Bourbaki

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§ 1。 模

1. 模; 向量空间; 线性组合

定义 1 05JO

给定环* A\mathbf{A},*左模超过* A\mathbf{A}(*或左* A\mathbf{A}-*模*)*是集合* E\mathbf{E} 通过给定定义代数结构:

引用了 3 · 被以下引用 1

引用了 I § 8. 。 环, I § 4. 。 群和群与操作员, § 1. 。 模

被以下引用 II App. 0. 附录

(1) 在 E\mathbf{E} 上可交换群运算 (*在下面附加地写出*);

(2) 作用 (α,x)↦α⊤x(\alpha, x) \mapsto \alpha \top x的律,*其算子域为环* A\mathbf{A} 且满足以下公理:

(MI)α⊤(x+y)=(α⊤x)+(α⊤y) for all α∈A,x∈E,y∈E;(MII)(α+β)⊤x=(α⊤x)+(β⊤x) for all α∈A,β∈A,x∈E;(MIII)α⊤(β⊤x)=(αβ)⊤x for all α∈A,β∈A,x∈E;(MIV)1⊤x=x for all x∈E. \begin{align*} (\mathbf{M_I})\quad & \alpha \top (x + y) = (\alpha \top x) + (\alpha \top y) \text{ for all } \alpha \in \mathbf{A}, x \in \mathbf{E}, y \in \mathbf{E}; \\ (\mathbf{M_{II}})\quad & (\alpha + \beta) \top x = (\alpha \top x) + (\beta \top x) \text{ for all } \alpha \in \mathbf{A}, \beta \in \mathbf{A}, x \in \mathbf{E}; \\ (\mathbf{M_{III}})\quad & \alpha \top (\beta \top x) = (\alpha \beta) \top x \text{ for all } \alpha \in \mathbf{A}, \beta \in \mathbf{A}, x \in \mathbf{E}; \\ (\mathbf{M_{IV}})\quad & 1 \top x = x \text{ for all } x \in \mathbf{E}. \end{align*}

公理(MI)(\mathbf{M_I})意味着左A\mathbf{A}-模块E\mathbf{E}的外法则相对于E\mathbf{E}上的加法是“可分配的”;因此,模是与运算符可交换的群。

如果在定义 1 中,公理 (MIII)(\mathbf{M_{III}}) 被替换为

(MIII′)α⊤(β⊤x)=(βα)⊤x for all α∈A,β∈A,x∈E, (\mathbf{M'_{III}})\quad \alpha \top (\beta \top x) = (\beta \alpha) \top x \text{ for all } \alpha \in \mathbf{A}, \beta \in \mathbf{A}, x \in \mathbf{E},

E 与代数结构的定义是 A 上的右模或右A-模。

当谈到 A-模(左或右)时,环 A 的元素通常称为标量。

通常外法则或合成或左A-模(或右A-模)写成乘法,运算符写在左边(或右边);然后条件 (M_{III}) 写为α(βx)=(αβ)x\alpha(\beta x) = (\alpha\beta)x,条件 (M'_{III}) 写为(xβ)α=x(βα)(x\beta)\alpha = x(\beta\alpha)。

如果 A0A^0 表示 A (I, § 8, no. 3) 的逆环,则模 E 在环 A 上的每个右权都是左模在环 A0A^0 上。由此可见,可以对模的性质进行阐述,同时系统地将注意力限制在左模或右模;在§§ 1和2中,我们通常会对左模进行这种解释,当我们谈到模(不指定哪个型)时,我们指的是左模,其外法则将被写成乘法。当环 A 是可交换的时,右模和左模对于 A 的概念是相同的。

对于所有 α∈A\alpha \in A,A-模 E 的映射 x↦αxx \mapsto \alpha x 自身被称为位似与 E 的α\alpha 之比 (I, § 4, no. 2);由 (M_I) 位似是 E 上可交换的群结构(无运算符)的自同态,但一般不是 E 上的模结构(I, § 4, no. 2;cf. II, § 1, no. 2 和 no. 13)。因此α0=0\alpha 0 = 0和α(−x)=−(αx)\alpha(-x) = -(\alpha x);如果 α\alpha 是 A 的可逆元,则位似 x↦αxx \mapsto \alpha x 是 E 上可交换的群结构(无运算符)的自同构,因为关系 y=αxy = \alpha x 凭借 (M_IV) 意味着x=α−1(αx)=α−1yx = \alpha^{-1}(\alpha x) = \alpha^{-1}y。

类似地,根据(M_{II}),对于所有x∈Ex \in E,映射α↦αx\alpha \mapsto \alpha x是加法群A的同态到可交换的群(无运算符)E;因此0x=00x = 0和(−α)x=−(αx)(-\alpha)x = -(\alpha x);此外,通过(M_IV),对于每整数n∈Zn \in \mathbf{Z},n.x=(n.1)xn.x = (n.1)x。

当环 A 仅由元素 0 组成时,每个A-模 E 仅由元素 0 组成,对于 A 中的 1=01 = 0,从而,对于所有 x∈Ex \in E, x=1.x=0.x=0x = 1.x = 0.x = 0。

例 05JP

(1) 设ϕ\phi为环A中的同态入环B; 映射(a,x)↦ϕ(a)x(a, x) \mapsto \phi(a)x(或(a,x)↦xϕ(a)(a, x) \mapsto x\phi(a))的A×BA \times B进入B定义,在B左侧(或右侧)A-模结构。特别是,如果 A 上的 ϕ\phi 被取为恒等映射,则在 A 上获得规范的左(右)A-模结构;为了避免混淆,集合 A 与结构表示为AsA_s(分别为AdA_d)。

(2) 在由外法则 (n,x)↦n.x(n, x) \mapsto n.x (I, § 3, no. 1) 定义的运算符结构的交换群 G(加法书写)群上,模结构超过环 Z\mathbf{Z} 有理数整数。

(3) 令 E 为可加写的交换律群,E 的 E\mathscr{E} 自同态环(I, § 8, no. 3:回想一下,两个自同态的乘积 fgfg 是由定义合成的自同态f∘gf \circ g)。 E 上运算符 f∈Ef \in \mathscr{E} 和元素 x∈Ex \in E 定义之间的外法则 (f,x)↦f(x)(f, x) \mapsto f(x) 是规范的左E\mathscr{E}-模块结构。

现在考虑环 A 并假设 E 上有左(右)A-模结构;对于所有 α∈A\alpha \in A、位似 hα:x↦αxh_\alpha : x \mapsto \alpha x(分别为 x↦xαx \mapsto x\alpha)属于至 E\mathscr{E}; 映射 ϕ:α↦hα\phi : \alpha \mapsto h_\alpha 是环 A(分别为逆环 A0A^0)到环 E\mathscr{E} 的同态和定义 αx=(ϕ(α))(x)\alpha x = (\phi(\alpha))(x)(分别为 xα=(ϕ(α))(x)x\alpha = (\phi(\alpha))(x))。 相反,通过上面的公式在 E 上给环同态 ϕ:A→E\phi : A \to \mathscr{E}(分别为 ϕ:A0→E\phi : A^0 \to \mathscr{E})定义一个左(分别为右)A-模结构。 在其他字中,在加法群 E 上给予左(或右)A-模结构以及添加剂律给定的群运算相当于给予环同态 A→EA \to \mathscr{E}(或 A0→EA^0 \to \mathscr{E})。

引用了 2

引用了 I § 3. 。 作用, I § 8. 。 环

定义 2 05JQ

左(右)向量空间超过域 K 是左(右)K-模。

向量空间中的元素是有时称为*向量*。

例 05JR

(4) 域相对于任意子域来说既是左又是右向量空间。

(5)* 三个维数R3\mathbf{R}^3的实数空间相对于实数R\mathbf{R}域、实数乘积txtx为向量空间 tt和点xx,坐标x1,x2,x3x_1, x_2, x_3是点,坐标tx1,tx2,tx3tx_1, tx_2, tx_3。类似地,在任意集合 F 上定义的实值函数的集合是向量空间,而R\mathbf{R}、乘积 tftf 实数 tt 和函数 ff 是实值函数 x↦tf(x)x \mapsto tf(x).

对于两个族 (xi)i∈I,(yi)i∈I(x_i)_{i \in I}, (y_i)_{i \in I} of 元素 of A-模 E of 有限支撑 (I, § 2, no. 1),以下等式成立:

(1)

∑i∈I(xi+yi)=∑i∈Ixi+∑i∈Iyi \sum_{i \in I} (x_i + y_i) = \sum_{i \in I} x_i + \sum_{i \in I} y_i

(2)

α⋅∑i∈Ixi=∑i∈I(αxi)for all α∈A; \alpha \cdot \sum_{i \in I} x_i = \sum_{i \in I} (\alpha x_i) \quad \text{for all } \alpha \in A;
通过考虑I包含的有限子集H以及(xi)(x_i)和(yi)(y_i)的支持,方程立即简化为有限和的类似方程。

引用了 1

引用了 I § 2. 。 单位元素;可取消元素; 可逆元

定义 3 05JS

如果存在有限支撑的A的元素的族(λi)i∈I(\lambda_i)_{i \in I},则A-模E的元素x被称为线性组合,且E的(ai)i∈I(a_i)_{i \in I}族的A中的系数为元素,使得x=∑i∈Iλiaix = \sum_{i \in I} \lambda_i a_i。

引用了 1

引用了 I § 2. 。 单位元素;可取消元素; 可逆元

一般来说,有几个不同的家族(λi)(\lambda_i)满足这个条件(cf.no. 11)。

注 0 是 E 的元素空族中唯一的线性组合(按照 I, § 2, no. 1 的约定)。

2. Linear mappings

定义 4 05JT

设 E 和 F 是关于同一个环 A 的两个(左)模。E 到 F 的线性映射(或A-线性映射、或同态、或 A 同态)是任意映射 u : E → F,使得:

被以下引用 1

被以下引用 命题 1

(3) u(x+y)=u(x)+u(y)u(x + y) = u(x) + u(y) 为 x∈E,y∈E;x \in E, y \in E;

(4G) u(λ.x)=λ.u(x)u(\lambda . x) = \lambda . u(x) λ∈A,x∈E.\lambda \in A, x \in E.

如果E和F是两个右A-模,则线性映射u:E→Fu : E \to F是映射满足 (3)

(4D) u(x.λ)=u(x).λu(x . \lambda) = u(x) . \lambda 为 λ∈A,x∈E.\lambda \in A, x \in E.

注 05JU

当E和F是两个可交换的群视为环Z\mathbf{Z}(no. 1)上的模时,群E(无运算符)的每个同态uu进入群F(无运算符)也等于E的线性映射进入F,因为对于 n 整数 > 0,关系 u(n.x)=n.u(x)u(n . x) = n . u(x) 从 u(x+y)=u(x)+u(y)u(x + y) = u(x) + u(y) 到 n 上的归纳,对于n=−m<0n = -m < 0,

u(n.x)=u(−(m.x))=−u(m.x)=−(m.u(x))=n.u(x). u(n . x) = u(-(m . x)) = -u(m . x) = -(m . u(x)) = n . u(x).

例 05JV

(1) 令E为A-模且E的元素;将 A-模 AsA_s 的映射 λ↦λa\lambda \mapsto \lambda a 放入 E 中是线性映射 θa\theta_a,使得 θa(1)=a.\theta_a(1) = a. *(2) 设I为实直线R\mathbf{R}的开区间,I上可微实值函数的E向量空间和I上定义的所有实值函数的F向量空间。 映射 x↦x′x \mapsto x' 与每个可微分函数 x 相关联,其导数是从 E 到 F 的线性映射。

注,A-模E上的位似x↦αxx \mapsto \alpha x不一定是线性映射:在其他字,关系α(λx)=λ(αx)\alpha(\lambda x) = \lambda(\alpha x)不一定对所有λ∈A\lambda \in A和x∈Ex \in E成立。然而,当 A 的 α\alpha 属于到中心时,关系成立; x↦αxx \mapsto \alpha x 则称为中心位似 (cf. no. 13)。

如果u:E→Fu : E \to F是线性映射,那么,对于E的元素的每个家庭(xi)i∈I(x_i)_{i \in I}和A的元素的每个家庭(λi)i∈I(\lambda_i)_{i \in I},使得家庭(λixi)i∈I(\lambda_i x_i)_{i \in I}的支持是有限的,

u(∑i∈Iλixi)=∑i∈Iλiu(xi) u\left( \sum_{i \in I} \lambda_i x_i \right) = \sum_{i \in I} \lambda_i u(x_i)

如下紧接着(3)和(4G)由归纳以家庭支持(λixi)(\lambda_i x_i)为基数。

命题 1 05JW

设E、F、G为三个A-模,E的u线性映射为F,F的v线性映射为G。则复合映射v∘uv \circ u是线性的。

引用了 3 · 被以下引用 2

引用了 定义 4, E IV § 2. 态射和导出结构, I § 4. 。 群和群与操作员

被以下引用 命题 23, 推论, II § 5

(1) 如果 u:E → F 和 v:F → E 是两个线性映射,使得 v ∘ u 是 E 上的恒等映射,u ∘ v 是 F 上的恒等映射,u 是 E 到 F 上的同构,v 是逆同构。

(2) 每个双射线性映射 u:E → F 都是 E 到 F 上的同构。

这些命题紧随定义 4 之后。

命题 1 和 2 表明,线性映射可以看作A-模结构的类的*态射*(*集合理论*,IV, § 2, no. 1);从此以后,我们将始终假设态射中的选择已经完成。

给定两个左(右)A-模 E 和 F,令 Hom(E, F) 或 Hom_A(E, F) 表示 E 的线性映射到 F 的集合。

集合 Hom(E, F) 是乘积的 交换环、子群可交换群 F^E,将 E 的所有映射转换为 F (I, § 4, no. 8);回想一下,对于 F^E 的两个元素 u, v 以及所有 x ∈ E,

(u+v)(x)=u(x)+v(x),(−u)(x)=−u(x)(u + v)(x) = u(x) + v(x), \quad (-u)(x) = -u(x)

从而紧接着,如果 u 和 v 是线性的,那么 u + v 和 −u 也是线性的。如果 G 是 Hom(E, F) 的左第三个(右)A-模, f, f_1, f_2 元素和 Hom(F, G) 的 g, g_1, g_2 元素,则立即验证以下关系:

(6)

g∘(f1+f2)=g∘f1+g∘f2g \circ (f_1 + f_2) = g \circ f_1 + g \circ f_2
(7)
(g1+g2)∘f=g1∘f+g2∘f(g_1 + g_2) \circ f = g_1 \circ f + g_2 \circ f
(8)
g∘(−f)=(−g)∘f=−(g∘f).g \circ (-f) = (-g) \circ f = -(g \circ f).

特别是,Hom(E, E) 定义上的合成 (f, g) ↦ f ∘ g 的律以及 Hom(E, E) 上的上述加法群结构 a 环 结构,其中单位元,用 1_E 表示或Id_E,在E上是恒等映射; E 的线性映射自身也称为 A-模 E 的 自同态,环 Hom(E, E) 也表示为 End(E) 或 End_A(E)。 A-模 E 的 自同构 只是 End(E) (命题 2) 的*可逆* 元素;它们形式乘法*群*,用Aut(E)或GL(E)表示,也称为相对于E的*线性群*。

从 (6) 和 (7) 可以得出,对于两个 A-模 E, F, Hom(E, F),在环 Hom(F, F) 上具有 左模 的规范结构,在 Hom(E, E) 上有 右模 的规范结构。

令 E、F、E'、F' 为四(左)A-模,u:E' → E 和 v:F → F' A-线性映射。如果每个元素 f ∈ Hom(E, F) 都与元素 v ∘ f ∘ u ∈ Hom(E', F') 关联,则映射

Hom⁡(E,F)→Hom⁡(E′,F′)\operatorname{Hom}(E, F) \to \operatorname{Hom}(E', F')

定义为Z\mathbf{Z}-线性,用Hom(u,v)\mathrm{Hom}(u, v)或HomA(u,v)\mathrm{Hom}_A(u, v)表示。如果u,u1,u2u, u_1, u_2属于到Hom(E′,E)\mathrm{Hom}(E', E)且v,v1,v2v, v_1, v_2到Hom(F,F′)\mathrm{Hom}(F, F'),则

{Hom(u1+u2,v)=Hom(u1,v)+Hom(u2,v)Hom(u,v1+v2)=Hom(u,v1)+Hom(u,v2) \begin{cases} \mathrm{Hom}(u_1 + u_2, v) = \mathrm{Hom}(u_1, v) + \mathrm{Hom}(u_2, v) \\ \mathrm{Hom}(u, v_1 + v_2) = \mathrm{Hom}(u, v_1) + \mathrm{Hom}(u, v_2) \end{cases}

令E′′,F′′E'', F''为两个AA模块,u′:E′′→E′u': E'' \to E'和v′:F′→F′′v': F' \to F''线性映射。然后

Hom(u∘u′,v′∘v)=Hom(u′,v′)∘Hom(u,v). \mathrm{Hom}(u \circ u', v' \circ v) = \mathrm{Hom}(u', v') \circ \mathrm{Hom}(u, v).

