Trong các mục 4 đến 8, ta ký hiệu k là một vành giao hoán, và A là một đại số kết hợp có đơn vị trên k. Vai trò của k là phụ trợ; ta chủ yếu xét ba trường hợp đặc biệt sau:
a) ta xét một vành tùy ý A, đặt k=Z và trang bị cho A cấu trúc tự nhiên của một Z-đại số,
b) ta xét một vành tùy ý A, lấy tâm của A làm k,
c) ta xét một vành giao hoán A và lấy k=A.
1. Tích tenxơ của hai phức
Cho (C,d) là một phức của các môđun phải A và (C′,d′) là một phức của các môđun trái A.
Ta trang bị cho môđun kC⊗AC′ phép phân bậc sao cho
(C⊗AC′)n=p+q=n∑(Cp⊗Cq′)
và gọi D là tự đồng cấu k-tuyến tính duy nhất bậc (−1) của C⊗AC′ sao cho
Phức của các môđun k(C⊗AC′,D) được gọi là phức tích tenxơ của các phức (C,d) và (C′,d′).
Nhận xét 1
Khi C′ thu gọn thành C0′=M, thì (C⊗AC′)n=Cn⊗AM và D=d⊗1M; ví dụ C⊗AAs được đồng nhất một cách tự nhiên với C. Tương tự, khi C thu gọn thành C0=P, thì (C⊗AC′)n=P⊗ACn′ và D=1P⊗d.
Nhận xét 2
Với mọi số nguyên r, ta có (C⊗AC′)(r)=C(r)⊗AC′, nhưng nói chung (C⊗AC′)(r) và C⊗AC′(r) không có cùng vi phân.
Cho p,q là hai số nguyên, x∈Zp(C),x′∈Zq(C′); khi đó phần tử x⊗x′ của Cp⊗Cq′ thuộc về Zp+q(C⊗C′) theo (1); hơn nữa, nếu y∈Cp+1,y′∈Cq+1′, ta có
(x+dy)⊗(x′+d′y′)=x⊗x′+D(y⊗x′+(−1)p(x+dy)⊗y′);
bằng cách chuyển qua các thương, ta suy ra một ánh xạ k-tuyến tính, được gọi là chính tắc
γp,q(C,C′):Hp(C)⊗AHq(C′)→Hp+q(C⊗AC′);
nếu ta trang bị cho H(C)⊗AH(C′) phép phân bậc sao cho
(H(C)⊗H(C′))n=p+q=n∑Hp(C)⊗AHq(C′),
các γp,q định nghĩa một ánh xạ k-tuyến tính phân bậc bậc 0
γ(C,C′):H(C)⊗AH(C′)→H(C⊗AC′).
Mệnh đề 6 của II, p. 59, có thể được phát biểu lại như sau:
Mệnh đề 1
Nếu các phức C và C′ bằng không ở bên phải, thì C⊗AC′ bằng không ở bên phải và ánh xạ tuyến tính trên k chính tắc*
γ0,0(C,C′):H0(C)⊗AH0(C′)→H0(C⊗AC′)
là song ánh.
Cho u:(C,d)→(C1,d1) là một cấu xạ của các phức của các A-môđun phải và u′:(C′,d′)→(C1′,d1′) là một cấu xạ của các phức của các A-môđun trái; khi đó u⊗u′:C⊗AC′→C1⊗AC1′ là một cấu xạ của các phức của các k-môđun; thật vậy, nó là phân bậc bậc 0, và nếu ký hiệu D và D1 là các vi phân của C⊗C′ và C1⊗C1′, ta có với p,q∈Z,x∈Cp,x′∈Cq′,
Giả sử ở cuối số này rằng vành A là giao hoán (xem No. 9 cho trường hợp tổng quát).
Cho C,C′,C′′ là ba phức của các A-môđun; đồng cấu chính tắc của các A-môđun (III, p. 64)
φ:(C⊗AC′)⊗AC′′→C⊗A(C′⊗AC′′)
là một đẳng cấu của các phức, như được kiểm chứng ngay lập tức bằng cách sử dụng các định nghĩa.
Nói chung hơn, cho (C(i),d(i))i∈I là một họ các phức của các A-môđun, trong đó tập hợp I là hữu hạn và được sắp thứ tự toàn phần; ta sẽ đồng nhất I với khoảng [1,r] của N để đơn giản hóa ký hiệu. Ta trang bị cho A-môđun C=⨂i=1rC(i) cấu trúc phân bậc sao cho
trong đó xi∈(C(i))pi với i=1,…,n. Khi đó (C,D) là một phức của các A-môđun được gọi là phức tích tenxơ của họ (Ci,di). Với mọi dãy tăng ngặt r0,...,rk của [0,r] sao cho r0=0,rk=r, đẳng cấu chính tắc của tính kết hợp
j=0⨂k−1i=rj+1⨂rj+1C(i)→i=1⨂rC(i)
là một đẳng cấu của các phức.
