Bourbaki

Google 翻译生成的粗略草稿,质量较低。术语依照术语表,但句子可能有误;之后会由仔细的译文取代。

§ 3。 张量积

1. 张量积两个模

令G1,G2G_1, G_2为两个Z\mathbf{Z}模块;如果 u(x1,x2)u(x_1, x_2) 是“相对于 x1x_1 和x2x_2 的可加性”,则将集合 G=G1×G2G = G_1 \times G_2 的映射 uu 转换为 Z\mathbf{Z} 模,称为双可加性(或Z\mathbf{Z}双线性);准确地说,这意味着,对于G1G_1中的x1,y1x_1, y_1,G2G_2中的x2,y2x_2, y_2,

u(x1+y1,x2)=u(x1,x2)+u(y1,x2) u(x_1 + y_1, x_2) = u(x_1, x_2) + u(y_1, x_2)
u(x1,x2+y2)=u(x1,x2)+u(x1,y2). u(x_1, x_2 + y_2) = u(x_1, x_2) + u(x_1, y_2).

注这特别意味着 u(0,x2)=u(x1,0)=0u(0, x_2) = u(x_1, 0) = 0 对于所有 x1∈G1,x2∈G2x_1 \in G_1, x_2 \in G_2。

设 A 为环,E 右A-模,F 左A-模。我们将考虑普遍映射问题(集合理论,IV, § 3, no. 1),其中Σ\Sigma是Z\mathbf{Z}模块结构的类(态射则为Z\mathbf{Z}线性映射,在其他字中, 加法群同态),α\alpha-映射是E×FE \times F的映射ff到Z\mathbf{Z}-模块G,其是Z\mathbf{Z}双线性,进一步满足,对于所有x∈E,y∈Fx \in E, y \in F和λ∈A\lambda \in A

(1)(1)
f(xλ,y)=f(x,λy). f(x \lambda, y) = f(x, \lambda y).

我们证明这个问题承认解。为此,我们考虑E×FE \times F的元素的形式线性组合的Z\mathbf{Z}-模块C=Z(E×F)C = \mathbf{Z}^{(E \times F)},其系数为Z\mathbf{Z}(§ 1, no. 11),其中基可以被认为由有序对(x,y)(x, y)组成,其中x∈Ex \in E 和 y∈Fy \in F。令 D 为由以下型之一的元素生成的 C 的子Z\mathbf{Z}模块:

(2)(2)
{(x1+x2,y)−(x1,y)−(x2,y)(x,y1+y2)−(x,y1)−(x,y2)(xλ,y)−(x,λy) \begin{cases} (x_1 + x_2, y) - (x_1, y) - (x_2, y) \\ (x, y_1 + y_2) - (x, y_1) - (x, y_2) \\ (x \lambda, y) - (x, \lambda y) \end{cases}

其中x,x1,x2x, x_1, x_2在EE中,y,y1,y2y, y_1, y_2在FF中,λ\lambda在AA中。

定义 1 05OR

右A-模 E 和左A-模 F* 的张量积,用 E⊗AFE \otimes_A F 或 E⊗AFE \otimes_A F 表示(如果不用担心混淆,则简单地用 E⊗FE \otimes F 表示) * 是商 Z\mathbf{Z}-模* C/DC/D(Z\mathbf{Z}-模的商) E×FE \times F的元素形式线性组合的C与Z\mathbf{Z}中的系数,由子模DD由型(2))之一的元素生成。 *对于x∈Ex \in E和y∈Fy \in F,E⊗AFE \otimes_A F的元素即元素的典范像,C=Z(E×F)C = \mathbf{Z}^{(E \times F)}的(x,y)(x, y)记为x⊗yx \otimes y,称为xx的张量积, yy。

被以下引用 3

被以下引用 § 3. 。 张量积, 注, 命题 1

E×FE \times F到E⊗AFE \otimes_A F的映射(x,y)↦x⊗y(x, y) \mapsto x \otimes y被称为*规范*。它是满足条件 (1) 的 Z\mathbf{Z} 双线性映射。

我们展示了张量积E⊗AFE \otimes_A F和上面的普遍映射问题的典范映射形式解较早的姿势。准确地说:

命题 1 05OS

(a) *令gg为E⊗AFE \otimes_A F到Z\mathbf{Z}模块GG的Z\mathbf{Z}线性映射。 E×FE \times F到GG的映射(x,y)↦f(x,y)=g(x⊗y)(x, y) \mapsto f(x, y) = g(x \otimes y)是Z\mathbf{Z}双线性并且满足条件(1)。

引用了 3 · 被以下引用 8

引用了 II § 1. 。 模, 命题 17, II § 1, 定义 1

被以下引用 § 3. 。 张量积, 推论, 命题 2, 命题 3, 命题 8, II § 4. 。 关系张量积和同态模之间, 命题 7, II § 6, 命题 16, II § 7

(b) 相反,令ff是E×FE \times F到Z\mathbf{Z}-模块GG满足条件的Z\mathbf{Z}双线性映射 (1)。那么存在一个且仅有一个 E⊗AFE \otimes_A F 到 GG 的 Z\mathbf{Z}-线性映射 gg,使得 f(x,y)=g(x⊗y)f(x, y) = g(x \otimes y) 对应 x∈E,y∈Fx \in E, y \in F。

如果ϕ\phi将E×FE \times F的典范映射代入E⊗AFE \otimes_A F,则f=g∘ϕf = g \circ \phi; 从而(一)。为了证明(b),我们注,在定义 1的记号中,ff扩展到CC的Z\mathbf{Z}线性映射fˉ\bar{f}到GG(§ 1, no. 11,命题) 17)。根据关系 (1),对于型 (2) 之一的 CC 的所有元素,fˉ\bar{f} 为零,因此在 DD 上。因此,存在C/D=E⊗AFC/D = E \otimes_A F到GG的Z\mathbf{Z}线性映射gg,使得fˉ=g∘ψ\bar{f} = g \circ \psi,其中ψ:C→C/D\psi : C \to C/D是典范同态(§ 1, no. 8,*注*)。 gg的唯一性是直接的,因为E⊗AFE \otimes_A F是由形式x⊗yx \otimes y的元素生成为Z\mathbf{Z}模块。

将Z\mathbf{Z}的Z\mathbf{Z}模块的命题 1 定义a 典范同构将E×FE \times F的ff映射到GG、满足条件 (1), Z\mathbf{Z}-模块HomZ(E⊗AF,G)\mathrm{Hom}_{\mathbf{Z}}(E \otimes_A F, G)。

当A=ZA = \mathbf{Z}、条件(1)自动满足*每个*Z\mathbf{Z}双线性映射ff和CC的子模DD已经由(2)中前两个型的元素生成。

如果现在我们回到一般情况,E′E'和F′F'分别表示EE和FF的底层Z\mathbf{Z}模块,则上面的注和定义1立即表明Z\mathbf{Z}模块E⊗AFE \otimes_A F可以是由形式(xλ)⊗y−x⊗(λy)(x \lambda) \otimes y - x \otimes (\lambda y)的元素生成的子Z\mathbf{Z}模块,以Z\mathbf{Z}模块E′⊗ZF′E' \otimes_{\mathbf{Z}} F'的*商*规范地标识,其中xx贯穿EE,yy贯穿FF和λ\lambda贯穿AA。

推论 1 05OT

令HH为Z\mathbf{Z}模,h:E×F→Hh : E \times F \to H为Z\mathbf{Z}双线性映射满足条件 (1),使得HH由h(E×F)h(E \times F)生成。假设对于每个Z\mathbf{Z}-模块GG和E×FE \times F到GG满足(1)*的每个Z\mathbf{Z}双线性映射ff(1)*,存在一个Z\mathbf{Z}线性映射g:H→Gg : H \to G使得f=g∘hf = g \circ h。那么,如果ϕ\phi将E×FE \times F的典范映射表示为E⊗AFE \otimes_A F,则存在且仅有一个E⊗AFE \otimes_A F的同构θ\theta到HH使得h=θ∘ϕh = \theta \circ \phi。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 E IV § 3. 普遍映射

被以下引用 § 3. 。 张量积

假设 h(E×F)h(E \times F) 生成 HH 意味着 gg 的唯一性;那么推论就是解普遍映射问题的一般唯一性性质(集合理论,IV, § 3, no. 1)。

推论 2 05OU

令* E0E^0(分别F0F^0)*表示模* EE(分别FF)*视为左(或右)模超过逆环* A0A^0; 则存在一个且仅一个 Z\mathbf{Z}*-模块同构* σ:E⊗AF→F0⊗A0E0\sigma : E \otimes_A F \to F^0 \otimes_{A^0} E^0 使得 σ(x⊗y)=y⊗x\sigma(x \otimes y) = y \otimes x 对于 x∈Ex \in E 和 y∈Fy \in F(张量积的“交换律”)。

被以下引用 3

被以下引用 § 3. 。 张量积, 推论, III § 1. 。 代数

由E0E^0和F0F^0上的A0A^0模结构的定义,E×FE \times F的映射(x,y)↦y⊗x(x, y) \mapsto y \otimes x进入F0⊗A0E0F^0 \otimes_{A^0} E^0是Z\mathbf{Z}双线性且满足条件(1), 从而Z\mathbf{Z}-线性映射σ\sigma的存在性和唯一性。类似地,Z\mathbf{Z}-线性映射τ:F0⊗A0E0→E⊗AF\tau : F^0 \otimes_{A^0} E^0 \to E \otimes_A F被定义为使得τ(y⊗x)=x⊗y\tau(y \otimes x) = x \otimes y并且显然σ\sigma和τ\tau是逆同构。

注 05OV

非零模的张量积可能是零:对于例,对所有x∈Ex \in E取两个Z\mathbf{Z}模E=Z/2ZE = \mathbf{Z}/2\mathbf{Z}和F=Z/3ZF = \mathbf{Z}/3\mathbf{Z},2x=02x = 0和3y=03y = 0, y∈Fy \in F;因此,在E⊗ZFE \otimes_{\mathbf{Z}} F中,

x⊗y=3(x⊗y)−2(x⊗y)=x⊗(3y)−(2x)⊗y=0 x \otimes y = 3(x \otimes y) - 2(x \otimes y) = x \otimes (3y) - (2x) \otimes y = 0
对于所有 xx 和 yy(cf. no. 6,推论 4 到命题 6)。

引用了 2

引用了 命题 6, 推论 4

2. 张量积两个线性映射

令AA为环、E,E′E, E'两个右AA模块、F,F′F, F'两个左AA模块以及u:E→E′u : E \to E'和v:F→F′v : F \to F'两个AA线性映射。很容易验证映射

(x,y)↦u(x)⊗v(y) (x, y) \mapsto u(x) \otimes v(y)
E×FE \times F 到 E′⊕AF′E' \oplus_A F' 是 Z\mathbf{Z} 双线性,且满足 no. 1 的条件 (1)。因此,通过 no. 1 的命题 1,存在一个且仅有一个Z\mathbf{Z}-线性映射w:E⊗AF→E′⊗AF′w : E \otimes_A F \to E' \otimes_A F',使得
w(x⊗y)=u(x)⊗v(y) w(x \otimes y) = u(x) \otimes v(y)
x∈E,y∈Fx \in E, y \in F。这个映射用u⊗vu \otimes v表示(当不会引起混淆时),称为线性映射uu和vv的*张量积*。

从 (3) 可以立即得出,(u,v)↦u⊗v(u, v) \mapsto u \otimes v 是一个 Z-bilinear\mathbf{Z}\text{-bilinear} 映射,称为*规范*

Hom⁡A(E,E′)×Hom⁡A(F,F′)→Hom⁡Z(E⊗AF,E′⊗AF′). \operatorname{Hom}_A(E, E') \times \operatorname{Hom}_A(F, F') \to \operatorname{Hom}_{\mathbf{Z}}(E \otimes_A F, E' \otimes_A F').