如果uu是E′E'的同构到EE,并且FF的vv同构到F′F',则Hom(u,v)\mathrm{Hom}(u, v)是Hom(E,F)\mathrm{Hom}(E, F)的同构到Hom(E′,F′)\mathrm{Hom}(E', F'),其逆同构通过 (10) 等于 Hom(u−1,v−1)\mathrm{Hom}(u^{-1}, v^{-1})。

如果hh(或kk)是EE(或FF)的自同态,则Hom(h,1F)\mathrm{Hom}(h, 1_F)(或Hom(1E,k)\mathrm{Hom}(1_E, k))只是位似,其比率为hh(或kk)。左)模结构位于上面定义的环 End(E)\mathrm{End}(E)(或End(F)\mathrm{End}(F))上。

3. 子模; 商模

设EE为AA模,MM子集为EE;对于EE到诱导上的AA模块结构以及MM上的AA模块结构,MM是EE(I, § 4, no. 3)的稳定子群是必要且充分的,因为如果是这样,则结构为群与MM 上引出的算子显然满足公理 (MIIM_{II})、(MIIIM_{III}) 和 (MIVM_{IV});那么 MM 和这个结构 (或者,滥用语言,集合 MM 本身)被称为 EE 的子模; 典范嵌入M→EM \to E是线性映射。当EE为向量空间时,其子模称为向量子空间(或者在不引起混淆的情况下简称为子空间)。

例 05JX

(1) 在任何 0 的模 EE 集合由……组成中,子模 (零子模,通常用 0 表示,滥用记号)。 (2) 设AA为环。 AsA_s(或AdA_d)的子模只是环AA的左理想(或右理想)。 (3) 设EE为AA模,xx元素为EE的aa为AA的左理想。 元素 αx\alpha x的集合,其中α\alpha贯穿aa,是EE的子模,用axax表示。 (4) 在被视为Z\mathbf{Z}模(no. 1)的交换群GG中,GG的每个子群也是子模。

(5) 设II为实直线R\mathbf{R}的开区间;在II上定义且连续的实值函数的集合CC是在II上定义的所有实值函数的向量空间RI\mathbf{R}^I的向量子空间。类似地,II上可微的函数的集合DD是C∗C_*的向量子空间

令 EE 为 AA 模块。每个EE上与模结构兼容的等价关系(I, § 1, no. 6)都是形式x−y∈Mx - y \in M,其中MM是E(I, § 4, no. 4)的稳定子群,即E的子模。立即验证商群 E/M (I, § 4, no. 4) 上有运算符的群的结构为A-模结构,其中典范映射 E→E/ME \to E/M 是线性的;有了这个结构,E/M 被称为 E 与子模 M 的 商模。 向量空间 E 的商模被称为 E 的*商向量空间*(或简称为*商空间*)。

例* (6)。 左A-模 AsA_s 环定义商模 As/aA_s/a 中各左理想aa;由于滥用记号,这个商模通常被表示为A/aA/a。

令E、F为两个A-模。从群与运算符(I, § 4, no. 5)(或直接从定义)的一般性质可以得出,如果u:E→Fu : E \to F是线性映射,则E的任何子模的uu下的像是F的子模和逆像 F 的任意子模的 uu 是 E 的子模。特别是,*核* N=u‾−1(0)N = \overline{u}^{-1}(0) 是 E 的子模,uu 下的 E 的像 u(E)u(E) 是 F 的子模 (I, § 4, no. 6,命题7);通过滥用语言,u(E)u(E) 被称为 u* 的 像。 商模E/NE/N也称为uu的共像*和商模F/u(E)F/u(E)uu的*余核*。在 uu (I, § 4, no. 5) 的*规范分解* 中

u:E→pE/N→vu(E)→iF u : E \xrightarrow{p} E/N \xrightarrow{v} u(E) \xrightarrow{i} F

vv 是 uu 到 uu 的像的余像 同构(no. 2,命题 2)。对于uu是*内射*,其核是零是充分必要的;为了使 uu 成为*满射*,其余核为零是充分必要的。

uu的核、像、coimage和余核分别用Keruu、Imuu、Coimuu、Cokeruu表示。

引用了 3

引用了 I § 1. 。 律合成; 结合性; 交换律, I § 4. 。 群和群与操作员, 命题 7, I § 4

注 05JY

令 M 为 A-模 E 和 ϕ:E→E/M\phi : E \to E/M 典范同态的子模。对于A-线性映射u:E→Fu : E \to F为形式v∘ϕv \circ \phi,其中vv是E/M到F中的线性映射,M⊂Ker(u)M \subset \mathrm{Ker}(u)是充分必要的;因为,如果这个条件成立,关系x−y∈Mx - y \in M意味着u(x)=u(y)u(x) = u(y),因此uu与这个等价关系兼容,并且显然从uu取商得出的映射v:E/M→Fv : E/M \to F是线性的。

4. 正合序列

定义 5 05JZ

设F、G、H为三个A-模;令 f 为 F 的同态到 G 以及 G 的同态到 H。 有序对 (f, g) 称为正合序列 if

g−1(0)=f(F) g^{-1}(0) = f(F)

在其他字中,如果g的核等于f的像。

图表

(12)

F→fG→gH F \xrightarrow{f} G \xrightarrow{g} H
也称为 正合序列。

我们类似地考虑四个A-模和三个同态中的图表由……组成:

(13)

E→fF→gG→hH. E \xrightarrow{f} F \xrightarrow{g} G \xrightarrow{h} H.

如果图表 E→fF→gGE \xrightarrow{f} F \xrightarrow{g} G 精确,则该图表被称为*精确于*F;如果 F→gG→hHF \xrightarrow{g} G \xrightarrow{h} H 是精确的,则它被称为*精确于* G。如果图表 (13) 精确于 F 和 G,则简单地称为*精确*,或*正合序列*。 正合序列与任意数项的定义类似。

注 05K0

(1) 若有序对(f,g)(f, g)为正合序列,则g∘f=0g \circ f = 0;但当然这个性质并不表征正合序列,因为它只意味着ff的像*包含于*在gg的核中。

下面的叙述中,E、F、G表示A-模,0 A-模缩减为单位元素;箭头代表A-模同态。由于从模 0 到模 E(分别是 E 到 0)只有一个同态,因此在正合序列中为这些同态命名时没有点它们出现的地方。

命题 3 05K1

(a) 对于

0⟶E→fF 0 \longrightarrow E \xrightarrow{f} F
要成为正合序列,ff*是单射的*是必要且充分的。

被以下引用 1

被以下引用 注

(b) 对于

E→fF⟶0 E \xrightarrow{f} F \longrightarrow 0
要成为正合序列, ff 是满射的是必要且充分的。

(c) 对于

0⟶E→fF⟶0 0 \longrightarrow E \xrightarrow{f} F \longrightarrow 0
要成为正合序列, ff 是双射(在其他字(no. 2,命题 2)中,ff是E到F的*同构*)是必要且充分的。

(d) 如果 F * 是 * E * 的子模且* i:F→Ei : F \to E * 是典范嵌入,* p:E→E/Fp : E \to E/F 典范同态,图表 (14)

0⟶F→iE→pE/F⟶0 0 \longrightarrow F \xrightarrow{i} E \xrightarrow{p} E/F \longrightarrow 0
是正合序列。

(e) 如果f:E→Ff : E \to F是同态,图表

0⟶f−1(0)⟶iE⟶fF⟶pF/f(E)→0 0 \longrightarrow f^{-1}(0) \overset{i}{\longrightarrow} E \overset{f}{\longrightarrow} F \overset{p}{\longrightarrow} F/f(E) \to 0

(其中ii是典范嵌入,pp典范满射)是正合序列。

命题紧接在no. 2的定义和命题2之后。

注 05K2

(2) 说有正合序列

0⟶E⟶fF⟶gG⟶0 0 \longrightarrow E \overset{f}{\longrightarrow} F \overset{g}{\longrightarrow} G \longrightarrow 0

意味着ff是单射的,gg是满射的,并且与gg相关的规范双射是F/f(E)F/f(E)到GG的*同构*。也有人说,三元组(F,f,g)(F, f, g)是模G乘模E*(I, § 6, no. 7)的*扩张。

(3) 如果有正合序列和 4 个项

E⟶fF⟶gG⟶hH E \overset{f}{\longrightarrow} F \overset{g}{\longrightarrow} G \overset{h}{\longrightarrow} H

ff的余核是F/f(E)=F/g−1(0)F/f(E) = F/g^{-1}(0),hh的核是g(F)g(F);因此,与 gg 关联的规范双射是 *同构

Coker⁡f→Ker⁡h. \operatorname{Coker} f \to \operatorname{Ker} h.

(4) 考虑A-模同态中的有序对

(15)(15)
E⟶fF⟶gG. E \overset{f}{\longrightarrow} F \overset{g}{\longrightarrow} G.

对于图表 (15) 为正合序列,存在两个A-模 S、T 和同态 a:E→S, b:S→F, c:F→T, d:T→Ga : E \to S,\ b : S \to F,\ c : F \to T,\ d : T \to G 是充分必要的,使得三个序列

(16)(16)
{E⟶aS⟶00⟶S⟶bF⟶cT⟶00⟶T⟶dG \begin{cases} E \overset{a}{\longrightarrow} S \longrightarrow 0 \\ 0 \longrightarrow S \overset{b}{\longrightarrow} F \overset{c}{\longrightarrow} T \longrightarrow 0 \\ 0 \longrightarrow T \overset{d}{\longrightarrow} G \end{cases}

是*精确*和f=b∘af = b \circ a和g=d∘cg = d \circ c。

如果 (15) 是正合序列,则取S=f(E)=g−1(0)S = f(E) = g^{-1}(0)和T=g(F)T = g(F)、bb和dd为典范嵌入和aa(分别为cc)同态,其图形与ff相同(分别gg)。反之,如果S、T、a、b、c、d满足上述条件,则f(E)=b(a(E))=b(S)f(E) = b(a(E)) = b(S)和g−1(0)=c(d(0))=c(0)g^{-1}(0) = c(d(0)) = c(0),因此(16)的正确性表明f(E)=g−1(0)f(E) = g^{-1}(0)。

当参数不需要时,通常会省略使用显式字母来表示正合序列中的同态。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 I § 6. 。 扩张,可溶解群,惰性群

被以下引用 注

注 05K3

(5) 正合序列扩展的定义立即到群,它们不一定可交换;在这种情况下,当然使用乘法记号,并将公式中的0替换为1(如果不产生混淆)。 命题 3 的部分 (a)、(b)、(c) 仍然有效,并且 (d) 当 F 是 E 的正规子群时。 注 2 和命题 3(e) 在条件上,f(E)f(E) 是正规的F 的子群; 注 3 和 4 无需修改即可有效。

引用了 2

引用了 注, 命题 3

5. 乘积模

设(Ei)i∈I(E_i)_{i \in I}是环A上的模的族。立即验证EiE_i上模结构的乘积(I,§4,I, § 4,no. 8)是A-模结构乘积集合E=∏i∈IEiE = \prod_{i \in I} E_i。这样结构集合E就称为模EiE_i的乘积模;如果x=(xi),y=(yi)x = (x_i), y = (y_i)是E的两个元素,那么

{x+y=(xi+yi)λ⋅x=(λxi) \begin{cases} x + y = (x_i + y_i) \\ \lambda \cdot x = (\lambda x_i) \end{cases}
对于所有λ∈A\lambda \in A。

公式 (17) 表示投影 pri:E→Eipr_i : E \to E_i 是线性映射;这些映射显然是满射的。

回想一下,如果索引集合 I 为空,则乘积集合 ∏i∈IEi\prod_{i \in I} E_i 则由单个元素组成; 乘积模结构在这个集合上,那么唯一元素是0。

命题 4 05K4

让*E=∏i∈IEiE = \prod_{i \in I} E_i*成为A-模*(Ei)i∈I(E_i)_{i \in I}家庭的乘积。 对于每一个A-模 F 和每个线性映射 fi:F→Eif_i : F \to E_i 都存在一个且仅有一个映射 f 的 F 进入 E 使得 pri∘f=fipr_i \circ f = f_i 对于所有 i∈Ii \in I 并且这个映射是线性的。

被以下引用 2

被以下引用 推论 1, II § 7, LIE I § 2. 。包络代数的李代数

这直接来自定义。

模的乘积是“结合的”:如果 (Jλ)λ∈L(J_\lambda)_{\lambda \in L} 是 I 的划分,则典范映射

∏i∈IEi→∏λ∈L(∏i∈JλEi) \prod_{i \in I} E_i \to \prod_{\lambda \in L} \left( \prod_{i \in J_\lambda} E_i \right)
是同构。

命题 5 05K5

(i) 令 (Ei)i∈I,(Fi)i∈I(E_i)_{i \in I}, (F_i)_{i \in I} 为具有相同索引集合 I的两个A-模族; 对于线性映射 fi:Ei→Fif_i : E_i \to F_i (i∈Ii \in I) 的每个家庭,*映射* f:(xi)→(fi(xi))f : (x_i) \to (f_i(x_i)) of ∏iEi\prod_i E_i 进入 ∏iFi\prod_i F_i (有时表示为 ∏ifi\prod_i f_i)*是线性的*。

被以下引用 3

被以下引用 推论, 命题 7, 命题 3, II § 2

(ii) 令 (Gi)i∈I(G_i)_{i \in I} 成为A-模的第三个族,其中 I 作为索引集合,并且对于所有 i∈I,i \in I,,令gi:Fi→Gig_i : F_i \to G_i为线性映射;让g=∏igig = \prod_i g_i。准确地说,对于序列 Ei→fiFi→giGiE_i \xrightarrow{f_i} F_i \xrightarrow{g_i} G_i 中的每一个,序列是充分必要的

∏iEi→f∏iFi→g∏iGi \prod_i E_i \xrightarrow{f} \prod_i F_i \xrightarrow{g} \prod_i G_i

准确地说。

断言 (i) 紧接着定义。另一方面,说y=(yi)y = (y_i)属于到Ker⁡(g)\operatorname{Ker}(g)意味着gi(yi)=0g_i(y_i) = 0对于所有i∈Ii \in I,因此yi∈Ker⁡(gi)y_i \in \operatorname{Ker}(g_i)对于所有i∈Ii \in I;类似地,说yy属于到Im⁡(f)\operatorname{Im}(f)意味着存在x=(xi)∈∏iEix = (x_i) \in \prod_i E_i使得y=f(x)y = f(x),这相当于说对于所有i∈Ii \in I来说yi=fi(xi)y_i = f_i(x_i)或者对于所有i∈Ii \in I来说也相当于yi∈Im⁡(fi)y_i \in \operatorname{Im}(f_i); 从而(二)。

推论 05K6

在命题 5 中的条件下,(i),

Ker⁡(f)=∏i∈IKer⁡(fi),Im⁡(f)=∏i∈IIm⁡(fi) \operatorname{Ker}(f) = \prod_{i \in I} \operatorname{Ker}(f_i), \qquad \operatorname{Im}(f) = \prod_{i \in I} \operatorname{Im}(f_i)
引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 5

被以下引用 推论 1

还有典范同构

Coim⁡(f)→∏i∈ICoim⁡(fi),Coker⁡(f)=∏i∈ICoker⁡(fi) \operatorname{Coim}(f) \to \prod_{i \in I} \operatorname{Coim}(f_i), \qquad \operatorname{Coker}(f) = \prod_{i \in I} \operatorname{Coker}(f_i)

通过分别与∏iEi\prod_i E_i、模Ker⁡(f)\operatorname{Ker}(f)的元素x=(xi)x = (x_i)的类(分别与∏iFi\prod_i F_i、模Im⁡(f)\operatorname{Im}(f)的元素y=(yi)y = (y_i)的类)相关联而获得xix_i 模组的类。 Ker⁡(fi)\operatorname{Ker}(f_i)(分别是yiy_i mod. Im⁡(f)\operatorname{Im}(f) 的类系列)。

特别是,对于 ff 是单射的(分别是满射、双射的、零),对于所有 i∈Ii \in I、fif_i 是单射(分别是满射、双射的、零)是必要和充分的。

如果,对于所有i∈Ii \in I,我们认为EiE_i的子模FiF_i,模∏i∈IFi\prod_{i \in I} F_i是∏i∈IEi\prod_{i \in I} E_i的子模,并且根据命题5的推论,有典范同构

∏i∈I(Ei/Fi)→(∏i∈IEi)/(∏i∈IFi). \prod_{i \in I} (E_i/F_i) \to \left( \prod_{i \in I} E_i \right) / \left( \prod_{i \in I} F_i \right).