Ta định nghĩa như trên một đồng cấu A phân bậc bậc 0
γ((C(i))):i∈I⨂H(C(i))→H(i∈I⨂C(i))
Nhận xét 3
Có thể định nghĩa tích tenxơ của một họ hữu hạn các phức mà không trang bị cho tập hợp chỉ số một thứ tự toàn phần (X, p. 185, Bài tập 3).
Nhận xét 4
Giả sử mỗi C(i) được trang bị một cấu trúc đại số phân bậc tương thích với cấu trúc phân bậc của nó và sao cho các d(i) là các phản đạo hàm (III, p. 117). Khi đó ta trang bị ⨂i∈IC(i) cấu trúc đại số tích tenxơ phân bậc trái của các cấu trúc đã cho (III, p. 49). Khi đó D là một phản đạo hàm. Thật vậy, sử dụng tính kết hợp của tích tenxơ, ta có thể giả sử rằng I={1,2}; khi đó cho p1,q1,p2,q2∈Z,x1∈(C(1))p1,y1∈(C(1))q1,x2∈(C(2))p2,y2∈(C(2))q2; ta có
Ta chứng minh b). Nếu u và u′ là các tương đương đồng luân, thì tồn tại các đồng cấu của các phức α:C1→C và α′:C1′→C′ sao cho u∘α,α∘u′,α′∘u′ lần lượt đồng luân với IdC1,IdC,IdC1′,IdC′. Khi đó (u⊗u′)∘(α⊗α′), bằng (u∘α)⊗(u′∘α′), là đồng luân theo a) với IdC1⊗IdC1′=IdC1⊗C1′, trong khi (α⊗α′)∘(u⊗u′) đồng luân với IdC⊗C′, do đó b). Cuối cùng, c) suy ra từ b) áp dụng vào trường hợp C1 hoặc C1′ là không.
Hệ quả 1
Cho C′ là một phức tách của các A-môđun trái sao cho H(C′) là phẳng. Với mọi phức C của các A-môđun phải, ánh xạ chính tắc
γ(C,C′):H(C)⊗AH(C′)⟶H(C⊗AC′)
là song ánh.
Theo X, p. 35, def. 6, tồn tại một tương đương đồng luân u′:C′→H(C′). Theo mệnh đề 3, 1C⊗u′:C⊗AC′→C⊗AH(C′) là một tương đương đồng luân; vì
H(1C⊗u′)∘γ(C,C′)=γ(C,H(C′))∘(1C⊗H(u′)),
và H(1C⊗u′) và H(u′) là song ánh, chỉ cần chứng minh rằng γ(C,H(C′)) là song ánh, và ta quy về trường hợp C′ phẳng và có vi phân không. Trong trường hợp này, các dãy khớp chính tắc
(I)0⟶Z(C)iC∂B(C)⟶0
(II)0⟶B(C)jZ(C)πH(C)⟶0
cho các dãy khớp:
0⟶Z(C)⊗AC′i⊗1C⊗AC′δ⊗1B(C)⊗AC′⟶0
0⟶B(C)⊗AC′j⊗1Z(C)⊗AC′π⊗1H(C)⊗AC′⟶0.
Vì d=i∘j∘δ, ta có D=d⊗1C′=(i⊗1)∘(j⊗1)∘(δ⊗1), điều này chỉ ra rằng các ánh xạ chính tắc Z(C)⊗AC′→Z(C⊗AC′) và B(C)⊗AC′→B(C⊗AC′) là song ánh, do đó γ(C,C′) cũng vậy bằng cách chuyển qua thương.
Hệ quả 2
Cho N là một A-môđun trái phẳng. Với mọi phức C của các A-môđun phải, các đồng cấu chính tắc
γn(C,N):Hn(C)⊗AN⟶Hn(C⊗AN)
là song ánh.
Hệ quả 3
Cho C′ là một phức của các A-môđun trái sao cho B(C′) và H(C′) là xạ ảnh. Với mọi phức C của các A-môđun phải, ánh xạ γ(C,C′) là song ánh.
