Bourbaki

§ 4. Tích xoắn

Trong các mục 4 đến 8, ta ký hiệu kk là một vành giao hoán, và AA là một đại số kết hợp có đơn vị trên kk. Vai trò của kk là phụ trợ; ta chủ yếu xét ba trường hợp đặc biệt sau:

a) ta xét một vành tùy ý AA, đặt k=Zk=\mathbf{Z} và trang bị cho AA cấu trúc tự nhiên của một Z\mathbf{Z}-đại số,

b) ta xét một vành tùy ý AA, lấy tâm của AA làm kk,

c) ta xét một vành giao hoán AA và lấy k=Ak=A.

1. Tích tenxơ của hai phức

Cho (C,d)(C,d) là một phức của các môđun phải AA và (C′,d′)(C',d') là một phức của các môđun trái AA.

Ta trang bị cho môđun kk C⊗AC′C\otimes_A C' phép phân bậc sao cho

(C⊗AC′)n=∑p+q=n(Cp⊗Cq′) (C\otimes_A C')_n=\sum_{p+q=n}(C_p\otimes C'_q)

và gọi DD là tự đồng cấu kk-tuyến tính duy nhất bậc (−1)(-1) của C⊗AC′C\otimes_A C' sao cho

D(x⊗x′)=dx⊗x′+(−1)px⊗d′x′,x∈Cp, y∈Cq′, p, q∈Z.(1) \tag{1} D(x\otimes x')=dx\otimes x'+(-1)^p x\otimes d'x', \qquad x\in C_p,\ y\in C'_q,\ p,\ q\in\mathbf{Z}.

Ta có D∘D=0D\circ D=0 vì, với các ký hiệu của (1)

D2(x⊗x′)=ddx⊗x′+(−1)p−1dx⊗d′x′+(−1)pdx⊗d′x′−x⊗d′d′x′. D^2(x\otimes x')=ddx\otimes x'+(-1)^{p-1}dx\otimes d'x'+(-1)^pdx\otimes d'x'-x\otimes d'd'x'.

Phức của các môđun kk (C⊗AC′,D)(C\otimes_A C',D) được gọi là phức tích tenxơ của các phức (C,d)(C,d) và (C′,d′)(C',d').

Nhận xét 1

Khi C′C' thu gọn thành C0′=MC'_0=M, thì (C⊗AC′)n=Cn⊗AM(C\otimes_A C')_n=C_n\otimes_A M và D=d⊗1MD=d\otimes 1_M; ví dụ C⊗AAsC\otimes_A A_s được đồng nhất một cách tự nhiên với CC. Tương tự, khi CC thu gọn thành C0=PC_0=P, thì (C⊗AC′)n=P⊗ACn′(C\otimes_A C')_n=P\otimes_A C'_n và D=1P⊗dD=1_P\otimes d.

Nhận xét 2

Với mọi số nguyên rr, ta có (C⊗AC′)(r)=C(r)⊗AC′(C\otimes_A C')(r)=C(r)\otimes_A C', nhưng nói chung (C⊗AC′)(r)(C\otimes_A C')(r) và C⊗AC′(r)C\otimes_A C'(r) không có cùng vi phân.

Cho p,qp, q là hai số nguyên, x∈Zp(C),x′∈Zq(C′)x \in Z_p(C), x' \in Z_q(C'); khi đó phần tử x⊗x′x \otimes x' của Cp⊗Cq′C_p \otimes C'_q thuộc về Zp+q(C⊗C′)Z_{p+q}(C \otimes C') theo (1); hơn nữa, nếu y∈Cp+1,y′∈Cq+1′y \in C_{p+1}, y' \in C'_{q+1}, ta có

(x+dy)⊗(x′+d′y′)=x⊗x′+D(y⊗x′+(−1)p(x+dy)⊗y′); (x + dy) \otimes (x' + d'y') = x \otimes x' + D(y \otimes x' + (-1)^p (x + dy) \otimes y');
bằng cách chuyển qua các thương, ta suy ra một ánh xạ kk-tuyến tính, được gọi là chính tắc
γp,q(C,C′):Hp(C)⊗AHq(C′)→Hp+q(C⊗AC′); \gamma_{p,q}(C, C') : H_p(C) \otimes_A H_q(C') \to H_{p+q}(C \otimes_A C');
nếu ta trang bị cho H(C)⊗AH(C′)H(C) \otimes_A H(C') phép phân bậc sao cho
(H(C)⊗H(C′))n=∑p+q=nHp(C)⊗AHq(C′), (H(C) \otimes H(C'))_n = \sum_{p+q=n} H_p(C) \otimes_A H_q(C'),
các γp,q\gamma_{p,q} định nghĩa một ánh xạ kk-tuyến tính phân bậc bậc 0
γ(C,C′):H(C)⊗AH(C′)→H(C⊗AC′). \gamma(C, C') : H(C) \otimes_A H(C') \to H(C \otimes_A C').
Mệnh đề 6 của II, p. 59, có thể được phát biểu lại như sau:

Mệnh đề 1

Nếu các phức CC và C′C' bằng không ở bên phải, thì C⊗AC′C \otimes_A C' bằng không ở bên phải và ánh xạ tuyến tính trên kk chính tắc*

γ0,0(C,C′):H0(C)⊗AH0(C′)→H0(C⊗AC′) \gamma_{0,0}(C, C') : H_0(C) \otimes_A H_0(C') \to H_0(C \otimes_A C')
là song ánh.

Cho u:(C,d)→(C1,d1)u : (C, d) \to (C_1, d_1) là một cấu xạ của các phức của các AA-môđun phải và u′:(C′,d′)→(C1′,d1′)u' : (C', d') \to (C'_1, d'_1) là một cấu xạ của các phức của các AA-môđun trái; khi đó u⊗u′:C⊗AC′→C1⊗AC1′u \otimes u' : C \otimes_A C' \to C_1 \otimes_A C'_1 là một cấu xạ của các phức của các kk-môđun; thật vậy, nó là phân bậc bậc 0, và nếu ký hiệu DD và D1D_1 là các vi phân của C⊗C′C \otimes C' và C1⊗C1′C_1 \otimes C'_1, ta có với p,q∈Z,x∈Cp,x′∈Cq′p, q \in \mathbf{Z}, x \in C_p, x' \in C'_q,

(u⊗u′)(D(x⊗x′))=u(dx)⊗u′(x′)+(−1)pu(x)⊗u′(d′x′)==d1u(x)⊗u′(x′)+(−1)pu(x)⊗d1′u′(x′)=D1(u(x)⊗u(x′)). (u \otimes u') (D(x \otimes x')) = u(dx) \otimes u'(x') + (-1)^p u(x) \otimes u'(d'x') = = d_1 u(x) \otimes u'(x') + (-1)^p u(x) \otimes d'_1 u'(x') = D_1(u(x) \otimes u(x')) .
Ngoài ra biểu đồ sau là giao hoán :
H(C)⊗AH(C′)→γ(C,C′)H(C⊗AC′)H(u)⊗H(u′)↓↓H(u⊗u′)H(C1)⊗AH(C1′)→γ(C1,C1′)H(C1⊗AC1′) \begin{array}{ccc} H(C) \otimes_A H(C') & \xrightarrow{\gamma(C, C')} & H(C \otimes_A C') \\ H(u) \otimes H(u') \downarrow & & \downarrow H(u \otimes u') \\ H(C_1) \otimes_A H(C'_1) & \xrightarrow{\gamma(C_1, C'_1)} & H(C_1 \otimes_A C'_1) \end{array}

Gọi A∘A^\circ là kk-đại số đối của AA, C∘C^\circ (tương ứng C′∘{C'}^\circ) là phức CC (tương ứng C′C') được xem như một phức của các A∘A^\circ-môđun trái (tương ứng phải). Ký hiệu bởi

σ(C,C′):C⊗AC′→C′∘⊗A∘C∘ \sigma(C, C') : C \otimes_A C' \to {C'}^\circ \otimes_{A^\circ} C^\circ
ánh xạ tuyến tính trên kk phân bậc duy nhất bậc 0 sao cho, với x∈Cp,x′∈Cq′,p,q∈Zx \in C_p, x' \in C'_q, p, q \in \mathbf{Z}, ta có
σ(C,C′)(x⊗x′)=(−1)pqx′⊗x. \sigma(C, C') (x \otimes x') = (-1)^{pq} x' \otimes x .

Mệnh đề 2

Ánh xạ σ(C,C′):C⊗AC′→C′∘⊗AC∘\sigma(C, C') : C \otimes_A C' \to {C'}^\circ \otimes_A C^\circ là một đẳng cấu của các phức của kk-môđun, mà đẳng cấu ngược là σ(C′∘,C∘)\sigma({C'}^\circ, C^\circ).

Vì các ánh xạ σ(C,C′)\sigma(C, C') và σ(C′∘,C∘)\sigma({C'}^\circ, C^\circ) ngược nhau, chỉ cần chứng minh rằng σ(C,C′)\sigma(C, C') là một cấu xạ của các phức. Bây giờ, với

x∈Cp=Cp∘,x′∈Cq′=Cq′∘,p,q∈Z, x \in C_p = C_p^\circ, \quad x' \in C'_q = C_{q'}^\circ, \quad p, q \in \mathbf{Z},
ta có, ký hiệu D′D' là vi phân của C′⊗A∘CC' \otimes_{A^\circ} C,
σ(C,C′)∘D(x⊗x′)=σ(C,C′)(dx⊗x′+(−1)px⊗d′x′)==(−1)(p+1)qx′⊗dx+(−1)p+p(q+1)d′x′⊗x=(−1)pqd′x′⊗x+(−1)pq+qx′⊗dx=(−1)pqD′(x′⊗x)=D∘∘σ(C,C′)(x⊗x′); \begin{align*} \sigma(C, C') \circ D(x \otimes x') &= \sigma(C, C') (dx \otimes x' + (-1)^p x \otimes d'x') = \\ &= (-1)^{(p+1)q} x' \otimes dx + (-1)^{p+p(q+1)} d'x' \otimes x = (-1)^{pq} d'x' \otimes x + (-1)^{pq+q} x' \otimes dx \\ &= (-1)^{pq} D'(x' \otimes x) = D^\circ \circ \sigma(C, C') (x \otimes x'); \end{align*}
điều này cho σ(C,C′)∘D=D∘∘σ(C,C′)\sigma(C, C') \circ D = D^\circ \circ \sigma(C, C'), do đó thu được mệnh đề cần tìm.

Đẳng cấu σ(C,C′):C⊗AC′→C′∘⊗AC∘\sigma(C, C') : C \otimes_A C' \to {C'}^\circ \otimes_A C^\circ được gọi là đẳng cấu giao hoán của tích tenxơ của các phức CC và C′C'.

Nếu u:C→C1u : C \to C_1 và v:C′→C1′v : C' \to C'_1 là hai cấu xạ của các phức như trên, ta có một biểu đồ giao hoán :

C⊗AC′→σ(C,C′)C′∘⊗AC∘u⊗u′↓↓u′⊗uC1⊗AC1′→σ(C1,C1′)C1′∘⊗AC1∘. \begin{array}{ccc} C \otimes_A C' & \xrightarrow{\sigma(C, C')} & {C'}^\circ \otimes_A C^\circ \\ u \otimes u' \downarrow & & \downarrow u' \otimes u \\ C_1 \otimes_A C'_1 & \xrightarrow{\sigma(C_1, C'_1)} & C'_1{}^\circ \otimes_A C_1^\circ. \end{array}

Giả sử ở cuối số này rằng vành AA là giao hoán (xem No. 9 cho trường hợp tổng quát).