模的乘积的一个重要的例是,所有因子模都等于相同的模FF;那么他们的乘积FIF^I只是II的映射到FF的集合。 II 上等于 xx 的常数函数的对角线映射 F→FIF \to F^I 映射 x∈Fx \in F 是线性的。如果 (Ei)i∈I(E_i)_{i \in I} 是一系列 AA 模块,并且对于所有 i∈Ii \in I,fi:F→Eif_i : F \to E_i 是线性映射,则 FF 的线性映射 x↦(fi(x))x \mapsto (f_i(x)) 到 ∏i∈IEi\prod_{i \in I} E_i 的合成将FIF^I的映射(xi)↦(fi(xi))(x_i) \mapsto (f_i(x_i))分解为∏i∈IEi\prod_{i \in I} E_i和对角线映射F→FIF \to F^I。

6. 直和 / 模

让(Ei)i∈I(E_i)_{i \in I}是A-模的一个家庭,F=∏i∈IEiF = \prod_{i \in I} E_i是他们的乘积。 x∈Fx \in F的集合EE,使得除了指标的有限数之外,prix=0\mathrm{pr}_i x = 0显然是FF的子模,称为族的外部直和(或简称为直和) 模 (Ei)(E_i) 并表示为 ⨁i∈IEi\bigoplus_{i \in I} E_i (I, § 4, no. 9)。当I有限时,则⨁i∈IEi=∏i∈IEi\bigoplus_{i \in I} E_i = \prod_{i \in I} E_i;如果I={p,q}I = \{p, q\}(Z\mathbf{Z}的间隔),我们也写

⨁i∈IEi=Ep⊕Ep+1⊕⋯⊕Eq. \bigoplus_{i \in I} E_i = E_p \oplus E_{p+1} \oplus \cdots \oplus E_q.

对于所有κ∈I\kappa \in I,令jκj_\kappa为映射Eκ→FE_\kappa \to F,它与FF的每个xκ∈Eκx_\kappa \in E_\kappa元素相关联,使得pri(jκ(xκ))=0\mathrm{pr}_i(j_\kappa(x_\kappa)) = 0对应于i≠κi \neq \kappa和prκ(jκ(xκ))=xκ\mathrm{pr}_\kappa(j_\kappa(x_\kappa)) = x_\kappa; 直接的是jκj_\kappa是EκE_\kappa的单射线性映射到EiE_i的直和EE,我们称之为典范嵌入; EE的子模jκ(Eκ)j_\kappa(E_\kappa),与EκE_\kappa同构的,称为指标κ\kappa的EE的分量子模。通常通过 jκj_\kappa 来识别EκE_\kappa。

对于所有x∈E=⨁i∈IEix \in E = \bigoplus_{i \in I} E_i,因此我们有

x=∑i∈Iji(prix). x = \sum_{i \in I} j_i(\mathrm{pr}_i x).

(20)

命题 6 05K7

让*(Ei)i∈I(E_i)_{i \in I}*成为A-模*、MM*A-模的一个家庭,并且对于所有*i∈Ii \in I,*让*fi:Ei→Mf_i : E_i \to M*成为线性映射*。 那么存在且仅有一个线性映射 g:⨁i∈IEi→Mg : \bigoplus_{i \in I} E_i \to M 这样,对于所有 i∈Ii \in I:

引用了 1 · 被以下引用 11

引用了 I § 2. 。 单位元素;可取消元素; 可逆元

被以下引用 注, 注, 注, 命题 12, 命题 17, 推论 1, 推论 2, 推论 2, 命题 7, II § 3, 命题 9, III § 6, VIII § 4. 。 半单模

g∘ji=fi. g \circ j_i = f_i.

(21)

根据 (20),如果 gg 存在,那么必然对于所有 x∈⨁i∈IEix \in \bigoplus_{i \in I} E_i,

g(x)=∑ig(ji(pri(x)))=∑ifi(pri(x)), g(x) = \sum_i g(j_i(\mathrm{pr}_i(x))) = \sum_i f_i(\mathrm{pr}_i(x)),

从而唯一性共gg。相反,对于所有x∈⨁i∈IEix \in \bigoplus_{i \in I} E_i,设定g(x)=∑ifi(pri(x))g(x) = \sum_i f_i(\mathrm{pr}_i(x)),立即验证线性映射已经定义为叙述的满足条件。

当不会引起混淆时,我们写g=∑i∈Ifig = \sum_{i \in I} f_i(这与I, § 2, no. 1的约定相反,当(fi)(f_i)家族不属于有限支撑时)。

特别是,如果 J 是 I 中的任意子集,则i∈Ji \in J 定义的典范嵌入 jij_i 是一个规范的线性映射 jJ:⨁i∈JEi→⨁i∈IEij_J : \bigoplus_{i \in J} E_i \to \bigoplus_{i \in I} E_i,它与每个 (xi)i∈I(x_i)_{i \in I} 元素 (xi′)i∈I(x'_i)_{i \in I} 关联,使得xi′=xix'_i = x_i对应i∈Ji \in J,xi′=0x'_i = 0对应i∉Ji \notin J;这个映射显然是内射的。此外,如果(Jλ)λ∈L(J_\lambda)_{\lambda \in L}是I的划分,则映射i:⨁λ∈L(⨁i∈JλEi)→⨁i∈IEii : \bigoplus_{\lambda \in L} \left( \bigoplus_{i \in J_\lambda} E_i \right) \to \bigoplus_{i \in I} E_i相应的到(jJλ)(j_{J_\lambda})到命题6的家庭是一个称为规范的*同构的*(“结合性” 直和)。

推论 1 05K8

令(Ei)i∈I,(Fλ)λ∈L(E_i)_{i \in I}, (F_\lambda)_{\lambda \in L}为A-模的两个族。 映射*

HomA(⨁i∈IEi,∏λ∈LFλ)→∏(i,λ)∈I×LHomA(Ei,Fλ) \text{Hom}_A \left( \bigoplus_{i \in I} E_i, \prod_{\lambda \in L} F_\lambda \right) \to \prod_{(i, \lambda) \in I \times L} \text{Hom}_A(E_i, F_\lambda)
*与每个g∈HomA(⨁i∈IEi,∏λ∈LFλ)g \in \text{Hom}_A \left( \bigoplus_{i \in I} E_i, \prod_{\lambda \in L} F_\lambda \right)系列(pr⁡λ∘g∘ji)(\operatorname{pr}_\lambda \circ g \circ j_i)相关联,是一个Z\mathbf{Z}模块同构(称为规范)。

引用了 1 · 被以下引用 8

引用了 命题 6

被以下引用 命题 3, AC VII § 4, 推论 2, 命题 10, II § 2, 命题 2, II § 2, 命题 3, II § 2, 推论 2, II § 2, 引理 3, II § 4, 注, II § 7

这是从命题 6 和 no. 5、命题 4 得出的。

推论 2 05K9

令(Ei)i∈I(E_i)_{i \in I}为A-模、F A-模的族,对于每个i∈Ii \in I,令fi:Ei→Ff_i : E_i \to F为线性映射。为了使 f=∑i∈Ifif = \sum_{i \in I} f_i 成为 E=⨁i∈IEiE = \bigoplus_{i \in I} E_i 的同构到 F 上,每个i∈Ii \in I 线性映射 gi:F→Eig_i : F \to E_i 存在以下属性是充分必要的:* (1) gi∘fi=1Eig_i \circ f_i = 1_{E_i} 对于所有 i∈Ii \in I。 (2) gi∘fκ=0g_i \circ f_\kappa = 0 为 i≠κi \neq \kappa。 (3) 对于所有y∈Fy \in F,家庭(gi(y))(g_i(y))有有限支撑并且

y=∑i∈Ifi(gi(y)). y = \sum_{i \in I} f_i(g_i(y)).
注如果I是有限的,最后一个条件也可以写成
∑i∈Ifi∘gi=1F. \sum_{i \in I} f_i \circ g_i = 1_F.
显然条件是必要的,因为他们已经满足了gi=pr⁡i∘fi−1g_i = \operatorname{pr}_i \circ f_i^{-1}。相反,如果它们成立,则对于所有 y∈Fy \in F,定义了g(y)=∑iji(gi(y))g(y) = \sum_i j_i(g_i(y)),并且 gg 是 F 到 E 的线性映射,是直接的。对于所有 y∈Fy \in F,f(g(y))=∑ifi(gi(y))=yf(g(y)) = \sum_i f_i(g_i(y)) = y 除假设。另一方面,对于所有x∈Ex \in E,gκ(f(x))=gκ(∑ifi(pr⁡i(x)))=gκ(fκ(pr⁡κ(x)))=pr⁡κ(x)g_\kappa(f(x)) = g_\kappa \left( \sum_i f_i(\operatorname{pr}_i(x)) \right) = g_\kappa(f_\kappa(\operatorname{pr}_\kappa(x))) = \operatorname{pr}_\kappa(x)乘以假设;

被以下引用 3

被以下引用 推论, II § 2, 引理 2, II § 4, 引理 5, II § 4

因此g(f(x))=∑iji(gi(f(x)))=∑iji(pri(x))=xg(f(x)) = \sum_i j_i(g_i(f(x))) = \sum_i j_i(\mathrm{pr}_i(x)) = x,证明了推论。

命题 7 05KA

(i) 设 (Ei)i∈I,(Fi)i∈I(E_i)_{i \in I}, (F_i)_{i \in I} 为两个系列的 AA*-具有相同索引集合* II的模块; 对于线性映射 fi:Ei→Fif_i : E_i \to F_i (i∈Ii \in I) 的每个家庭,*限制到* ⨁i∈IEi\bigoplus_{i \in I} E_i 线性映射 (xi)↦(fi(xi))(x_i) \mapsto (f_i(x_i)) 是线性映射 f:⨁i∈IEi→⨁i∈IFif : \bigoplus_{i \in I} E_i \to \bigoplus_{i \in I} F_i 表示为 ⨁i∈Ifi\bigoplus_{i \in I} f_i 或 ⨁ifi\bigoplus_i f_i (其中 f=fp⊕fp+1⊕⋯⊕fqf = f_p \oplus f_{p+1} \oplus \cdots \oplus f_q 如果 I=[p,q]I = [p, q] 是 Z\mathbf{Z}* 中的一个区间)。

引用了 1 · 被以下引用 4

引用了 命题 5

被以下引用 注, 注, 推论 1, 注, III § 7

(ii) 让(Gi)i∈I(G_i)_{i \in I}*成为*AA*模块的第三个系列,其中*II*作为索引集合,并且对于所有*i∈Ii \in I,*让*gi:Fi→Gig_i : F_i \to G_i*为线性映射;我们写* g=⨁igig = \bigoplus_i g_i。 对于序列 Ei→fiFi→giGiE_i \xrightarrow{f_i} F_i \xrightarrow{g_i} G_i 准确地说,序列 是充分必要的

⨁iEi→f⨁iFi→g⨁iGi \bigoplus_i E_i \xrightarrow{f} \bigoplus_i F_i \xrightarrow{g} \bigoplus_i G_i
准确地说。

显然,对于所有(xi)∈⨁iEi(x_i) \in \bigoplus_i E_i,(fi(xi))(f_i(x_i))族有有限支撑、从而(i)。另一方面,说⨁iFi\bigoplus_i F_i属于到Ker(g)\mathrm{Ker}(g)的元素y=(yi)y = (y_i)意味着yi∈Ker(gi)y_i \in \mathrm{Ker}(g_i)对于所有i∈Ii \in I(no. 5,命题5);类似地,如果yi∈Im(fi)y_i \in \mathrm{Im}(f_i)对于所有i∈Ii \in I,则每个i∈Ii \in I都存在xi∈Eix_i \in E_i,使得yi=fi(xi)y_i = f_i(x_i),并且当yi=0y_i = 0时,可以假设xi=0x_i = 0;因此y∈Im(f)y \in \mathrm{Im}(f)和逆命题是明显的。

推论 1 05KB

在命题 7 的条件以下,(i),*

Ker(f)=⨁i∈IKer(fi),Im(f)=⨁i∈IIm(fi) \mathrm{Ker}(f) = \bigoplus_{i \in I} \mathrm{Ker}(f_i), \qquad \mathrm{Im}(f) = \bigoplus_{i \in I} \mathrm{Im}(f_i)
还有典范同构
Coim(f)→⨁i∈ICoim(fi),Coker(f)→⨁i∈ICoker(fi) \mathrm{Coim}(f) \to \bigoplus_{i \in I} \mathrm{Coim}(f_i), \qquad \mathrm{Coker}(f) \to \bigoplus_{i \in I} \mathrm{Coker}(f_i)
定义如no. 5,命题 5的推论。特别是,对于 ff 为单射(分别为满射、双射的、零),每个 fif_i 为单射(分别为满射、双射的、零)是必要且充分的。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 命题 7, 推论

被以下引用 命题 2, AC I § 2, 引理 1, II § 2, 推论 6, II § 3

如果对于所有i∈Ii \in I,我们认为EiE_i、模⨁i∈IFi\bigoplus_{i \in I} F_i的子模FiF_i是⨁i∈IEi\bigoplus_{i \in I} E_i的子模,并且根据推论1到命题7,有典范同构

⨁i∈I(Ei/Fi)→(⨁i∈IEi)/(⨁i∈IFi). \bigoplus_{i \in I} (E_i/F_i) \to \left( \bigoplus_{i \in I} E_i \right) / \left( \bigoplus_{i \in I} F_i \right).

推论 2 05KC

令(Ei)i∈I,(Ei′)i∈I,(Fλ)λ∈L,(Fλ′)λ∈L(E_i)_{i \in I}, (E'_i)_{i \in I}, (F_\lambda)_{\lambda \in L}, (F'_\lambda)_{\lambda \in L}为AA模块的四个系列,并且对于每个i∈Ii \in I(分别为每个λ∈L\lambda \in L),ui:Ei′→Eiu_i : E'_i \to E_i(分别为vλ:Fλ→Fλ′v_\lambda : F_\lambda \to F'_\lambda)线性映射。然后图表

Hom⁡(⨁i∈IEi′,∏λ∈LFλ′)→ϕ′∏(i,λ)∈I×LHom⁡(Ei′,Fλ′)↑↑Hom⁡(⨁iui,∏λvλ)∏Hom⁡(ui,vλ)Hom⁡(⨁i∈IEi,∏λ∈LFλ)→ϕ∏(i,λ)∈I×LHom⁡(Ei,Fλ) \begin{array}{ccc} \operatorname{Hom}\left( \bigoplus_{i \in I} E'_i, \prod_{\lambda \in L} F'_\lambda \right) & \xrightarrow{\phi'} & \prod_{(i, \lambda) \in I \times L} \operatorname{Hom}(E'_i, F'_\lambda) \\ \uparrow & & \uparrow \\ \operatorname{Hom}\left( \bigoplus_i u_i, \prod_\lambda v_\lambda \right) & & \prod \operatorname{Hom}(u_i, v_\lambda) \\ \operatorname{Hom}\left( \bigoplus_{i \in I} E_i, \prod_{\lambda \in L} F_\lambda \right) & \xrightarrow{\phi} & \prod_{(i, \lambda) \in I \times L} \operatorname{Hom}(E_i, F_\lambda) \end{array}
引用了 2

引用了 推论 1, 命题 6

(其中ϕ\phi和ϕ′\phi'是推论1到命题6中定义的典范同构)是可交换的。

验证立即从定义开始。

当所有EiE_i等于同一个AA模EE时,直和⨁i∈IEi\bigoplus_{i \in I} E_i也表示为E(I)E^{(I)}:其元素是II的映射变成EE和有限支撑。如果对于所有ii,fif_i取为恒等映射E→EE \to E,通过命题6,得到线性映射E(I)→EE^{(I)} \to E,称为*对角线*,它与元素的每个族(xi)i∈I(x_i)_{i \in I}相关联EE,有限支撑,它的*和* ∑i∈Ixi\sum_{i \in I} x_i。

注 05KD

回想一下,直和扩展的定义立即到*群*的(Ei)i∈I(E_i)_{i \in I}族,它们不一定是可交换的,乘法记号当然替换加法记号;然后我们说“restricted 乘积”或“restricted 和”而不是“直和”(I, § 4, no. 9)。

注,EE是乘积F=∏i∈IEiF = \prod_{i \in I} E_i的*正常*子群,并且每个jk(Ek)j_k(E_k)是FF的*正常*子群;此外,对于两个不同的指标λ,μ\lambda, \mu,jλ(Eλ)j_\lambda(E_\lambda)的每一个元素与jμ(Eμ)j_\mu(E_\mu)的每一个元素都是“可置换”的。 命题 6 扩展对于假设的一般情况,对于两个不同的指标λ,μ\lambda, \mu,fλ(Eλ)f_\lambda(E_\lambda)的每个元素在MM中与fμ(Eμ)f_\mu(E_\mu)的每个元素都是“可置换”的(I, § 4, no. 9,命题12)。受限制的和的“结合性”的性质紧随其后。 命题 7 及其推论 1 和 2 无需修改就成立。

引用了 4

引用了 I § 4. 。 群和群与操作员, 命题 12, I § 4, 命题 6, 命题 7

7. 交和和子模

对于AA模块EE的子模的每个族(Mi)i∈I(M_i)_{i \in I},交⋂i∈IEi\bigcap_{i \in I} E_i是EE的子模。如果,对于每个i∈Ii \in I,ϕi\phi_i表示典范同态E→E/MiE \to E/M_i,⋂i∈IMi\bigcap_{i \in I} M_i是EE的同态ϕ:x↦(ϕi(x))\phi : x \mapsto (\phi_i(x))到∏i∈I(E/Mi)\prod_{i \in I} (E/M_i)的*核*,在其他字中,有*正合序列*

0⟶⋂i∈IMi⟶E→ϕ∏i∈I(E/Mi). 0 \longrightarrow \bigcap_{i \in I} M_i \longrightarrow E \xrightarrow{\phi} \prod_{i \in I} (E/M_i).