Thật vậy, C′ là tách (X, p. 35, ví dụ 4) và H(C′) là xạ ảnh; do đó ta có thể áp dụng hệ quả 1.
Nhận xét 1
Sử dụng các đẳng cấu giao hoán, từ các hệ quả 1, 2 và 3 ta suy ra các mệnh đề tương tự thu được bằng cách hoán đổi vai trò của hai đối số của các tích tenxơ.
Nhận xét 2
Ta sẽ thấy dưới đây (X, p. 79, Hệ quả 4) rằng kết luận của Hệ quả 1 cũng đúng khi giả sử C′ và H(C′) phẳng và C′ bị chặn về phía phải.
3. Tích tenxơ bởi một phức phẳng bị chặn về phía phải
Bổ đề 1
Cho C là một phức của các A-môđun phải và E là một phức của các A-môđun trái. Ta giả sử rằng H(C)=0 và rằng E là phẳng và bị chặn về phía phải. Khi đó H(C⊗AE)=0.
Với k∈Z, gọi T(k) là phức con của C⊗AE sao cho
Tn(k)=p+q=nq≤k∑Cp⊗AEq;
khi đó T(k−1)⊂T(k) và ta có một dãy khớp các phức
0⟶T(k−1)ikT(k)πC⊗AEk(−k)⟶0
trong đó ik là đơn ánh chính tắc và π chiếu tổng trực tiếp trước đó lên nhân tử của nó Cn−k⊗AEk=(C⊗AEk(−k))n. Theo Hệ quả 2 ở trên, ta có H(C⊗AEk(−k))=0, do đó ik là một đồng cấu. Ta có T(k)=0 với k đủ nhỏ, vì E bị chặn về phía phải, do đó H(T(k))=0 với mọi k theo quy nạp trên k. Cuối cùng, cấu xạ chính tắc ⟶limT(k)→C⊗AE hiển nhiên là một đẳng cấu, do đó H(C⊗AE)=0 (X, p. 28, Mệnh đề 1).
Bổ đề 2
Nếu u:C→C′ là một cấu xạ của các phức của A-môđun phải và E là một phức của các A-môđun trái, thì các phức Con(u)⊗AE và Con(u⊗1E) là đẳng cấu.
Theo định nghĩa, Con(u)⊗AE là môđun phân bậc (C′(−1)⊕C)⊗AE được trang bị vi phân D sao cho, với x∈Cp, y′∈C′(−1)p=Cp−1′, z∈Eq, ta có
(4)
D(y′,x)⊗z=(−dy′,dx−u(y′))⊗z+(−1)p(y′,x)⊗dz,
trong khi Con(u⊗1E) là môđun phân bậc (C′⊗AE)(−1)⊕(C⊗AE) được trang bị vi phân D1 sao cho, với x∈Cp, y′∈Cp−1′, z∈Eq, ta có
Cho u:C→C′ là một đẳng cấu đồng điều của các phức của A-môđun phải và E là một phức của các A-môđun trái, phẳng và bị chặn về phía phải. Khi đó
u⊗1E:C⊗AE→C′⊗AE
là một đẳng cấu đồng điều của các phức của k-môđun.
Thật vậy, theo X, p. 38, Hệ quả, u (tương ứng u⊗1E) là một đẳng cấu đồng điều khi và chỉ khi H(Con(u))=0 (tương ứng H(Con(u⊗1E))=0). Kết luận suy ra từ các Bổ đề 1 và 2.
Nhận xét
Sử dụng các đẳng cấu giao hoán, từ các mệnh đề trước đó ta suy ra các mệnh đề tương tự thu được bằng cách hoán đổi vai trò của hai đối số của các tích tenxơ.
4. Định nghĩa và các tính chất đầu tiên của tích xoắn
Với mọi A-môđun E, ta ký hiệu bởi pE:L(E)→E phân giải tự do chính tắc của E (X, p. 50).
Định nghĩa 1
Cho M là một A-môđun phải và N là một A-môđun trái. Ta gọi tích xoắn của M và N là môđun k phân bậc
(4)
TorA(M,N)=H(L(M)⊗AL(N)).
Các thành phần thuần nhất của TorA(M,N) được ký hiệu
(5)
TornA(M,N)=Hn(L(M)⊗AL(N)).
Vì L(M) và L(N) bằng không ở bên phải, ta có
(6)
TornA(M,N)=0cho n<0.
Nhận xét 1
Ta sẽ thấy dưới đây (X, p. 107, Mệnh đề 6) các tính chất hữu hạn của các môđun TorA(M,N). Chẳng hạn, nếu A là giao hoán Noether và nếu M và N là các A-môđun kiểu hữu hạn, thì mọi A-môđun TornA(M,N) đều là kiểu hữu hạn.