通过 no. 1 的命题 1 到它有对应一个 Z\mathbf{Z} 线性映射,称为规范

(4)

Hom⁡A(E,E′)⊗ZHom⁡A(F,F′)→Hom⁡Z(E⊗AF,E′⊗AF′) \operatorname{Hom}_A(E, E') \otimes_{\mathbf{Z}} \operatorname{Hom}_A(F, F') \to \operatorname{Hom}_{\mathbf{Z}}(E \otimes_A F, E' \otimes_A F')
与张量积线性映射u⊗v:E⊗AF→E′⊗AF′u \otimes v : E \otimes_A F \to E' \otimes_A F'中的每个元素u⊗vu \otimes v相关联。 注典范映射 (4) 不一定是单射或满射。因此,记号u⊗vu \otimes v可能会导致混淆,因此有必要根据上下文指示它是否表示元素或张量积或线性映射。

进一步,设E′′E''为右AA模,F′′F''为左AA模,u′:E′→E′′u' : E' \to E''、v′:F′→F′′v' : F' \to F''AA线性映射;由(3)可知 (5)

(u′∘u)⊗(v′∘v)=(u′⊗v′)∘(u⊗v). (u' \circ u) \otimes (v' \circ v) = (u' \otimes v') \circ (u \otimes v).

3. 变换环

命题 2 05OW

令A,BA, B为两个环、ρ:B→A\rho : B \to A、环、同态和EE(分别为FF)右(分别为左)AA模块。 Then there exists one and only one Z\mathbf{Z}-linear mapping* (6)

ϕ:ρ∗(E)⊗Bρ∗(F)→E⊗AF \phi : \rho_*(E) \otimes_B \rho_*(F) \to E \otimes_A F
*such that, for all x∈Ex \in E and y∈Fy \in F, the image under ϕ\phi of the element x⊗yx \otimes y of ρ∗(E)⊗Bρ∗(F)\rho_*(E) \otimes_B \rho_*(F) is the element x⊗yx \otimes y of E⊗AFE \otimes_A F; this Z\mathbf{Z}-linear mapping is surjective.

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 1

被以下引用 推论

我们将ρ∗(E)×ρ∗(F)\rho_*(E) \times \rho_*(F)的映射(x,y)↦x⊗y(x, y) \mapsto x \otimes y考虑为E⊗AFE \otimes_A F;它是Z\mathbf{Z}双线性的,并且对于所有β∈B\beta \in B,通过定义(xρ(β))⊗y=x⊗(ρ(β)y)(x \rho(\beta)) \otimes y = x \otimes (\rho(\beta)y),因此no. 1的条件(1)成立,从而ϕ\phi的存在和唯一性(no. 1, 命题1)。后者断言源自元素x⊗yx \otimes y生成Z\mathbf{Z}模块E⊗AFE \otimes_A F。

映射 (6) 被称为*规范*。

推论 05OX

令J\mathfrak{J}为AA的双面理想,使得J\mathfrak{J}包含在EE的湮没子和FF的湮没子中,因此EE(或FF)具有规范左(或右) (A/J)(A/\mathfrak{J})-模块结构*(§1§ 1,no. 12)。 然后典范同态 (6)

ϕ:E⊗AF→E⊗A/JF \phi : E \otimes_A F \to E \otimes_{A/\mathfrak{J}} F
*相应的到典范同态ρ:A→A/J\rho : A \to A/\mathfrak{J}是身份。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 2

被以下引用 推论 3

对于所有αˉ∈A/J\bar{\alpha} \in A/\mathfrak{J},所有x∈Ex \in E和所有y∈Fy \in F,xαˉ=xαx \bar{\alpha} = x \alpha(分别为αˉy=αy\bar{\alpha} y = \alpha y)对于所有α\alpha,使得ρ(α)=αˉ\rho(\alpha) = \bar{\alpha}。如果C=Z(E×F)C = \mathbf{Z}^{(E \times F)},元素(xα,y)−(x,αy)(x \alpha, y) - (x, \alpha y)生成的CC的子模则等于元素(xαˉ,y)−(x,αˉy)(x \bar{\alpha}, y) - (x, \bar{\alpha} y)生成的子模。

根据命题 2 的假设和记号,令E′E' 为右BB 模,F′F' 左BB 模,并考虑两个*半线性* 映射 u:E′→Eu : E' \to E,v:F' \to F 相对于同态ρ:B→A\rho : B \to A; uu(分别vv)可以被视为BB线性映射E′→ρ∗(E)E' \to \rho_*(E)(分别F′→ρ∗(F′)F' \to \rho_*(F')),从而一个Z\mathbf{Z}线性映射w:E′⊗BF′→ρ∗(E)⊗Bρ∗(F)w : E' \otimes_B F' \to \rho_*(E) \otimes_B \rho_*(F),使得w(x′⊗y′)=u(x′)⊗v(y′)w(x' \otimes y') = u(x') \otimes v(y')对应于x′∈E′, y′∈F′x' \in E',\ y' \in F';将典范映射 (6) 与映射组合,从而获得Z\mathbf{Z}-线性映射w′:E′⊗BF′→E⊗AFw' : E' \otimes_B F' \to E \otimes_A F,使得w′(x′⊗y′)=u(x′)⊗v(y′)w'(x' \otimes y') = u(x') \otimes v(y') 对于x′∈E′, y′∈F′x' \in E',\ y' \in F';这是映射,如果不会引起混淆,通常用 u⊗vu \otimes v 表示。显然 (u,v)↦u⊗v(u, v) \mapsto u \otimes v 是 Z\mathbf{Z} 双线性映射

Hom⁡B(E′,ρ∗(E))×Hom⁡B(F′,ρ∗(F))→Hom⁡Z(E′⊗BF′,E⊗AF). \operatorname{Hom}_B(E', \rho_*(E)) \times \operatorname{Hom}_B(F', \rho_*(F)) \to \operatorname{Hom}_\mathbf{Z}(E' \otimes_B F', E \otimes_A F).

此外,如果CC是第三个环,σ:C→B\sigma : C \to B同态,E′′E''右CC模块,F′′F''左CC模块,u′:E′′→E′u' : E'' \to E'和v′:F′′→F′v' : F'' \to F'相对于的半线性映射σ\sigma,那么

(u∘u′)⊗(v∘v′)=(u⊗v)∘(u′⊗v′). (u \circ u') \otimes (v \circ v') = (u \otimes v) \circ (u' \otimes v').

4. 张量积上的操作员; 张量积作为多模块

根据假设和no. 1的记号,对于AA-模块EE(分别FF)的每个自同态uu(分别vv),u⊗1Fu \otimes 1_F(分别1E⊗v1_E \otimes v)为Z\mathbf{Z}模块E⊗AFE \otimes_A F的自同态;从 (5) (no. 2) 可以立即得出,映射 u↦u⊗1Fu \mapsto u \otimes 1_F(分别为 v↦1E⊗vv \mapsto 1_E \otimes v)是 环同态

End⁡A(E)→End⁡Z(E⊗AF) \operatorname{End}_A(E) \to \operatorname{End}_\mathbf{Z}(E \otimes_A F)

(分别End⁡A(F)→End⁡Z(E⊗AF)\operatorname{End}_A(F) \to \operatorname{End}_\mathbf{Z}(E \otimes_A F));此外,

(u⊗1F)∘(1E⊗v)=(1E⊗v)∘(u⊗1F)=u⊗v (u \otimes 1_F) \circ (1_E \otimes v) = (1_E \otimes v) \circ (u \otimes 1_F) = u \otimes v

因此 (§ 1, no. 14) E⊗AFE \otimes_A F 相对于环 End⁡A(E)\operatorname{End}_A(E) 和 End⁡A(F)\operatorname{End}_A(F) 具有规范的 left 双模 结构。

既然如此,假设在 EE 上给出一个 ((Bi′);A,(Cj′))((B'_i); A, (C'_j))-多模块结构和在 FF 上给出一个 (A,(Bh′′);(Ckc′′))(A, (B''_h); (C''_{k_c}))-多模块结构 (§ 1, no. 14);这相当于说环同态 Bi′→End⁡A(E)B'_i \to \operatorname{End}_A(E)、Cj′0→End⁡A(E)C'_j{}^0 \to \operatorname{End}_A(E) 是用成对可置换像给出的,环同态 Bh′′→End⁡A(F)B''_h \to \operatorname{End}_A(F)、Ckc′′0→End⁡A(F)C''_{k_c}{}^0 \to \operatorname{End}_A(F) 是用成对可置换像给出的。如果这些同态分别与上面定义的典范同态、End⁡A(E)→End⁡Z(E⊗AF)\operatorname{End}_A(E) \to \operatorname{End}_\mathbf{Z}(E \otimes_A F)和End⁡A(F)→End⁡Z(E⊗AF)\operatorname{End}_A(F) \to \operatorname{End}_\mathbf{Z}(E \otimes_A F)组成,可以看出(考虑(7))环同态

Bi′→End⁡Z(E⊗AF),Cj′0→End⁡Z(E⊗AF)Bh′′→End⁡Z(E⊗AF),Ckc′′0→End⁡Z(E⊗AF) \begin{align*} B'_i &\to \operatorname{End}_\mathbf{Z}(E \otimes_A F), & C'_j{}^0 &\to \operatorname{End}_\mathbf{Z}(E \otimes_A F) \\ B''_h &\to \operatorname{End}_\mathbf{Z}(E \otimes_A F), & C''_{k_c}{}^0 &\to \operatorname{End}_\mathbf{Z}(E \otimes_A F) \end{align*}

定义为 pairwise permutable 像;在其他字中,E⊗AFE \otimes_A F上定义了一个((Bi′),(Bh′′);(Cj′),(Ckc′′))((B'_i), (B''_h); (C'_j), (C''_{k_c}))-多模块结构;正是这个多模块也被称为*张量积*(相对于AA)*

((B'_i); A, (C'_j))-多模块 E 和 (A, (B''_h); (C''_k))-多模块 F。该多模块是普遍映射问题的解,类似于 no. 1 中考虑的;准确地说:

命题 3 05OY

设 G 为 ((B'_i), (B''_h); (C'_j), (C''_k))-多模块。

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 命题 1

被以下引用 § 3. 。 张量积, 学院

(a) 设 g 为多模 E ⊗A\otimes_A F 到 G 的线性映射。E ×\times F 到 G 的映射 f:(x,y)↦g(x⊗y)f : (x, y) \mapsto g(x \otimes y) 是 Z\mathbf{Z} 双线性,并且满足 no. 1 和条件的关系 (1)

{f(μi′x,y)=μi′f(x,y),f(xvj′,y)=f(x,y)vj′f(x,μh′′y)=μh′′f(x,y),f(x,yvk′′)=f(x,y)vk′′ \begin{cases} f(\mu'_i x, y) = \mu'_i f(x, y), & f(x v'_j, y) = f(x, y) v'_j \\ f(x, \mu''_h y) = \mu''_h f(x, y), & f(x, y v''_k) = f(x, y) v''_k \end{cases}