线性映射 ϕ\phi 和映射

E/(⋂i∈IMi)→∏i∈I(E/Mi) E / \left( \bigcap_{i \in I} M_i \right) \to \prod_{i \in I} (E / M_i)
由经过求商得到的,称为规范的。

尤其:

命题 8 05KE

如果一个家庭* (Mi)i∈I(M_i)_{i \in I} * of 子模 of* EE 将交简化为 00 E 与 ∏i∈I(E/Mi)\prod_{i \in I} (E / M_i) 的子模典型同构。

引用了 1

引用了 I § 4. 。 群和群与操作员

给定 AA 模块 EE 的子集 XX,EE 包含 XX 的子模交 FF 被称为子模 *由 XX 生成,并且XX 称为 FF (I, § 4, no. 3) 的 生成的集合 (或 生成的系统);对于EE的元素的族(ai)i∈I(a_i)_{i \in I},由aia_i的集合生成的子模称为由(ai)(a_i)的族生成的子模。

如果 AA 模块具有*有限* 生成的集合,则称为“有限生成”。

命题 9 05KF

The submodule generated by a family* (ai)i∈I(a_i)_{i \in I} of elements of an AA*-module* EE is the set of linear combinations of the family (ai)(a_i).

被以下引用 4

被以下引用 定义 12, 注, 推论 2, 命题 22

EE中的每个子模,其中包含所有aia_i以及aia_i中的包含线性组合。反过来,no. 1的公式(1)和(2)证明aia_i的线性组合的集合是EE的子模,显然包含所有aia_i因此是最小的子模包含他们。

推论 1 05KG

设*u:E→Fu : E \to F*为*EE*的线性映射、S子集和*MM*子模*EE*由*SS生成。 那么u(M)u(M)*是*FF*的子模*由*u(S)u(S)生成。

被以下引用 1

被以下引用 命题 22

特别地,EE的任意有限生成的子模在uu下的像是FF的有限生成的子模。

注 05KH

如果u(x)=0u(x) = 0代表所有x∈Sx \in S,那么u(x)=0u(x) = 0也代表所有x∈Mx \in M。我们将有时将此结果称为“线性恒等式扩张的原理”*或“线性恒等式扩张的原理”*。

特别是,要验证线性映射u:E→Fu : E \to F是形式v∘ϕv \circ \phi,其中v:E/M→Fv : E / M \to F是线性的,ϕ:E→E/M\phi : E \to E / M是规范的投影,验证u(S)=0u(S) = 0就足够了。

推论 2 05KI

The submodule generated by the union of a family* (Mi)i∈I(M_i)_{i \in I} of submodules of a module EE is identical with the set of sums ∑i∈Ixi\sum_{i \in I} x_i, where (xi)i∈I(x_i)_{i \in I} runs through the set of families of elements of EE of finite support such that xi∈Mix_i \in M_i for all i∈Ii \in I.

显然⋃i∈IMi\bigcup_{i \in I} M_i的元素的每一个线性组合都是上面的形式; 逆命题是显而易见的。

The submodule of E generated by the union of a family (Mi)i∈I(M_i)_{i \in I} of submodules of E is called the sum of the family (Mi)(M_i) and is denoted by ∑i∈IMi\sum_{i \in I} M_i.

如果对于所有i∈Ii \in I,hih_i是典范嵌入Mi→EM_i \to E和⨁i∈IMi\bigoplus_{i \in I} M_i的h:(xi)↦∑ihi(xi)h : (x_i) \mapsto \sum_i h_i(x_i)线性映射到E相应的到家庭(hi)(h_i)(no. 6,命题6),∑i∈IMi\sum_{i \in I} M_i是hh的*像*;在其他字中,有一个*正合序列

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 6

被以下引用 推论 3

⨁i∈IMi→hE⟶E/(∑i∈IMi)⟶0. \bigoplus_{i \in I} M_i \xrightarrow{h} E \longrightarrow E / \left( \sum_{i \in I} M_i \right) \longrightarrow 0.

推论 3 05KJ

如果* (Mλ)λ∈L(M_\lambda)_{\lambda \in L} 是A-模 E 的子模的右有向族,和 ∑λ∈LMλ\sum_{\lambda \in L} M_\lambda 与并 ⋃λ∈LMλ\bigcup_{\lambda \in L} M_\lambda相同。

引用了 1

引用了 推论 2

⋃λ∈LMλ⊂∑λ∈LMλ\bigcup_{\lambda \in L} M_\lambda \subset \sum_{\lambda \in L} M_\lambda 在没有假设的情况下始终为真;另一方面,对于每个有限子族 (Mλ)λ∈J(M_\lambda)_{\lambda \in J} of (Mλ)λ∈L(M_\lambda)_{\lambda \in L},*存在假设 a* μ∈L\mu \in L 使得 Mλ⊂MμM_\lambda \subset M_\mu 对于所有 λ∈J\lambda \in J,*因此* ∑λ∈LMλ⊂Mμ\sum_{\lambda \in L} M_\lambda \subset M_\mu 因此从推论2得出 ∑λ∈LMλ⊂⋃λ∈LMλ\sum_{\lambda \in L} M_\lambda \subset \bigcup_{\lambda \in L} M_\lambda。

推论 4 05KK

设* 0→E→fF→gG→00 \to E \xrightarrow{f} F \xrightarrow{g} G \to 0 为A-模的正合序列, E 的 S 生成的系统,* G 的 *T 生成的系统。 如果 T' 为 F 的子集,则 g(T′)=Tg(T') = T,*T' \cup f(S) 为* F 的生成的系统。

由 T' \cup f(S) 包含 f(E)f(E) 生成的 F 的子模 F' 以及g(F′)g(F') 包含 T、g(F′)=Gg(F') = G;因此F′=FF' = F。

推论 5 05KL

在正合序列* 0→E→F→G→00 \to E \to F \to G \to 0 *A-模中,如果 E 和 G 是有限生成的,那么 F 也是有限生成的。

被以下引用 1

被以下引用 引理 9, AC I § 2

命题 10 05KM

设* M,N *为A-模 E 中的两个子模。则有两个正合序列

被以下引用 3

被以下引用 推论 3, II § 7, 命题 6, II § 7, 命题 2, VIII § 11

0⟶M∩N→uM⊕N→i−jM+N⟶00⟶E/(M∩N)→v(E/M)⊕(E/N)→p−qE/(M+N)⟶0 \begin{align*} &0 \longrightarrow M \cap N \xrightarrow{u} M \oplus N \xrightarrow{i-j} M + N \longrightarrow 0 \\ &0 \longrightarrow E/(M \cap N) \xrightarrow{v} (E/M) \oplus (E/N) \xrightarrow{p-q} E/(M + N) \longrightarrow 0 \end{align*}

其中 i:M→M+Ni : M \to M + N, j:N→M+Nj : N \to M + N 是典范嵌入,

p:E/M→E/(M+N)andq:E/N→E/(M+N) p : E/M \to E/(M + N) \quad \text{and} \quad q : E/N \to E/(M + N)

典范满射,其中同态 u 和 v 定义如下:

如果f:M∩N→M→M⊕Nf : M \cap N \to M \to M \oplus N和g:M∩N→N→M⊕Ng : M \cap N \to N \to M \oplus N是典范嵌入,u=f+gu = f + g,并且如果r:E/(M∩N)→E/M→(E/M)⊕(E/N)r : E/(M \cap N) \to E/M \to (E/M) \oplus (E/N)和

s:E/(M∩N)→E/N→(E/M)⊕(E/N) s : E/(M \cap N) \to E/N \to (E/M) \oplus (E/N)
是典范映射,v=r+sv = r + s。

我们证明(29)的正确性:显然i−ji - j是满射的,uu是单射的。另一方面,说(i−j)(x,y)=0(i - j)(x, y) = 0,其中x∈Mx \in M和y∈Ny \in N,意味着i(x)−j(y)=0i(x) - j(y) = 0,因此i(x)=j(y)=z∈M∩Ni(x) = j(y) = z \in M \cap N,从而乘以定义x=f(z),y=g(z)x = f(z), y = g(z),这证明了Ker⁡(i−j)=Im⁡u\operatorname{Ker}(i - j) = \operatorname{Im} u。

我们证明(30)的正确性:显然p−qp - q是满射的。 另一方面,说 t∈E/(M∩N)t \in E/(M \cap N) 为 v(t)=0v(t) = 0 意味着 r(t)=s(t)=0r(t) = s(t) = 0,因此 tt 是类 mod。 元素 z∈Ez \in E 的 (M∩N)(M \cap N) 其类 mod。 MM 和模组。 NN是零,这意味着z∈M∩Nz \in M \cap N和t=0t = 0。 最后说(p−q)(x,y)=0(p - q)(x, y) = 0,其中x∈E/M,y∈E/Nx \in E/M, y \in E/N意味着p(x)=q(y)p(x) = q(y),或者说EE存在两个元素z′,z′′z', z'',其类模。 MM 和 mod。 NN分别是xx和yy,且z′−z′′∈M+Nz' - z'' \in M + N。 因此有 t′∈M,t′′∈Nt' \in M, t'' \in N 使得 z′−z′′=t′−t′′z' - z'' = t' - t'', 从而

z′−t′=z′′−t′′=z. z' - t' = z'' - t'' = z.
令 ww 为类 mod。 z;r(w)z; r(w) 的(M∩N)(M \cap N) 是类 mod。 zz的MM,因此还有z′z'的xx;类似地,s(w)=ys(w) = y,它完成了证明那个Ker⁡(p−q)=Im⁡v\operatorname{Ker}(p - q) = \operatorname{Im} v。

8. 直和子模

定义 6 05KN

A-模* EE 据说是一家人的直和 (Mι)ι∈I(M_\iota)_{\iota \in I} 子模的 EE 如果典范映射 ⨁ι∈IMι→E\bigoplus_{\iota \in I} M_\iota \to E (no. 6) 就是同构。

被以下引用 1

被以下引用 命题 11

这相当于说每个x∈Ex \in E都可以*以独特的方式*写成形式x=∑ι∈Ixιx = \sum_{\iota \in I} x_\iota,其中xι∈Eιx_\iota \in E_\iota代表所有ι∈I\iota \in I; 元素 xιx_\iota 因此相应的到xx被称为EιE_\iota中xx的*分量*; 映射 x↦xιx \mapsto x_\iota 是*线性*。

注 05KO

(1) 令(Mι)ι∈I,(Nι)ι∈I(M_\iota)_{\iota \in I}, (N_\iota)_{\iota \in I}为模EE的子模的两个族,具有相同的索引集合;假设EE*同时*是(Mι)(M_\iota)族和(Nι)(N_\iota)族的直和,并且对于所有ι∈I\iota \in I来说*那个*Nι⊂MιN_\iota \subset M_\iota。然后Nι=MιN_\iota = M_\iota*对于所有*ι∈I\iota \in I,如下所示,立即从no. 6开始,推论1到命题7应用于典范嵌入fι:Nι→Mιf_\iota : N_\iota \to M_\iota。

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 命题 7

被以下引用 命题 5, III § 11, 命题 4, VIII § 4

命题 11 05KP

让*(Mι)ι∈I(M_\iota)_{\iota \in I}*成为A-模*EE的子模家庭。 以下属性是等效的:

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 定义 6

被以下引用 定义 8

(a) 子模 ∑ι∈IMι\sum_{\iota \in I} M_\iota 是家庭的直和 (Mι)ι∈I(M_\iota)_{\iota \in I}。

(b) 关系 ∑i∈Ixi=0\sum_{i \in I} x_i = 0,*其中* xi∈Mix_i \in M_i 对于所有 i∈Ii \in I,*意味着* xi=0x_i = 0 对于所有 i∈Ii \in I。

(c) For all κ∈I\kappa \in I, the intersection of MκM_\kappa and ∑i≠κMi\sum_{i \neq \kappa} M_i reduces to 0.

(a) 和 (b) 等价的是直接的,因为关系 ∑ixi=∑iyi\sum_i x_i = \sum_i y_i 等价于 ∑i(xi−yi)=0\sum_i (x_i - y_i) = 0。另一方面,根据定义6,(a)通过将⨁i∈IMi\bigoplus_{i \in I} M_i的元素的表达式唯一性隐含为元素xi∈Mix_i \in M_i的直和。最后,关系∑ixi=0\sum_i x_i = 0,其中xi∈Mix_i \in M_i对于所有ii,可以写成,对于所有κ∈I\kappa \in I,xκ=∑i≠κ(−xi)x_\kappa = \sum_{i \neq \kappa} (-x_i); 条件 (c) 那么对于所有 κ∈I\kappa \in I 意味着 xκ=0x_\kappa = 0,因此 (c) 意味着 (b)。

定义 7 05KQ

A-模 E 的自同态 e 称为投影算子 if* e∘e=ee \circ e = e (在其他字中,如果 e 在环 End(E) 中是幂等的)。在 End⁡(E)\operatorname{End}(E) family (eλ)λ∈L(e_\lambda)_{\lambda \in L} of 投影算子中,如果 eλ∘eμ=0e_\lambda \circ e_\mu = 0 对于 λ≠μ\lambda \neq \mu 则称为正交。

被以下引用 1

被以下引用 命题 1, VII § 2

命题 12 05KR

设E为A-模。

引用了 1 · 被以下引用 4

引用了 命题 6

被以下引用 推论, 命题 14, VIII § 14. 。中环单代数, 引理 4, VIII § 2

(i) 如果 E 是直和族 (Mλ)λ∈L(M_\lambda)_{\lambda \in L} 的子模,且对于所有 x∈Ex \in E、eλ(x)e_\lambda(x) 是 x 的分量 MλM_\lambda、(eλ)(e_\lambda) 是投影算子的正交族,使得 x=∑λ∈Leλ(x)x = \sum_{\lambda \in L} e_\lambda(x) 对于所有 x∈Ex \in E。

(ii) 相反,如果 (eλ)λ∈L(e_\lambda)_{\lambda \in L} 是End⁡(E)\operatorname{End}(E)中投影算子的正交族,使得 x=∑λ∈Leλ(x)x = \sum_{\lambda \in L} e_\lambda(x) 对于所有 x∈Ex \in E,*E是子模* Mλ=eλ(E)M_\lambda = e_\lambda(E)族的直和。

性质 (i) 由定义推出,(ii) 是no. 6的特例,推论2至命题 6,适用于典范嵌入 Mλ→EM_\lambda \to E 和映射 eλ:E→Mλe_\lambda : E \to M_\lambda。

注,当L有限时,对于所有x∈Ex \in E,条件x=∑λ∈Leλ(x)x = \sum_{\lambda \in L} e_\lambda(x)也可以写成End⁡(E)\operatorname{End}(E)。

(31)

1E=∑λ∈Leλ. 1_E = \sum_{\lambda \in L} e_\lambda.