Cho f:M→M′ là một đồng cấu của các A-môđun phải và g:N→N′ là một đồng cấu của các A-môđun trái. Ta định nghĩa TorA(f,g)=H(L(f)⊗AL(g)); đây là một đồng cấu của các môđun k phân bậc
TorA(f,g):TorA(M,N)→TorA(M′,N′)
mà các thành phần thuần nhất của nó được ký hiệu
TornA(f,g):TornA(M,N)→TornA(M′,N′).
Theo Mệnh đề 1 của X, p. 62, đồng cấu chính tắc
γ0,0:H0(L(M))⊗AH0(L(N))→H0(L(M)⊗AL(N))
là song ánh; sử dụng các đẳng cấu M→H0(L(M)) và N→H0(L(N)), ta suy ra từ đó một đẳng cấu, được gọi là *chính tắc
(7)
γM,N:M⊗AN→Tor0A(M,N).
Ta sẽ luôn đồng nhất Tor0A(M,N) với M⊗AN qua đẳng cấu này. Do đó ánh xạ tuyến tính kTor0A(f,g) được đồng nhất với f⊗g.
Nhận xét 2
Cấu xạ phức pM⊗pN:L(M)⊗AL(N)→M⊗AN cảm sinh trên đồng điều bậc 0 đẳng cấu
γM,N−1:Tor0A(M,N)→M⊗AN
nghịch đảo của γM,N.
Ta có L(1M)=1L(M), L(1N)=1L(N), do đó bằng cách chuyển qua đồng điều:
(8)
TorA(1M,1N)=1TorA(M,N).
Nếu f′:M′→M′′ (tương ứng g′:N′→N′′) là một đồng cấu của các A-môđun phải (tương ứng trái), ta có L(g′∘g)=L(g′)∘L(g) và L(f′∘f)=L(f′)∘L(f), do đó
(9)
TorA(f′∘f,g′∘g)=TorA(f′,g′)∘TorA(f,g).
Xét các cấu xạ của các phức k
L(M)⊗AN1⊗pNL(M)⊗AL(N)pM⊗1M⊗AL(N)
và các đồng cấu k mà chúng cảm sinh trong đồng điều:
H(L(M)⊗AN)ψM(N)TorA(M,N)ψN(M)H(M⊗AL(N));
theo Mệnh đề 4 của X, p. 67, 1⊗pN và pM⊗1 là các cấu xạ đồng điều. Do đó:
Hệ quả. — Nếu M hoặc N là phẳng, ToriA(M,N)=0 với i⩾0.
Giả sử N (resp. M) là phẳng. Khi đó pM⊗1:L(M)⊗AN→M⊗AN (resp. 1⊗pN:M⊗AL(N)→M⊗AN) là một cấu xạ đồng luân (X, p. 67, Mệnh đề 4), do đó Hi(L(M)⊗AN) (resp. Hi(M⊗AL(N))) triệt tiêu với i>0.
Nhận xét 3. — Nếu g:N→N′ là một đồng cấu của các môđun trái A, thì
Cho I và J là hai tập hợp, (Mα)α∈I là một họ các môđun phải A, (Nβ)β∈J là một họ các môđun trái A. Đồng cấu
α∈I,β∈J⨁TorA(Mα,Nβ)→TorAα∈I⨁Mα,β∈J⨁Nβ
được suy ra từ các đồng cấu chính tắcMα→⨁MαvàNβ→⨁Nβlà song ánh.
Chỉ cần chứng minh rằng với mọi môđun phải M (resp. mọi môđun trái N), đồng cấu chính tắc
β∈J⨁TorA(M,Nβ)→TorA(M,β∈J⨁Nβ)
(resp. ⨁α∈ITorA(Mα,N)→TorA(⨁α∈IMα,N)) là song ánh. Bây giờ điều này suy ra từ điều trước, từ Mệnh đề 1 của X, p. 28, và từ các đẳng cấu chính tắc :
β⨁(L(M)⊗ANβ)→L(M)⊗A(β⨁Nβ),
α⨁(Mα⊗AL(N))→(α⨁Mα)⊗AL(N).