Cho C,C′,C′′C, C', C'' là ba phức của các AA-môđun; đồng cấu chính tắc của các AA-môđun (III, p. 64)

φ:(C⊗AC′)⊗AC′′→C⊗A(C′⊗AC′′) \varphi : (C \otimes_A C') \otimes_A C'' \to C \otimes_A (C' \otimes_A C'')
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(C^{(i)}, d^{(i)})_{i \in I} là một họ các phức của các AA-môđun, trong đó tập hợp II là hữu hạn và được sắp thứ tự toàn phần; ta sẽ đồng nhất II với khoảng [1,r][1, r] của N\mathbf{N} để đơn giản hóa ký hiệu. Ta trang bị cho AA-môđun C=⨂i=1rC(i)C = \bigotimes_{i=1}^r C^{(i)} cấu trúc phân bậc sao cho

Cn=∑p1+p2+⋯+pr=n(C(1))p1⊗(C(2))p2⊗⋯⊗(C(r))pr, C_n = \sum_{p_1 + p_2 + \cdots + p_r = n} (C^{(1)})_{p_1} \otimes (C^{(2)})_{p_2} \otimes \cdots \otimes (C^{(r)})_{p_r},
và định nghĩa một tự đồng cấu AA phân bậc bậc (−1)(-1) của CC bởi
D(x1⊗…⊗xr)=∑j=1r(−1)p1+⋯+pj−1x1⊗…⊗xj−1⊗djxj⊗xj+1⊗…⊗xr D(x_1 \otimes \ldots \otimes x_r) = \sum_{j=1}^r (-1)^{p_1 + \cdots + p_{j-1}} x_1 \otimes \ldots \otimes x_{j-1} \otimes d_j x_j \otimes x_{j+1} \otimes \ldots \otimes x_r
trong đó xi∈(C(i))pix_i \in (C^{(i)})_{p_i} với i=1,…,ni = 1, \ldots, n. Khi đó (C,D)(C, D) là một phức của các AA-môđun được gọi là phức tích tenxơ của họ (Ci,di)(C_i, d_i). Với mọi dãy tăng ngặt r0,...,rkr_0, ..., r_k của [0,r][0, r] sao cho r0=0, rk=rr_0 = 0,\ r_k = r, đẳng cấu chính tắc của tính kết hợp

⨂j=0k−1(⨂i=rj+1rj+1C(i))→⨂i=1rC(i) \bigotimes_{j=0}^{k-1} \left( \bigotimes_{i=r_j+1}^{r_{j+1}} C^{(i)} \right) \to \bigotimes_{i=1}^r C^{(i)}

là một đẳng cấu của các phức.

Ta định nghĩa như trên một đồng cấu AA phân bậc bậc 0

γ((C(i))):⨂i∈IH(C(i))→H(⨂i∈IC(i)) \gamma((C^{(i)})) : \bigotimes_{i \in I} H(C^{(i)}) \to H \left( \bigotimes_{i \in I} C^{(i)} \right)

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)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)d^{(i)} là các phản đạo hàm (III, p. 117). Khi đó ta trang bị ⨂i∈IC(i)\bigotimes_{i \in I} C^{(i)} cấu trúc đại số tích tenxơ phân bậc trái của các cấu trúc đã cho (III, p. 49). Khi đó DD là một phản đạo hàm. Thật vậy, sử dụng tính kết hợp của tích tenxơ, ta có thể giả sử rằng I={1,2}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))q2p_1,\ q_1,\ p_2,\ q_2 \in \mathbf{Z},\ x_1 \in (C^{(1)})_{p_1},\ y_1 \in (C^{(1)})_{q_1},\ x_2 \in (C^{(2)})_{p_2},\ y_2 \in (C^{(2)})_{q_2}; ta có

(D(x1⊗x2))(y1⊗y2)+(−1)p1+p2(x1⊗x2)(D(y1⊗y2))= (D(x_1 \otimes x_2))(y_1 \otimes y_2) + (-1)^{p_1+p_2} (x_1 \otimes x_2)(D(y_1 \otimes y_2)) =
=(dx1⊗x2+(−1)p1x1⊗dx2)(y1⊗y2)+ = (dx_1 \otimes x_2 + (-1)^{p_1} x_1 \otimes dx_2)(y_1 \otimes y_2) +
+(−1)p1+p2(x1⊗x2)(dy1⊗y2+(−1)q1y1⊗dy2)= + (-1)^{p_1+p_2} (x_1 \otimes x_2)(dy_1 \otimes y_2 + (-1)^{q_1} y_1 \otimes dy_2) =
=(−1)p2q1(dx1)y1⊗x2y2+(−1)p1+(p2−1)q1x1y1⊗(dx2)y2+ = (-1)^{p_2 q_1} (dx_1) y_1 \otimes x_2 y_2 + (-1)^{p_1+(p_2-1)q_1} x_1 y_1 \otimes (dx_2) y_2 +
+(−1)p1+p2+p2(q1−1)x1dy1⊗x2y2+(−1)p1+p2+q1+p2q1x1y1⊗x2dy2 + (-1)^{p_1+p_2+p_2(q_1-1)} x_1 dy_1 \otimes x_2 y_2 + (-1)^{p_1+p_2+q_1+p_2 q_1} x_1 y_1 \otimes x_2 dy_2
=(−1)p2q1[(dx1)y1+(−1)p1x1dy1]⊗x2y2+ = (-1)^{p_2 q_1} [(dx_1) y_1 + (-1)^{p_1} x_1 dy_1] \otimes x_2 y_2 +
+(−1)p1+q1+p2q1x1y1⊗((dx2)y2+(−1)p2x2dy2) + (-1)^{p_1+q_1+p_2 q_1} x_1 y_1 \otimes ((dx_2) y_2 + (-1)^{p_2} x_2 dy_2)
=(−1)p2q1[d(x1y1)⊗x2y2+(−1)p1+q1x1y1⊗d(x2y2)] = (-1)^{p_2 q_1} [d(x_1 y_1) \otimes x_2 y_2 + (-1)^{p_1+q_1} x_1 y_1 \otimes d(x_2 y_2)]
=(−1)p2q1D(x1y1⊗x2y2)=D((x1⊗x2)(y1⊗y2)). = (-1)^{p_2 q_1} D(x_1 y_1 \otimes x_2 y_2) = D((x_1 \otimes x_2)(y_1 \otimes y_2)).

2. Tích tenxơ và đồng luân

Mệnh đề 3

Cho C, C1C,\ C_1 là hai phức của các AA-môđun phải, C′, C1′C',\ C'_1 là hai phức của các AA-môđun trái, và u:C→C1, v:C→C1, u′:C′→C1′, v′:C′→C1′u : C \to C_1,\ v : C \to C_1,\ u' : C' \to C'_1,\ v' : C' \to C'_1 là các xạ của các phức.

a) Nếu uu và u′u' lần lượt đồng luân với vv và v′v', thì hai xạ u⊗u′u \otimes u' và v⊗v′v \otimes v' từ C⊗AC′C \otimes_A C' đến C1⊗AC1′C_1 \otimes_A C'_1 là đồng luân.

b) Nếu uu và u′u' là các tương đương đồng luân, thì u⊗u′u \otimes u' là một tương đương đồng luân.

c) Nếu CC hoặc C′C' đồng luân với không, thì C⊗AC′C \otimes_A C' đồng luân với không.

Gọi bằng cùng một chữ cái dd các vi phân của các phức C, C1, C′, C1′C,\ C_1,\ C',\ C'_1 và bằng DD các vi phân của các phức C⊗AC′C \otimes_A C' và C1⊗AC1′C_1 \otimes_A C'_1.

Nếu uu (tương ứng u′u') đồng luân với vv (tương ứng v′v'), thì tồn tại một đồng cấu phân bậc bậc 1 s:C→C1s:C\to C_1 (tương ứng s′:C′→C1′s':C'\to C'_1) sao cho

(2)u−v=ds+sd(resp. u′−v′=ds′+s′d). (2)\qquad u-v=ds+sd\qquad\text{(resp. }u'-v'=ds'+s'd\text{)}.

Gọi S:C⊗AC′→C1⊗AC1′S:C\otimes_A C'\to C_1\otimes_A C'_1 là đồng cấu phân bậc duy nhất bậc 1 sao cho, với x∈Cp, y∈Cq′, p,q∈Zx\in C_p,\ y\in C'_q,\ p,q\in\mathbf Z, ta có

(3)S(x⊗y)=s(x)⊗u′(y)+(−1)pv(x)⊗s′(y). (3)\qquad S(x\otimes y)=s(x)\otimes u'(y)+(-1)^p v(x)\otimes s'(y).

Khi đó, với các ký hiệu trước đó:

(DS+SD)(x⊗y)=D(sx⊗u′y)+(−1)pD(vx⊗s′y)+S(dx⊗y)+(−1)pS(x⊗dy)==dsx⊗u′y+(−1)p+1sx⊗du′y+(−1)pdvx⊗s′y+vx⊗ds′y+sdx⊗u′y+(−1)p−1vdx⊗s′y+(−1)psx⊗u′dy+vx⊗s′dy=(ds+sd)(x)⊗u′y+vx⊗(ds′+s′d)(y)=(ux−vx)⊗u′y+vx⊗(u′y−v′y)=ux⊗u′y−vx⊗v′y. \begin{aligned} (DS+SD)(x\otimes y)&=D(sx\otimes u'y)+(-1)^pD(vx\otimes s'y)+S(dx\otimes y)\\ &\quad+(-1)^pS(x\otimes dy)=\\ &=dsx\otimes u'y+(-1)^{p+1}sx\otimes du'y+(-1)^pdvx\otimes s'y+vx\otimes ds'y\\ &\quad+sdx\otimes u'y+(-1)^{p-1}vdx\otimes s'y+(-1)^psx\otimes u'dy+vx\otimes s'dy\\ &=(ds+sd)(x)\otimes u'y+vx\otimes(ds'+s'd)(y)\\ &=(ux-vx)\otimes u'y+vx\otimes(u'y-v'y)=ux\otimes u'y-vx\otimes v'y. \end{aligned}

Điều này cho DS+SD=u⊗u′−v⊗v′DS+SD=u\otimes u'-v\otimes v', do đó a).

Ta chứng minh b). Nếu uu và u′u' là các tương đương đồng luân, thì tồn tại các đồng cấu của các phức α:C1→C\alpha:C_1\to C và α′:C1′→C′\alpha':C'_1\to C' sao cho u∘α, α∘u′, α′∘u′u\circ\alpha,\ \alpha\circ u',\ \alpha'\circ u' lần lượt đồng luân với IdC1, IdC, IdC1′, IdC′\mathrm{Id}_{C_1},\ \mathrm{Id}_C,\ \mathrm{Id}_{C'_1},\ \mathrm{Id}_{C'}. Khi đó (u⊗u′)∘(α⊗α′)(u\otimes u')\circ(\alpha\otimes\alpha'), bằng (u∘α)⊗(u′∘α′)(u\circ\alpha)\otimes(u'\circ\alpha'), là đồng luân theo a) với IdC1⊗IdC1′=IdC1⊗C1′\mathrm{Id}_{C_1}\otimes\mathrm{Id}_{C'_1}=\mathrm{Id}_{C_1\otimes C'_1}, trong khi (α⊗α′)∘(u⊗u′)(\alpha\otimes\alpha')\circ(u\otimes u') đồng luân với IdC⊗C′\mathrm{Id}_{C\otimes C'}, do đó b). Cuối cùng, c) suy ra từ b) áp dụng vào trường hợp C1C_1 hoặc C1′C'_1 là không.