推论 05KS

对于E的每个投影算子 e,E是e的像*M=e(E)M = e(E)*和核*N=e−1(0)N = e^{-1}(0)*的直和;对于所有* x=x1+x2∈Ex = x_1 + x_2 \in E 与 x1∈Mx_1 \in M 和 x2∈Nx_2 \in N、x1=e(x)x_1 = e(x); 1 − e 是像 N 和核 M 的 E 的投影算子。

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 命题 12

被以下引用 定义 2, VIII § 2, 注 1, VIII § 8

(1−e)2=1−2e+e2=1−e(1 - e)^2 = 1 - 2e + e^2 = 1 - e 在 End⁡(E)\operatorname{End}(E) 因此 1−e1 - e 是投影算子;同样 e(1−e)=(1−e)e=e−e2=0e(1 - e) = (1 - e)e = e - e^2 = 0,*E 是像* MM 的直和和 NN e 和 1−e1 - e 通过命题 12。最后,对于所有 x∈Ex \in E,*关系* x∈Mx \in M * 是等价的至* x=e(x)x = e(x); 对于 x=e(x)x = e(x) 意味着定义 x∈Mx \in M 并且相反,如果 x=e(x′)x = e(x') 与 x′∈Ex' \in E,*则* e(x)=e2(x′)=e(x′)=x;e(x) = e^2(x') = e(x') = x;

因此,这表明M是1−e1 - e的核,并且交换ee和1−e1 - e的角色,类似地可以看出N是ee的核。

注 05KT

(2) 令E、F为两个A-模,使得E是子模的有限族(Mi)1≤i≤m(M_i)_{1 \leq i \leq m}的直和,并且F直和属于子模的有限族(Nj)1≤j≤n(N_j)_{1 \leq j \leq n}。然后可知(no. 6,推论 1 到命题 6)HomA(E,F)\mathrm{Hom}_A(E, F) 与乘积 ∏i,jHomA(Mi,Nj)\prod_{i,j} \mathrm{Hom}_A(M_i, N_j) 被规范地识别;准确地说,对于一个家庭(uji)(u_{ji}),其中uji∈HomA(Mi,Nj)u_{ji} \in \mathrm{Hom}_A(M_i, N_j)还有对应线性映射u:E→Fu : E \to F定义如下。 uu中的定义限制足以满足每个MiM_i和每个xi∈Mix_i \in M_i,

u(xi)=∑j=1nuji(xi). u(x_i) = \sum_{j=1}^n u_{ji}(x_i).
现在让 G 为子模的有限族 (Pk)1≤k≤p(P_k)_{1 \leq k \leq p} 的第三个A-模、直和;令vv为F到G的线性映射,并让(vkj)∈∏j,kHomA(Nj,Pk)(v_{kj}) \in \prod_{j,k} \mathrm{Hom}_A(N_j, P_k)规范地为它的相应的族。对于所有xi∈Mix_i \in M_i,
v(u(xi))=∑j=1nv(uji(xi))=∑k=1p∑j=1nvkj(uji(xi)). v(u(x_i)) = \sum_{j=1}^n v(u_{ji}(x_i)) = \sum_{k=1}^p \sum_{j=1}^n v_{kj}(u_{ji}(x_i)).
由此可见,如果我们写
wki=∑j=1nvkj∘uji∈HomA(Mi,Pk) w_{ki} = \sum_{j=1}^n v_{kj} \circ u_{ji} \in \mathrm{Hom}_A(M_i, P_k)
族(wki)(w_{ki})对应规范地从E到G(cf.§ 10, no. 5)合成线性映射w=v∘uw = v \circ u。

引用了 2

引用了 命题 6, II § 10. 。 矩阵

9. Supplementary submodules

定义 8 05KU

在A-模E中,如果E是M1M_1和M2M_2的直和,则两个子模M1,M2M_1, M_2被称为补充。

引用了 2

引用了 命题 15, I § 4, 命题 11

no. 8的命题11表明,M1M_1和M2M_2互补,M1+M2=EM_1 + M_2 = E和M1∩M2={0}M_1 \cap M_2 = \{0\}(cf.I, § 4, no. 9,命题15)是充分必要的。

命题 13 05KV

令M1,M2M_1, M_2为A-模E中的两个补子模。典范映射E→E/M2E \to E/M_2的限制到M1M_1是M1M_1到E/M2E/M_2的同构。

被以下引用 3

被以下引用 定义 9, 定理 3, II § 7, 推论 2, VIII § 4

这个线性映射从M1+M2=EM_1 + M_2 = E开始就是满射,并且它是单射的,因为它的核是M1M_1的交和E→E/M2E \to E/M_2的核M2M_2,因此约化到{0}\{0\}。

推论 05KW

如果M2M_2和M2′M_2'是E的相同子模M1M_1、有序对(x,x′)∈M2×M2′(x, x') \in M_2 \times M_2'的集合的两个补充,则x−x′∈M1x - x' \in M_1是M2M_2的同构的图M2′M_2'。

被以下引用 2

被以下引用 定义 9, 引理 4, VIII § 2

它是同构M2→E/M1→M2′M_2 \to E/M_1 \to M'_2的合成图,即直接的。

定义 9 05KX

如果EE中有补子模,则AA模块EE的子模MM称为EE的直因子。

引用了 3

引用了 命题 13, 习题 11, § 1, 推论

当这样时,E/ME/M同构于MM(命题13)的补充。

子模不一定承认补充(习题11)。当子模为直因子时,一般有几个不同的补充;然而,这些补充在规范上与另一个同构(命题13的推论)。

命题 14 05KY

为了使模EE的子模MM成为直因子,只要存在EE的投影算子且像为MM或投影算子即可。 EE,其核为 MM。

引用了 1 · 被以下引用 3

引用了 命题 12

被以下引用 推论 1, AC II § 3, 命题 15, 命题 13, VIII § 8

这紧随no. 8、命题 12 和推论。

命题 15 05KZ

给定 AA 模块中的正合序列*

(33)0⟶E→fF→gG⟶0 (33)\quad 0 \longrightarrow E \xrightarrow{f} F \xrightarrow{g} G \longrightarrow 0
以下命题等效: (a) FF中的子模f(E)f(E)为直因子。 (b) 存在与ff相关的线性回缩r:F→Er : F \to E(集合理论,II, § 3, no. 8,定义11)。 (c) 存在与gg相关的线性截面s:G→Fs : G \to F(集合理论,II, § 3, no. 8,定义11)。 *这样的话,f+s:E⊕G→Ff + s : E \oplus G \to F就是同构。

引用了 3 · 被以下引用 9

引用了 定义 11, E II § 3, 命题 14, I § 6. 。 扩张,可溶解群,惰性群

被以下引用 习题 13, § 1, 推论 1, 推论 2, 命题 1, II § 2, 命题 12, II § 2, 命题 2, II § 2, 命题 4, II § 2, 命题 3, III § 5, 命题 5, VIII § 13

如果End(F)\mathrm{End}(F)中存在投影算子ee,使得e(F)=f(E)e(F) = f(E)、同态f−1∘e:F→Ef^{-1} \circ e : F \to E是与ff相关的线性回缩;反之,如果存在这样的收缩rr,则f∘rf \circ r在FF中投影算子是直接的,而像是f(E)f(E),因此(a)和(b)是等价的(命题14)。如果f(E)f(E)在FF中承认补充E′E'且j:E′→Fj : E' \to F是典范嵌入,则g∘jg \circ j是E′E'的同构到GG和逆同构,视为GG到FF的映射,是与gg相关的线性截面。相反,如果存在这样的截面ss,则FF中s∘gs \circ g是投影算子,而核是f(E)f(E),因此(a)和(c)是等价的(命题14)。此外,ss是GG到s(G)s(G)的双射,并且由于s(G)s(G)是f(E)f(E)的补充,所以f+sf + s是同构。

注,被给予rr(或ss)相当于在FF中被给予f(E)f(E)的补充,即rr的核(或ss的像)。

当正合序列(33)满足命题15的条件时,可以说*分裂的*或(F,f,g)(F, f, g)被认为是GG的*平凡*扩张乘以EE(I, § 6, no. 1)。

推论 1 05L0

设u:E→Fu : E \to F为线性映射。对于存在线性映射v:F→Ev : F \to E使得u∘v=1Fu \circ v = 1_F(uu被称为右可逆且vv被称为uu的右逆),uu是满射且其核是充分必要的直因子 EE。 EE的子模Im⁡(v)\operatorname{Im}(v)则为Ker⁡(u)\operatorname{Ker}(u)的补充。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 15

被以下引用 定理 1, III § 8

显然 uu 是满射的;由于 vv 是截面与 uu 相关联,因此结论是从命题 15 得出的。

推论 2 05L1

设u:E→Fu : E \to F为线性映射。对于存在线性映射v:F→Ev : F \to E使得v∘u=1Ev \circ u = 1_E(uu被称为左可逆且vv被称为uu的左逆的情况),uu是内射的并且其像是必要且充分的FF 中的直因子。 FF的子模Ker⁡(v)\operatorname{Ker}(v)则为Im⁡(u)\operatorname{Im}(u)的补充。

引用了 1 · 被以下引用 3

引用了 命题 15

被以下引用 推论, II § 5, 定理 1, III § 8, 命题 8, VIII § 9

显然 uu 是单射的;由于vv是与uu相关的撤回,因此结论也可以从命题15得出。

注 05L2

(1) 令M,NM, N为EE的AA模块EE、p,qp, q投影算子中的两个补子模分别到MM和NN,相应的到分解 EE 作为 MM 和 NN 的直和。已知(no. 6,推论 1 到命题 6),对于每个 AA-模块 FF,映射 (u,v)↦u∘p+v∘q(u, v) \mapsto u \circ p + v \circ q 是同构

Hom⁡A(M,F)⊕Hom⁡A(N,F) \operatorname{Hom}_A(M, F) \oplus \operatorname{Hom}_A(N, F)
到Hom⁡A(E,F)\operatorname{Hom}_A(E, F)。在这个同构下,Hom⁡A(M,F)\operatorname{Hom}_A(M, F)的像是线性映射w:E→Fw : E \to F的集合,这样对于所有x∈Nx \in N来说w(x)=0w(x) = 0。

(2) 如果M,NM, N是EE的两个子模,使得M∩NM \cap N是MM和NN的直因子,则M∩NM \cap N也是M+NM + N的直因子:如果PP(分别QQ)是MM(分别NN)中M∩NM \cap N的补充,M+NM + N是M∩N,PM \cap N, P和QQ的直和,经立即验证。

引用了 1

引用了 命题 6

10. 模有限长度

回想一下(I, § 4, no. 4,定义 7),如果AA-模块MM没有减少到0,并且包含没有子模与MM和{0}\{0\}不同,则称其为简单模块。如果一个AA-模MM有一个Jordan-Hölder级数(Mi)0≤i≤n(M_i)_{0 \leq i \leq n}和数nn这个级数的商(不依赖于Jordan-Hölder级数),则称其为有限长度。考虑MM)则称为MM(I, § 4, no. 7,定义 11)的长度;我们用long⁡(M)\operatorname{long}(M)或long⁡A(M)\operatorname{long}_A(M)来表示。 AA-模减少到 0 是长度 0;如果MM是有限长度的非零AA模,则long⁡(M)>0\operatorname{long}(M) > 0。

命题 16 05L3

Let MM be an AA-module and NN a submodule of MM; for MM to be of finite length, it is necessary and sufficient that NN and M/NM/N be so, and then

long⁡(N)+long⁡(M/N)=long⁡(M). \operatorname{long}(N) + \operatorname{long}(M/N) = \operatorname{long}(M).
The proof has been given in I, § 4, no. 7, Proposition 10.

引用了 1 · 被以下引用 6

引用了 命题 10, I § 4

被以下引用 推论 3, 习题 12, § 4, 命题 11, VII § 4, 引理 3, VIII § 1, 命题 1, VIII § 1, 例 1, VIII § 11

推论 1 05L4

令MM为有限长度的AA模;为了使MM的子模NN等于MM,long⁡(N)=long⁡(M)\operatorname{long}(N) = \operatorname{long}(M)是充分必要的。

被以下引用 1

被以下引用 注

推论 2 05L5

令u:M→Nu : M \to N为AA模块同态。如果MM或NN是有限长度,那么Im⁡(u)\operatorname{Im}(u)也是。如果 MM 为有限长度,则 Ker⁡(u)\operatorname{Ker}(u) 也为有限长度,并且

long⁡(Im⁡(u))+long⁡(Ker⁡(u))=long⁡(M). \operatorname{long}(\operatorname{Im}(u)) + \operatorname{long}(\operatorname{Ker}(u)) = \operatorname{long}(M).
如果 NN 为有限长度,则 Coker⁡(u)\operatorname{Coker}(u) 也为有限长度,并且
long⁡(Im⁡(u))+long⁡(Coker⁡(u))=long⁡(N). \operatorname{long}(\operatorname{Im}(u)) + \operatorname{long}(\operatorname{Coker}(u)) = \operatorname{long}(N).

被以下引用 2

被以下引用 注, 定理 6, VIII § 14

推论 3 05L6

令 (Mi)0≤i≤n(M_i)_{0 \leq i \leq n} 为 AA 有限长度模的有限族。如果存在线性映射中的正合序列

0⟶M0→u0M1→u1M2⟶⋯⟶Mn−1→un−1Mn⟶0 0 \longrightarrow M_0 \xrightarrow{u_0} M_1 \xrightarrow{u_1} M_2 \longrightarrow \cdots \longrightarrow M_{n-1} \xrightarrow{u_{n-1}} M_n \longrightarrow 0
然后
∑k=0n(−1)klong⁡(Mk)=0. \sum_{k=0}^n (-1)^k \operatorname{long}(M_k) = 0.
对于n=1n = 1,推论是显而易见的,对于n=2n = 2,推论只是命题 16;我们在归纳关于nn争论。如果Mn−1′=Im⁡(un−2)M'_{n-1} = \operatorname{Im}(u_{n-2}),则乘以归纳假设,
∑k=0n−2(−1)klong⁡(Mk)+(−1)n−1long⁡(Mn−1′)=0. \sum_{k=0}^{n-2} (-1)^k \operatorname{long}(M_k) + (-1)^{n-1} \operatorname{long}(M'_{n-1}) = 0.
另一方面,正合序列0→Mn−1′→Mn−1→Mn→00 \to M'_{n-1} \to M_{n-1} \to M_n \to 0给出
long⁡(Mn−1′)+long⁡(Mn)=long⁡(Mn−1), \operatorname{long}(M'_{n-1}) + \operatorname{long}(M_n) = \operatorname{long}(M_{n-1}),
从而关系 (38)。

引用了 1 · 被以下引用 5

引用了 命题 16

被以下引用 推论, AC VII § 4, 注, 推论 4, 推论 6, 例 4, VIII § 11

推论 4 05L7

令MM和NN为AA模块EE的有限长度中的两个子模;那么 M+NM + N 是有限长度并且

long⁡(M+N)+long⁡(M∩N)=long⁡(M)+long⁡(N). \operatorname{long}(M + N) + \operatorname{long}(M \cap N) = \operatorname{long}(M) + \operatorname{long}(N).
将推论3应用到正合序列(29)(no. 7)就足够了。
0→M∩N→M⊕N→M+N→0 0 \to M \cap N \to M \oplus N \to M + N \to 0
利用 long⁡(M⊕N)=long⁡(M)+long⁡(N)\operatorname{long}(M \oplus N) = \operatorname{long}(M) + \operatorname{long}(N) 乘以 (34) 的事实。

引用了 1

引用了 推论 3

推论 5 05L8

令MM为有限长度的子模族(Ni)(N_i)的AA模块和。那么 MM 是有限长度并且

long⁡(M)≤∑ilong⁡(Ni). \operatorname{long}(M) \leq \sum_i \operatorname{long}(N_i).

被以下引用 2

被以下引用 推论 5, II § 7, 命题 10, VIII § 4

此外,为了使(40)的两侧相等,M是NiN_i的直和是必要且充分的。

已经看出(no. 7,公式(28))存在一个规范满射线性映射h:⨁iNi→Mh : \bigoplus_i N_i \to M;因此,推论由(35)得出。

推论 6 05L9

设M和N是A-模E中的两个子模,使得E/M和E/N是有限长度中的模;那么 E/(M \cap N) 是有限长度并且

引用了 1

引用了 推论 3

(41)long(E/(M∩N))+long(E/(M+N))=long(E/M)+long(E/N). \text{(41)} \quad \text{long}(E/(M \cap N)) + \text{long}(E/(M + N)) = \text{long}(E/M) + \text{long}(E/N).

只需将推论 3 应用到正合序列 (30)

0→E/(M∩N)→(E/M)⊕(E/N)→E/(M+N)→0 0 \to E/(M \cap N) \to (E/M) \oplus (E/N) \to E/(M + N) \to 0

利用这一事实

long((E/M)⊕(E/N))=long(E/M)+long(E/N). \text{long}((E/M) \oplus (E/N)) = \text{long}(E/M) + \text{long}(E/N).

推论 7 05LA

令(Mi)(M_i)为A-模E的子模的有限族,使得E/MiE/M_i为有限长度的模。那么 E/(⋂iMi)E/(\bigcap_i M_i) 是有限长度并且

(42)long(E/(⋂iMi))≤∑ilong(E/Mi). \text{(42)} \quad \text{long}\left(E/(\bigcap_i M_i)\right) \leq \sum_i \text{long}(E/M_i).