Một lập luận tương tự cho :
Mệnh đề 8
Cho I (resp. J) là một tập tiền thứ tự lọc phải, ((Mα, uα′,α) (resp. ((Nβ, vβ′,β))) là một hệ quy nạp các môđun phải A (resp. trái) tương ứng với I (resp. J). Đồng cấu của các môđun k phân bậc
được suy ra từ các đồng cấu A chính tắcMα→lim⟶MαvàNβ→lim⟶Nβ, là song ánh.
Đặc biệt, lấy J=I và nhận xét rằng (α,α),α∈I, tạo thành một tập con đồng cuối của I×I, ta thu được :
Hệ quả
Cho I là một tập tiền thứ tự lọc phải, (Mi,uji) (resp. (Ni,vji)) là một hệ quy nạp các môđun phải A (resp. trái) tương ứng với I. Đồng cấu của các môđun k phân bậc
suy ra từ các A-đồng cấu chính tắc Mi→lim⟶Mi và Nj→lim⟶Nj là song ánh.
5. Liên kết các đồng cấu và các dãy khớp
Cho M là một A-môđun phải, N là một A-môđun trái, A∘ là vành đối của A, M∘ là A∘-môđun trái cơ sở trên M, N∘ là A∘-môđun phải cơ sở trên N. Ta có L(M∘)=L(M)∘ và L(N∘)=L(N)∘, do đó có một đẳng cấu giao hoán (X, p. 63, prop. 2)
σ(L(M),L(N)):L(M)⊗AL(N)→L(N∘)⊗A∘L(M∘).
Chuyển qua đồng điều, σ(L(M),L(N)) sinh ra một đẳng cấu phân bậc bậc 0 σM,N:TorA(M,N)→TorA∘(N∘,M∘) được gọi là đẳng cấu giao hoán của các tích xoắn.
Ta chú ý rằng σN∘,M∘∘σM,N=IdTor(M,N) và rằng σM,N cảm sinh trên các thành phần bậc 0 đồng cấu giao hoán của tích tenxơ. Mặt khác, nếu f:M→M′ và g:N→N′ là các đồng cấu của các A-môđun, thì
TorA∘(g,f)∘σM,N=σM′,N′∘TorA(f,g).
5. Các đồng cấu liên kết và các dãy khớp
Cho M là một A-môđun phải. Ta nhắc lại rằng với mọi A-môđun trái N, một đẳng cấu
ψM(N):TorA(M,N)→H(L(M)⊗AN)
đã được định nghĩa trong tiết diện trước (X, p. 69, prop. 5). Cho
(E)
0→N′uNvN′′→0
là một dãy khớp của các A-môđun trái; khi đó dãy các phức k
(ME)
0⟶L(M)⊗AN′1⊗uL(M)⊗AN1⊗vL(M)⊗AN′′⟶0
là khớp (X, p. 66, Bổ đề 1); ký hiệu bởi
∂(ME):H(L(M)⊗AN′′)→H(L(M)⊗AN′)
đồng cấu liên kết tương ứng (X, p. 29).
Định nghĩa 2
Đồng cấu liên kết của các tích xoắn, tương ứng với môđun M và dãy khớp E, là đồng cấu hợp thành
Nó giao hoán theo (X, p. 69, Nhận xét 3) và Định nghĩa 2. Hơn nữa, hàng dưới là khớp (X, p. 30, Định lý 1), và các ψM khác nhau là các song ánh (X, p. 69, prop. 5).
Hệ quả 1
Nếu Tor1A(M,N′′)=0, dãy
0⟶M⊗AN′1⊗uM⊗AN1⊗vM⊗AN′′⟶0
là khớp.
Hệ quả 2
Cho 0→C′uCvC′′→0 là một dãy khớp của các phức các A-môđun trái, và cho E là một phức các A-môđun phải. Nếu C′′ hoặc E là phẳng, dãy
0⟶E⊗AC′1⊗uE⊗AC1⊗vE⊗AC′′⟶0
là khớp.
Thật vậy, Tor1A(E,C′′)=0 theo X, p. 69, Hệ quả của prop. 5.
Ví dụ
Cho a là một iđêan của A. Dãy khớp
0→a→As→A/a→0
của các A-môđun trái, cho ra một dãy khớp của các tích xoắn, trong đó các số hạng ToriA (M, A) bằng không với i>0. Từ đó suy ra các đẳng cấu
Tori+1A(M,A/α)→ToriA(M,α),i>0
và một dãy khớp
0→Tor1A(M,Aα)→M⊗Aα→M⊗AA→M⊗Aα→0:
suy ra rằng Tor1A(M,A/α) được đồng nhất với hạt nhân của đồng cấu chính tắc M⊗Aα→M.