Hệ quả 1

Cho C′C' là một phức tách của các AA-môđun trái sao cho H(C′)H(C') là phẳng. Với mọi phức CC của các AA-môđun phải, ánh xạ chính tắc

γ(C,C′):H(C)⊗AH(C′)⟶H(C⊗AC′) \gamma(C,C'):H(C)\otimes_AH(C')\longrightarrow H(C\otimes_A C')

là song ánh.

Theo X, p. 35, def. 6, tồn tại một tương đương đồng luân u′:C′→H(C′)u':C'\to H(C'). Theo mệnh đề 3, 1C⊗u′:C⊗AC′→C⊗AH(C′)1_C\otimes u':C\otimes_A C'\to C\otimes_AH(C') là một tương đương đồng luân; vì

H(1C⊗u′)∘γ(C,C′)=γ(C,H(C′))∘(1C⊗H(u′)), H(1_C\otimes u')\circ\gamma(C,C')=\gamma(C,H(C'))\circ(1_C\otimes H(u')),

và H(1C⊗u′)H(1_C\otimes u') và H(u′)H(u') là song ánh, chỉ cần chứng minh rằng γ(C,H(C′))\gamma(C,H(C')) là song ánh, và ta quy về trường hợp C′C' phẳng và có vi phân không. Trong trường hợp này, các dãy khớp chính tắc

(I)0⟶Z(C)→iC→∂B(C)⟶0 \mathrm{(I)}\qquad 0\longrightarrow Z(C)\xrightarrow{i}C\xrightarrow{\partial}B(C)\longrightarrow0
(II)0⟶B(C)→jZ(C)→πH(C)⟶0 \mathrm{(II)}\qquad 0\longrightarrow B(C)\xrightarrow{j}Z(C)\xrightarrow{\pi}H(C)\longrightarrow0

cho các dãy khớp:

0⟶Z(C)⊗AC′→i⊗1C⊗AC′→δ⊗1B(C)⊗AC′⟶0 0 \longrightarrow Z(C) \otimes_A C' \xrightarrow{i\otimes 1} C \otimes_A C' \xrightarrow{\delta\otimes 1} B(C) \otimes_A C' \longrightarrow 0
0⟶B(C)⊗AC′→j⊗1Z(C)⊗AC′→π⊗1H(C)⊗AC′⟶0. 0 \longrightarrow B(C) \otimes_A C' \xrightarrow{j\otimes 1} Z(C) \otimes_A C' \xrightarrow{\pi\otimes 1} H(C) \otimes_A C' \longrightarrow 0.

Vì d=i∘j∘δd=i\circ j\circ\delta, ta có D=d⊗1C′=(i⊗1)∘(j⊗1)∘(δ⊗1)D=d\otimes 1_{C'}=(i\otimes 1)\circ(j\otimes 1)\circ(\delta\otimes 1), điều này chỉ ra rằng các ánh xạ chính tắc Z(C)⊗AC′→Z(C⊗AC′)Z(C)\otimes_A C'\to Z(C\otimes_A C') và B(C)⊗AC′→B(C⊗AC′)B(C)\otimes_A C'\to B(C\otimes_A C') là song ánh, do đó γ(C,C′)\gamma(C,C') cũng vậy bằng cách chuyển qua thương.

Hệ quả 2

Cho N\mathbf N là một AA-môđun trái phẳng. Với mọi phức CC của các AA-môđun phải, các đồng cấu chính tắc

γn(C,N):Hn(C)⊗AN⟶Hn(C⊗AN) \gamma_n(C,\mathbf N): H_n(C)\otimes_A \mathbf N \longrightarrow H_n(C\otimes_A \mathbf N)

là song ánh.

Hệ quả 3

Cho C′C' là một phức của các AA-môđun trái sao cho B(C′)B(C') và H(C′)H(C') là xạ ảnh. Với mọi phức CC của các AA-môđun phải, ánh xạ γ(C,C′)\gamma(C,C') là song ánh.

Thật vậy, C′C' là tách (X, p. 35, ví dụ 4) và H(C′)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′C' và H(C′)H(C') phẳng và C′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 AA-môđun phải và E là một phức của các AA-môđun trái. Ta giả sử rằng H(C)=0H(C)=0 và rằng E là phẳng và bị chặn về phía phải. Khi đó H(C⊗AE)=0H(C\otimes_A E)=0.

Với k∈Zk\in\mathbf Z, gọi T(k)T^{(k)} là phức con của C⊗AEC\otimes_A E sao cho

Tn(k)=∑p+q=nq≤kCp⊗AEq ; T_n^{(k)}=\sum_{\substack{p+q=n\\q\leq k}} C_p\otimes_A E_q\ ;

khi đó T(k−1)⊂T(k)T^{(k-1)}\subset T^{(k)} và ta có một dãy khớp các phức

0⟶T(k−1)→ikT(k)→πC⊗AEk(−k)⟶0 0\longrightarrow T^{(k-1)}\xrightarrow{i_k}T^{(k)}\xrightarrow{\pi}C\otimes_A E_k(-k)\longrightarrow 0

trong đó iki_k là đơn ánh chính tắc và π\pi chiếu tổng trực tiếp trước đó lên nhân tử của nó Cn−k⊗AEk=(C⊗AEk(−k))nC_{n-k}\otimes_A E_k=(C\otimes_A E_k(-k))_n. Theo Hệ quả 2 ở trên, ta có H(C⊗AEk(−k))=0H(C\otimes_A E_k(-k))=0, do đó iki_k là một đồng cấu. Ta có T(k)=0T^{(k)}=0 với kk đủ nhỏ, vì E bị chặn về phía phải, do đó H(T(k))=0H(T^{(k)})=0 với mọi kk theo quy nạp trên kk. Cuối cùng, cấu xạ chính tắc lim⁡⟶ T(k)→C⊗AE\underset{\longrightarrow}{\lim}\,T^{(k)}\to C\otimes_A E hiển nhiên là một đẳng cấu, do đó H(C⊗AE)=0H(C\otimes_A E)=0 (X, p. 28, Mệnh đề 1).

Bổ đề 2

Nếu u:C→C′u:C\to C' là một cấu xạ của các phức của AA-môđun phải và E là một phức của các AA-môđun trái, thì các phức Con⁡(u)⊗AE\operatorname{Con}(u)\otimes_A E và Con⁡(u⊗1E)\operatorname{Con}(u\otimes 1_E) là đẳng cấu.

Theo định nghĩa, Con⁡(u)⊗AE\operatorname{Con}(u)\otimes_A E là môđun phân bậc (C′(−1)⊕C)⊗AE(C'(-1)\oplus C)\otimes_A E được trang bị vi phân DD sao cho, với x∈Cpx\in C_p, y′∈C′(−1)p=Cp−1′y'\in C'(-1)_p=C'_{p-1}, z∈Eqz\in E_q, ta có

(4)

D(y′,x)⊗z=(−dy′,dx−u(y′))⊗z+(−1)p(y′,x)⊗dz, D(y',x)\otimes z=(-dy',dx-u(y'))\otimes z+(-1)^p(y',x)\otimes dz,

trong khi Con⁡(u⊗1E)\operatorname{Con}(u\otimes 1_E) là môđun phân bậc (C′⊗AE)(−1)⊕(C⊗AE)(C'\otimes_A E)(-1)\oplus(C\otimes_A E) được trang bị vi phân D1D_1 sao cho, với x∈Cpx\in C_p, y′∈Cp−1′y'\in C'_{p-1}, z∈Eqz\in E_q, ta có

D1(y′⊗z,x⊗z)=(−dy′⊗z−(−1)p−1y′⊗dz,dx⊗z+(−1)px⊗dz−u(y′)⊗z) D_1(y'\otimes z,x\otimes z)=(-dy'\otimes z-(-1)^{p-1}y'\otimes dz,dx\otimes z+(-1)^p x\otimes dz-u(y')\otimes z)
=(−dy′⊗z,(dx−u(y′))⊗z)+(−1)p(y′⊗dz,x⊗dz), =(-dy'\otimes z,(dx-u(y'))\otimes z)+(-1)^p(y'\otimes dz,x\otimes dz),

do đó có mệnh đề.

Mệnh đề 4

Cho u:C→C′u:C\to C' là một đẳng cấu đồng điều của các phức của AA-môđun phải và E là một phức của các AA-môđun trái, phẳng và bị chặn về phía phải. Khi đó

u⊗1E:C⊗AE→C′⊗AE u\otimes 1_E:C\otimes_A E\to C'\otimes_A E

là một đẳng cấu đồng điều của các phức của kk-môđun.

Thật vậy, theo X, p. 38, Hệ quả, uu (tương ứng u⊗1Eu\otimes 1_E) là một đẳng cấu đồng điều khi và chỉ khi H(Con⁡(u))=0H(\operatorname{Con}(u))=0 (tương ứng H(Con⁡(u⊗1E))=0H(\operatorname{Con}(u\otimes 1_E))=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 EE, ta ký hiệu bởi pE:L(E)→Ep_E:L(E)\to E phân giải tự do chính tắc của EE (X, p. 50).

Định nghĩa 1

Cho MM là một A-môđun phải và NN là một A-môđun trái. Ta gọi tích xoắn của MM và NN là môđun kk phân bậc

(4)

Tor⁡A(M,N)=H(L(M)⊗AL(N)). \operatorname{Tor}^A(M,N)=H(L(M)\otimes_A L(N)).

Các thành phần thuần nhất của Tor⁡A(M,N)\operatorname{Tor}^A(M,N) được ký hiệu

(5)

Tor⁡nA(M,N)=Hn(L(M)⊗AL(N)). \operatorname{Tor}^A_n(M,N)=H_n(L(M)\otimes_A L(N)).

Vì L(M)L(M) và L(N)L(N) bằng không ở bên phải, ta có

(6)

Tor⁡nA(M,N)=0cho n<0. \operatorname{Tor}_n^A(M, N) = 0 \quad \text{cho } n < 0 .

Nhận xét 1

Ta sẽ thấy dưới đây (X, p. 107, Mệnh đề 6) các tính chất hữu hạn của các môđun Tor⁡A(M,N)\operatorname{Tor}^A(M, N). Chẳng hạn, nếu AA là giao hoán Noether và nếu MM và NN là các AA-môđun kiểu hữu hạn, thì mọi AA-môđun Tor⁡nA(M,N)\operatorname{Tor}_n^A(M, N) đều là kiểu hữu hạn.