已经看出(公式(27))存在一个规范单射线性映射E/(⋂iMi)→⨁i(E/Mi)E/(\bigcap_i M_i) \to \bigoplus_i (E/M_i)。

注 05LB

除了 no. 7、命题 9 之外,*所有* 的结果。 2 到 10 对于任意 可交换群与运算符、子模(分别为商模)在叙述中被稳定的子群(分别为商群被稳定的子群)替换是有效的;我们还约定用运算符“线性映射”调用群的同态。 no. 7、命题 9 的推论对于带有运算符的交换群也是有效的:这对于推论 4 和 5 以及推论 2 来说都是显而易见的,因为对于每个运算符 α\alpha 都有 α(∑i∈Ixi)=∑i∈Iαxi\alpha \left( \sum_{i \in I} x_i \right) = \sum_{i \in I} \alpha x_i,并且推论 3 由此推出。对于推论 1,只要注如果 N 是 F 包含 u(S)u(S) 的稳定子群,u−1(N)u^{-1}(N) 是 E 包含 S 的稳定子群,因此u−1(N)u^{-1}(N) 包含 M,因此u(M)⊂Nu(M) \subset N。

引用了 4

引用了 推论 1, 推论 2, 推论 3, 命题 9

11. 自由的家庭。 基

设 A 为环,T 集合并考虑 A-模 As(T)A_s^{(T)}。通过定义,它是A-模的家庭(Mt)t∈T(M_t)_{t \in T}的外部直和,全部等于AsA_s,并且对于所有t∈Tt \in T,有典范嵌入jt:As→As(T)j_t : A_s \to A_s^{(T)}(no. 6)。我们写j_t(1) = e_t,这样et=(δtt′)t′∈Te_t = (\delta_{tt'})_{t' \in T},其中如果t′≠tt' \neq t则δtt′\delta_{tt'}等于0,如果t′=tt' = t则等于1(“克罗内克符号”;(t,t′)↦δtt′(t, t') \mapsto \delta_{tt'}只是T×TT \times T对角线的特征函数);每个 x=(ξt)t∈T∈As(T)x = (\xi_t)_{t \in T} \in A_s^{(T)} 都可以被唯一地写成:

x=∑t∈Tξtet. x = \sum_{t \in T} \xi_t e_t.
TT到As(T)A_s^{(T)}的映射ϕ:t↦et\phi : t \mapsto e_t称为规范;如果 AA 非零,则它是单射的。我们将看到有序对(As(T),ϕ)(A_s^{(T)}, \phi)是普遍映射问题的解(集合理论,IV, § 3, no. 1)。

命题 17 05LC

对于每一个 A-模 E 和每一个映射 f:T→Ef : T \to E,存在且仅有一个 A-线性映射 g:As(T)→Eg : A_s^{(T)} \to E 使得 f=g∘ϕf = g \circ \phi。

引用了 1 · 被以下引用 5

引用了 命题 6

被以下引用 II, § 1, No. 11, p. 215, Proposition 17, 定义 10, 推论 1, 命题 12, II § 2, 命题 1, II § 3

条件 f=g∘ϕf = g \circ \phi 意味着g(et)=f(t)g(e_t) = f(t) 对于所有t∈Tt \in T,相当于对于所有ξ∈A\xi \in A 和所有t∈Tt \in T 的g(ξet)=ξf(t)g(\xi e_t) = \xi f(t),也意味着g∘jtg \circ j_t 是线性映射 ξ↦ξf(t)\xi \mapsto \xi f(t)将所有 t∈Tt \in T 的 AsA_s 转换为 EE;因此,命题是no. 6、命题 6 的特例。

线性映射gg据说是由EE的元素的(f(t))t∈T(f(t))_{t \in T}家族“决定”;通过定义

g(∑t∈Tξtet)=∑t∈Tξtf(t). g\left( \sum_{t \in T} \xi_t e_t \right) = \sum_{t \in T} \xi_t f(t).

The kernel RR of gg is the set of (ξt)∈As(T)(\xi_t) \in A_s^{(T)} such that ∑tξtf(t)=0\sum_t \xi_t f(t) = 0; it is sometimes said that the module RR is the module of linear relations between the elements of the family (f(t))t∈T(f(t))_{t \in T}. 正合序列

0⟶R⟶As(T)⟶gE 0 \longrightarrow R \longrightarrow A_s^{(T)} \overset{g}{\longrightarrow} E
据说是由家庭(f(t))t∈T(f(t))_{t \in T}“决定”。

推论 1 05LD

令T,T′T, T'为两个集合、g:T→T′g : T \to T'映射。那么存在且仅有一个 A-线性映射 f:A(T)→A(T′)f : A^{(T)} \to A^{(T')} 呈现可交换的图表*

T⟶gT′↓ϕ↓ϕ′A(T)⟶fA(T′) \begin{array}{ccc} T & \overset{g}{\longrightarrow} & T' \\ \downarrow \phi & & \downarrow \phi' \\ A^{(T)} & \overset{f}{\longrightarrow} & A^{(T')} \end{array}
*其中ϕ\phi和ϕ′\phi'是典范映射。

引用了 1

引用了 命题 17

应用命题 17 足以合成映射 T→gT′→ϕ′A(T′)T \overset{g}{\to} T' \overset{\phi'}{\to} A^{(T')}。

推论 2 05LE

对于A-模 E 的元素的族(at)t∈T(a_t)_{t \in T}成为E的生成的系统,由该族确定的线性映射As(T)→EA_s^{(T)} \to E是满射的充分必要*。

引用了 1 · 被以下引用 4

引用了 命题 9

被以下引用 定义 10, 注, 命题 20, 命题 1, II § 8

这只是另一个表达no. 7的命题9的方式。

定义 10 05LF

A family* (at)t∈T(a_t)_{t \in T} of elements of an A\mathbf{A}*-module* EE is called a free family (resp. a basis of EE) if the linear mapping As(T)→EA_s^{(T)} \to E determined by this family is injective (resp. bijective). 如果有基,则称模为自由。

引用了 3 · 被以下引用 2

引用了 I § 7. 。免费幺半群,免费群, 推论 2, 命题 17

被以下引用 推论 3, 注

特别是,如果 GG(相加地写)是一个 自由 Z\mathbf{Z}*-模块* (cf. I, § 7, no. 7),则可交换的群 GG 被称为 自由。

定义 10 与推论 2 到命题 17 一起表明,A\mathbf{A}-模块EE 的基是EE 的*自由生成的系列*。因此,EE的元素的每个自由族都是子模和生成的基。

到定义时,A\mathbf{A} 模块 As(T)A_s^{(T)} 是免费的,(et)t∈T(e_t)_{t \in T} 系列是该 A\mathbf{A} 模块的基(称为*规范*)。当A≠{0}\mathbf{A} \neq \{0\}、TT经常被规范的双射t↦ett \mapsto e_t等同于ete_t的集合;这相当于将 As(T)A_s^{(T)} 的元素写为 ∑t∈Tξt⋅t\sum_{t \in T} \xi_t \cdot t 而不是 ∑t∈Tξtat\sum_{t \in T} \xi_t a_t。当采用这个约定时,As(T)A_s^{(T)}的元素被称为*正式的线性组合*(系数在A\mathbf{A})*元素的*TT。

定义 10 和命题 17 立即给出以下结果:

推论 3 05LG

让*EE*成为*EE、FF*一个*A\mathbf{A}*-模块的自由*A\mathbf{A}*-模块*、(at)t∈T(a_t)_{t \in T}*基和*(bt)t∈T(b_t)_{t \in T}*FF的元素家族。 存在且仅有一个线性映射 f:E→Ff : E \to F 这样

f(at)=btfor all t∈T. f(a_t) = b_t \quad \text{for all } t \in T.
对于 ff 成为单射(或*满射*),*必要且充分的是* (bt)(b_t) 成为 FF(或* FF的*生成的系统)中的自由家庭。

引用了 1 · 被以下引用 11

引用了 定义 10

被以下引用 命题 21, 注, II § 10, 命题 4, II § 10, 注, II § 2, 命题 13, II § 2, 命题 6, II § 9, III § 2. 。 例 / 代数, 命题 6, III § 2, 定理 1, III § 6, 推论, III § 7, 推论, VII § 3

当一个家庭(at)t∈T(a_t)_{t \in T}不自由时,它被称为*相关*。 定义 10 也可以表达如下:说(at)t∈T(a_t)_{t \in T}是*自由的*意味着关系∑t∈Tλtat=0\sum_{t \in T} \lambda_t a_t = 0(其中(λt)(\lambda_t)属于有限支撑)意味着λt=0\lambda_t = 0对于所有t∈Tt \in T;说(at)t∈T(a_t)_{t \in T}是EE的*基*,意味着每个x∈Ex \in E在形式x=∑t∈Tξtatx = \sum_{t \in T} \xi_t a_t中都可以用一种且只有一种方式写出来;对于所有 t∈Tt \in T,ξt\xi_t 被称为指标* tt 相对于基 (at)(a_t) 的*xx 的分量*(或*坐标*); 映射 x→ξtx \to \xi_t 从 EE 到 AsA_s 是*线性*。

假设A≠{0}\mathbf{A} \neq \{0\};那么,在一个A\mathbf{A}-模块EE中,一个自由族(at)t∈T(a_t)_{t \in T}的两个元素其指标是不同的,它们本身是*不同的*:因为如果at′=at′′a_{t'} = a_{t''}对于t′≠t′′t' \neq t'',则∑t∈Tλtat=0\sum_{t \in T} \lambda_t a_t = 0与λt′=1\lambda_{t'} = 1,λt′′=−1\lambda_{t''} = -1和TT 的元素的λt=0\lambda_t = 0 与t′t' 和t′′t'' 不同。 如果 SS 的恒等映射定义的族本身是自由的(分别是 EE 的基),则 EE 的子集 SS 将被称为 自由子集 (分别是 EE 的 基);然后,由索引集合到SS 的双射映射定义的每个族都是自由的(分别是基)。 EE 的自由子集的元素也称为“线性无关”。

如果 E 的子集不是自由的,则称为相关或相关的系统及其元素称为线性相关。

免费的子集的每一个子集都是免费的;特别地,空的子集是自由的,并且是E的子模{0}的基。

命题 18 05LH

要使模 E 的族 (at)t∈T(a_t)_{t \in T} 自由,(at)t∈T(a_t)_{t \in T} 的每个有限子族都是自由的。

引用了 2

引用了 II § 7. 。 向量空间, E III § 2. Well-ordered sets

这立即从定义开始。

命题 18 表明 E 的自由子集按包含排序,集合是归纳的(*集合理论*,III, § 2, no. 4);因为它是非空的(因为∅\varnothing属于),所以它有极大元素(al)l∈I(a_l)_{l \in I}(Zorn的引理)。由此得出(如果A≠{0}A \neq \{0\})对于所有x∈Ex \in E,存在A的元素μ≠0\mu \neq 0和元素A的族(ξl)(\xi_l),使得μx=∑lξlal\mu x = \sum_l \xi_l a_l(cf.§ 7, no. 1)。

命题 19 05LI

设E为子模的(Mλ)λ∈L(M_\lambda)_{\lambda \in L}族的A-模、直和。如果对于每个 λ∈L\lambda \in L,SλS_\lambda 是 MλM_\lambda 的自由子集(分别是生成的集合、基),则 S=⋃λ∈LSλS = \bigcup_{\lambda \in L} S_\lambda 是自由子集(分别是生成的) E.* 的集合、基)

命题源自定义和关系 As(S)=⨁λ∈LAs(Sλ)A_s^{(S)} = \bigoplus_{\lambda \in L} A_s^{(S_\lambda)}(直和、cf. no. 6 的结合性)。

注 05LJ

(1) 到定义 10,如果A≠{0}A \neq \{0\}和(al)l∈I(a_l)_{l \in I}是自由族,元素aκa_\kappa不能等于指标l≠κl \neq \kappa的ala_l中的线性组合。但反过来说,一个家庭(al)(a_l)满足这个条件不一定是一个自由的家庭。对于例,令A为整环和a,ba, b两个不同的非零元素;在 A 中,自 (−b)a+ab=0(-b)a + ab = 0 起,被视为 A-模、aa 和 bb 形式相关的系统。但一般来说,不存在元素x∈Ax \in A使得b=xab = xa的a=xba = xb(cf.然而§ 7, no. 1,*注*)。

如果{x}\{x\}是一个自由的子集,模E的元素xx被称为*自由*,也就是说,如果关系αx=0\alpha x = 0蕴涵α=0\alpha = 0。免费子集中的每个元素都是免费的,特别是 0 不能属于到 A≠{0}A \neq \{0\} 时的任何免费子集。

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 定义 10, II § 7. 。 向量空间

被以下引用 命题 24

注 05LK

(2) 自由模可以有元素≠0\neq 0,但例、A-模AsA_s是免费的,但A中零的右除子不是免费的AsA_s的元素。

(3) 在加法群 Z/(n)\mathbf{Z}/(n) (nn 整数 ≥2\geq 2) 被视为 Z\mathbf{Z} 模块时,没有元素是空闲的,并且 更不必说 Z/(n)\mathbf{Z}/(n) 不是自由模。

(4) 可能会出现 A-模中的每一个元素 ≠0\neq 0 都是空闲的,而模都是空闲的。对于例,有理数的域 Q\mathbf{Q} 是一个Z\mathbf{Z} 模块,与此性质,对于 Q\mathbf{Q} 的两个元素 ≠0\neq 0 总是形式相关因此,Q\mathbf{Q}的系统和基只能是包含单个元素aa;但Q\mathbf{Q}的元素不是形式nana和n∈Zn \in \mathbf{Z}的全部(cf.VII, § 3)。

引用了 1

引用了 VII § 3. 。 自由模超过主理想整环

命题 20 05LL

每个 A-模 E 都同构于自由A-模的商模。

引用了 1 · 被以下引用 4

引用了 推论 2

被以下引用 AC I § 2. 平模(*), 命题 4, AC I § 2, 命题 4, II § 2, 命题 4, VIII § 8

如果T是E的生成的集合,则存在满射线性映射As(T)→EA_s^{(T)} \to E(推论2到命题17),并且如果R是这个映射的核,则E同构于As(T)/RA_s^{(T)}/R。

特别是我们可以取T=ET = E;然后有一个满射线性映射As(E)→EA_s^{(E)} \to E,称为*规范*。

特别是,说 A-模 E 是*有限生成* (no. 7) 意味着它同构于自由A-模与*有限基* 的商,或者还存在形式的正合序列

Asn→E→0(n an integer >0). A_s^n \to E \to 0 \quad (n \text{ an integer } > 0).

注,如果A≠{0}A \neq \{0\}*有限生成*自由模E的每个基必然是*有限*,因为如果S是有限生成系统并且B基是E,则S的每个元素是B 的元素的有限数的线性组合,如果 B' 是 B 的所有元素的集合,因此在 S 的元素的表达式中,B' 是有限的,并且每个 x∈Ex \in E 是 的线性组合 B' 的元素,因此B′=BB' = B。

0⟶G→gE→fF⟶0 0 \longrightarrow G \xrightarrow{g} E \xrightarrow{f} F \longrightarrow 0

其中F为自由A-模、分裂的 (no. 9)。 准确地说,如果(bλ)λ∈L(b_\lambda)_{\lambda \in L}*是F的基,并且对于每个*λ∈L\lambda \in L、aλa_\lambda*是E的元素,使得*f(aλ)=bλf(a_\lambda) = b_\lambda、*家庭*(aλ)λ∈L(a_\lambda)_{\lambda \in L}*是免费的并且生成补子模至 g(G)*。

存在且仅有一个线性映射 h:F→Eh : F \to E,使得 h(bλ)=aλh(b_\lambda) = a_\lambda 对于所有 λ∈L\lambda \in L(推论 3 到命题 17)。由于 h 是与 f 相关的线性截面,因此从 I, § 4, no. 9、命题 15 得出命题。

注 05LN

(5) 令(ai)1≤i≤n(a_i)_{1 \leq i \leq n}为A-模E的*基*,并令(bi)1≤i≤n(b_i)_{1 \leq i \leq n}为由关系给出的E的元素族

bi=λ1ia1+⋯+λiiai(1≤i≤n) b_i = \lambda_{1i} a_1 + \cdots + \lambda_{ii} a_i \quad (1 \leq i \leq n)

其中 λii\lambda_{ii} 在 A 中是“可逆的”;那么(bi)1≤i≤n(b_i)_{1 \leq i \leq n}是E的*基*。用归纳论证nn就足够了,命题对于n=1n = 1来说是显而易见的。如果E'是由族(ai)1≤i≤n−1(a_i)_{1 \leq i \leq n-1}生成的E的子模,则从归纳假设得出(bi)1≤i≤n−1(b_i)_{1 \leq i \leq n-1}是E'的基;另一方面,从 (46) 可以得出,如果 μbn∈E′\mu b_n \in E' 与 μ∈A\mu \in A,则还有 μλnnan∈E′\mu \lambda_{nn} a_n \in E'、从而 μ=0\mu = 0,因为 λnn\lambda_{nn} 是可逆的。因此,(bi)1≤i≤n(b_i)_{1 \leq i \leq n}家庭是自由的,并且,

an=−λnn−1λ1na1−⋯−λnn−1λn−1,nan−1+λnn−1bn a_n = -\lambda_{nn}^{-1}\lambda_{1n}a_1 - \cdots - \lambda_{nn}^{-1}\lambda_{n-1,n}a_{n-1} + \lambda_{nn}^{-1}b_n
可以看出,(bi)1≤i≤n(b_i)_{1 \leq i \leq n}是E的生成的系统,从而完成证明。这个结果很容易推广到索引集合 I 有序的族(ai)i∈I(a_i)_{i \in I}。

12. 湮没子。忠实的模。单源模

定义 11 05LO

A-模E的子集S的湮没子是元素α∈A\alpha \in A的集合,使得αx=0\alpha x = 0对于所有x∈Sx \in S。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 II § 2. 。 模线性映射。二元性

被以下引用 注 1, VIII § 3

S的湮没子通常记为Ann(S);对于单个元素 x 的子集 S 由……组成,我们写 Ann(x) 而不是 Ann(\{x\}) 并调用 x* 的 Ann(x) *湮没子。