对于所有 x∈E,y∈F,μi′∈Bi′,vj′∈Cj′,μh′′∈Bh′′,vk′′∈Ck′′,i,j,h,kx \in E, y \in F, \mu'_i \in B'_i, v'_j \in C'_j, \mu''_h \in B''_h, v''_k \in C''_k, i, j, h, k 任意。

(b) 相反,令 f 为 E ×\times F 到 G 满足条件 (1) (no. 1) 和 (8) 的 Z\mathbf{Z} 双线性映射。则多模 E ⊗A\otimes_A F 中存在且仅有一个线性映射 g 进入多模 G,使得 f(x,y)=g(x⊗y)f(x, y) = g(x \otimes y) 对应 x∈E,y∈Fx \in E, y \in F。

断言 (a) 紧随 E ⊗A\otimes_A F 上多模块结构的定义,因为对于例 (x⊗y)vj′=(xvj′)⊗y(x \otimes y)v'_j = (xv'_j) \otimes y。为了证明(b),我们首先注no. 1的命题1给出了Z\mathbf{Z}线性映射g的存在性和唯一性,使得g(x⊗y)=f(x,y)g(x \otimes y) = f(x, y)对于x∈E,y∈Fx \in E, y \in F;所需要做的只是验证 g 对于多模结构是线性的。作为元素 x⊗yx \otimes y 生成 Z\mathbf{Z}-模块 E ⊗A\otimes_A F,足以验证关系 g(μ′(x⊗y))=μi′g(x⊗y)g(\mu'(x \otimes y)) = \mu'_i g(x \otimes y) 及其类似物;但这是紧随公式g(x⊗y)=f(x,y)g(x \otimes y) = f(x, y)和关系(8)而来的。

学院 05OZ

E ⊗A\otimes_A F 的元素通常可以用多种方式写成形式 ∑i(xi⊗yi)\sum_i (x_i \otimes y_i),其中 xi∈Ex_i \in E 和 yi∈Fy_i \in F;但要将多模E ⊗A\otimes_A F 的定义线性映射 g 转化为多模G,则无需验证,如果∑i(xi⊗yi)=∑j(xj′⊗yj′)\sum_i (x_i \otimes y_i) = \sum_j (x'_j \otimes y'_j),则∑ig(xi⊗yi)=∑jg(xj′⊗yj′)\sum_i g(x_i \otimes y_i) = \sum_j g(x'_j \otimes y'_j);对于x∈Ex \in E和y∈Fy \in F给出g(x⊗y)g(x \otimes y)就足够了,并验证(x,y)↦g(x⊗y)(x, y) \mapsto g(x \otimes y)是Z\mathbf{Z}双线性并且满足条件(1)(no. 1)和(8)。

令 E' 为 ((B'_i), A, (C'_j))-多模块,F' 为 (A, (B''_h); (C''_k))-多模块,且为多模块的 u:E→E′,v:F→F′u : E \to E', v : F \to F' 线性映射;紧接着从定义 (no. 2) 可以得出,u⊗vu \otimes v 是多模块 E ⊗A\otimes_A F 的线性映射到多模块 E' ⊗A\otimes_A F'。

由于 E 始终表示右A-模,令 sAd_sA_d 表示环 A 被视为 (A, A)-双模 (§ 1, no. 14, 例 1);由上可知,张量积 E ⊗A(sAd)\otimes_A (_sA_d) 具有规范的右A-模结构,使得 (x⊗λ)μ=x⊗(λμ)(x \otimes \lambda)\mu = x \otimes (\lambda \mu) 对应 x∈E,λ∈A,μ∈Ax \in E, \lambda \in A, \mu \in A。 E ×(sAd)\times (_sA_d) 到 E 的映射 (x,λ)↦xλ(x, \lambda) \mapsto x \lambda 是 Z\mathbf{Z} 双线性,并且满足条件 (1) (no. 1) 和 (8) (其中,在后者中,Bi′,Cj′B'_i, C'_j 和 Bh′′B''_h 不存在,族 (Ck′′)(C''_k) 约化至 AA);因此(命题 3),存在E⊗A(sAd)E \otimes_A (sA_d)到EE的AA线性映射gg(称为规范),使得g(x⊗λ)=xλg(x \otimes \lambda) = x\lambda对应于x∈E,λ∈Ax \in E, \lambda \in A。

引用了 2

引用了 例, II § 1, 命题 3

命题 4 05P0

如果EE是右AA-模块,EE到E⊗A(sAd)E \otimes_A (sA_d)的映射h:x↦x⊗1h : x \mapsto x \otimes 1是右AA-模块同构,其逆同构gg是这样的g(x⊗λ)=xλg(x \otimes \lambda) = x\lambda x∈E,λ∈Ax \in E, \lambda \in A。

被以下引用 16

被以下引用 AC I § 2. 平模(*), 命题 7, II § 11, 注, 推论 1, 推论 3, 推论 6, 引理 3, II § 4, 命题 4, II § 4, 推论, II § 5, 命题 2, II § 5, 命题 6, II § 5, 命题 26, II § 7, III § 1. 。 代数, 命题 3, III § 11, 命题 13, III § 7, 定义 1, VIII § 6

如果 gg 为典范映射,g∘hg \circ h 为恒等映射 1E1_E,并且 h∘gh \circ g 重合与 E⊗A(sAd)E \otimes_A (sA_d) 的恒等映射相加,则元素为形式 x⊗yx \otimes y,其中生成后者Z\mathbf{Z}-模块;因此得出结论。

我们通常会写E⊗AAE \otimes_A A而不是E⊗A(sAd)E \otimes_A (sA_d),并且经常通过上面的典范同构将认同E⊗AAE \otimes_A A与EE一起写。观察到,如果EE也有一个(左或右)BB-模块结构与其右AA-模块结构兼容,则对于EE和E⊗AAE \otimes_A A上的BB-模块结构,gg和hh也是同构(因此是多节点) 模同构)。

现在让 FF 成为左 AA 模块; (sAd)⊗AF(sA_d) \otimes_A F(也由A⊗AFA \otimes_A F表示)则具有规范的左AA模块结构,并且如命题4中那样,典范同构将A⊗AFA \otimes_A F定义到FF映射λ⊗x\lambda \otimes x到λx\lambda x,其逆同构为x↦1⊗xx \mapsto 1 \otimes x。

特别地,存在(A,A)(A, A)双模(sAd)⊗A(sAd)(sA_d) \otimes_A (sA_d)到sAdsA_d的典范同构,其中映射λ⊗μ\lambda \otimes \mu到λμ\lambda \mu。

5. 张量积两个模超过交换环

令 CC 为*可交换* 环;对于每个CC-模块EE,EE上的模结构*与其自身兼容*(§ 1, no. 14)。如果EE和FF是两个CC模块,则no. 4的考虑允许我们在张量积和E⊗CFE \otimes_C F上分别构建定义*两个*CC模块结构,使得γ(x⊗y)=(γx)⊗y\gamma(x \otimes y) = (\gamma x) \otimes y和这样γ(x⊗y)=x⊗(γy)\gamma(x \otimes y) = x \otimes (\gamma y);但是,通过 no. 1 的定义 1,在本例中为 (γx)⊗y=x⊗(γy)(\gamma x) \otimes y = x \otimes (\gamma y),这两个结构 相同。从此以后,当我们将 E⊗CFE \otimes_C F 称为 CC-*模* 时,我们将指的是如此定义的结构,否则将说明除非。 典范同构。

σ:F⊗CE→E⊗CF \sigma : F \otimes_C E \to E \otimes_C F

(no. 1,推论 2 到命题 1)则为CC-模同构。

由此定义可以得出,如果(aλ)λ∈L(a_\lambda)_{\lambda \in L}(或(bμ)μ∈M(b_\mu)_{\mu \in M})是CC模块EE(或FF)的*生成的系统*,则(aλ⊗bμ)(a_\lambda \otimes b_\mu)是*生成的 CC模块E⊗CFE \otimes_C F的系统*;特别是,如果EE和FF是*有限生成的*CC模块,那么E⊗CFE \otimes_C F也是。

对于每个CC-模块GG,E×FE \times F的Z\mathbf{Z}双线性映射ff到GG,其中

f(γx,y)=f(x,γy)=γf(x,y)for x∈E,y∈F,γ∈C f(\gamma x, y) = f(x, \gamma y) = \gamma f(x, y) \quad \text{for } x \in E, y \in F, \gamma \in C

然后称为 C-双线性和形式 C-模,用 L2(E,F;G)\mathscr{L}_2(E, F; G) 表示; 命题 3 (no. 4) 定义规范的C模块同构 (cf. § 1, no. 14, 注 1)。

L2(E,F;G)→HomC(E⊗CF,G). \mathscr{L}_2(E, F; G) \to \mathrm{Hom}_C(E \otimes_C F, G).

令E',F'为两个C-模和u:E→E′u : E \to E',v:F→F′v : F \to F'两个C-线性映射;那么 (no. 4) u⊗vu \otimes v 是 E⊗CFE \otimes_C F 到 E′⊗CF′E' \otimes_C F' 的 C 线性映射。 进一步地,(u,v)↦u⊗v(u, v) \mapsto u \otimes v是HomC(E,E′)×HomC(F,F′)\mathrm{Hom}_C(E, E') \times \mathrm{Hom}_C(F, F')到HomC(E⊗CF,E′⊗CF′)\mathrm{Hom}_C(E \otimes_C F, E' \otimes_C F')的C双线性映射,即直接的;因此,规范地存在对应 C 线性映射,称为规范:

HomC(E,E′)⊗CHomC(F,F′)→HomC(E⊗CF,E′⊗CF′) \mathrm{Hom}_C(E, E') \otimes_C \mathrm{Hom}_C(F, F') \to \mathrm{Hom}_C(E \otimes_C F, E' \otimes_C F')

与张量积的每一个元素 u⊗vu \otimes v 相关联

HomC(E,E′)⊗CHomC(F,F′) \mathrm{Hom}_C(E, E') \otimes_C \mathrm{Hom}_C(F, F')

线性映射u⊗vu \otimes v。 注典范映射 (11) 不一定是单射或满射 (§ 4, 习题 2)。

注 05P1

(1) 设A、B为两个交换环、ρ:B→A\rho : B \to A环同态,E、F为两个A-模;那么no. 3的典范映射(6)是B-线性映射

ρ∗(E)⊗ρ∗(F)→ρ∗(E⊗AF). \rho_*(E) \otimes \rho_*(F) \to \rho_*(E \otimes_A F).