Ví dụ, lấy M là một môđun có dạng Ad/b, trong đó b là một iđêan phải của A, ta thu được một đẳng cấu của Tor1A(A/b,A/α) lên (α∩b)/ba.
Mệnh đề 9
Cho f : M → M1 là một đồng cấu của các A-môđun phải và
Ta sẽ thấy sau này các quan hệ giao hoán khác (xem X, p. 131, hệ quả 1*).*
6. Các môđun phẳng và các tích xoắn
Định lý 2
Cho E là một A-môđun phải. Các điều kiện sau là tương đương :
(i) E là phẳng ;
(ii) với mọi A-môđun trái F, và mọi số nguyênn>0, ta có
TornA(E,F)=0;
(iii) Đối với mọi A-môđun trái xyclic F có biểu diễn hữu hạn, ta có
Tor1A(E,F)=0;
(iv) Đối với mọi iđêan trái a của A có kiểu hữu hạn, ánh xạ chính tắc E⊗Aa→E là đơn ánh; (v) Đối với mọi dãy khớp của các A-môđun phải có dạng
0→GνHwE→0,
và mọi A-môđun trái F, dãy
0⟶G⊗AFν⊗1H⊗AFw⊗1E⊗AF⟶0
là khớp. (i) ⇒ (ii): Đây là hệ quả của Mệnh đề 5 của X, p. 69. (ii) ⇒ (iii): Điều này là tầm thường. (iii) ⇔ (iv): Mọi A-môđun trái xyclic có biểu diễn hữu hạn đều đẳng cấu với một môđun thương A/a, trong đó a là một iđêan trái có kiểu hữu hạn, do đó (iii) tương đương với (iv) theo X, p. 72, Ví dụ. (iii) ⇒ (i): Theo X, p. 8, Mệnh đề 3, X, p. 72, Định lý 1, E là phẳng ngay khi Tor1A(E,F)=0 đối với mọi A-môđun trái F. Nếu (iii) được thỏa mãn, điều này xảy ra khi F là xyclic và có biểu diễn hữu hạn. Theo X, p. 11, Mệnh đề 7, mọi A-môđun (tương ứng, mọi A-môđun xyclic) là giới hạn quy nạp lọc của các môđun có biểu diễn hữu hạn (tương ứng, của các môđun xyclic có biểu diễn hữu hạn); do đó, theo X, p. 70, Mệnh đề 8, chỉ cần chứng minh rằng nếu Tor1A(E,F)=0 khi F là xyclic, thì điều này cũng đúng khi F có kiểu hữu hạn. Vì vậy ta tiến hành quy nạp theo lực lượng của một hệ sinh (f1,…,fn) của F; dãy khớp
0→Af1→F→F/Af1→0
sinh ra một dãy khớp
Tor1A(E,Af1)→Tor1A(E,F)→Tor1A(E,F/Af1),
sao cho Tor1A(E,F)=0 vì Tor1A(E,Af1)=0 và Tor1A(E,F/Af1)=0 theo giả thiết quy nạp. (i) ⇒ (v): Đây là Hệ quả 2 của Định lý 1 (X, p. 72). (v) ⇒ (iii): Dãy khớp (X, p. 50)
Để đơn giản, đặt B=B(C), Z=Z(C), H=H(C), và H′=H(C′).
Vì B là phẳng, từ (I) ta suy ra một dãy khớp (X, p. 72, Hệ quả 2)
(12)
0⟶Z⊗AC′j⊗1C⊗AC′δ⊗1(B⊗AC′)(−1)⟶0.
Bổ đề 3
Đồng cấu nối H(B⊗AC′)→H(Z⊗AC′) liên kết với dãy khớp (12) bằng H(i⊗1).
Thật vậy, cho a∈H(B⊗AC′); vì B là phẳng, a thuộc ảnh của B⊗AZ(C′), do đó có thể viết dưới dạng ∑λdaλ⊗bλ, trong đó aλ∈C, bλ∈C′, và dbλ=0. Ảnh của lớp của a qua đồng cấu nối, theo định nghĩa, là lớp của D(∑aλ⊗bλ)=∑daλ⊗bλ=(i⊗1)(a), điều này chứng minh bổ đề.
Dãy khớp đồng điều liên kết với (12) do đó là
H(B⊗AC′)H(i⊗1)H(Z⊗AC′)H(j⊗1)H(C⊗AC′)
H(δ⊗1)H(B⊗AC′)(−1)H(i⊗1)H(Z⊗AC′)(−1).