关系αx=0\alpha x = 0也可以用说来表示,*x被α\alpha*消灭。

E 的任意子集 S 的湮没子是 A 的*左理想*,即直接的;要使其等于 A,S={0}S = \{0\} 是必要且充分的(凭借 (M_IV))。如果E的两个子集S,T使得T的S⊂TS \subset T,湮没子包含在S的湮没子中。如果(Si)i∈I(S_i)_{i \in I}是E的子集的任意族,则并⋃iSi\bigcup_i S_i的湮没子是SiS_i的湮没子中的交。特别是,E 的子集 S 湮没子是 S 的元素湮没子交。说 E 的元素是“自由”等价于其湮没子是说 {0}\{0\}。对于所有x∈Ex \in E和所有α∈A\alpha \in A,αx\alpha x的湮没子是β∈A\beta \in A的集合,使得βα∈Ann(x)\beta \alpha \in \mathrm{Ann}(x)。

E 的 子模 M 的湮没子是 A 的*双边理想*;因为,如果αx=0\alpha x = 0对于所有x∈Mx \in M,那么α(βx)=0\alpha (\beta x) = 0对于所有x∈Mx \in M和所有β∈A\beta \in A,因此对于所有β∈A\beta \in A,M的αβ\alpha \beta属于到湮没子。特别是,E 的湮没子是 A 的双面理想。

对于所有α∈A\alpha \in A,令hαh_\alpha为位似x↦αxx \mapsto \alpha x;已知将 A 的映射 α↦hα\alpha \mapsto h_\alpha 转换为交换性群(无运算符)E 的自同态环 E=HomZ(E,E)\mathscr{E} = \mathrm{Hom}_\mathbf{Z}(E, E),是 环同态 (§ 2, no. 5)。这个同态下0的逆像就是E的*湮没子*aa;因此,A 在同态 α↦hα\alpha \mapsto h_\alpha 下的像与商环 A/aA/a 同构的。如果模 E 的湮没子 aa 约化为 0,则称其为“忠实”。

设 E 为 Ann(E) 中包含的 A 的任意 A-模、aa 双边理想,并令 α˙\dot{\alpha} 为商环 A/aA/a 的元素;对于所有 x∈Ex \in E、元素 αx\alpha x 对于所有 α∈A\alpha \in A 属于到类 α˙\dot{\alpha} 模组都是相同的。 aa;如果这个元素用α˙x\dot{\alpha} x表示,那么立即可以看出映射 (α, x) ↦ αx 定义(E上有加法)E上的一个(A/α)-模结构。当α = Ann(E)时,这样定义的(A/α)-模E是*忠实*;我们可以说,它是与 A-模 E *关联的忠实者模。请观察,A-模 E 的每个子模也是关联忠实者模的子模,反之亦然。

定义 12 05LP

如果模是由单个元素生成的,则称为单源的。

引用了 1

引用了 命题 9

no. 7的命题 9表明,如果E是单生的A-模且a是元素生成的E,则E与Σa的集合A.a相同,其中Σ贯穿A。

例 05LQ

(1) 每个单生群,可交换 (I, § 4, no. 10, 命题 18),都是单生 Z\mathbf{Z} 模。 (2) 如果A是交换环,A-模A的单生子模就是环A的*主理想*(I, § 8, no. 6)。 (3) 每个*简单* A-模 E 都是单生的,因为由 E 的元素 ≠ 0 生成的 E 的子模必然等于 E。

引用了 2

引用了 命题 18, I § 4, I § 8. 。 环

命题 22 05LR

设A为环。 AsA_s 中的每个商模都是单生的。相反,令 E 为单生 A-模,E 的 c 生成元且 a 其湮没子; 线性映射 ξ↦ξc\xi \mapsto \xi c 定义,当经过为商时,As/aA_s/a 的同构到 E.

引用了 2 · 被以下引用 2

引用了 命题 9, 推论 1

被以下引用 推论, VII § 4. 。 有限生成模超过主理想整环

由于AsA_s本身是单生的,由1生成,第一个断言从no. 7(推论1)到命题9。第二个是明显的,因为ξ↦ξc\xi \mapsto \xi c是由假设满射并且有核a。

注,如果 A 不可交换,则单生 A-模 E 的两个不同生成元 c、c' 的湮没子通常是*不同的*,并且也不同于模 E 的湮没子。 另一方面,如果 A 是*可交换的*,则湮没子 E 的生成元 c 包含在 E 的每个元素的湮没子中,因此是整个 E 的湮没子。

推论 05LS

单生 A-模 E 的每个子模都同构于商模 b/a,其中 a 和 b 是 A 的两个左理想,使得 a ⊂ b。单源 A-模的每个商模都是单源的。

引用了 3

引用了 定理 4, I § 4, 命题 22, VII § 1. 。 主理想整环

第二个断言是直接的,第一个命题22和I, § 4, no. 6、定理4。

注另一方面,单生的模的子模不一定是单生的。对于例,如果A是交换环,其中存在非主理想(VII, § 1, no. 1),这些理想是单生A-模 A的非单生子模。

由定义得出,由E的元素族(ai)(a_i)生成的A-模E的子模是单源子模的*和*

E的Aa_i;对于 (a_i) 是 E 的基,每个 a_i 是 E 的自由元素并且 Aa_i 的和是直接的,这是充分必要的。

命题 23 05LT

令 E 为非零子模的无限族 (M_i)_{i \in I} 的A-模、直和。对于 E 的每个生成的系统 S,Card(S) \geq Card(I)。

引用了 3 · 被以下引用 2

引用了 命题 1, 推论 1, E III § 5, 推论 3, E III § 6

被以下引用 推论 1, 命题 4, VIII § 4

对于所有 x \in S,令 C_x 为指标 i \in I 的有限集合,使得 M_i 中 x 的分量为 \neq 0,并令 C = \bigcup_{x \in S} C_x。对于 i \in C 和假设,每个 x \in S 属于乘以 M_i 的 E 直和定义到子模,因此 S 生成 E 意味着 C = I;由于I乘假设无限,S也是如此(集合理论,III, § 5, no. 1,推论1到命题1);因此 Card(I) = Card(C) \leq Card(S) (集合理论,III, § 6, no. 3,推论 3 到定理 2)。

推论 1 05LU

在命题 23 的假设下,假设每个 M_i 是单源的,并且 E 是非零单源子模的第二个族 (N_\lambda)_{\lambda \in L} 的直和。那么卡(L) = 卡(I)。

引用了 1

引用了 命题 23

如果 b_\lambda 是 N_\lambda 的生成元,则 b_\lambda 的集合是 E 的生成的系统,因此 Card(L) \geq Card(I)。特别是 L 是无限的,并且交换 (M_i) 和 (N_\lambda) 的角色,类似的 Card(I) \geq Card(L),从而的推论。

推论 2 05LV

如果模 E 承认无限基 B,则 E 的每个生成的系统都有基数 \geq Card(B) 并且 E 的每个基等价于 B。

被以下引用 1

被以下引用 定理 3, II § 7

13. 标量的变换环

设 A, B 为环 B 到环 A 中的两个环和 \rho 同态。对于每个 A-模 E, 外法则 (\beta, x) \mapsto \rho(\beta)x 定义 (与加法) B-模据说结构与E上的\rho和A-模结构相关;这个 B-模用 \rho_*(E) 或 E_{[B]} 表示(如果不会引起混淆,甚至可以简单地用 E 表示)。特别地,如果 B 是 A 的子环并且 \rho : B \to A 是典范嵌入,则 E_{[B]} 称为通过将标量 A 到 B 的环限制而获得的 B-模;由于滥用语言,当同态 \rho 是任意的时,也会使用此表达式。

如果 F 是 A-模 E 的子模,则 \rho_*(F) 是 \rho_*(E) 的子模,且 \rho_*(E/F) 等于 \rho_*(E)/\rho_*(F)。

设E、F为两个A-模;每个 A-线性映射 u : E \to F 也是 B-线性映射 E_{[B]} \to F_{[B]} ,用 \rho_*(u) 表示;在其他字中,有典范嵌入个 \mathbf{Z}-modules

(47)

Hom⁡A(E,F)→Hom⁡B(E[B],F[B]). \operatorname{Hom}_A(E, F) \to \operatorname{Hom}_B(E_{[B]}, F_{[B]}).

这个映射不一定是双射的;在其他字 B-线性映射 E_{[B]} \to F_{[B]} 不一定是 A 线性的。对于例,E_{[B]} 的子 B 模不一定是 E 的子 A 模:如果 A 为域且 B 子域为 AA,则向量子空间 BsB_s 为向量 BB-空间如果B≠AB \neq A,则(As)[B](A_s)_{[B]}不是向量子AA空间。

直接的,对于AA模块的每个(Ei)i∈I(E_i)_{i \in I}族,BB模块ρ∗(∏i∈IEi)\rho_*\left(\prod_{i \in I} E_i\right)(或ρ∗(⨁i∈IEi)\rho_*\left(\bigoplus_{i \in I} E_i\right))等于∏i∈Iρ∗(Ei)\prod_{i \in I} \rho_*(E_i)(或⨁i∈Iρ∗(Ei)\bigoplus_{i \in I} \rho_*(E_i))。

ρ∗(E)\rho_*(E)的每个生成的系统都是EE的生成的系统,但逆命题不一定为真。

命题 24 05LW

令A,BA, B为两个环和ρ:B→A\rho : B \to A环同态。

引用了 1

引用了 注

(i) 如果 ρ\rho 是满射,则典范映射 (47) 是双射。对于每个AA模块EE,ρ∗(E)\rho_*(E)的每个子BB模块都是EE的子AA模块; EE 中的每生成的系统是 ρ∗(E)\rho_*(E) 中的生成的系统。

(ii) 如果ρ\rho是单射的,AA-模块EE中的每个自由族都是BB-模块ρ∗(E)\rho_*(E)中的自由族。

命题紧随定义之后。

注即使ρ\rho是单射的,ρ∗(E)\rho_*(E)中的自由族在EE中也不一定是自由的。

对于例,1和2\sqrt{2}不将R\mathbf{R}中的形式空闲系统视为向量R\mathbf{R}空间,尽管它们将R\mathbf{R}中的形式空闲系统视为向量 Q\mathbf{Q}-空间 (cf. 注 1).

命题 25 05LX

令A,BA, B为两个环、ρ:B→A\rho : B \to A、环、同态和EE一个AA模块。令(αλ)λ∈L(\alpha_\lambda)_{\lambda \in L}为生成的系统(分别为元素、基的自由族),将AA视为左BB模块。令(aμ)μ∈M(a_\mu)_{\mu \in M}为AA模块EE的生成的系统(分别为元素、基的自由族)。那么(αλaμ)(λ,μ)∈L×M(\alpha_\lambda a_\mu)_{(\lambda, \mu) \in L \times M}是BB-模块ρ∗(E)\rho_*(E)的生成的系统(分别是(当ρ\rho是单射时)元素、基的自由族)。

被以下引用 11

被以下引用 命题 4, AC V § 1, 注, II § 7, 命题 5, III § 9, 命题 6, III § 9, 定理 1, IV § 6, 命题 4, V § 13, 定理 1, V § 2, 定理 2, V § 3, 推论 (弗罗贝尼乌斯互易律), VIII § 11, 定理 1, VIII § 3, 命题 6, VIII § 7

如果x=∑μ∈Mγμaμx = \sum_{\mu \in M} \gamma_\mu a_\mu,其中γμ∈A\gamma_\mu \in A和(αλ)(\alpha_\lambda)是AA的生成的系统,对于所有μ∈M\mu \in M,从而x=∑λ,μρ(βλμ)αλaμx = \sum_{\lambda, \mu} \rho(\beta_{\lambda \mu}) \alpha_\lambda a_\mu,我们可以写成γμ=∑λ∈Lρ(βλμ)αλ\gamma_\mu = \sum_{\lambda \in L} \rho(\beta_{\lambda \mu}) \alpha_\lambda和βλμ∈B\beta_{\lambda \mu} \in B。另一方面,如果(αλ)(\alpha_\lambda)和(aμ)(a_\mu)是自由族,关系∑λ,μρ(βλμ)αλaμ=0\sum_{\lambda, \mu} \rho(\beta_{\lambda \mu}) \alpha_\lambda a_\mu = 0,加上βλμ∈B\beta_{\lambda \mu} \in B,可以写成∑μ∈M(∑λ∈Lρ(βλμ)αλ)aμ=0\sum_{\mu \in M} \left( \sum_{\lambda \in L} \rho(\beta_{\lambda \mu}) \alpha_\lambda \right) a_\mu = 0;因此,如果 ρ\rho 是单射的,那么它对于所有 μ∈M\mu \in M 意味着 ∑λ∈Lρ(βλμ)αλ=0\sum_{\lambda \in L} \rho(\beta_{\lambda \mu}) \alpha_\lambda = 0,并且因此对于所有 λ,μ\lambda, \mu 意味着 βλμ=0\beta_{\lambda \mu} = 0。

推论 05LY

如果AA是有限生成的左BB-模块并且EE是有限生成的左AA-模块,则ρ∗(E)\rho_*(E)是有限生成的左AA-模块。

令CC为第三个环,ρ′:C→B\rho' : C \to B环同态以及ρ′′=ρ∘ρ′\rho'' = \rho \circ \rho'复合同态。对于每个AA-模块EE,紧随定义而来的是ρ∗′′(E)=ρ∗′(ρ∗(E))\rho''_*(E) = \rho'_*(\rho_*(E))。特别是,如果ρ\rho是BB到AA的*同构*,则E=ρ∗′(ρ∗(E))E = \rho'_*(\rho_*(E)),其中ρ′\rho'表示ρ\rho的逆同构。

注 05LZ

(1) 设KK为域和KK的AA子环,并有以下性质:对于KK的元素的每个有限族(ξi)1≤i≤n(\xi_i)_{1 \leq i \leq n},存在一个非零的γ∈A\gamma \in A,并且使得γξi∈A\gamma \xi_i \in A对于1≤i≤n1 \leq i \leq n(当AA是*可交换的*并且KK是AA的分数的域时,总是满足假设)。令EE为KK之上的向量空间,而E[A]E_{[A]}为通过将标量的环限制为AA而获得的AA模。那么,如果一个家庭(xλ)λ∈L(x_\lambda)_{\lambda \in L}在*E[A]E_{[A]}*自由的,那么它在*EE也*自由的。注意可能仅限于L={1,n}L = \{1, n\}的情况;如果有关系∑i=1nξixi=0\sum_{i=1}^n \xi_i x_i = 0和ξi∈K\xi_i \in K,ξi\xi_i不是所有零,那么对于所有β∈A\beta \in A,∑i=1n(βξi)xi=0\sum_{i=1}^n (\beta \xi_i) x_i = 0来说都是如此。通过假设,我们可以假设AA中有β≠0\beta \neq 0,这样对于所有ii,βξi=αi\beta \xi_i = \alpha_i属于到AA;但关系∑i=1nαixi=0\sum_{i=1}^n \alpha_i x_i = 0与假设相反,αi\alpha_i不全是零。

(2) 如果环同态 ρ:B→A\rho : B \to A 是满射且 bb 是它的核(因此 AA 与 B/bB/b 被规范地等同),那么,对于每个 AA-模 EE, bb包含在ρ∗(E)\rho_*(E)的湮没子中,EE是通过no. 12中定义的过程从ρ∗(E)\rho_*(E)派生的AA模块。

令A,BA, B为两个环和ρ:B→A\rho : B \to A同态。设EE为AA模块,FF为BB模块; B-线性 映射 u:F→ρ∗(E)u : F \to \rho_*(E)(如果不引起混淆,也称为 *FF 到 EE 的 *B-线性映射)也称为 BB 模块 FF 的 半线性映射(相对于 ρ\rho) AA-模块EE;也有人说,有序对(u,ρ)(u, \rho)是FF到EE的*二态性*;因此,这意味着,对于 x∈F,y∈Fx \in F, y \in F 和 β∈B\beta \in B,

{u(x+y)=u(x)+u(y)u(βx)=ρ(β)u(x). \begin{cases} u(x + y) = u(x) + u(y) \\ u(\beta x) = \rho(\beta) u(x). \end{cases}

如果不会引起混淆,BB的集合HomB(F,ρ∗(E))\mathrm{Hom}_B(F, \rho_*(E))-FF到EE的线性映射也可写为HomB(F,E)\mathrm{Hom}_B(F, E)。

当ρ\rho是BB到AA的*同构*时,所有β∈B\beta \in B的关系u(βx)=ρ(β)u(x)u(\beta x) = \rho(\beta) u(x)也可以写成所有α∈A\alpha \in A的u(ρ′(α)x)=αxu(\rho'(\alpha)x) = \alpha x,其中ρ′\rho'表示逆同构共 ρ\rho;说 uu 对于 ρ\rho 来说是半线性的,则相当于说,uu 是* ρ∗′(F)\rho'_*(F) 到 EE 的 *A-线性映射。

