cho C0 và C là hai lớp các tập hợp môđun A cộng tính và khớp trái sao cho C0⊂C và mọi A-môđun thuộc kiểu C đều có một phân giải trái hữu hạn thuộc kiểu C0. Khi đó đồng cấu α:K(C0)→K(C) suy ra từ bao hàm của C0 trong C là song ánh; nếu M là một A-môđun thuộc kiểu C và P là một phân giải trái hữu hạn của M thuộc kiểu C0, thì ta có α−1([M]C)=χC0(P) (X, p. 41, ví dụ 6).
Bổ đề 4
Cho f:M′→M là một đồng cấu của các A-môđun thuộc kiểu C, và p:P→M là một phân giải trái hữu hạn của P thuộc kiểu C0. Tồn tại một phân giải trái hữu hạn p′:P′→M′ thuộc kiểu C0 và một cấu xạ phức u:P′→P sao cho p∘u=f∘p′.
Ta lập luận bằng quy nạp theo độ dài n của P, mệnh đề là tầm thường khi độ dài này <0. Xét ánh xạ g:M′×P0→M sao cho
g(x,r′)=f(x)−p0(r′)
với x∈M′,r′∈P0,
và hạt nhân của nó là K; A-môđun K thuộc kiểu C vì g là toàn ánh và M′×P0 và M thuộc kiểu C. Cho h:P0′→K là một đồng cấu toàn ánh, trong đó P0′ thuộc kiểu C0; ký hiệu p0′:P0′→M′ (tương ứng u0:P0′→P0) là đồng cấu hợp thành của h với phép chiếu K→M (tương ứng K→P0); đồng cấu p0′ là toàn ánh và ta có biểu đồ giao hoán
P0′p0′↓M′u0fP0↓p0M.
Khi đó chỉ cần áp dụng giả thiết quy nạp cho đồng cấu
Kerp0′→Kerp0
suy ra từ u0.
Bổ đề 5
Xét một biểu đồ giao hoán
P′p′↓0ufP↓pM→M′′→0
trong đó (P,p) (tương ứng (P′,p′)) là một phân giải trái của M (tương ứng M′), và trong đó hàng ngang dưới là một dãy khớp. Tồn tại một đồng cấu p′′:Con(u)→M′′.
Thật vậy, dãy khớp (X, p. 37, mệnh đề 7)
0→PπCon(u)δP′(−1)→0
cho một dãy đồng điều khớp
→Hn(P)→Hn(Con(u))→Hn−1(P′)→⋯
⋯→H1(Con(u))→H0(P′)∂^H0(P)→H0(Con(u))→0.
Theo X, p. 38, bổ đề 3 a), ta có ∂=−H0(u). Vì Hn(P)=0=Hn(P′) với n>0 và H0(u):H0(P′)→H0(P) được đồng nhất với f:M′→M, ta kết luận rằng Hn(Con(u))=0 với n>0 và H0(Con(u)) đẳng cấu với M′′, do đó bổ đề được chứng minh.
Bây giờ ta chứng minh định lý.
a) Cho M là một A-môđun kiểu C. Với mọi phân giải trái bị chặn (P,p) của M kiểu C0, phần tử χC0(P) của K(C0) chỉ phụ thuộc vào M. Thật vậy, cho (P1,p1) và (P2,p2) là hai phân giải thuộc kiểu này. Xét phân giải
(P1×P2,p1×p2)
của A-môđun M×M và đồng cấu Δ:x↦(x,x) từ M vào M×M. Theo bổ đề 4, tồn tại một phân giải trái bị chặn (Q,q) của M kiểu C0 và một biểu đồ giao hoán
Qq↓MuΔP1×P2↓p1×p2M×M;
từ đó ta suy ra một biểu đồ giao hoán
Qq↓Mu∘pri1MPi↓piM,i=1,2.
Theo bổ đề 5, Con (u∘pri) có đồng điều không, do đó u∘pri là một đồng cấu đồng điều và χC0(Q)=χC0(Pi) (X, p. 41, mệnh đề 10); suy ra χC0(P1)=χC0(P2) như đã thông báo.
b) Với mọi A-môđun M kiểu C, đặt φ(M)∈K(C0) là giá trị chung của các χC0(P) đối với mọi phân giải trái bị chặn P của M kiểu C0. Ta sẽ chỉ ra rằng hàm φ:C→K(C0) là cộng tính. Vậy cho
0→M′fM→M′′→0
là một dãy khớp các A-môđun kiểu C. Theo Bổ đề 4, tồn tại một biểu đồ giao hoán
P′p′↓0ufP↓pMgM′′→0
trong đó (P,p) và (P′,p′) là các phân giải trái bị chặn kiểu C0. Khi đó ta có
c) Khi đó, cho β:K(C)→K(C0) là đồng cấu sao cho, với các ký hiệu đứng trước, ta có β([M]C)=χC0(P). Vì p là một đồng cấu, ta có χC(P)=[M]C, do đó α∘β([M]C)=α(χC0(P))=χC(P)=[M]C và α∘β=1K(C). Nếu M là kiểu C0, thì (M,1M) là một phân giải của M, do đó φ(M)=[M]C0 và β∘α=1K(C0), điều này hoàn tất chứng minh.
Ta sẽ áp dụng định lý này cho các môđun có "chiều xạ ảnh hữu hạn" trong § 8 (X, p. 137).