Mặt khác, vì Z là phẳng, từ (II) ta thu được một dãy các k-môđun phân bậc
mà là giao hoán theo định nghĩa của các đồng cấu γ. Nhưng vì các phức B và Z là tách và phẳng, γB và γZ là song ánh (X, p. 65, Hệ quả 1). Từ đó, một mặt, ta suy ra rằng γC là đơn ánh và có ảnh bằng KerH(δ⊗1), và mặt khác, rằng γB∘∂(II,H′) là đơn ánh với ảnh bằng ImH(δ⊗1). Định lý được suy ra ngay lập tức từ đó.
Hệ quả 1
Nếu B(C) và Z(C) là phẳng, thì với mọi A-môđun trái N và mọi số nguyên n, có một dãy khớp
Giả sử B(C) và B(C′) là xạ ảnh và Z(C) là phẳng. Khi đó các dãy của k-môđun (11) và (13) là khớp và tách.* Điều này suy ra từ định lý và bổ đề sau:
Bổ đề 4
Nếu B(C) và B(C′) là xạ ảnh, thì đồng cấu chính tắc*
γ(C,C′):H(C)⊗AH(C′)→H(C⊗AC′)
có một co rút tuyến tính theo k. Thật vậy, theo X, p. 65, nhận xét b), tồn tại các đồng luân φ:C→H(C) và φ′:C′→H(C′) sao cho H(φ)=1H(C) và H(φ′)=1H(C′). Trong biểu đồ giao hoán
H(φ)⊗H(φ′) và γ(H(C),H(C′)) là đồng nhất, do đó có khẳng định.
Hệ quả 3 (công thức hệ số phổ quát). — Giả sử vành A là chính. Nếu các phức C và C′ là tự do, các dãy của A-môđun (11) là khớp và tách; nếu phức C là tự do, các dãy của A-môđun (13) là khớp và tách với mọi A-môđun N. Thật vậy, B(C),Z(C) và B(C′) là các môđun con của các môđun tự do C,C,C′, nên là tự do (VII, § 3, hệ quả 2 của định lý 1), và ta áp dụng hệ quả 2.
Hệ quả 4 (« công thức Künneth »)
Giả sử C bị chặn bên phải, C và H(C) phẳng; khi đó đồng cấu chính tắc
γ(C,C′):H(C)⊗AH(C′)→H(C⊗AC′)
là song ánh.
Theo định lý, chỉ cần chứng minh rằng B(C) và Z(C) là phẳng. Bây giờ ta có các dãy khớp
do đó, theo X, p. 75, hệ quả 1, các kéo theo (B_{n-1}(C) là phẳng) ⇒ (Z_n(C) là phẳng) ⇒ (B_n(C) là phẳng) ; ta kết luận bằng cách nhận xét rằng B_n(C) = 0 với n đủ nhỏ.
Hệ quả 5
Cho u : C \to C' là một đồng luân của các phức của a-môđun phải, phẳng và bị chặn bên phải. Với mọi phức E của các a-môđun trái, cấu xạ u⊗1E:C⊗AE→C′⊗AE là một đồng luân.
Thật vậy, Con (u) là một phức phẳng, bị chặn bên phải và có đồng điều không; khi đó có H(Con(u)⊗AE)=0 theo hệ quả 4, do đó H(Con(u⊗1E))=0 (X, p. 67, bổ đề 2), và u⊗1E là một đồng luân.
8. Các phức bị chặn và phẳng trên một vành Noether
Mệnh đề 11
Giả sử A Noether trái, và cho C là một phức bị chặn và phẳng của các a-môđun trái sao cho H(C) là một a-môđun sinh hữu hạn. Cho a và b là hai số nguyên sao cho a \leq b và H_n(C) = 0 với n < a, C_n = 0 với n > b. Tồn tại một phức P của các a-môđun trái sao cho P_n là xạ ảnh và sinh hữu hạn với mỗi n, và P_n = 0 với n \notin [a, b], cùng một đồng luân u : P \to C. Hơn nữa, với mọi phức E của các a-môđun phải, đồng cấu
H(1E⊗u):H(E⊗AP)→H(E⊗AC)laˋ song aˊnh.
Theo X, p. 53, mệnh đề 7, tồn tại một phức (L, d) sao cho L_n là tự do và sinh hữu hạn với mỗi n, và không với n < a, cùng một đồng luân f : L \to C. Gọi P là phức thương L/L', trong đó L'_n = 0 với n < b, L'_n = L_n với n > b, L'_b = B_b(L). Vì C_n = 0 với n > b, f(L') = 0, nên f phân tích qua một cấu xạ của các phức u : P \to C.