Cho f:M→M′f : M \to M' là một đồng cấu của các AA-môđun phải và g:N→N′g : N \to N' là một đồng cấu của các AA-môđun trái. Ta định nghĩa Tor⁡A(f,g)=H(L(f)⊗AL(g))\operatorname{Tor}^A(f, g) = H(L(f) \otimes_A L(g)); đây là một đồng cấu của các môđun kk phân bậc

Tor⁡A(f,g):Tor⁡A(M,N)→Tor⁡A(M′,N′) \operatorname{Tor}^A(f, g) : \operatorname{Tor}^A(M, N) \to \operatorname{Tor}^A(M', N')

mà các thành phần thuần nhất của nó được ký hiệu

Tor⁡nA(f,g):Tor⁡nA(M,N)→Tor⁡nA(M′,N′). \operatorname{Tor}_n^A(f, g) : \operatorname{Tor}_n^A(M, N) \to \operatorname{Tor}_n^A(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)) \gamma_{0,0} : H_0(L(M)) \otimes_A H_0(L(N)) \to H_0(L(M) \otimes_A L(N))

là song ánh; sử dụng các đẳng cấu M→H0(L(M))M \to H_0(L(M)) và N→H0(L(N))N \to H_0(L(N)), ta suy ra từ đó một đẳng cấu, được gọi là *chính tắc

(7)

γM,N:M⊗AN→Tor⁡0A(M,N). \gamma_{M,N} : M \otimes_A N \to \operatorname{Tor}_0^A(M, N) .

Ta sẽ luôn đồng nhất Tor⁡0A(M,N)\operatorname{Tor}_0^A(M, N) với M⊗ANM \otimes_A N qua đẳng cấu này. Do đó ánh xạ tuyến tính kk Tor⁡0A(f,g)\operatorname{Tor}_0^A(f, g) được đồng nhất với f⊗gf \otimes g.

Nhận xét 2

Cấu xạ phức pM⊗pN:L(M)⊗AL(N)→M⊗ANp_M \otimes p_N : L(M) \otimes_A L(N) \to M \otimes_A N cảm sinh trên đồng điều bậc 0 đẳng cấu

γM,N−1:Tor⁡0A(M,N)→M⊗AN \gamma_{M,N}^{-1} : \operatorname{Tor}_0^A(M, N) \to M \otimes_A N

nghịch đảo của γM,N\gamma_{M,N}.

Ta có L(1M)=1L(M)L(1_M) = 1_{L(M)}, L(1N)=1L(N)L(1_N) = 1_{L(N)}, do đó bằng cách chuyển qua đồng điều:

(8)

Tor⁡A(1M,1N)=1Tor⁡A(M,N). \operatorname{Tor}^A(1_M, 1_N) = 1_{\operatorname{Tor}^A(M, N)} .

Nếu f′:M′→M′′f' : M' \to M'' (tương ứng g′:N′→N′′g' : N' \to N'') là một đồng cấu của các AA-môđun phải (tương ứng trái), ta có L(g′∘g)=L(g′)∘L(g)L(g' \circ g) = L(g') \circ L(g) và L(f′∘f)=L(f′)∘L(f)L(f' \circ f) = L(f') \circ L(f), do đó

(9)

Tor⁡A(f′∘f,g′∘g)=Tor⁡A(f′,g′)∘Tor⁡A(f,g). \operatorname{Tor}^A(f' \circ f, g' \circ g) = \operatorname{Tor}^A(f', g') \circ \operatorname{Tor}^A(f, g) .

Xét các cấu xạ của các phức kk

L(M)⊗AN←1⊗pNL(M)⊗AL(N)→pM⊗1M⊗AL(N) L(M) \otimes_A N \xleftarrow{1 \otimes p_N} L(M) \otimes_A L(N) \xrightarrow{p_M \otimes 1} M \otimes_A L(N)

và các đồng cấu kk mà chúng cảm sinh trong đồng điều:

H(L(M)⊗AN)←ψM(N)TorA(M,N)→ψ‾N(M)H(M⊗AL(N)); H(L(M) \otimes_A N) \xleftarrow{\psi_M(N)} \mathrm{Tor}^A(M, N) \xrightarrow{\overline{\psi}_N(M)} H(M \otimes_A L(N)) ;

theo Mệnh đề 4 của X, p. 67, 1⊗pN1 \otimes p_N và pM⊗1p_M \otimes 1 là các cấu xạ đồng điều. Do đó:

Mệnh đề 5. — Các đồng cấu kk

ψM(N):TorA(M,N)→H(L(M)⊗AN)ψ‾N(M):TorA(M,N)→H(M⊗AL(N)) \begin{aligned} & \psi_M(N) : \mathrm{Tor}^A(M, N) \to H(L(M) \otimes_A N) \\ & \overline{\psi}_N(M) : \mathrm{Tor}^A(M, N) \to H(M \otimes_A L(N)) \end{aligned}

là song ánh.

Hệ quả. — Nếu MM hoặc NN là phẳng, ToriA(M,N)=0\mathrm{Tor}_i^A(M, N) = 0 với i⩾0i \geqslant 0.

Giả sử NN (resp. MM) là phẳng. Khi đó pM⊗1:L(M)⊗AN→M⊗ANp_M \otimes 1 : L(M) \otimes_A N \to M \otimes_A N (resp. 1⊗pN:M⊗AL(N)→M⊗AN1 \otimes p_N : M \otimes_A L(N) \to M \otimes_A N) là một cấu xạ đồng luân (X, p. 67, Mệnh đề 4), do đó Hi(L(M)⊗AN)H_i(L(M) \otimes_A N) (resp. Hi(M⊗AL(N))H_i(M \otimes_A L(N))) triệt tiêu với i>0i > 0.

Nhận xét 3. — Nếu g:N→N′g : N \to N' là một đồng cấu của các môđun trái A, thì

(1L(M)⊗g)∘(1L(M)⊗1N)=(1L(M)⊗1N)∘(1L(M)⊗L(g)), (1_{L(M)} \otimes g) \circ (1_{L(M)} \otimes 1_N) = (1_{L(M)} \otimes 1_N) \circ (1_{L(M)} \otimes L(g)) ,

do đó biểu đồ

TorA(M,N)→ψM(N)H(L(M)⊗AN)TorA(1,g)↓↓H(1⊗g)TorA(M,N′)→ψM(N′)H(L(M)⊗AN′) \begin{array}{ccc} \mathrm{Tor}^A(M, N) & \xrightarrow{\psi_{M(N)}} & H(L(M) \otimes_A N) \\ \mathrm{Tor}^A(1, g) \downarrow & & \downarrow H(1 \otimes g) \\ \mathrm{Tor}^A(M, N') & \xrightarrow{\psi_{M(N')}} & H(L(M) \otimes_A N') \end{array}

là giao hoán.

Tương tự, nếu f:M→M′f : M \to M' là một đồng cấu của các môđun phải A, ta có một biểu đồ giao hoán :

TorA(M,N)→ψ‾N(M)H(M⊗AL(N))TorA(f,1)↓↓H(f⊗1)TorA(M′,N)→ψ‾N(M′)H(M′⊗AL(N)). \begin{array}{ccc} \mathrm{Tor}^A(M, N) & \xrightarrow{\overline{\psi}_{N(M)}} & H(M \otimes_A L(N)) \\ \mathrm{Tor}^A(f, 1) \downarrow & & \downarrow H(f \otimes 1) \\ \mathrm{Tor}^A(M', N) & \xrightarrow{\overline{\psi}_{N(M')}} & H(M' \otimes_A L(N)) . \end{array}

Mệnh đề 6. — Ánh xạ (f,g)↦TorA(f,g):(f, g) \mapsto \mathrm{Tor}^A(f, g) :

HomA(M,M′)×HomA(N,N′)→Homk(TorA(M,N),TorA(M′,N′)) \mathrm{Hom}_A(M, M') \times \mathrm{Hom}_A(N, N') \to \mathrm{Hom}_k(\mathrm{Tor}^A(M, N), \mathrm{Tor}^A(M', N'))

là kk-song tuyến tính.

Cho f∈HomA(M,M′)f \in \mathrm{Hom}_A(M, M'), g1,g2∈HomA(N,N′)g_1, g_2 \in \mathrm{Hom}_A(N, N'), λ1,λ2∈k\lambda_1, \lambda_2 \in k. Khi đó các cấu xạ

λ1(L(f)⊗g1)+λ2(L(f)⊗g2)vaˋL(f)⊗(λ1g1+λ2g2) \lambda_1(L(f) \otimes g_1) + \lambda_2(L(f) \otimes g_2) \quad \text{và} \quad L(f) \otimes (\lambda_1 g_1 + \lambda_2 g_2)

từ L(M)⊗ANL(M) \otimes_A N vào L(M)⊗AN′L(M) \otimes_A N' trùng nhau; theo mệnh đề 5 và Nhận xét 3, do đó ta có

(10)

TorA(f,λ1g1+λ2g2)=λ1TorA(f,g1)+λ2TorA(f,g2). \mathrm{Tor}^A(f, \lambda_1 g_1 + \lambda_2 g_2) = \lambda_1 \mathrm{Tor}^A(f, g_1) + \lambda_2 \mathrm{Tor}^A(f, g_2).

Ta lập luận tương tự đối với ánh xạ f↦TorA(f,g)f \mapsto \mathrm{Tor}^A(f, g).

Hệ quả

Cho λ∈k\lambda \in k. Nếu λ\lambda triệt tiêu MM hoặc NN, thì nó triệt tiêu TorA(M,N)\mathrm{Tor}^A(M, N).

Thật vậy, λ.1Tor(M,N)=Tor(λ.1M,1N)=Tor(1M,λ.1N)\lambda . 1_{\mathrm{Tor}(M, N)} = \mathrm{Tor}(\lambda . 1_M, 1_N) = \mathrm{Tor}(1_M, \lambda . 1_N).

Mệnh đề 7

Cho I và J là hai tập hợp, (Mα)α∈I(M_\alpha)_{\alpha \in I} là một họ các môđun phải A, (Nβ)β∈J(N_\beta)_{\beta \in J} là một họ các môđun trái A. Đồng cấu

⨁α∈I,β∈JTorA(Mα,Nβ)→TorA(⨁α∈IMα,⨁β∈JNβ) \bigoplus_{\alpha \in I, \beta \in J} \mathrm{Tor}^A(M_\alpha, N_\beta) \to \mathrm{Tor}^A\left( \bigoplus_{\alpha \in I} M_\alpha, \bigoplus_{\beta \in J} N_\beta \right)

được suy ra từ các đồng cấu chính tắc Mα→⨁MαM_\alpha \to \bigoplus M_\alpha và Nβ→⨁NβN_\beta \to \bigoplus N_\beta là song ánh.

Chỉ cần chứng minh rằng với mọi môđun phải MM (resp. mọi môđun trái NN), đồng cấu chính tắc

⨁β∈JTorA(M,Nβ)→TorA(M,⨁β∈JNβ) \bigoplus_{\beta \in J} \mathrm{Tor}^A(M, N_\beta) \to \mathrm{Tor}^A(M, \bigoplus_{\beta \in J} N_\beta)

(resp. ⨁α∈ITorA(Mα,N)→TorA(⨁α∈IMα,N)\bigoplus_{\alpha \in I} \mathrm{Tor}^A(M_\alpha, N) \to \mathrm{Tor}^A(\bigoplus_{\alpha \in I} M_\alpha, 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(⨁βNβ), \bigoplus_{\beta} (L(M) \otimes_A N_\beta) \to L(M) \otimes_A (\bigoplus_{\beta} N_\beta),
⨁α(Mα⊗AL(N))→(⨁αMα)⊗AL(N). \bigoplus_{\alpha} (M_\alpha \otimes_A L(N)) \to (\bigoplus_{\alpha} M_\alpha) \otimes_A L(N).