(2) 本号中所说的内容。可以推广到以下情况:设 E 为 C 的右A-模、F 左A-模、C 交换环和 ρ:C→A\rho : C \to A 同态到 A 中,使得 ρ(C)\rho(C) 包含在 A 的中心中 (cf.) III, § 1, no. 3)。然后我们可以考虑ρ\rho上的C模块ρ∗(E)\rho_*(E)和ρ∗(F)\rho_*(F)和假设意味着这些C模块结构分别与E和F(§ 1, no. 14)上的A-模结构兼容。因此,张量积E⊗AFE \otimes_A F(凭借no. 4)给出了两个C模块结构,使得γ(x⊗y)=(xρ(γ))⊗y\gamma(x \otimes y) = (x \rho(\gamma)) \otimes y和

γ(x⊗y)=x⊗(ρ(γ)y) \gamma(x \otimes y) = x \otimes (\rho(\gamma)y)

分别对于 γ∈C\gamma \in C、x∈Ex \in E、y∈Fy \in F 和定义 1 (no. 1) 也表明这两个结构是相同的。如果 E'(或 F')是右(或左)A-模,且 u:E→E′u : E \to E'、v:F→F′v : F \to F' 是两个 A-线性映射,则对于刚刚定义的 C 模块结构,u⊗v:E⊗AF→E′⊗AF′u \otimes v : E \otimes_A F \to E' \otimes_A F' 是 C 线性; 映射(u,v)↦u⊗v(u, v) \mapsto u \otimes v:

HomA(E,E′)×HomA(F,F′)→HomC(E⊗AF,E′⊗AF′) \mathrm{Hom}_A(E, E') \times \mathrm{Hom}_A(F, F') \to \mathrm{Hom}_C(E \otimes_A F, E' \otimes_A F')

是C-双线性(对于HomA(E,E′)\mathrm{Hom}_A(E, E')和HomA(F,F′)\mathrm{Hom}_A(F, F')上的C模块结构)在§ 1, no. 14、*注* 1中定义),从而我们还推导出一个*C-线性*映射,称为*规范

(13)Hom⁡A(E,E′)⊗CHom⁡A(F,F′)→Hom⁡C(E⊗AF,E′⊗AF′)\operatorname{Hom}_A(E, E') \otimes_C \operatorname{Hom}_A(F, F') \to \operatorname{Hom}_C(E \otimes_A F, E' \otimes_A F')。

(3) 设A为整环,K为分数的域。如果 E 和 F 是两个向量 K 空间,典范映射

(E[A])⊗A(F[A])→E⊗KF (E_{[A]}) \otimes_A (F_{[A]}) \to E \otimes_K F

(no. 3 和 § 1, no. 13) 是*双射的*。只需 (no. 4) 即可证明,如果 ff 是 E×FE \times F 到向量 K 空间 G 的*A-双线性* 映射,则ff 也是 K-双线性。现在,对于 A 中的所有 α≠0\alpha \neq 0。

αf(α−1x,y)=f(x,y)=αf(x,α−1y) \alpha f(\alpha^{-1}x, y) = f(x, y) = \alpha f(x, \alpha^{-1}y)
从而
f(α−1x,y)=f(x,α−1y)=α−1f(x,y) f(\alpha^{-1}x, y) = f(x, \alpha^{-1}y) = \alpha^{-1}f(x, y)
因为 G 是向量 K 空间。

引用了 3

引用了 II § 1. 。 模, III § 1. 。 代数, 定义 1

6. E⊗AFE \otimes_A F相对于正合序列的性质

命题 5 05P2

设* E、E'、E'' 为右 A-*模*、F 左 A-*模* 且

(14)

E′→uE→vE′′→0 E' \xrightarrow{u} E \xrightarrow{v} E'' \to 0

正合序列线性映射.* 写作 uˉ=u⊗1F,vˉ=v⊗1F,\bar{u} = u \otimes 1_F, \bar{v} = v \otimes 1_F, *序列

被以下引用 8

被以下引用 命题 7, II § 11, 推论, 命题 6, 习题 6, § 4, 命题 14, II § 7, VIII § 11. 。 格罗滕迪克群, 命题 9, VIII § 11, 命题 11, VIII § 6

(15)

E′⊗AF→uˉE⊗AF→vˉE′′⊗AF→0 E' \otimes_A F \xrightarrow{\bar{u}} E \otimes_A F \xrightarrow{\bar{v}} E'' \otimes_A F \to 0

的Z\mathbf{Z}-*同态**是准确的*。

凭借no. 2、公式(5)、vˉ∘uˉ=(v∘u)⊗1F=0\bar{v} \circ \bar{u} = (v \circ u) \otimes 1_F = 0; 像H=uˉ(E′⊗F)H = \bar{u}(E' \otimes F)包含在核L=Ker⁡(vˉ)L = \operatorname{Ker}(\bar{v})中;通过经过求商,因此我们从 vˉ\bar{v} 导出 uˉ\bar{u} 的余核 M=(E⊗F)/HM = (E \otimes F)/H 的 Z\mathbf{Z} 线性映射 ff 到 E′′⊗FE'' \otimes F;必须证明ff是*双射的*,因此它足以满足定义一个Z\mathbf{Z}线性映射g:E′′⊗F→Mg : E'' \otimes F \to M,使得g∘fg \circ f和f∘gf \circ g是恒等映射。

设x′′∈E′′x'' \in E'',y∈Fy \in F;到假设,存在x∈Ex \in E,使得v(x)=x′′v(x) = x''。我们证明,如果x1,x2x_1, x_2是E的两个元素,使得v(x1)=v(x2)=x′′v(x_1) = v(x_2) = x''和ϕ:E⊗F→M\phi : E \otimes F \to M是典范映射,则ϕ(x1⊗y)=ϕ(x2⊗y)\phi(x_1 \otimes y) = \phi(x_2 \otimes y)。只要证明如果v(x)=0v(x) = 0则ϕ(x⊗y)=0\phi(x \otimes y) = 0即可,这是从x=u(x′)x = u(x')与x′∈E′x' \in E'、从而x⊗y=u(x′)⊗y=uˉ(x′⊗y)∈Hx \otimes y = u(x') \otimes y = \bar{u}(x' \otimes y) \in H这一事实得出的。如果对于所有x∈Ex \in E,将(x′′,y)(x'', y)映射到ϕ(x⊗y)\phi(x \otimes y)的唯一值,使得v(x)=x′′v(x) = x'',映射将E′′×FE'' \times F定义到M中;这个映射是Z\mathbf{Z}双线性并且满足条件 (1) (no. 1),因为v(xλ)=x′′λv(x \lambda) = x'' \lambda和(xλ)⊗y=x⊗(λy)(x \lambda) \otimes y = x \otimes (\lambda y)对于x∈Ex \in E;因此,存在E′′⊗FE'' \otimes F到M的Z\mathbf{Z}线性映射gg,使得g(x′′⊗y)=ϕ(x⊗y)g(x'' \otimes y) = \phi(x \otimes y)对应于y∈F,x∈Ey \in F, x \in E和x′′=v(x)x'' = v(x)。这个定义进一步证明了f∘gf \circ g重合和恒等映射对于元素的

形式 x′′⊗yx'' \otimes y 的E′′⊗FE'' \otimes F,因此f∘gf \circ g 是E′′⊗FE'' \otimes F 的恒等映射;另一方面,对于x∈Ex \in E和y∈Fy \in F,f(ϕ(x⊗y))=v(x)⊗yf(\phi(x \otimes y)) = v(x) \otimes y乘以定义,因此g(f(ϕ(x⊗y)))=ϕ(x⊗y)g(f(\phi(x \otimes y))) = \phi(x \otimes y),并且,作为形式ϕ(x⊗y)\phi(x \otimes y)生成M的元素,g∘fg \circ f是恒等映射 M 的。

推论 05P3

设 F、F'、F'' 为左A-模,E 右A-模且*

F′→sF→tF′′⟶0 \begin{array}{ccccc} F' & \xrightarrow{s} & F & \xrightarrow{t} & F'' \longrightarrow 0 \end{array}
(16) 正合序列 / 线性映射。写出 \bar{s} = lE \otimes s, \bar{t} = l_E \otimes t, \mathbf{Z} 同态* 的序列
E⊗AF′→sˉE⊗AF→tˉE⊗AF′′⟶0 \begin{array}{cccccc} E \otimes_A F' & \xrightarrow{\bar{s}} & E \otimes_A F & \xrightarrow{\bar{t}} & E \otimes_A F'' & \longrightarrow 0 \end{array}
(17) *准确。

引用了 3 · 被以下引用 2

引用了 命题 1, 推论 2, 命题 5

被以下引用 引理 1, AC I § 2, 命题 6

当 E(或 F)被视为左(或右)A^0 模时,F \otimes_{A^0} E 被识别为 E \otimes_A F,并且 F' \otimes_{A^0} E 和 F'' \otimes_{A^0} E 也有类似的识别(no. 1,推论 2 到命题 1);推论立即从命题 5 得出。

注 05P4

注一般来说,如果 E' 是右A-模 E 的子模且 j : E' \to E 典范嵌入, 典范映射

j⊗1F:E′⊗F→E⊗F j \otimes 1_F : E' \otimes F \to E \otimes F
不一定是单射的。 在其他字中,对于正合序列
0⟶E′→uE→vE′′⟶0 \begin{array}{ccccccc} 0 & \longrightarrow & E' & \xrightarrow{u} & E & \xrightarrow{v} & E'' \longrightarrow 0 \end{array}
(18) 不能一般可以得出序列
0⟶E′⊗F→uE⊗F→vE′′⊗F⟶0 \begin{array}{ccccccc} 0 & \longrightarrow & E' \otimes F & \xrightarrow{u} & E \otimes F & \xrightarrow{v} & E'' \otimes F \longrightarrow 0 \end{array}
(19) *准确。

取例 A = \mathbf{Z},E = \mathbf{Z},E' = 2\mathbf{Z},F = \mathbf{Z}/2\mathbf{Z}。由于 E' 与 E 同构的,E' \otimes F 与 E \otimes F 同构的,而 E \otimes F 本身又与 F (no. 4, 命题 4) 同构的。但对于所有 x' = 2x \in E' (其中 x \in E)和所有 y \in F,j(x') \otimes y = (2x) \otimes y = x \otimes (2y) = 0,因为 2y = 0,并且 E' \otimes F in E \otimes F 约化的典范像为 0。

在其他字中,对于 E 的子模 E' 和元素 x \in E' ,必须注意区分元素 x \otimes y “在 E' \otimes F' 中计算”和元素 x \otimes y “在 E \otimes F' 中计算”(在其他字,元素 j(x) \otimes y)。

稍后我们将在单位模,模 F 的名称下进行研究,使得序列(19)对于每个正合序列(18)都是精确的(交换代数,I, § 2)。

引用了 1

引用了 命题 4

命题 6 05P5

给定两个正合序列 (14) 和 (16),同态 v \otimes t : E \otimes_A F \to E'' \otimes_A F'' 是满射,其核等于*

Im⁡(u⊗1F)+Im⁡(lE⊗s) \operatorname{Im}(u \otimes 1_F) + \operatorname{Im}(l_E \otimes s)

引用了 2 · 被以下引用 4

引用了 命题 5, 推论

被以下引用 推论 3, II § 11, 注, 习题 1, § 1, 命题 3, III § 5

现在 v⊗t=(v⊗1F′′)∘(1E⊗t)v \otimes t = (v \otimes 1_{F''}) \circ (1_E \otimes t) (no. 2, 公式 (5)) 和 v⊗tv \otimes t 因此是满射的,根据命题 5 及其推论,它是两个满同态的合成。另一方面,要使z∈E⊗Fz \in E \otimes F在v⊗tv \otimes t的核内,(1E⊗t)(z)(1_E \otimes t)(z)属于到v⊗1F′′v \otimes 1_{F''}的核是充分必要的,即,凭借(15)到像

u⊗1F′′:E′⊗F′′→E⊗F′′. u \otimes 1_{F''}: E' \otimes F'' \to E \otimes F''.

但由于同态 t:F→F′′t: F \to F'' 是满射,所以也是

1E′⊗t:E′⊗F→E′⊗F′′ 1_{E'} \otimes t: E' \otimes F \to E' \otimes F''

由命题 5 的推论,因此 zz 约化上的条件存在a∈E′⊗Fa \in E' \otimes F,使得

(lE⊗t)(z)=(u⊗t)(a). (l_E \otimes t)(z) = (u \otimes t)(a).