Vì f là một đồng luân, ta có H(Con(f))=0, do đó có một dãy khớp
⋯⟶Lb+1db+1Lb⟶Lb−1⊕Cb⟶Lb−2⊕Cb−1⟶⋯
Khi đó có một dãy khớp
0⟶Pb⟶Lb−1⊕Cb⟶Lb−2⊕Cb−1⟶⋯.
Điều này chỉ ra một mặt rằng nón của u có đồng điều không, do đó u là một đồng luân, mặt khác rằng môđun Pb là phẳng (X, p. 76, hệ quả 2) ; vì Pb là sinh hữu hạn như một thương của Lb+1, nó là xạ ảnh (X, p. 13, hệ quả). Cặp (P,u) khi đó thỏa mãn điều kiện yêu cầu. Khẳng định cuối cùng suy ra từ X, p. 79, hệ quả 5.
\* Ví dụ. — Cho A là một vành giao hoán Noether, X là một lược đồ A-thực sự và phẳng, F là một CX-môđun thuần nhất, phẳng trên A. Tồn tại một phức bị chặn P gồm các A-môđun xạ ảnh sinh hữu hạn sao cho với mọi A-môđun M, H(X,F⊗AM) đẳng cấu tự nhiên với H(P⊗AM). Thật vậy, cho U là một phủ của X bởi một số hữu hạn các tập mở affine, C(U,F) là phức Čech liên kết. Ta chứng minh rằng Hi(C(U,F)) đẳng cấu với A-môđun Hi(X,F), và rằng môđun sau sinh hữu hạn; hơn nữa, với mọi A-môđun M, phức C(U,F)⊗AM đẳng cấu với C(U,F⊗AM). Áp dụng Mệnh đề 11 cho phức C(U,F) (là phức bị chặn), ta thu được một phức P trả lời câu hỏi.
Với mọi điểm y của Spec (A), ký hiệu κ(y) là trường thặng dư của A tại y, Xy=X⊗Aκ(y) là thớ của X trên y, Fy=F⊗Aκ(y), và đặt hp(y)=dimκ(y)Hp(Xy,Fy) với p≥0.
Từ sự tồn tại của phức P ta dễ dàng suy ra các kết quả sau :
(i) hàm hp là nửa liên tục trên trên Spec (A) ;
(ii) hàm p≥0∑(−1)php là hằng địa phương trên Spec (A). \*
9. Tổng quát hóa cho các phức đa môđun
Cho B và B′ là hai vành, C là một phức các song môđun (B, A), C′ là một phức các song môđun (A, B′) (X, p. 43); khi đó (C⊗AC′,D) (X, p. 61) là một phức các song môđun (B, B′) và đồng cấu chính tắc
γ:H(C)⊗AH(C′)⟶H(C⊗AC′)
tương thích với các cấu trúc song môđun (B, B′) của hai thành phần.
Nếu B″ là một vành thứ ba, và C″ là một phức các song môđun (B′, B″), đồng cấu chính tắc (II, p. 64, Mệnh đề 8)
(C⊗AC′)⊗B′C′′⟶C⊗A(C′⊗B′C′′)
là một đẳng cấu của các phức các song môđun (B, B″).
Tổng quát hơn, ta để cho độc giả phát triển lý thuyết các tích tenxơ của các họ hữu hạn, được sắp thứ tự toàn phần, của các phức đa môđun theo mô hình của No. 1 (X, p. 63) và của II, pp. 65–72 (tính kết hợp, tính giao hoán, … các đẳng cấu).
Cho B và B' là hai vành, M là một song môđun (B, A), N là một song môđun (A, B') : khi đó L(M)⊗AL(N) là một phức các song môđun (B, B') sao cho TorA(M,N) được trang bị một cấu trúc tự nhiên của song môđun phân bậc (B, B'); trên số hạng có bậc 0, cấu trúc này trùng với cấu trúc của M⊗AN.
Nếu λ∈B, λ′∈B′, và nếu ta ký hiệu bởi λM,λN,λT,λT′ các tự đồng cấu vị xạ x↦λx, y↦yλ′, z↦λz, z↦zλ′ của M, N, TorA(M,N), TorA(M,N) tương ứng, thì
λT=TorA(λM,1N),λT′=TorA(1M,λN′),
điều này cho một mô tả khác của cấu trúc song môđun của TorA(M,N). Ta để cho độc giả tổng quát hóa các No. 5 và 7 sang trường hợp các phức đa môđun.