Một lập luận tương tự cho :

Mệnh đề 8

Cho I (resp. J) là một tập tiền thứ tự lọc phải, ((MαM_\alpha, uα′,αu_{\alpha', \alpha}) (resp. ((NβN_\beta, vβ′,βv_{\beta', \beta}))) 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

lim⁡⟶(α,β)∈I×JTorA(Mα,Nβ)→TorA(lim⁡⟶α∈IMα,lim⁡⟶β∈JNβ), \lim_{\longrightarrow (\alpha, \beta) \in I \times J} \mathrm{Tor}^A(M_\alpha, N_\beta) \to \mathrm{Tor}^A\left( \lim_{\longrightarrow \alpha \in I} M_\alpha, \lim_{\longrightarrow \beta \in J} N_\beta \right),

được suy ra từ các đồng cấu A chính tắc Mα→lim⁡⟶MαM_\alpha \to \lim_{\longrightarrow} M_\alpha và Nβ→lim⁡⟶NβN_\beta \to \lim_{\longrightarrow} N_\beta, là song ánh.

Đặc biệt, lấy J=IJ = I và nhận xét rằng (α,α),α∈I(\alpha, \alpha), \alpha \in I, tạo thành một tập con đồng cuối của I×II \times I, ta thu được :

Hệ quả

Cho I là một tập tiền thứ tự lọc phải, (Mi,uji)(M_i, u_{ji}) (resp. (Ni,vji)(N_i, v_{ji})) là một hệ quy nạp các môđun phải AA (resp. trái) tương ứng với I. Đồng cấu của các môđun kk phân bậc

lim⁡⟶i∈ITor⁡A(Mi,Ni)→Tor⁡A(lim⁡⟶i∈IMi,lim⁡⟶i∈INi), \lim_{\longrightarrow i \in I} \operatorname{Tor}^A(M_i, N_i) \to \operatorname{Tor}^A\left(\lim_{\longrightarrow i \in I} M_i, \lim_{\longrightarrow i \in I} N_i\right),

suy ra từ các AA-đồng cấu chính tắc Mi→lim⁡⟶MiM_i \to \lim_{\longrightarrow} M_i và Nj→lim⁡⟶NjN_j \to \lim_{\longrightarrow} N_j là song ánh.

5. Liên kết các đồng cấu và các dãy khớp

Cho MM là một AA-môđun phải, NN là một AA-môđun trái, A∘A^\circ là vành đối của AA, M∘M^\circ là A∘A^\circ-môđun trái cơ sở trên MM, N∘N^\circ là A∘A^\circ-môđun phải cơ sở trên NN. Ta có L(M∘)=L(M)∘L(M^\circ ) = L(M)^\circ và L(N∘)=L(N)∘L(N^\circ ) = L(N)^\circ , 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∘). \sigma(L(M), L(N)) : L(M) \otimes_A L(N) \to L(N^\circ) \otimes_{A^\circ} L(M^\circ).

Chuyển qua đồng điều, σ(L(M),L(N))\sigma(L(M), L(N)) sinh ra một đẳng cấu phân bậc bậc 0 σM,N:Tor⁡A(M,N)→Tor⁡A∘(N∘,M∘)\sigma_{M,N} : \operatorname{Tor}^A(M, N) \to \operatorname{Tor}^{A^\circ}(N^\circ, M^\circ) được gọi là đẳng cấu giao hoán của các tích xoắn.

Ta chú ý rằng σN∘,M∘∘σM,N=IdTor⁡(M,N)\sigma_{N^\circ, M^\circ} \circ \sigma_{M,N} = \mathrm{Id}_{\operatorname{Tor}(M,N)} và rằng σM,N\sigma_{M,N} cảm sinh trên các thành phần bậc 0 đồng cấu giao hoán của tích tenxơ. Mặt khác, nếu f:M→M′f : M \to M' và g:N→N′g : N \to N' là các đồng cấu của các AA-môđun, thì

Tor⁡A∘(g,f)∘σM,N=σM′,N′∘Tor⁡A(f,g). \operatorname{Tor}^{A^\circ}(g, f) \circ \sigma_{M,N} = \sigma_{M', N'} \circ \operatorname{Tor}^A(f, g).

5. Các đồng cấu liên kết và các dãy khớp

Cho MM là một AA-môđun phải. Ta nhắc lại rằng với mọi AA-môđun trái NN, một đẳng cấu

ψM(N):Tor⁡A(M,N)→H(L(M)⊗AN) \psi_M(N) : \operatorname{Tor}^A(M, N) \to H(L(M) \otimes_A N)

đã được định nghĩa trong tiết diện trước (X, p. 69, prop. 5). Cho

(E)(\mathscr{E})
0→N′→uN→vN′′→0 0 \to N' \xrightarrow{u} N \xrightarrow{v} N'' \to 0

là một dãy khớp của các AA-môđun trái; khi đó dãy các phức kk

(ME)(\mathscr{ME})
0⟶L(M)⊗AN′→1⊗uL(M)⊗AN→1⊗vL(M)⊗AN′′⟶0 0 \longrightarrow L(M) \otimes_A N' \xrightarrow{1 \otimes u} L(M) \otimes_A N \xrightarrow{1 \otimes v} L(M) \otimes_A N'' \longrightarrow 0

là khớp (X, p. 66, Bổ đề 1); ký hiệu bởi

∂(ME):H(L(M)⊗AN′′)→H(L(M)⊗AN′) \partial^{(\mathscr{ME})} : H(L(M) \otimes_A N'') \to H(L(M) \otimes_A N')

đồng cấu liên kết tương ứng (X, p. 29).

Định nghĩa 2

Đồng cấu liên kết của các tích xoắn, tương ứng với môđun MM và dãy khớp E\mathscr{E}, là đồng cấu hợp thành

∂(M,E)=ψM(N′)−1∘∂(ME)∘ψM(N′′):TorA(M,N′′)→TorA(M,N′) \partial(M, \mathscr{E}) = \psi_M(N')^{-1} \circ \partial^{(M\mathscr{E})} \circ \psi_M(N'') : \mathrm{Tor}^A(M, N'') \to \mathrm{Tor}^A(M, N')

Đây là một kk-đồng cấu phân bậc bậc −1-1, các thành phần thuần nhất của nó được ký hiệu là ∂n(M,E):TornA(M,N′′)→Torn−1A(M,N′)\partial_n(M, \mathscr{E}) : \mathrm{Tor}_n^A(M, N'') \to \mathrm{Tor}_{n-1}^A(M, N').

Định lý 1

Dãy vô hạn về bên trái của các kk-đồng cấu môđun

⋯⟶TornA(M,N′)→TornA(1,u)TornA(M,N)→TornA(1,v)TornA(M,N′′) \cdots \longrightarrow \mathrm{Tor}_n^A(M, N') \xrightarrow{\mathrm{Tor}_n^A(1, u)} \mathrm{Tor}_n^A(M, N) \xrightarrow{\mathrm{Tor}_n^A(1, v)} \mathrm{Tor}_n^A(M, N'')
→∂n(M,E)Torn−1A(M,N′)→Torn−1A(1,u)⋯→Tor1A(1,v)Tor1A(M,N′′) \xrightarrow{\partial_n(M, \mathscr{E})} \mathrm{Tor}_{n-1}^A(M, N') \xrightarrow{\mathrm{Tor}_{n-1}^A(1, u)} \cdots \xrightarrow{\mathrm{Tor}_1^A(1, v)} \mathrm{Tor}_1^A(M, N'')
→c^1(M,E)M⊗AN′→1⊗uM⊗AN→1⊗vM⊗AN′′⟶0 \xrightarrow{\hat{c}_1(M, \mathscr{E})} M \otimes_A N' \xrightarrow{1 \otimes u} M \otimes_A N \xrightarrow{1 \otimes v} M \otimes_A N'' \longrightarrow 0

là khớp.

Để thấy điều này, xét biểu đồ

Tor(M,N′)→Tor(1,u)Tor(M,N)→Tor(1,v)Tor(M,N′′)→∂(M,E)Tor(M,N′)→Tor(1,u)Tor(M,N)ψM(N′)↓ψM(N)↓ψM(N′′)↓ψM(N′)↓ψM(N′)↓H(L(M)⊗N′)→H(1⊗u)H(L(M)⊗N)→H(1⊗v)H(L(M⊗N′′)→∂(MME)H(L(M)⊗N′)→H(1⊗u)H(L(M)⊗N) \begin{array}{ccccccccc} \mathrm{Tor}(M, N') & \xrightarrow{\mathrm{Tor}(1, u)} & \mathrm{Tor}(M, N) & \xrightarrow{\mathrm{Tor}(1, v)} & \mathrm{Tor}(M, N'') & \xrightarrow{\partial(M, \mathscr{E})} & \mathrm{Tor}(M, N') & \xrightarrow{\mathrm{Tor}(1, u)} & \mathrm{Tor}(M, N) \\ \psi_M(N') \downarrow & & \psi_M(N) \downarrow & & \psi_M(N'') \downarrow & & \psi_M(N') \downarrow & & \psi_M(N') \downarrow \\ H(L(M) \otimes N') & \xrightarrow{H(1 \otimes u)} & H(L(M) \otimes N) & \xrightarrow{H(1 \otimes v)} & H(L(M \otimes N'') & \xrightarrow{\partial^{(M\mathscr{ME})}} & H(L(M) \otimes N') & \xrightarrow{H(1 \otimes u)} & H(L(M) \otimes N) \end{array}

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\psi_M khác nhau là các song ánh (X, p. 69, prop. 5).

Hệ quả 1

Nếu Tor1A(M,N′′)=0\mathrm{Tor}_1^A(M, N'') = 0, dãy

0⟶M⊗AN′→1⊗uM⊗AN→1⊗vM⊗AN′′⟶0 0 \longrightarrow M \otimes_A N' \xrightarrow{1 \otimes u} M \otimes_A N \xrightarrow{1 \otimes v} M \otimes_A N'' \longrightarrow 0

là khớp.

Hệ quả 2

Cho 0→C′→uC→vC′′→00 \to C' \xrightarrow{u} C \xrightarrow{v} C'' \to 0 là một dãy khớp của các phức các AA-môđun trái, và cho EE là một phức các AA-môđun phải. Nếu C′′C'' hoặc EE là phẳng, dãy

0⟶E⊗AC′→1⊗uE⊗AC→1⊗vE⊗AC′′⟶0 0 \longrightarrow E \otimes_A C' \xrightarrow{1 \otimes u} E \otimes_A C \xrightarrow{1 \otimes v} E \otimes_A C'' \longrightarrow 0

là khớp.

Thật vậy, Tor1A(E,C′′)=0\mathrm{Tor}_1^A(E, C'') = 0 theo X, p. 69, Hệ quả của prop. 5.

Ví dụ

Cho aa là một iđêan của AA. Dãy khớp

0→a→As→A/a→0 0 \to a \to A_s \to A/a \to 0

của các A-môđun trái, cho ra một dãy khớp của các tích xoắn, trong đó các số hạng ToriA_i^A (M, A) bằng không với i>0i > 0. Từ đó suy ra các đẳng cấu

Tor⁡i+1A(M,A/α)→Tor⁡iA(M,α),i>0 \operatorname{Tor}_{i+1}^A(M, A/\alpha) \to \operatorname{Tor}_i^A(M, \alpha), \quad i > 0

và một dãy khớp

0→Tor⁡1A(M,Aα)→M⊗Aα→M⊗AA→M⊗Aα→0: 0 \to \operatorname{Tor}_1^A(M, A\alpha) \to M \otimes_A \alpha \to M \otimes_A A \to M \otimes A \alpha \to 0 :

suy ra rằng Tor⁡1A(M,A/α)\operatorname{Tor}_1^A(M, A/\alpha) được đồng nhất với hạt nhân của đồng cấu chính tắc M⊗Aα→MM \otimes_A \alpha \to M.