例 05M0

可以看出 (no. 1),AA-模块 EE 上的位似hα:x↦αxh_\alpha : x \mapsto \alpha x不一定是线性映射。但如果α\alpha是*可逆的*,hαh_\alpha是相对于AA的内自同构ξ↦αξα−1\xi \mapsto \alpha \xi \alpha^{-1}的*半线性*映射(而且是双射),对于α(λx)=(αλα−1)(αx)\alpha(\lambda x) = (\alpha \lambda \alpha^{-1})(\alpha x)。

令C为第三个环,ρ′:C→B\rho': C \to B同态,G为C模块。如果v:G→Fv: G \to F是相对于ρ′\rho'的半线性映射,则合成w=u∘vw = u \circ v是G到E相对于同态ρ′′=ρ∘ρ′\rho'' = \rho \circ \rho'的半线性映射。如果ρ\rho是*同构*并且u:F→Eu: F \to E是相对于ρ\rho的*双射的*半线性映射,则逆映射u′:E→Fu': E \to F是*相对于逆同构*ρ′:A→B\rho': A \to B的ρ\rho的半线性映射。

由此可见,对于通过给定A上的集合环结构的有序对(A,E)和E上的左A-模结构来定义结构的类,*二态性*(u,ϕ)(u, \phi)可取为*态射* (*集合理论*,IV, § 2, no. 1);在下文中我们将始终假设选择或态射已经制作完成。

注(3)*。令A1,A2A_1, A_2为两个环,A=A1×A2A = A_1 \times A_2为它们的乘积,并让e1=(1,0), e2=(0,1)e_1 = (1, 0),\ e_2 = (0, 1)在A中,使得A1A_1和A2A_2规范地等同于A的双面理想Ae1Ae_1和Ae2Ae_2。对于每个A-模E, e1Ee_1E和e2Ee_2E是E的子A模块E1, E2E_1,\ E_2,分别被e2e_2和e1e_1湮灭,因此,将A/Ae2A/Ae_2与A1A_1和A/Ae1A/Ae_1与A2A_2、E1E_1规范地识别(或E2E_2)被赋予一个A1A_1-模块(或A2A_2-模块)结构。此外,E是E1E_1和E2E_2的*直和*,因为每个x∈Ex \in E都可以写成x=e1x+e2xx = e_1x + e_2x和关系,e1x=e2ye_1x = e_2y意味着e1x=e12x=e1e2y=0e_1x = e_1^2x = e_1e_2y = 0。相反,对于A1A_1-模块F1F_1和A2A_2-模块F2F_2的每个有序对由……组成,令E1E_1为A-模(p1)∗(F1)(p_1) * (F_1)、E2E_2A-模 (p2)∗(F2)(p_2) * (F_2)、p1p_1和p2p_2分别是A的投影到A1A_1和A2A_2;然后在A-模E=E1⊕E2, E1=e1E, E2=e2EE = E_1 \oplus E_2,\ E_1 = e_1E,\ E_2 = e_2E。因此,A-模的研究被简化为A1A_1-模块和A2A_2-模块的研究。特别是,E 的每个子模 M 都是形式 M1⊕M2M_1 \oplus M_2,其中 M1=e1MM_1 = e_1M 和 M2=e2MM_2 = e_2M。

引用了 1

引用了 E IV § 2. 态射和导出结构

14. 多模块

设A、B为两个环,并在集合E上考虑两个左模结构,具有*相同*加法律,且其环运算符分别为A和B;令 E\mathscr{E} 为加法群 E 的自同态环,并且对于所有 α∈A\alpha \in A(分别为 β∈B\beta \in B),令 hαh_\alpha(分别为 hβ′h'_\beta)表示元素 x↦αxx \mapsto \alpha x(分别为 x↦βxx \mapsto \beta x) E\mathscr{E}。显然,以下三个属性是等效的: (a) hα∘hβ′=hβ′∘hαh_\alpha \circ h'_\beta = h'_\beta \circ h_\alpha 对于所有 α\alpha 和 β\beta; (b) 同态 a↦hαa \mapsto h_\alpha下的A的像*包含在*HomB(E,E)\mathrm{Hom}_B(E, E)中; (c) 同态β↦hβ′\beta \mapsto h'_\beta下的B的像*包含在*HomA(E,E)\mathrm{Hom}_A(E, E)中。当A-模(或B-模)结构是右模结构时,环 A(或B)必须在(b)(或(c))中用A0A^0(或B0B^0)替换。上述性质可以用说来表示,E上定义的两个(左或右)模结构是*相容的*的。

定义 13 05M1

设*(Aλ)λ∈L, (Bμ)μ∈M(A_\lambda)_{\lambda \in L},\ (B_\mu)_{\mu \in M}*为环的两个家庭;一个* ((Aλ), (Bμ))((A_\lambda),\ (B_\mu))*-多模块*(或*环* (Aλ)λ∈L, (Bμ)μ∈M(A_\lambda)_{\lambda \in L},\ (B_\mu)_{\mu \in M}系列上的多模块)*是集合* E 对于每个 λ∈L\lambda \in L,*左* AλA_\lambda*-模块结构,并且对于每个* μ∈M\mu \in M,*右* BμB_\mu*-模块结构,所有这些模结构都兼容一个另一个.

当族(Bμ)(B_\mu)(或(Aλ)(A_\lambda))为空时,E 称为*左*(或*右*)*多模块*。当 Card(L) + Card(M) = 2 时,我们说“双模”而不是“multimodule”;然后,通常可以方便地将双模视为相对于环 A 和 右模 具有 左模 结构(正如其对立运算符 cf. no. 1 的替换环始终可以完成的那样) 结构相对于环 B,律的可置换性则用关系表示

α(xβ)=(αx)βfor x∈E,α∈A,β∈B. \alpha(x\beta) = (\alpha x)\beta \quad \text{for } x \in E, \alpha \in A, \beta \in B.

那么也可以说 E 是 (A, B)-*双模*。

如果 E 上的所有模结构其中定义这些多模块结构中的一个或另一个与一个另一个兼容,则集合 E 上的两个*多模块* 结构被称为“相容的”。

例 05M2

(1) 在环上,AsA_s 和 AdA_d 的 A 模结构是兼容的,因此 A 可以被规范地视为 (A, A)-双模。

(2) 左A-模 E 在环 End⁡A(E)\operatorname{End}_A(E) 上具有规范的左模结构,并且 E 上的 A-模和 End⁡A(E)\operatorname{End}_A(E) 模块结构是*兼容的*。

显然,当 E 是环的两个族 (Aλ)λ∈L,(Bμ)μ∈M(A_\lambda)_{\lambda \in L}, (B_\mu)_{\mu \in M} 上的多模块时,E 也是任意两个子族 (Aλ)λ∈L′,(Bμ)μ∈M′(A_\lambda)_{\lambda \in L'}, (B_\mu)_{\mu \in M'} 上的多模块,其中 λ∈L′\lambda \in L' 和 μ∈M′\mu \in M' 的 AλA_\lambda 模块和 BμB_\mu 模块结构是最初给出的结构。

由于多模块是特定的例与运算符的可交换群,因此 nos 的结果。 2至10(cf.no. 10,*注*)可以应用于它们;特别是,如果 E、F 是两个 ((Aλ),(Bμ))((A_\lambda), (B_\mu)) 多模,则 同态 u:E→Fu : E \to F 是映射,这是所有 λ∈L\lambda \in L 的 AλA_\lambda 同态,以及所有 μ∈M\mu \in M 的 BμB_\mu 同态。 ((Aλ),(Bμ))((A_\lambda), (B_\mu))-多模的稳定子群是 ((Aλ),(Bμ))((A_\lambda), (B_\mu))-多模(称为*子多模*),以及此类子群的商(称为*商多模*); 乘积和直和类似。

设 E 为 ((Aλ),(Bμ))((A_\lambda), (B_\mu)) 多模块,对于每个 λ∈L\lambda \in L(分别为 μ∈M\mu \in M),令 ϕλ:Aλ′→Aλ\phi_\lambda : A'_\lambda \to A_\lambda(分别为 ψμ:Bμ′→Bμ\psi_\mu : B'_\mu \to B_\mu)为环同态;显然,与E上给出的ϕλ\phi_\lambda和AλA_\lambda模块结构相关联的Aλ′A'_\lambda模块结构以及与E上给出的ψμ\psi_\mu和BλB_\lambda模块结构相关联的Bμ′B'_\mu模块结构与E上给出的另一个兼容,因此E上的定义兼容((Aλ′),(Bμ′))((A'_\lambda), (B'_\mu))-多模块结构,据说与给定的((Aλ),(Bμ))((A_\lambda), (B_\mu))-多模块结构以及ϕλ\phi_\lambda和ψμ\psi_\mu“关联”。

如果E、F是两个((Aλ),(Bμ))((A_\lambda), (B_\mu))多模块,则E到F中的同态的加法群表示为Hom⁡(Aλ),(Bμ)(E,F)\operatorname{Hom}_{(A_\lambda), (B_\mu)}(E, F)(或简称为Hom⁡(E,F)\operatorname{Hom}(E, F))。 no. 2的公式(6)到(8)显然对于((Aλ),(Bμ))((A_\lambda), (B_\mu))-多模块同态有效,特别是Hom⁡(E,E)=End⁡(E)\operatorname{Hom}(E, E) = \operatorname{End}(E)有一个*环*结构;

此外,Hom(E, F) 具有规范的 left End(F) 模块结构和 right End(E) 模块结构,这两个结构是兼容的;在其他字中,Hom(E, F) 有一个规范的 (End(F), End(E))-双模 结构。

现在假设 E 有一个多模块结构,其左(右)运算符的环一方面是 λ∈L\lambda \in L 的 AλA_\lambda(分别是 μ∈M\mu \in M 的 BμB_\mu),另一方面是另一个系列 (Aλ′′)λ′∈L′(A'_{\lambda'})_{\lambda' \in L'} 的环(分别是 (Bμ′′)μ′∈M′(B'_{\mu'})_{\mu' \in M'})。 Suppose similarly that F has a multimodule structure whose rings of left (resp. right) operators are on the one hand the AλA_\lambda for λ∈L\lambda \in L (resp. the BμB_\mu for μ∈M\mu \in M) and on the other the rings of another family (Aλ′′′′)λ′′∈L′′(A''_{\lambda''})_{\lambda'' \in L''} (resp. (Bμ′′′′)μ′′∈M′′(B''_{\mu''})_{\mu'' \in M''}); to abbreviate we shall say that E is an ((AλA_\lambda), (Aλ′′A'_{\lambda'}); (BμB_\mu), (Bμ′′B'_{\mu'}))-multimodule and F an ((AλA_\lambda), (Aλ′′′′A''_{\lambda''}); (BμB_\mu), (Bμ′′′′B''_{\mu''}))-multimodule. 将 E 和 F 视为 ((AλA_\lambda), (BμB_\mu))-多模块,从而“限制”运算符到子族 (AλA_\lambda) 和 (BμB_\mu)。 根据本文开头所述,在 E 和 F 定义上给出的多模块结构规范地环同态

Aλ′′→End⁡(Aλ),(Bμ)(E),Bμ′′0→End⁡(Aλ),(Bμ)(E), A'_{\lambda'} \to \operatorname{End}_{(A_\lambda), (B_\mu)}(E), \qquad {B'_{\mu'}}^0 \to \operatorname{End}_{(A_\lambda), (B_\mu)}(E),
Aλ′′′′→End⁡(Aλ),(Bμ)(F),Bμ′′′′→End⁡(Aλ),(Bμ)(F); A''_{\lambda''} \to \operatorname{End}_{(A_\lambda), (B_\mu)}(F), \qquad B''_{\mu''} \to \operatorname{End}_{(A_\lambda), (B_\mu)}(F);

moreover, two elements of End⁡(Aλ),(Bμ)(E)\operatorname{End}_{(A_\lambda), (B_\mu)}(E) (resp. End⁡(Aλ),(Bμ)(F)\operatorname{End}_{(A_\lambda), (B_\mu)}(F)) respective images of elements of two distinct rings among the Aλ′′A'_{\lambda'}, or the Bμ′′0{B'_{\mu'}}^0 (resp. the Aλ′′′′A''_{\lambda''} or the Bμ′′′′B''_{\mu''}) are permutable; it follows that the above homomorphisms define on Hom⁡(Aλ),(Bμ)(E,F)\operatorname{Hom}_{(A_\lambda), (B_\mu)}(E, F) a multimodule structure whose rings of left operators are the Aλ′′′′A''_{\lambda''} (λ′′∈L′′\lambda'' \in L'') and the Bμ′′B'_{\mu'} (μ′∈M′\mu' \in M') and whose rings of right operators are the Aλ′′A'_{\lambda'} (λ′∈L′\lambda' \in L') and the Bμ′′′′B''_{\mu''} (μ′′∈M′′\mu'' \in M'').

如果现在 E′E' 是 ((AλA_\lambda), (Aλ′′A'_{\lambda'}); (BμB_\mu), (Bμ′′B'_{\mu'}))-多模块,F′F' 是 ((AλA_\lambda), (Aλ′′′′A''_{\lambda''}); (BμB_\mu), (Bμ′′′′B''_{\mu''}))-多模块, Hom⁡(Aλ),(Bμ)(E′,F′)\operatorname{Hom}_{(A_\lambda), (B_\mu)}(E', F') 是

((Aλ′′′′),(Bμ′′);(Aλ′′),(Bμ′′′′))-multimodule; ((A''_{\lambda''}), (B'_{\mu'}); (A'_{\lambda'}), (B''_{\mu''}))\text{-multimodule};

如果 u:E′→E,v:F→F′u : E' \to E, v : F \to F' 是多模块同态,

Hom⁡(u,v):Hom⁡(Aλ),(Bμ)(E,F)→Hom⁡(Aλ),(Bμ)(E′,F′) \operatorname{Hom}(u, v) : \operatorname{Hom}_{(A_\lambda), (B_\mu)}(E, F) \to \operatorname{Hom}_{(A_\lambda), (B_\mu)}(E', F')

定义如no. 2,并且是一个*多模块*同态。

被以下引用 2

被以下引用 学院, II § 3, 例, III § 4

注 05M3

(1) 令F为A-模且C为环A的*中心*;由于中心同位与所有同位交换,F 有一个 双模 结构,其环左运算符是 A 和 C。如果 E 为另一个 A-模,Hom⁡A(E,F)\operatorname{Hom}_A(E, F) 因此具有规范的 C-*模* 结构(其中,对于 f∈Hom⁡A(E,F)f \in \operatorname{Hom}_A(E, F) 和 γ∈C\gamma \in C,γf\gamma f 为同态 x↦γf(x)x \mapsto \gamma f(x));如果E',F'是两个A-模,u:E′→E,v:F→F′u : E' \to E, v : F \to F'两个A同态,映射Hom⁡(u,v)\operatorname{Hom}(u, v)是C-*线性*。

(2) 设E为左A-模;由于 A 具有规范的 (A, A) 双模结构,因此对于任何索引集合 T 都有直和 A(T)A^{(T)};由上可知,HomA(As(T),E)\mathrm{Hom}_A(A_s^{(T)}, E)有一个规范的*左A-模* 结构,源自As(T)A_s^{(T)}上的*右*A-模结构:对于f∈HomA(As(T),E)f \in \mathrm{Hom}_A(A_s^{(T)}, E)和α∈A\alpha \in A,αf\alpha f是线性映射x↦f(xα)x \mapsto f(x\alpha)。 no. 11定义典范映射jE,Tj_{E, T}的推论2至命题17从乘积模ETE^T到HomA(As(T),E)\mathrm{Hom}_A(A_s^{(T)}, E),jE,Tj_{E, T}下的像 (xt)t∈T(x_t)_{t \in T}为线性映射f:As(T)→Ef : A_s^{(T)} \to E,使得f(et)=xtf(e_t) = x_t对于所有t∈Tt \in T(其中(et)(e_t)是As(T)A_s^{(T)}的典范基);已知(*loc.cit.*)jE,Tj_{E, T}是*双射的*,并且从上面给出的定义在HomA(As(T),E)\mathrm{Hom}_A(A_s^{(T)}, E)上的A-模结构得出jE,Tj_{E, T}是*A-线性的*。最后,如果u:E→Fu : E \to F是A-模同态,图表

ET→jE,THomA(As(T),E)uT↓↓Hom(1,u)FT→jF,THomA(As(T),F) \begin{array}{ccc} E^T & \xrightarrow{j_{E, T}} & \mathrm{Hom}_A(A_s^{(T)}, E) \\ u^T \downarrow & & \downarrow \mathrm{Hom}(1, u) \\ F^T & \xrightarrow{j_{F, T}} & \mathrm{Hom}_A(A_s^{(T)}, F) \end{array}

是*可交换的*。

注,当T由单个元素组成时,jE:E→HomA(As,E)j_E : E \to \mathrm{Hom}_A(A_s, E)就是no. 2,*例* 1中定义的映射x↦θxx \mapsto \theta_x。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 推论 2

被以下引用 II § 3. 。 张量积

习题

参见习题为 § 1。

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