令 b=z−(u⊗1F)(a)b = z - (u \otimes 1_F)(a);然后(lE⊗t)(b)=0(l_E \otimes t)(b) = 0,并凭借(17),lE⊗sl_E \otimes s的bb属于到像,从而证明命题。

其他字:

推论 1 05P6

令E′E'为右AA模块EE的子模,左AA模块FF的F′F'子模以及Im⁡(E′⊗AF)\operatorname{Im}(E' \otimes_A F)和Im⁡(E⊗AF′)\operatorname{Im}(E \otimes_A F') E⊗AFE \otimes_A F的子Z\mathbf{Z}模块,典范映射E′⊗AF→E⊗AFE' \otimes_A F \to E \otimes_A F各自的像,

E⊗AF′→E⊗AF. E \otimes_A F' \to E \otimes_A F.

然后是一个规范的 Z\mathbf{Z}-模块同构

被以下引用 2

被以下引用 命题 1, III § 4, 命题 8, IV § 6

(20)π:(E/E′)⊗A(F/F′)→(E⊗AF)/(Im⁡(E′⊗AF)+Im⁡(E⊗AF′))(20)\quad \pi : (E/E') \otimes_A (F/F') \to (E \otimes_A F)/(\operatorname{Im}(E' \otimes_A F) + \operatorname{Im}(E \otimes_A F'))

*这样,对于 ξ∈E/E′\xi \in E/E'、η∈F\eta \in F、π(ξ⊗η)\pi(\xi \otimes \eta) 是所有元素 x⊗y∈E⊗AFx \otimes y \in E \otimes_A F 中的类,使得 x∈ξx \in \xi 和 y∈ηy \in \eta。

注,当EE是((Bi′);A,(Cj′))((B'_i); A, (C'_j))多模块时,FF是(A,(Bh′′);(Ck′′))(A, (B''_h); (C''_k))多模块,并且E′E'和F′F'分别是EE和FF的*子多模块*,同构 (20) 对于两侧 (no. 3) 的((Bi′),(Bh′′);(Cj′),(Ck′′))((B'_i), (B''_h); (C'_j), (C''_k))-多模结构来说,是同构。

推论 2 05P7

令aa为AA的右理想,FF为左AA模,aFaF由形式λx\lambda x的元素生成FF的子Z\mathbf{Z}模,其中λ∈a\lambda \in a 和 x∈Fx \in F。然后是一个规范的 Z\mathbf{Z}-模块同构

被以下引用 1

被以下引用 命题 7, II § 11

(21)π:(A/a)⊗AF→F/aF(21)\quad \pi : (A/a) \otimes_A F \to F/aF

*这样,对于所有 λˉ∈A/a\bar{\lambda} \in A/a 和所有 x∈Fx \in F,π(λˉ⊗x)\pi(\bar{\lambda} \otimes x) 是类 mod。 λx\lambda x的aFaF,其中λ∈λˉ\lambda \in \bar{\lambda}。

特别是,对于A=ZA = \mathbf{Z},可以看出,对于每个整数nn和每个Z\mathbf{Z}-模FF,(Z/nZ)⊗ZF(\mathbf{Z}/n\mathbf{Z}) \otimes_{\mathbf{Z}} F都被规范地标识为商Z\mathbf{Z}-模F/nFF/nF。

推论 3 05P8

令AA为交换环,aa为AA和EE以及FF两个AA模的理想,使得aa包含在FF的湮没子中。那么(A/a)(A/a)-模块E⊗AFE \otimes_A F和(E/aE)⊗A/aF(E/aE) \otimes_{A/a} F是规范同构的。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 推论

被以下引用 命题 1, AC III § 5

FF和E⊗AFE \otimes_A F被aa消灭,因此具有规范的(A/a)(A/a)模块结构(§1§ 1,no. 12),如果我们写E′=aEE' = aE,则Im⁡(E′⊗AF)=0\operatorname{Im}(E' \otimes_A F) = 0;那么E⊗AFE \otimes_A F的典范同构(20)到(E/aE)⊗AF(E/aE) \otimes_A F,后者本身与(E/aE)⊗A/aF(E/aE) \otimes_{A/a} F相同(no. 3,命题2的推论)。

推论 4 05P9

令a,ba, b为交换环CC中的两个理想;那么 CC-模块 (C/a)⊗C(C/b)(C/a) \otimes_C (C/b) 与 C(a+b)C(a + b) 是规范同构的。

被以下引用 1

被以下引用 注

7. 张量积 / 乘积和直和

令(Eλ)λ∈L(E_\lambda)_{\lambda \in L}为右AA模块族,(Fμ)μ∈M(F_\mu)_{\mu \in M}为左AA模块族,并考虑乘积模C=∏λ∈LEλ,D=∏μ∈MFμC = \prod_{\lambda \in L} E_\lambda, D = \prod_{\mu \in M} F_\mu。 映射 ((xλ),(yμ))↦(xλ⊗yμ)((x_\lambda), (y_\mu)) \mapsto (x_\lambda \otimes y_\mu) / C×DC \times D 进入乘积 Z\mathbf{Z}-模块

∏(λ,μ)∈L×M(Eλ⊗AFμ) \prod_{(\lambda, \mu) \in L \times M} (E_\lambda \otimes_A F_\mu)
是 Z\mathbf{Z} 双线性且显然满足条件 (1) (no. 1)。因此存在 (no. 1, 命题 1) Z\mathbf{Z}-线性映射,称为规范
f:(∏λ∈LEλ)⊗A(∏μ∈MFμ)→∏(λ,μ)∈L×M(Eλ⊗AFμ) f : \left( \prod_{\lambda \in L} E_\lambda \right) \otimes_A \left( \prod_{\mu \in M} F_\mu \right) \to \prod_{(\lambda, \mu) \in L \times M} (E_\lambda \otimes_A F_\mu)
这样f((xλ)⊗(yμ))=(xλ⊗yμ)f((x_\lambda) \otimes (y_\mu)) = (x_\lambda \otimes y_\mu)。

当C=RL,D=SM,RC = R^L, D = S^M, R(或SS)是右(或左)AA模块时,典范映射(22)与每个张量积u⊗vu \otimes v关联,其中uu是LL到RR的映射,并且将MM中的vv映射转换为SS,将L×ML \times M中的映射(λ,μ)↦u(λ)⊗v(μ)(\lambda, \mu) \mapsto u(\lambda) \otimes v(\mu)转换为R⊗ASR \otimes_A S;即使在这种情况下,典范映射 (22) 通常既不是单射也不是满射(习题 3;cf. 推论 3 到命题 7)。

当EλE_\lambda为((Bi′);A,(Cj′))((B'_i); A, (C'_j))-多模块且FμF_\mu(A,(Bh′′);(Ckc′′))(A, (B''_h); (C''_{k_c}))-多模块时,同态(22)对于两侧的((Bi′),(Bh′′);(Cj′),(Ckc′′))((B'_i), (B''_h); (C'_j), (C''_{k_c}))-多模块结构来说也是同态。

现在考虑CC(或DD)的子模E=⨁λ∈LEλE = \bigoplus_{\lambda \in L} E_\lambda(或⨁μ∈MFμ\bigoplus_{\mu \in M} F_\mu); 典范嵌入 E→C,F→DE \to C, F \to D 定义典型的Z\mathbf{Z}线性映射E⊗AF→C⊗ADE \otimes_A F \to C \otimes_A D,与映射 (22) 组合,给出E⊗AFE \otimes_A F到∏λ,μ(Eλ⊗AFμ)\prod_{\lambda, \mu} (E_\lambda \otimes_A F_\mu)的Z\mathbf{Z}线性映射gg,使得

g((xλ)⊗(yμ))=(xλ⊗yμ); g((x_\lambda) \otimes (y_\mu)) = (x_\lambda \otimes y_\mu);

此外,由于家庭(xλ)(x_\lambda)和(yμ)(y_\mu)有有限支撑,(xλ⊗yμ)(x_\lambda \otimes y_\mu)也是如此,因此最终gg是典范同态

g:(⨁λ∈LEλ)⊗A(⨁μ∈MFμ)→⨁(λ,μ)∈L×M(Eλ⊗AFμ), g : \left( \bigoplus_{\lambda \in L} E_\lambda \right) \otimes_A \left( \bigoplus_{\mu \in M} F_\mu \right) \to \bigoplus_{(\lambda, \mu) \in L \times M} (E_\lambda \otimes_A F_\mu),

这是与(22)相同的条件下的多模块同态。

为了证明这一点,只需将直和G=⨁(λ,μ)∈L×M(Eλ⊗AFμ)G = \bigoplus_{(\lambda, \mu) \in L \times M} (E_\lambda \otimes_A F_\mu)的定义Z\mathbf{Z}线性映射hh映射到E⊗AFE \otimes_A F,使得g∘hg \circ h和h∘gh \circ g是恒等映射。但是,对于 GG 到 E⊗AFE \otimes_A F 的定义 Z\mathbf{Z} 线性映射,(§ 1, no. 6, 命题 6) 到定义 Z\mathbf{Z} 线性映射就足够了

hλμ:Eλ⊗AFμ→E⊗AF h_{\lambda \mu} : E_\lambda \otimes_A F_\mu \to E \otimes_A F

对于每个有序对(λ,μ)(\lambda, \mu),我们取hλμ=iλ⊗jμh_{\lambda \mu} = i_\lambda \otimes j_\mu,其中iλ:Eλ→Ei_\lambda : E_\lambda \to E和jμ:Fμ→Fj_\mu : F_\mu \to F是典范嵌入。然后显然 h∘gh \circ g 重合和恒等映射为形式 (∑λxλ)⊗(∑μyμ)\left( \sum_\lambda x_\lambda \right) \otimes \left( \sum_\mu y_\mu \right) 的元素,其中生成 Z\mathbf{Z}-模块 E⊗AFE \otimes_A F;类似地,g∘hg \circ h重合和恒等映射对于形式∑λ,μ(xλ⊗yμ)\sum_{\lambda, \mu} (x_\lambda \otimes y_\mu)的元素,其中生成Z\mathbf{Z}-模块GG,因为对于每个有序对(λ,μ)(\lambda, \mu) 乘积

xλ⊗yμ(xλ∈Eλ,yμ∈Fμ) x_\lambda \otimes y_\mu \quad (x_\lambda \in E_\lambda, y_\mu \in F_\mu)

生成 Z\mathbf{Z}-模块Eλ⊗AFμE_\lambda \otimes_A F_\mu。 从而命题。

令uλ:Eλ→Eλ′u_\lambda : E_\lambda \to E'_\lambda、vμ:Fμ→Fμ′v_\mu : F_\mu \to F'_\mu为AA-同态;显然图表

(⨁λEλ)⊗A(⨁μFμ)⟶⨁λ,μ(Eλ⊗A(Fμ))(⨁uλ)⊗(⨁vμ)↓↓(⨁(uλ⊗vμ))(⨁λEλ′)⊗A(⨁μFμ′)⟶⨁λ,μ(Eλ′⊗AFμ′) \begin{array}{ccc} \left( \bigoplus_\lambda E_\lambda \right) \otimes_A \left( \bigoplus_\mu F_\mu \right) & \longrightarrow & \bigoplus_{\lambda, \mu} (E_\lambda \otimes_A (F_\mu)) \\ (\bigoplus u_\lambda) \otimes (\bigoplus v_\mu) \downarrow & & \downarrow (\bigoplus (u_\lambda \otimes v_\mu)) \\ \left( \bigoplus_\lambda E'_\lambda \right) \otimes_A \left( \bigoplus_\mu F'_\mu \right) & \longrightarrow & \bigoplus_{\lambda, \mu} (E'_\lambda \otimes_A F'_\mu) \end{array}