Ví dụ, lấy M là một môđun có dạng Ad/bA_d/b, trong đó b là một iđêan phải của A, ta thu được một đẳng cấu của Tor⁡1A(A/b,A/α)\operatorname{Tor}_1^A(A/b, A/\alpha) lên (α∩b)/ba(\alpha \cap b)/ba.

Mệnh đề 9

Cho f : M → M1_1 là một đồng cấu của các A-môđun phải và

0⟶N′→uN→vN′′⟶0g′↓g↓g′′↓0⟶N1′→u1N1→v1N1′′⟶0 \begin{array}{ccccccccc} 0 & \longrightarrow & N' & \xrightarrow{u} & N & \xrightarrow{v} & N'' & \longrightarrow & 0 \\ & & g' \downarrow & & g \downarrow & & g'' \downarrow & & \\ 0 & \longrightarrow & N'_1 & \xrightarrow{u_1} & N_1 & \xrightarrow{v_1} & N''_1 & \longrightarrow & 0 \end{array}

(E1_1)

là một biểu đồ giao hoán với các hàng khớp gồm các đồng cấu của các A-môđun trái. Biểu đồ của các k-môđun

Tor⁡A(M,N′′)→∂(M,E)Tor⁡A(M,N′)Tor⁡A(f,g′′)↓Tor⁡A(f,g′)↓Tor⁡A(M1,N1′′)→∂(M1,E1)Tor⁡A(M1,N1′) \begin{array}{ccc} \operatorname{Tor}^A(M, N'') & \xrightarrow{\partial(M, E)} & \operatorname{Tor}^A(M, N') \\ \operatorname{Tor}^A(f, g'') \downarrow & & \operatorname{Tor}^A(f, g') \downarrow \\ \operatorname{Tor}^A(M_1, N''_1) & \xrightarrow{\partial(M_1, E_1)} & \operatorname{Tor}^A(M_1, N'_1) \end{array}

là giao hoán.

Điều này suy ra từ X, p. 31, mệnh đề 2, áp dụng cho biểu đồ giao hoán

0⟶L(M)⊗AN′→1⊗uL(M)⊗AN→1⊗vL(M)⊗AN′′⟶0L(f)⊗g′↓L(f)⊗g↓L(f)⊗g′′↓0⟶L(M1)⊗AN1′→1⊗u1L(M1)⊗AN1→1⊗v1L(M1)⊗AN1′′⟶0. \begin{array}{ccccccccc} 0 & \longrightarrow & L(M) \otimes_A N' & \xrightarrow{1 \otimes u} & L(M) \otimes_A N & \xrightarrow{1 \otimes v} & L(M) \otimes_A N'' & \longrightarrow & 0 \\ & & L(f) \otimes g' \downarrow & & L(f) \otimes g \downarrow & & L(f) \otimes g'' \downarrow & & \\ 0 & \longrightarrow & L(M_1) \otimes_A N'_1 & \xrightarrow{1 \otimes u_1} & L(M_1) \otimes_A N_1 & \xrightarrow{1 \otimes v_1} & L(M_1) \otimes_A N''_1 & \longrightarrow & 0 . \end{array}

Theo cách tương tự, nếu N là một A-môđun trái và

(F)(F)
0→M′→rM→sM′′→0 0 \to M' \xrightarrow{r} M \xrightarrow{s} M'' \to 0

là một dãy khớp của các A-môđun phải, ta định nghĩa các đồng cấu liên kết

∂(F,N):Tor⁡A(M′′,N)→Tor⁡A(M′,N) \partial(F, N) : \operatorname{Tor}^A(M'', N) \to \operatorname{Tor}^A(M', N)
∂n(F,N):Tor⁡nA(M′′,N)→Tor⁡n−1A(M′,N) \partial_n(F, N) : \operatorname{Tor}_n^A(M'', N) \to \operatorname{Tor}_{n-1}^A(M', N)

bởi ∂(F,N)=ψ‾N(M′)−1∘∂(FN)∘ψ‾N(M′′)\partial(\mathscr F,\mathbf N)=\overline{\psi}_{\mathbf N}(M')^{-1}\circ\partial(\mathscr F^{\mathbf N})\circ\overline{\psi}_{\mathbf N}(M''), trong đó ∂(FN)\partial(\mathscr F^{\mathbf N}) là đồng cấu liên kết của dãy khớp

(FN)0⟶M′⊗AL(N)⟶M⊗AL(N)⟶M′′⊗AL(N)⟶0(\mathscr F_{\mathbf N})\qquad 0\longrightarrow M'\otimes_A L(N)\longrightarrow M\otimes_A L(N)\longrightarrow M''\otimes_A L(N)\longrightarrow 0

suy ra từ F\mathscr F, và ta có:

ĐỊNH LÝ 1 bis. — Dãy không bị chặn về bên trái của các đồng cấu của các k-môđun

⟶Tor⁡nA(M′,N)→Tor⁡nA(r,1)Tor⁡nA(M,N)→Tor⁡nA(s,1)Tor⁡nA(M′′,N)→∂n(F,N)Tor⁡n−1A(M′,N)\longrightarrow \operatorname{Tor}_n^A(M',N)\xrightarrow{\operatorname{Tor}_n^A(r,1)}\operatorname{Tor}_n^A(M,N)\xrightarrow{\operatorname{Tor}_n^A(s,1)}\operatorname{Tor}_n^A(M'',N)\xrightarrow{\partial_n(\mathscr F,N)}\operatorname{Tor}_{n-1}^A(M',N)
⋯⟶Tor⁡1A(M′′,N)→∂1(F,N)M′⊗AN→r⊗1M⊗AN→s⊗1M′′⊗AN⟶0\cdots\longrightarrow \operatorname{Tor}_1^A(M'',N)\xrightarrow{\partial_1(\mathscr F,N)}M'\otimes_A N\xrightarrow{r\otimes1}M\otimes_A N\xrightarrow{s\otimes1}M''\otimes_A N\longrightarrow0

là khớp.

Ta để lại cho độc giả nhiệm vụ phát biểu và chứng minh các tính chất tương tự với các hệ quả của định lý 1 và với mệnh đề 9. Hơn nữa:

Mệnh đề 10

Ta ký hiệu bởi (F∘)(\mathscr F^\circ) dãy khớp của các A-môđun trái

0⟶M′→rM→sM′′⟶0.0\longrightarrow M'\xrightarrow{r}M\xrightarrow{s}M''\longrightarrow0.

Biểu đồ

Tor⁡A(M′′,N)→∂(F,N)Tor⁡A(M′,N)↓σM′′,N↓σM′,NTor⁡A∘(N∘,M′′∘)→∂(N∘,F∘)Tor⁡A∘(N∘,M′∘) \begin{array}{ccccc} \operatorname{Tor}^A(M'',N)&\xrightarrow{\partial(\mathscr F,N)}&\operatorname{Tor}^A(M',N)\\ \Big\downarrow{\sigma_{M'',N}}&&\Big\downarrow{\sigma_{M',N}}\\ \operatorname{Tor}^{A^\circ}(N^\circ,{M''}^\circ)&\xrightarrow{\partial(N^\circ,\mathscr F^\circ)}&\operatorname{Tor}^{A^\circ}(N^\circ,{M'}^\circ) \end{array}

là giao hoán.

Thật vậy, điều này suy ra từ X, p. 31, mệnh đề 2, áp dụng cho biểu đồ giao hoán

0⟶M′⊗AL(N)→r⊗1M⊗AL(N)→s⊗1M′′⊗AL(N)⟶0↓σ(M′,L(N))↓σ(M,L(N))↓σ(M′′,L(N))0⟶L(N∘)⊗A∘M′∘→1⊗rL(N∘)⊗A∘M∘→1⊗sL(N∘)⊗A∘M′′∘⟶0. \begin{array}{ccccccccc} 0&\longrightarrow&M'\otimes_A L(N)&\xrightarrow{r\otimes1}&M\otimes_A L(N)&\xrightarrow{s\otimes1}&M''\otimes_A L(N)&\longrightarrow&0\\ &&\Big\downarrow{\sigma(M',L(N))}&&\Big\downarrow{\sigma(M,L(N))}&&\Big\downarrow{\sigma(M'',L(N))}\\ 0&\longrightarrow&L(N^\circ)\otimes_{A^\circ}{M'}^\circ&\xrightarrow{1\otimes r}&L(N^\circ)\otimes_{A^\circ}M^\circ&\xrightarrow{1\otimes s}&L(N^\circ)\otimes_{A^\circ}{M''}^\circ&\longrightarrow&0 . \end{array}

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 nguyên n>0n>0, ta có

Tor⁡nA(E,F)=0 ;\operatorname{Tor}_n^A(E,F)=0\,;

(iii) Đối với mọi AA-môđun trái xyclic FF có biểu diễn hữu hạn, ta có

Tor⁡1A(E,F)=0; \operatorname{Tor}_1^A(E, F) = 0 ;
(iv) Đối với mọi iđêan trái aa của AA có kiểu hữu hạn, ánh xạ chính tắc E⊗Aa→EE \otimes_A a \to E là đơn ánh; (v) Đối với mọi dãy khớp của các AA-môđun phải có dạng
0→G→νH→wE→0, 0 \to G \xrightarrow{\nu} H \xrightarrow{w} E \to 0,
và mọi AA-môđun trái FF, dãy
0⟶G⊗AF→ν⊗1H⊗AF→w⊗1E⊗AF⟶0 0 \longrightarrow G \otimes_A F \xrightarrow{\nu \otimes 1} H \otimes_A F \xrightarrow{w \otimes 1} E \otimes_A F \longrightarrow 0
là khớp. (i) ⇒\Rightarrow (ii): Đây là hệ quả của Mệnh đề 5 của X, p. 69. (ii) ⇒\Rightarrow (iii): Điều này là tầm thường. (iii) ⇔\Leftrightarrow (iv): Mọi AA-môđun trái xyclic có biểu diễn hữu hạn đều đẳng cấu với một môđun thương A/aA/a, trong đó aa là một iđêan trái có kiểu hữu hạn, do đó (iii) tương đương với (iv) theo X, p. 72, Ví dụ. (iii) ⇒\Rightarrow (i): Theo X, p. 8, Mệnh đề 3, X, p. 72, Định lý 1, EE là phẳng ngay khi Tor⁡1A(E,F)=0\operatorname{Tor}_1^A(E, F) = 0 đối với mọi AA-môđun trái FF. Nếu (iii) được thỏa mãn, điều này xảy ra khi FF là xyclic và có biểu diễn hữu hạn. Theo X, p. 11, Mệnh đề 7, mọi AA-môđun (tương ứng, mọi AA-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 Tor⁡1A(E,F)=0\operatorname{Tor}_1^A(E, F) = 0 khi FF là xyclic, thì điều này cũng đúng khi FF có kiểu hữu hạn. Vì vậy ta tiến hành quy nạp theo lực lượng của một hệ sinh (f1,…,fn)(f_1, \ldots, f_n) của FF; dãy khớp
0→Af1→F→F/Af1→0 0 \to Af_1 \to F \to F/Af_1 \to 0
sinh ra một dãy khớp
Tor⁡1A(E,Af1)→Tor⁡1A(E,F)→Tor⁡1A(E,F/Af1), \operatorname{Tor}_1^A(E, Af_1) \to \operatorname{Tor}_1^A(E, F) \to \operatorname{Tor}_1^A(E, F/Af_1),
sao cho Tor⁡1A(E,F)=0\operatorname{Tor}_1^A(E, F) = 0 vì Tor⁡1A(E,Af1)=0\operatorname{Tor}_1^A(E, Af_1) = 0 và Tor⁡1A(E,F/Af1)=0\operatorname{Tor}_1^A(E, F/Af_1) = 0 theo giả thiết quy nạp. (i) ⇒\Rightarrow (v): Đây là Hệ quả 2 của Định lý 1 (X, p. 72). (v) ⇒\Rightarrow (iii): Dãy khớp (X, p. 50)
0⟶Z0(E)→iEL0(E)→pEE⟶0 0 \longrightarrow Z_0(E) \xrightarrow{i_E} L_0(E) \xrightarrow{p_E} E \longrightarrow 0
sinh ra, đối với mọi AA-môđun trái FF, một dãy khớp
0⟶Tor⁡1A(E,F)⟶Z0(E)⊗AF→iE⊗1L0(E)⊗AF→pE⊗1E⊗AF⟶0. 0 \longrightarrow \operatorname{Tor}_1^A(E, F) \longrightarrow Z_0(E) \otimes_A F \xrightarrow{i_E \otimes 1} L_0(E) \otimes_A F \xrightarrow{p_E \otimes 1} E \otimes_A F \longrightarrow 0.
Nếu (v) được thỏa mãn, ta có Tor⁡1A(E,F)=0\operatorname{Tor}_1^A(E, F) = 0, do đó (iii).

Hệ quả 1

Cho 0→E′→E→E′′→00 \to E' \to E \to E'' \to 0 là một dãy khớp của các AA-môđun phải. Giả sử rằng E′′E'' là phẳng. Khi đó EE phẳng khi và chỉ khi E′E' phẳng.

Cho FF là một AA-môđun trái. Vì Tor⁡iA(E′′,F)=0\operatorname{Tor}^A_i(E'', F)=0 đối với i=1,2i=1,2 (Định lý 2, (i) ⇒\Rightarrow (ii)), ta có một dãy khớp

0⟶Tor⁡1A(E′,F)⟶Tor⁡1A(E,F)⟶0 0\longrightarrow \operatorname{Tor}^A_1(E',F)\longrightarrow \operatorname{Tor}^A_1(E,F)\longrightarrow 0
do đó là mệnh đề (Định lý 2, (i) ⇔\Leftrightarrow (iii)).

Hệ quả 2. — Cho

0⟶En⟶En−1⟶⋯⟶E1⟶0 0\longrightarrow E_n\longrightarrow E_{n-1}\longrightarrow\cdots\longrightarrow E_1\longrightarrow0
là một dãy khớp của các AA-môđun phải. Nếu EiE_i là phẳng đối với i=1,…,n−1i=1,\ldots,n-1, thì EnE_n là phẳng.

7. Công thức Künneth

Trong tiết này, ta xét một phức (C,d)(C,d) các AA-môđun phải và một phức (C′,d′)(C',d') các AA-môđun trái. Gọi (I)

0⟶Z(C)→iC→δB(C)(−1)⟶0, 0\longrightarrow Z(C)\xrightarrow{i}C\xrightarrow{\delta}B(C)(-1)\longrightarrow0,
(II)
0⟶B(C)→iZ(C)→pH(C)⟶0; 0\longrightarrow B(C)\xrightarrow{i}Z(C)\xrightarrow{p}H(C)\longrightarrow0;
là các dãy khớp chính tắc.

Từ δ\delta ta suy ra một đồng cấu kk

H(δ⊗1):H(C⊗AC′)⟶H(B(C)⊗AC′)(−1); H(\delta\otimes 1):H(C\otimes_A C')\longrightarrow H(B(C)\otimes_A C')(-1);

từ (II) ta suy ra một đồng cấu nối

∂(II,H(C′)):Tor⁡1A(H(C),H(C′))⟶B(C)⊗AH(C′); \partial(\mathrm{II},H(C')): \operatorname{Tor}^A_1(H(C),H(C'))\longrightarrow B(C)\otimes_A H(C');

nếu ta trang bị Tor⁡1A(H(C),H(C′))\operatorname{Tor}^A_1(H(C),H(C')) với phân bậc mà thành phần thuần nhất bậc nn là

⨁p+q=nTor⁡1A(Hp(C),Hq(C′)), \bigoplus_{p+q=n}\operatorname{Tor}^A_1(H_p(C),H_q(C')),

thì đồng cấu nối này là phân bậc bậc 0. Ta cũng có một đồng cấu chính tắc (X, p. 62)

γ(B(C),C′):B(C)⊗AH(C′)⟶H(B(C)⊗AC′). \gamma(B(C),C'): B(C)\otimes_A H(C')\longrightarrow H(B(C)\otimes_A C').

Với các ký hiệu này:

Định lý 3. — *Giả sử các AA-môđun B(C)B(C) và Z(C)Z(C) là phẳng. Tồn tại duy nhất một đồng cấu các kk-môđun phân bậc, bậc −1-1,

α:H(C⊗AC′)⟶Tor⁡1A(H(C),H(C′)) \alpha:H(C\otimes_A C')\longrightarrow\operatorname{Tor}^A_1(H(C),H(C'))

làm cho biểu đồ sau giao hoán*

H(C⊗AC′)→αTor⁡1A(H(C),H(C′))(−1)H(δ⊗1)↓↓∂(II,H(C′))H(B(C)⊗AC′)(−1)←γ(B(C),C′)(B(C)⊗AH(C′))(−1). \begin{array}{ccc} H(C\otimes_A C') & \xrightarrow{\alpha} & \operatorname{Tor}^A_1(H(C),H(C'))(-1)\\ {\scriptstyle H(\delta\otimes1)}\downarrow & & \downarrow{\scriptstyle\partial(\mathrm{II},H(C'))}\\ H(B(C)\otimes_A C')(-1) & \xleftarrow{\gamma(B(C),C')} & (B(C)\otimes_A H(C'))(-1). \end{array}

Dãy các kk-môđun phân bậc

0⟶H(C)⊗AH(C′)→γ(C,C′)H(C⊗AC′)→αTor1A(H(C),H(C′))(−1)⟶0 0 \longrightarrow \mathrm{H}(C) \otimes_A \mathrm{H}(C') \xrightarrow{\gamma(C,C')} \mathrm{H}(C \otimes_A C') \xrightarrow{\alpha} \mathrm{Tor}_1^A(\mathrm{H}(C), \mathrm{H}(C'))(-1) \longrightarrow 0

là khớp.

Do đó, với mỗi nn, ta có một dãy khớp

(11)

0⟶⨁p+q=nHp(C)⊗AHq(C′)→γn(C,C′)Hn(C⊗AC′)→αn⨁p+q=n−1Tor1A(Hp(C),Hq(C′))⟶0. \begin{array}{cccccc} 0 & \longrightarrow & \bigoplus_{p+q=n} \mathrm{H}_p(C) \otimes_A \mathrm{H}_q(C') & \xrightarrow{\gamma_n(C,C')} & \mathrm{H}_n(C \otimes_A C') \\ & & & \xrightarrow{\alpha_n} & \bigoplus_{p+q=n-1} \mathrm{Tor}_1^A(\mathrm{H}_p(C), \mathrm{H}_q(C')) & \longrightarrow 0 . \end{array}

Để đơn giản, đặt B=B(C)B = B(C), Z=Z(C)Z = Z(C), H=H(C)H = H(C), và H′=H(C′)H' = H(C').

Vì BB 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. 0 \longrightarrow Z \otimes_A C' \xrightarrow{j \otimes 1} C \otimes_A C' \xrightarrow{\delta \otimes 1} (B \otimes_A C')(-1) \longrightarrow 0 .

Bổ đề 3

Đồng cấu nối H(B⊗AC′)→H(Z⊗AC′)\mathrm{H}(B \otimes_A C') \to \mathrm{H}(Z \otimes_A C') liên kết với dãy khớp (12) bằng H(i⊗1)\mathrm{H}(i \otimes 1).

Thật vậy, cho a∈H(B⊗AC′)a \in \mathrm{H}(B \otimes_A C'); vì BB là phẳng, aa thuộc ảnh của B⊗AZ(C′)B \otimes_A Z(C'), do đó có thể viết dưới dạng ∑λdaλ⊗bλ\sum_\lambda da_\lambda \otimes b_\lambda, trong đó aλ∈Ca_\lambda \in C, bλ∈C′b_\lambda \in C', và dbλ=0db_\lambda = 0. Ảnh của lớp của aa qua đồng cấu nối, theo định nghĩa, là lớp của D(∑aλ⊗bλ)=∑daλ⊗bλ=(i⊗1)(a)D(\sum a_\lambda \otimes b_\lambda) = \sum da_\lambda \otimes b_\lambda = (i \otimes 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′) \mathrm{H}(B \otimes_A C') \xrightarrow{\mathrm{H}(i \otimes 1)} \mathrm{H}(Z \otimes_A C') \xrightarrow{\mathrm{H}(j \otimes 1)} \mathrm{H}(C \otimes_A C')
→H(δ⊗1)H(B⊗AC′)(−1)→H(i⊗1)H(Z⊗AC′)(−1). \xrightarrow{\mathrm{H}(\delta \otimes 1)} \mathrm{H}(B \otimes_A C')(-1) \xrightarrow{\mathrm{H}(i \otimes 1)} \mathrm{H}(Z \otimes_A C')(-1) .

Mặt khác, vì ZZ là phẳng, từ (II) ta thu được một dãy các kk-môđun phân bậc

0⟶Tor⁡1A(H,H′)→∂(II,H′)B⊗AH′→i⊗1Z⊗AH′→p⊗1H⊗AH′⟶0; 0 \longrightarrow \operatorname{Tor}_1^A(H, H') \xrightarrow{\partial(\mathrm{II}, H')} B \otimes_A H' \xrightarrow{i \otimes 1} Z \otimes_A H' \xrightarrow{p \otimes 1} H \otimes_A H' \longrightarrow 0 ;

cuối cùng, ta có các đồng cấu chính tắc của No. 1

γB=γ(B,C′):B⊗AH′→H(B⊗AC′) \gamma_B = \gamma(B, C') : B \otimes_A H' \to \mathrm{H}(B \otimes_A C')
γZ=γ(Z,C′):Z⊗AH′→H(Z⊗AC′) \gamma_Z = \gamma(Z, C') : Z \otimes_A H' \to \mathrm{H}(Z \otimes_A C')
γC=γ(C,C′):H⊗AH′→H(C⊗AC′), \gamma_C = \gamma(C, C') : H \otimes_A H' \to \mathrm{H}(C \otimes_A C') ,

do đó có một biểu đồ các kk-môđun phân bậc, với các hàng khớp:

B⊗H′→i⊗1Z⊗H′→p⊗1H⊗H′⟶0↓γB↓γZ↓γCH(B⊗C′)→H(i⊗1)H(Z⊗C′)→H(j⊗1)H(C⊗AC′)→H(δ⊗1)H(B⊗C′)(−1)→H(i⊗1)H(Z⊗C′)(−1) \begin{array}{ccccccccc} B \otimes H' & \xrightarrow{i \otimes 1} & Z \otimes H' & \xrightarrow{p \otimes 1} & H \otimes H' & \longrightarrow & 0 \\ \downarrow \gamma_B & & \downarrow \gamma_Z & & \downarrow \gamma_C & & \\ H(B \otimes C') & \xrightarrow{H(i \otimes 1)} & H(Z \otimes C') & \xrightarrow{H(j \otimes 1)} & H(C \otimes_A C') & \xrightarrow{H(\delta \otimes 1)} & H(B \otimes C')(-1) & \xrightarrow{H(i \otimes 1)} & H(Z \otimes C')(-1) \end{array}
0⟶Tor⁡1A(H,H′)(−1)→∂(II,H′)(B⊗H′)(−1)→i⊗1(Z⊗H′)(−1), 0 \longrightarrow \operatorname{Tor}_1^A(H, H')(-1) \xrightarrow{\partial(\mathrm{II}, H')} (B \otimes H')(-1) \xrightarrow{i \otimes 1} (Z \otimes H')(-1),

mà là giao hoán theo định nghĩa của các đồng cấu γ\gamma. Nhưng vì các phức BB và ZZ là tách và phẳng, γB\gamma_B và γZ\gamma_Z là song ánh (X, p. 65, Hệ quả 1). Từ đó, một mặt, ta suy ra rằng γC\gamma_C là đơn ánh và có ảnh bằng Ker⁡H(δ⊗1)\operatorname{Ker} H(\delta \otimes 1), và mặt khác, rằng γB∘∂(II,H′)\gamma_B \circ \partial(\mathrm{II}, H') là đơn ánh với ảnh bằng Im⁡H(δ⊗1)\operatorname{Im} H(\delta \otimes 1). Định lý được suy ra ngay lập tức từ đó.