是可交换的。

推论 1 05PB

如果左AA-模块FF承认基(bμ)μ∈M(b_\mu)_{\mu \in M},则E⊗AFE \otimes_A F的每个元素都可以唯一地写在形式∑μ(xμ⊗bμ)\sum_\mu (x_\mu \otimes b_\mu)中,其中xμ∈Ex_\mu \in E和族(xμ)(x_\mu)有有限支撑。 Z\mathbf{Z}-模块 E⊗AFE \otimes_A F 与 E(M)E^{(M)} 同构的,被视为 Z\mathbf{Z}-模块。

引用了 2 · 被以下引用 9

引用了 命题 4, 命题 7

被以下引用 引理 10, AC I § 2, 推论 3, 推论 4, 引理 3, II § 4, 命题 4, II § 5, 推出, II § 7, 命题 6, III § 4, 命题 7, III § 4, 命题 5, VIII § 5

The basis (bμ)(b_\mu) defines an isomorphism of FF onto ⨁μ∈MAbμ\bigoplus_{\mu \in M} Ab_\mu, whence there is an isomorphism E⊗AF→⨁μ∈M(E⊗AAbμ)E \otimes_A F \to \bigoplus_{\mu \in M} (E \otimes_A Ab_\mu) by virtue of Proposition 7; as ξ ↦ ξb_μ is an isomorphism of A_s onto Ab_μ, x ↦ x ⊗ b_μ is an isomorphism of E onto E ⊗_A (Ab_μ) by virtue of Proposition 4 of no. 4, whence the corollary.

如果 E 是 ((B'_i); A, (C'_j))-多模,典范同构 E ⊗_A F → E^{(M)} 是 ((B'_i); (C'_j))-多模同构。

特别是,如果 E 也承认基 (a_λ)_{λ ε L},则每个 z ∈ E ⊗_A F 都可以以一种且仅一种方式写成形式 ∑λ,μ(aλξλμ)⊗bμ\sum_{\lambda, \mu} (a_\lambda \xi_{\lambda\mu}) \otimes b_\mu,其中 xi_{λμ} 属于到 A(以及形式有限支撑族);对于 \mathbf{Z} 模结构,映射 z↦(ξλμ)(λ,μ)∈L×Mz \mapsto (\xi_{\lambda\mu})_{(\lambda, \mu) \in L \times M} 是 E ⊗_A F 的同构到 A^{(L × M)}(甚至是 A 的中心上的模结构)。更具体地说:

推论 2 05PC

如果 E 和 F 是交换环 C 上的两个自由模,且 (a_λ)(分别为 (b_μ))是 C 模块 E(分别为 F)的基,则 (a_λ ⊗ b_μ) 是 C 模块 E 的基 ⊗_C F.

被以下引用 9

被以下引用 II § 10. 。 矩阵, § 3. 。 张量积, 推论 7, 注, II § 7, III § 1. 。 代数, 命题 4, III § 4, 注, III § 5, 定理 1, III § 7, 命题 1, VIII § 12

滥用语言,基 (a_λ ⊗ b_μ) 是有时,称为基 (a_λ) 和 (b_μ) 的 张量积。

注(1)。设 E 为自由右A-模,F 为自由左A-模,E 的 (a_λ)_{λ ∈ L} 基和 F 的 (b_μ)_{μ ∈ M} 基。每个元素 z ∈ E ⊗_A F 可以唯一地写为 ∑λaλ⊗yλ\sum_\lambda a_\lambda \otimes y_\lambda,其中y_λ ∈ F,并且也唯一为 ∑μxμ⊗bμ\sum_\mu x_\mu \otimes b_\mu,其中 x_μ ∈ E。如果我们写 yλ=∑μηλμbμy_\lambda = \sum_\mu \eta_{\lambda\mu} b_\mu,xμ=∑λaλξλμx_\mu = \sum_\lambda a_\lambda \xi_{\lambda\mu},其中 xi_{λμ} 和 η_{λμ} 属于为 A,则 ξλμ=ηλμ\xi_{\lambda\mu} = \eta_{\lambda\mu} 对于所有 (λ, μ),对于

∑λ(aλ⊗(∑μηλμbμ))=∑λ,μ((aληλμ)⊗bμ)=∑μ((∑λaληλμ)⊗bμ). \sum_\lambda \left( a_\lambda \otimes \left( \sum_\mu \eta_{\lambda\mu} b_\mu \right) \right) = \sum_{\lambda, \mu} ((a_\lambda \eta_{\lambda\mu}) \otimes b_\mu) = \sum_\mu \left( \left( \sum_\lambda a_\lambda \eta_{\lambda\mu} \right) \otimes b_\mu \right).

推论 3 05PD

设 (E_λ)_{λ ∈ L} 为右A-模族,F 为自由(或有限生成的自由)左A-模。那么典范映射 (22)

引用了 3 · 被以下引用 2

引用了 推论 1, 命题 7, 命题 4

被以下引用 § 3. 。 张量积, 命题 15, II § 7

(∏λ∈LEλ)⊗AF→∏λ∈L(Eλ⊗AF) \left( \prod_{\lambda \in L} E_\lambda \right) \otimes_A F \to \prod_{\lambda \in L} (E_\lambda \otimes_A F)

是单射(或双射)。

如果(b_μ)是F的基,则(∏λ∈LEλ)⊗AF\left( \prod_{\lambda \in L} E_\lambda \right) \otimes_A F的每个元素都可以唯一地写成z=∑μ((xλ(μ))⊗bμ)z = \sum_\mu ((x_\lambda^{(\mu)}) \otimes b_\mu)(推论1);说它的典范像是零意味着,对于所有 λ ε L,∑μ(xλ(μ)⊗bμ)=0\sum_\mu (x_\lambda^{(\mu)} \otimes b_\mu) = 0,因此对于所有 λ ε L 和所有 μ(推论 1),xλ(μ)=0x_\lambda^{(\mu)} = 0 ,因此z=0z = 0。

证明当 F 承认有限基时典范映射是双射的,凭借命题 7,立即减少到以下情况:

F = A_s;但随后两侧都被规范地标识为∏λ∈LEλ\prod_{\lambda \in L} E_\lambda(no. 4,命题 4)和之后,这些标识典范映射(22)成为身份。

推论 4 05PE

设 A 为环,没有除子或零,E 为自由右A-模,F 为自由左A-模。那么 E ⊗A\otimes_A F 中的关系 x ⊗\otimes y = 0 意味着 x = 0 或 y = 0。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 推论 1

被以下引用 命题 1, VII § 4

令(aλ)(a_\lambda)为E的基,F的(bμ)(b_\mu)基,并令x=∑λaλξλ,y=∑μημbμx = \sum_\lambda a_\lambda \xi_\lambda, y = \sum_\mu \eta_\mu b_\mu;那么x⊗y=∑λ,μ((aλξλημ)⊗bμx \otimes y = \sum_{\lambda, \mu} ((a_\lambda \xi_\lambda \eta_\mu) \otimes b_\mu和关系x⊗y=0x \otimes y = 0意味着ξλημ=0\xi_\lambda \eta_\mu = 0对于指标(λ,μ)(\lambda, \mu)的每一个有序对(推论1)。因此,如果x≠0x \neq 0,即至少一个λ\lambda的ξλ≠0\xi_\lambda \neq 0,那么ημ=0\eta_\mu = 0对于所有μ\mu,从而y=0y = 0。

推论 5 05PF

设 E 为 E 的右A-模、F 左A-模、M 子模和 F 的 N 子模。如果 M 为 E 的直因子且 F 的 N 直因子,则典范同态 M⊗AN→E⊗AFM \otimes_A N \to E \otimes_A F 是单内射,在此情况下M⊗ANM \otimes_A N 的像同态是 Z\mathbf{Z} 模块 E⊗AFE \otimes_A F 的直因子。

引用了 1 · 被以下引用 4

引用了 命题 7

被以下引用 引理 1, AC I § 2, 推论 7, 命题 14, II § 7, 命题 2, III § 11

这紧随命题 7 而来。

注,如果 E 是((Bi′);A,(Cj′))((B'_i); A, (C'_j))-多模块,F 是(A,(Bh′′);(Ck′′))(A, (B''_h); (C''_k))-多模块,并且这些多模块中的 M 和 N 直因子,则 M⊗NM \otimes N 是 ((Bi′),(Bh′′);(Cj′),(Ck′′))((B'_i), (B''_h); (C'_j), (C''_k))-多模块 E⊗FE \otimes F 的直因子。

推论 6 05PG

设 P 为射影左A-模,E、F 为射影右A-模。对于每个单同态 u:E→Fu : E \to F、同态*

u⊗1P:E⊗AP→F⊗AP u \otimes 1_P : E \otimes_A P \to F \otimes_A P
*是单射的。

引用了 4 · 被以下引用 4

引用了 命题 4, II § 2, 命题 7, 推论 1, II § 1, 命题 4

被以下引用 命题 7, II § 11, 推论, II § 4, 命题 9, VIII § 11, 命题 11, VIII § 6

存在左A-模 Q,使得 L=P⊕QL = P \oplus Q 是自由的(§ 2, no. 2,命题 4)并且 u⊗1Lu \otimes 1_L 被识别(命题 7)

(u⊗1P)⊕(u⊗1Q);(u \otimes 1_P) \oplus (u \otimes 1_Q);
因此,只要证明 P 是*自由*时的推论就足够了(§ 1, no. 6,推论 1 到命题 7)。与 P=AsP = A_s 的情况相同的参数约化问题,它紧随 no. 4、命题 4。

推论 7 05PH

令C为交换环。如果 E 和 F 是两个射影 C 模,则 E⊗CFE \otimes_C F 是射影 C 模。

引用了 2

引用了 推论 2, 推论 5

这直接从推论 5 以及两个免费 C 模块中的张量积是一个免费 C 模块这一事实得出(推论 2)。

注 2 05PI

在命题7的假设下,令Eλ′E'_\lambda为EλE_\lambda的子模,Fμ′F'_\mu子模为FμF_\mu,并令E′=⨁λ∈LEλ′E' = \bigoplus_{\lambda \in L} E'_\lambda,F′=⨁μ∈MFμ′F' = \bigoplus_{\mu \in M} F'_\mu。令 Im(E′⊗AF′)(E' \otimes_A F') (或 Im(E'_λ ⊗_A F'_μ)) 表示典范映射下 E' ⊗_A F' (或 E'_λ ⊗_AF'_μ) 中 E ⊗_A F (或 E_λ ⊗_A F_μ) 的像;然后同构(23)识别子Z\mathbf{Z}模块

Im⁡(E′⊗AF′)and⨁(λ,μ)∈I×MIm⁡(Eλ′⊗AFμ′); \operatorname{Im}(E' \otimes_A F') \quad \text{and} \quad \bigoplus_{(\lambda, \mu) \in I \times M} \operatorname{Im}(E'_\lambda \otimes_A F'_\mu);