Hệ quả 1

Nếu B(C)B(C) và Z(C)Z(C) là phẳng, thì với mọi A-môđun trái NN và mọi số nguyên nn, có một dãy khớp

(13)

0⟶Hn(C)⊗AN→γnHn(C⊗AN)→αnTor⁡1A(Hn−1(C),N)⟶0. 0 \longrightarrow H_n(C) \otimes_A N \xrightarrow{\gamma_n} H_n(C \otimes_A N) \xrightarrow{\alpha_n} \operatorname{Tor}_1^A(H_{n-1}(C), N) \longrightarrow 0 .

Hệ quả 2

Giả sử B(C)B(C) và B(C′)B(C') là xạ ảnh và Z(C)Z(C) là phẳng. Khi đó các dãy của kk-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)B(C) và B(C′)B(C') là xạ ảnh, thì đồng cấu chính tắc*

γ(C,C′):H(C)⊗AH(C′)→H(C⊗AC′) \gamma(C, C') : H(C) \otimes_A H(C') \to H(C \otimes_A C')
có một co rút tuyến tính theo kk. Thật vậy, theo X, p. 65, nhận xét b), tồn tại các đồng luân φ:C→H(C)\varphi : C \to H(C) và φ′:C′→H(C′)\varphi' : C' \to H(C') sao cho H(φ)=1H(C)H(\varphi) = 1_{H(C)} và H(φ′)=1H(C′)H(\varphi') = 1_{H(C')}. Trong biểu đồ giao hoán

H(C)⊗AH(C′)→γ(C,C′)H(C⊗AC′)↓H(φ)⊗H(φ′)↓H(φ⊗φ′)H(C)⊗AH(C′)→γ(H(C),H(C′))H(C)⊗AH(C′) \begin{array}{ccc} H(C) \otimes_A H(C') & \xrightarrow{\gamma(C, C')} & H(C \otimes_A C') \\ \downarrow H(\varphi) \otimes H(\varphi') & & \downarrow H(\varphi \otimes \varphi') \\ H(C) \otimes_A H(C') & \xrightarrow{\gamma(H(C), H(C'))} & H(C) \otimes_A H(C') \end{array}

H(φ)⊗H(φ′)H(\varphi) \otimes H(\varphi') và γ(H(C),H(C′))\gamma(H(C), H(C')) là đồng nhất, do đó có khẳng định.

Hệ quả 3 (công thức hệ số phổ quát). — Giả sử vành AA là chính. Nếu các phức CC và C′C' là tự do, các dãy của A-môđun (11) là khớp và tách; nếu phức CC là tự do, các dãy của A-môđun (13) là khớp và tách với mọi A-môđun NN. Thật vậy, B(C),Z(C)B(C), Z(C) và B(C′)B(C') là các môđun con của các môđun tự do C,C,C′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′) \gamma(C, C') : H(C) \otimes_A H(C') \to H(C \otimes_A C')

là song ánh.

Theo định lý, chỉ cần chứng minh rằng B(C)B(C) và Z(C)Z(C) là phẳng. Bây giờ ta có các dãy khớp

0→Bn(C)→Zn(C)→Hn(C)→00→Zn(C)→Cn→Bn−1(C)→0, \begin{align*} 0 &\to B_n(C) \to Z_n(C) \to H_n(C) \to 0 \\ 0 &\to Z_n(C) \to C_n \to B_{n-1}(C) \to 0, \end{align*}

do đó, theo X, p. 75, hệ quả 1, các kéo theo (B_{n-1}(C) là phẳng) ⇒\Rightarrow (Z_n(C) là phẳng) ⇒\Rightarrow (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′⊗AEu \otimes 1_E : C \otimes_A E \to C' \otimes_A E 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)=0H(Con (u) \otimes_A E) = 0 theo hệ quả 4, do đó H(Con(u⊗1E))=0H(Con (u \otimes 1_E)) = 0 (X, p. 67, bổ đề 2), và u⊗1Eu \otimes 1_E 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. H(1_E \otimes u) : H(E \otimes_A P) \to H(E \otimes_A C) \quad \text{là song ánh}.

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.

…⟶Lb+1→db+1Lb→dbLb−1⟶…↓↓↓0⟶Pb⟶Pb−1⟶…↓↓ub↓ub−10⟶Cb⟶Cb−1⟶… \begin{array}{ccccccccc} \ldots & \longrightarrow & L_{b+1} & \xrightarrow{d_{b+1}} & L_b & \xrightarrow{d_b} & L_{b-1} & \longrightarrow & \ldots \\ & & \downarrow & & \downarrow & & \downarrow & & \\ & & 0 & \longrightarrow & P_b & \longrightarrow & P_{b-1} & \longrightarrow & \ldots \\ & & \downarrow & & \downarrow^{u_b} & & \downarrow^{u_{b-1}} & & \\ & & 0 & \longrightarrow & C_b & \longrightarrow & C_{b-1} & \longrightarrow & \ldots \end{array}

Vì ff là một đồng luân, ta có H(Con⁡(f))=0H(\operatorname{Con}(f))=0, do đó có một dãy khớp

⋯⟶Lb+1→db+1Lb⟶Lb−1⊕Cb⟶Lb−2⊕Cb−1⟶⋯ \cdots \longrightarrow L_{b+1} \xrightarrow{d_{b+1}} L_b \longrightarrow L_{b-1}\oplus C_b \longrightarrow L_{b-2}\oplus C_{b-1} \longrightarrow \cdots

Khi đó có một dãy khớp

0⟶Pb⟶Lb−1⊕Cb⟶Lb−2⊕Cb−1⟶⋯ . 0\longrightarrow P_b\longrightarrow L_{b-1}\oplus C_b\longrightarrow L_{b-2}\oplus C_{b-1}\longrightarrow\cdots.

Điều này chỉ ra một mặt rằng nón của uu có đồng điều không, do đó uu là một đồng luân, mặt khác rằng môđun PbP_b là phẳng (X, p. 76, hệ quả 2) ; vì PbP_b là sinh hữu hạn như một thương của Lb+1L_{b+1}, nó là xạ ảnh (X, p. 13, hệ quả). Cặp (P,u)(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\mathscr F là một CX\mathscr C_X-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)H(X,\mathscr F\otimes_A M) đẳng cấu tự nhiên với H(P⊗AM)H(P\otimes_A M). Thật vậy, cho U\mathscr U là một phủ của X bởi một số hữu hạn các tập mở affine, C(U,F)\mathscr C(\mathscr U,\mathscr F) là phức Čech liên kết. Ta chứng minh rằng Hi(C(U,F))H^i(\mathscr C(\mathscr U,\mathscr F)) đẳng cấu với A-môđun Hi(X,F)H^i(X,\mathscr F), và rằng môđun sau sinh hữu hạn; hơn nữa, với mọi A-môđun M, phức C(U,F)⊗AM\mathscr C(\mathscr U,\mathscr F)\otimes_A M đẳng cấu với C(U,F⊗AM)\mathscr C(\mathscr U,\mathscr F\otimes_A M). Áp dụng Mệnh đề 11 cho phức C(U,F)\mathscr C(\mathscr U,\mathscr F) (là phức bị chặn), ta thu được một phức P trả lời câu hỏi.

Với mọi điểm yy của Spec (A), ký hiệu κ(y)\kappa(y) là trường thặng dư của A tại yy, Xy=X⊗Aκ(y)X_y=X\otimes_A\kappa(y) là thớ của X trên yy, Fy=F⊗Aκ(y)\mathscr F_y=\mathscr F\otimes_A\kappa(y), và đặt hp(y)=dim⁡κ(y)Hp(Xy,Fy)h^p(y)=\dim_{\kappa(y)}H^p(X_y,\mathscr F_y) với p≥0p\geq 0.

Từ sự tồn tại của phức P ta dễ dàng suy ra các kết quả sau :

(i) hàm hph^p là nửa liên tục trên trên Spec (A) ;

(ii) hàm ∑p≥0(−1)php\displaystyle\sum_{p\geq 0}(-1)^p h^p 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)(C\otimes_A C',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′) \gamma:H(C)\otimes_A H(C')\longrightarrow H(C\otimes_A C')

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′′) (C\otimes_A C')\otimes_{B'}C''\longrightarrow C\otimes_A(C'\otimes_{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)L(M)\otimes_A L(N) là một phức các song môđun (B, B') sao cho Tor⁡A(M,N)\operatorname{Tor}^A(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⊗ANM\otimes_A N.

Nếu λ∈B\lambda\in B, λ′∈B′\lambda'\in B', và nếu ta ký hiệu bởi λM,λN,λT,λT′\lambda_M,\lambda_N,\lambda_T,\lambda'_T các tự đồng cấu vị xạ x↦λxx\mapsto\lambda x, y↦yλ′y\mapsto y\lambda', z↦λzz\mapsto\lambda z, z↦zλ′z\mapsto z\lambda' của MM, NN, Tor⁡A(M,N)\operatorname{Tor}^A(M,N), Tor⁡A(M,N)\operatorname{Tor}^A(M,N) tương ứng, thì

λT=Tor⁡A(λM,1N),λT′=Tor⁡A(1M,λN′), \lambda_T=\operatorname{Tor}^A(\lambda_M,1_N),\qquad \lambda'_T=\operatorname{Tor}^A(1_M,\lambda_N'),

điều này cho một mô tả khác của cấu trúc song môđun của Tor⁡A(M,N)\operatorname{Tor}^A(M,N). Ta để cho độc giả tổng quát hóa các No. 5 và 7 sang trường hợp các phức đa môđun.

Bài tập

Xem các bài tập cho § 4.

Bản dịch máy từ tiếng Anh, bởi gpt-5-6-mini, gpt-5-6, gpt-5-mini, theo bảng thuật ngữ phiên bản 34. Chưa được người kiểm tra. Mô hình này là bản rút gọn của mô hình đã viết phần còn lại của ngôn ngữ này.