这紧随交换律或图表

(⨁λEλ′)⊗A(⨁μFμ′)⟶(⨁λEλ)⊗A(⨁μFμ)↓↓⨁λ,μ(Eλ′⊗AFμ′)⟶⨁λ,μ(Eλ⊗AFμ) \begin{array}{ccc} \left( \bigoplus_\lambda E'_\lambda \right) \otimes_A \left( \bigoplus_\mu F'_\mu \right) & \longrightarrow & \left( \bigoplus_\lambda E_\lambda \right) \otimes_A \left( \bigoplus_\mu F_\mu \right) \\ \downarrow & & \downarrow \\ \bigoplus_{\lambda, \mu} (E'_\lambda \otimes_A F'_\mu) & \longrightarrow & \bigoplus_{\lambda, \mu} (E_\lambda \otimes_A F_\mu) \end{array}

其中垂直箭头是典范同构。

引用了 1

引用了 命题 7

8. 结合性张量积

命题 8 05PJ

设 A、B 为两个环,E 右A-模,F 为 (A, B) 双模,G 左B-模。则 E ⊗_A F 为右B-模,F ⊗_B G 左A-模且存在且仅有一个 Z\mathbf{Z}-线性映射

引用了 1 · 被以下引用 6

引用了 命题 1

被以下引用 命题 8, AC I § 2, § 3. 。 张量积, 命题 3, II § 5, 命题 6, II § 5, 例, III § 4, 定义 1, VIII § 6

ϕ:(E⊗AF)⊗BG→E⊗A(F⊗BG) \phi : (E \otimes_A F) \otimes_B G \to E \otimes_A (F \otimes_B G)

这样ϕ((x⊗y)⊗z)=x⊗(y⊗z)\phi((x \otimes y) \otimes z) = x \otimes (y \otimes z)*对于*x∈E, y∈F, z∈G;x \in E,\ y \in F,\ z \in G;而且*这个Z\mathbf{Z}线性映射是双射的*(张量积的“结合性”)。

E ⊗_A F 上的右B-模结构和 F ⊗_B G 上的左A-模结构已在no. 4 中定义。 ϕ\phi的唯一性是显而易见的,因为元素(x⊗y)⊗z(x \otimes y) \otimes z生成Z\mathbf{Z}-模块(E⊗AF)⊗BG(E \otimes_A F) \otimes_B G。为了证明ϕ\phi的存在,我们注认为,对于所有z∈G, hz:y↦y⊗zz \in G,\ h_z : y \mapsto y \otimes z来说,左A-模F的A-线性映射到左A-模F⊗_BG。我们写成gz=1E⊗hzg_z = 1_E \otimes h_z,因此它是E的Z\mathbf{Z}线性映射⊗_A F 转化为 E ⊗_A (F ⊗_BG) 并考虑映射 (t,z)↦gz(t)(t, z) \mapsto g_z(t) 从 (E⊗AF×G(E \otimes_A F \times G 转化为 E⊗A(F⊗BG)E \otimes_A (F \otimes_B G);由于hz+z′=hz+hz′h_{z + z'} = h_z + h_{z'}对于z∈G, z′∈Gz \in G,\ z' \in G来说,上面的映射是Z\mathbf{Z}双线性,所以直接的。此外,我们证明对于所有 μ∈B, gμz(t)=gz(tμ)\mu \in B,\ g_{\mu z}(t) = g_z(t \mu);显然,对于 t=x⊗yt = x \otimes y 这样做就足够了,其中 x∈Ex \in E 和 y∈Fy \in F;现在和

gμz(x⊗y)=x⊗(y⊗μz) g_{\mu z}(x \otimes y) = x \otimes (y \otimes \mu z)
gz((x⊗y)μ)=gz(x⊗yμ)=x⊗(yμ⊗z). g_z((x \otimes y)\mu) = g_z(x \otimes y\mu) = x \otimes (y\mu \otimes z).

命题 1 (no. 1) 然后证明Z\mathbf{Z}-线性映射的存在

ϕ:(E⊗AF)⊗BG→E⊗A(F⊗BG) \phi : (E \otimes_A F) \otimes_B G \to E \otimes_A (F \otimes_B G)

这样ϕ(t⊗z)=gz(t)\phi(t \otimes z) = g_z(t),因此ϕ((x⊗y)⊗z)=x⊗(y⊗z)\phi((x \otimes y) \otimes z) = x \otimes (y \otimes z)。类似地,Z\mathbf{Z}-线性映射

ψ:E⊗A(F⊗BG)→(E⊗AF)⊗BG \psi : E \otimes_A (F \otimes_B G) \to (E \otimes_A F) \otimes_B G

被定义为使得ψ(x⊗(y⊗z))=(x⊗y)⊗z\psi(x \otimes (y \otimes z)) = (x \otimes y) \otimes z并且显然ψ∘ϕ\psi \circ \phi和ϕ∘ψ\phi \circ \psi分别是(E⊗AF)⊗BG(E \otimes_A F) \otimes_B G和E⊗A(F⊗BG)E \otimes_A (F \otimes_B G)的恒等映射,因为它们在生成的系统上是约化到恒等映射 Z\mathbf{Z}-模块。

直接的,如果EE是((Ci′);A,(Dj′))((C'_i); A, (D'_j))多模块,FF是(A,(Ch′′);B,(Dk′′))(A, (C''_h); B, (D''_k))多模块,GG是(B,(Cl′′′);(Dm′′′))(B, (C'''_l); (D'''_m))多模块,命题8中定义的典范同构是((Ci′),(Ch′′),(Cl′′′);(Dj′),(Dk′′),(Dm′′′))((C'_i), (C''_h), (C'''_l); (D'_j), (D''_k), (D'''_m))多模块同构。特别是,如果CC是一个*可交换的*环和E,F,GE, F, G三个CC模块,则存在一个规范的CC模块同构

(E⊗CF)⊗CG→E⊗C(F⊗CG). (E \otimes_C F) \otimes_C G \to E \otimes_C (F \otimes_C G).

我们将在下面看到,在某些条件下,张量积的定义可以推广到一系列多模块,这将特别在命题8的假设下为我们提供一个Z\mathbf{Z}-模块E⊗AF⊗BGE \otimes_A F \otimes_B G,它与每个Z\mathbf{Z}-模块(E⊗AF)⊗BG(E \otimes_A F) \otimes_B G和E⊗A(F⊗BG)E \otimes_A (F \otimes_B G),后者将被识别。

9. 多模块系列的张量积

令(Gλ)λ∈L(G_\lambda)_{\lambda \in L}为Z\mathbf{Z}模块族;如果 (xλ)↦u((xλ))(x_\lambda) \mapsto u((x_\lambda)) 相对于每个变量 xλx_\lambda 是可加的,则将集合 G=∏λ∈LGλG = \prod_{\lambda \in L} G_\lambda 的映射 uu 放入Z\mathbf{Z}-模块中被称为*多重可加性*(或Z\mathbf{Z}-*多重线性*);准确地说,这意味着,对于所有 μ∈L\mu \in L 和每个元素 (aλ)∈∏λ≠μGλ(a_\lambda) \in \prod_{\lambda \neq \mu} G_\lambda,规范地识别 GG 与 Gμ×∏λ≠μGλG_\mu \times \prod_{\lambda \neq \mu} G_\lambda,

u(xμ+yμ,(aλ))=u(xμ,(aλ))+u(yμ,(aλ))for xμ,yμ in Gμ. u(x_\mu + y_\mu, (a_\lambda)) = u(x_\mu, (a_\lambda)) + u(y_\mu, (a_\lambda)) \quad \text{for } x_\mu, y_\mu \text{ in } G_\mu.

这特别意味着如果xλx_\lambda之一是零,则u((xλ))=0u((x_\lambda)) = 0。

我们还考虑*普遍映射问题*,其中Σ\Sigma是Z\mathbf{Z}模块结构的类,α\alpha映射是GG到Z\mathbf{Z}模块的多重加法映射。 解仍然是通过考虑GG的元素的形式线性组合的Z\mathbf{Z}-模C=Z(G)C = \mathbf{Z}^{(G)}(系数在Z\mathbf{Z})和CC的子Z\mathbf{Z}-模DD生成元素 / 形式

(xμ+yμ,(zλ)λ≠μ)−(xμ,(zλ)λ≠μ)−(yμ,(zλ)λ≠μ) (x_\mu + y_\mu, (z_\lambda)_{\lambda \neq \mu}) - (x_\mu, (z_\lambda)_{\lambda \neq \mu}) - (y_\mu, (z_\lambda)_{\lambda \neq \mu})

其中 μ∈L,xμ∈Gμ,yμ∈Gμ\mu \in L, x_\mu \in G_\mu, y_\mu \in G_\mu 和 zλ∈Gλz_\lambda \in G_\lambda (λ≠μ\lambda \neq \mu) 是任意的。 Z\mathbf{Z}-模C/DC/D称为Z\mathbf{Z}-*模*的族*(Gλ)λ∈L(G_\lambda)_{\lambda \in L}的*张量积(大于Z\mathbf{Z}),记为⨂λ∈LGλ\bigotimes_{\lambda \in L} G_\lambda;对于GG的每个元素(xλ)λ∈L(x_\lambda)_{\lambda \in L},即CC的典范基元素,⨂λ∈Lxλ\bigotimes_{\lambda \in L} x_\lambda表示C/D中的该元素的典范像。从上面定义可以得出,G到⨂λ∈LGλ\bigotimes_{\lambda \in L} G_\lambda的映射ϕ:(xλ)↦⨂λ∈Lxλ\phi : (x_\lambda) \mapsto \bigotimes_{\lambda \in L} x_\lambda是Z\mathbf{Z}-多重线性,并且对于G到Z\mathbf{Z}模块H的每一个Z\mathbf{Z}-多重线性映射ff,存在一个且仅有一个Z\mathbf{Z}-线性映射g:⨂λ∈LGλ→Hg : \bigotimes_{\lambda \in L} G_\lambda \to H使得f=g∘ϕf = g \circ \phi; 有序对(⨂λ∈LGλ,ϕ)\left( \bigotimes_{\lambda \in L} G_\lambda, \phi \right)因此解决了所讨论的普遍映射问题。

令(Gλ′)λ∈L(G'_\lambda)_{\lambda \in L}为Z\mathbf{Z}模块的另一个族,对于所有λ∈L\lambda \in L,令vλ:Gλ→Gλ′v_\lambda : G_\lambda \to G'_\lambda为Z\mathbf{Z}线性映射(在可交换群的其他字同态中)。然后映射

(xλ)↦⨂λ∈Lvλ(xλ) (x_\lambda) \mapsto \bigotimes_{\lambda \in L} v_\lambda(x_\lambda)
G 到 ⨂λ∈LGλ′\bigotimes_{\lambda \in L} G'_\lambda 的映射是 Z\mathbf{Z}-多重线性的,因此定义典型地是 ⨂λ∈LGλ\bigotimes_{\lambda \in L} G_\lambda 到 ⨂λ∈LGλ′\bigotimes_{\lambda \in L} G'_\lambda 的 Z\mathbf{Z} 线性映射,用 ⨂λ∈Lvλ\bigotimes_{\lambda \in L} v_\lambda 表示,这样
(⨂λ∈Lvλ)(⨂λ∈Lxλ)=⨂λ∈Lvλ(xλ). \left( \bigotimes_{\lambda \in L} v_\lambda \right) \left( \bigotimes_{\lambda \in L} x_\lambda \right) = \bigotimes_{\lambda \in L} v_\lambda(x_\lambda).
特别是,我们考虑,对于 μ∈L\mu \in L、自同态 θ\theta 或 GμG_\mu;我们用⨂λ∈LGλ\bigotimes_{\lambda \in L} G_\lambda的θ~\tilde{\theta}自同态表示等于⨂λ∈Lvλ\bigotimes_{\lambda \in L} v_\lambda,其中vμ=θv_\mu = \theta和vλ=1Gλv_\lambda = 1_{G_\lambda}表示λ≠μ\lambda \neq \mu。

然后我们假设给定集合 Ω\Omega, 映射

c:ω↦(ρ(ω),σ(ω)) c : \omega \mapsto (\rho(\omega), \sigma(\omega))
将 Ω\Omega 转换为 L×LL \times L,并且对于所有 ω∈Ω\omega \in \Omega、Gρ(ω)G_{\rho(\omega)} 的自同态 pωp_\omega 和 Gσ(ω)G_{\sigma(\omega)} 的自同态 qωq_\omega;他们有对应两个自同态 p~ω\tilde{p}_\omega 和q~ω\tilde{q}_\omega P=⨂λ∈LGλP = \bigotimes_{\lambda \in L} G_\lambda。令 R 为当 ω\omega 穿过 Ω\Omega 时,由自同态* p~ω−q~ω\tilde{p}_\omega - \tilde{q}_\omega 的像的并生成的 P * 的子 Z\mathbf{Z} 模。 Z\mathbf{Z}模P/RP/R称为族*(Gλ)λ∈L(G_\lambda)_{\lambda \in L}*相对于*c、p、q的*张量积,并用⨂(c,p,q)Gλ\bigotimes_{(c, p, q)} G_\lambda表示;将典范同态P→P/RP \to P/R与上面定义的映射ϕ:G→⨂λ∈LGλ\phi : G \to \bigotimes_{\lambda \in L} G_\lambda组合,我们得到一个Z\mathbf{Z}-多重线性映射ϕ(c,p,q):G→⨂(c,p,q)Gλ\phi_{(c, p, q)} : G \to \bigotimes_{(c, p, q)} G_\lambda并写成ϕ(c,p,q)((xλ))=⨂(c,p,q)xλ\phi_{(c, p, q)}((x_\lambda)) = \bigotimes_{(c, p, q)} x_\lambda或简称⨂(c)xλ\bigotimes_{(c)} x_\lambda。 ⨂(c,p,q)xλ\bigotimes_{(c, p, q)} x_\lambda 和 ϕ(c,p,q)\phi_{(c, p, q)} 的有序对由……组成解决以下问题 普遍映射问题:令 pˉω\bar{p}_\omega(或 qˉω\bar{q}_\omega)表示映射
(xρ(ω),(xλ)λ≠ρ(ω))↦(pω(xρ(ω)),(xλ)λ≠ρ(ω)) (x_{\rho(\omega)}, (x_\lambda)_{\lambda \neq \rho(\omega)}) \mapsto (p_\omega(x_{\rho(\omega)}), (x_\lambda)_{\lambda \neq \rho(\omega)})
(分别(xσ(ω),(xλ)λ≠σ(ω))↦(qω(xσ(ω)),(xλ)λ≠σ(ω))(x_{\sigma(\omega)}, (x_\lambda)_{\lambda \neq \sigma(\omega)}) \mapsto (q_\omega(x_{\sigma(\omega)}), (x_\lambda)_{\lambda \neq \sigma(\omega)})) G 进入自身。然后Σ\Sigma被视为Z\mathbf{Z}模块结构的类,并且将GG的Z\mathbf{Z}-多线性映射uu的α-映射到Z\mathbf{Z}模块,进一步满足条件

(26)(26)
u∘pˉω=u∘qˉω u \circ \bar{p}_\omega = u \circ \bar{q}_\omega

对于所有ω∈Ω\omega \in \Omega。从上面的定义可以明显看出证明。

这个构造特别恢复了no. 1中描述的E⊗AFE \otimes_A F:在这种情况下,我们采用L={1,2}L = \{1, 2\},G1=EG_1 = E,G2=FG_2 = F,Ω=A\Omega = A;此外,对于所有ω∈A\omega \in A,我们必须有ρ(ω)=1\rho(\omega) = 1,σ(ω)=2\sigma(\omega) = 2,ω\omega是Z\mathbf{Z}模块EE的自同态x↦xωx \mapsto x\omega和qωq_\omega自同态y↦ωyy \mapsto \omega y Z\mathbf{Z}-模块FF。

令(Gλ′)λ∈L(G'_\lambda)_{\lambda \in L}为Z\mathbf{Z}模块的第二个家族;保持映射cc相同,假设给定Gρ(ω)′G'_{\rho(\omega)}的所有ω∈Ω\omega \in \Omega、自同态pω′p'_\omega和Gσ(ω)′G'_{\sigma(\omega)}的自同态qω′q'_\omega。对于所有 λ∈L\lambda \in L,则令 vλ:Gλ→Gλ′v_\lambda : G_\lambda \to G'_\lambda 为 Z\mathbf{Z} 线性映射,使得对于所有 ω∈Ω\omega \in \Omega,

(27)(27)
vρ(ω)∘pω=pω′∘vρ(ω)andvσ(ω)∘qω=qω′∘vσ(ω) v_{\rho(\omega)} \circ p_\omega = p'_\omega \circ v_{\rho(\omega)} \quad \text{and} \quad v_{\sigma(\omega)} \circ q_\omega = q'_\omega \circ v_{\sigma(\omega)}

(在其他字中,对于所有λ∈L\lambda \in L,vλv_\lambda对于GλG_\lambda(或Gλ′G'_\lambda)上定义的pξp_\xi和qηq_\eta(或pξ′p'_\xi和)上的作用的律来说是态射 qη′q'_\eta)与ξ\xi和η\eta,使得ρ(ξ)=λ\rho(\xi) = \lambda和σ(η)=λ\sigma(\eta) = \lambda)。然后映射

u:(xλ)↦⨂(c,p′,q′)vλ(xλ) u : (x_\lambda) \mapsto \bigotimes_{(c, p', q')} v_\lambda(x_\lambda)
GG 到 ⨂(c,p′,q′)Gλ′\bigotimes_{(c, p', q')} G'_\lambda 的映射是 Z\mathbf{Z} 多重线性,并且满足条件 (26),因此定义是 ⨂(c,p,q)Gλ\bigotimes_{(c, p, q)} G_\lambda 到 ⨂(c,p′,q′)Gλ′\bigotimes_{(c, p', q')} G'_\lambda 的 Z\mathbf{Z} 线性映射,如果不会混淆的话,我们将简单地用 ⨂(c)vλ\bigotimes_{(c)} v_\lambda 来表示出现。

现在我们将为如此定义的一般张量积给出“结合性”性质。令(Li)1≤i≤n(L_i)_{1 \leq i \leq n}为LL的有限划分;对于每个指标ii,令Ωi\Omega_i表示Ω\Omega由……组成或元素的子集,使得ρ(ω)∈Li\rho(\omega) \in L_i和σ(ω)∈Li\sigma(\omega) \in L_i;显然Ωi\Omega_i是成对的不相交的;我们集合Ω′=Ω−(⋃iΩi)\Omega' = \Omega - \left( \bigcup_i \Omega_i \right)。对于每个指标ii,c(i)c^{(i)}将把Ωi\Omega_i中的映射ω↦(ρ(ω),σ(ω))\omega \mapsto (\rho(\omega), \sigma(\omega))表示为Li×LiL_i \times L_i;对于ω∈Ωi\omega \in \Omega_i,我们写为pω(i)p^{(i)}_\omega和qω(i)q^{(i)}_\omega,而不是pωp_\omega和qωq_\omega。那么对于每个 ii 都有一个“部分”张量积

Fi=⨂(c(i),p(i),q(i))Gλ. F_i = \bigotimes_{(c^{(i)}, p^{(i)}, q^{(i)})} G_\lambda.

我们进一步做出以下“可置换性”假设:

(P) 如果ω∈Ω′\omega \in \Omega'、pωp_\omega(分别qωq_\omega)与Gρ(ω)G_{\rho(\omega)}(分别Gσ(ω)G_{\sigma(\omega)})的自同态、pξp_\xi和qηq_\eta进行排列,使得ξ∉Ω′\xi \notin \Omega'、η∉Ω′\eta \notin \Omega'和ρ(ω)=ρ(ξ)=σ(η)\rho(\omega) = \rho(\xi) = \sigma(\eta) (分别σ(ω)=ρ(ξ)=σ(η)\sigma(\omega) = \rho(\xi) = \sigma(\eta))。

对于每个ω∈Ω′\omega \in \Omega',令ii为指标,使得ρ(ω)∈Li\rho(\omega) \in L_i;然后考虑家庭(vλ)λ∈Li(v_\lambda)_{\lambda \in L_i},其中vρ(ω)=pωv_{\rho(\omega)} = p_\omega和vλ=1Gλv_\lambda = 1_{G_\lambda}代表λ≠ρ(ω)\lambda \neq \rho(\omega); 假设(P)意味着族(vλ)(v_\lambda)满足条件(27)(其中p′p'和pp必须由p(i)p^{(i)}、q′q'和qq替换为q(i)q^{(i)}、ω\omega替换为元素ξ\xi贯穿Ωi\Omega_i);因此自同态⨂(c(i))vλ=rω\bigotimes_{(c^{(i)})} v_\lambda = r_\omega源自Z\mathbf{Z}-模块FiF_i。类似地,自同态sωs_\omega是从qωq_\omega开始的Z\mathbf{Z}模块FjF_j的定义,jj是指标,使得σ(ω)∈Lj\sigma(\omega) \in L_j;最后让d(ω)=(i,j)d(\omega) = (i, j)。然后我们可以定义 张量积 ⨂(d,r,s)Fi\bigotimes_{(d, r, s)} F_i 和相应的典范映射

ϕ(d,r,s):∏i=1nFi→⨂(d,r,s)Fi. \phi_{(d, r, s)} : \prod_{i=1}^n F_i \to \bigotimes_{(d, r, s)} F_i.

另一方面,对于每个ii,典范映射

ψi=ϕ(c(i),p(i),q(i)):∏λ∈LiGλ→Fi; \psi_i = \phi_{(c^{(i)}, p^{(i)}, q^{(i)})} : \prod_{\lambda \in L_i} G_\lambda \to F_i;

使用集合的乘积的结合性,导出GG到⨂(d,r,s)Fi\bigotimes_{(d, r, s)} F_i的Z\mathbf{Z}-多重线性映射ψ=ϕ(d,r,s)∘(ψi)\psi = \phi_{(d, r, s)} \circ (\psi_i)。我们证明*有序对* (⨂(d,r,s)Fi,ψ)\left( \bigotimes_{(d, r, s)} F_i, \psi \right) 是相同通用问题的解 (⨂(c,p,q)Gλ,ϕ(c,p,q))\left( \bigotimes_{(c, p, q)} G_\lambda, \phi_{(c, p, q)} \right),从而将遵循*唯一* Z\mathbf{Z}-模块*同构*的存在

θ:⨂(c,p,q)Gλ→⨂(d,r,s)Fi \theta : \bigotimes_{(c, p, q)} G_\lambda \to \bigotimes_{(d, r, s)} F_i

这样ψ=θ∘ϕ(c,p,q)\psi = \theta \circ \phi_{(c, p, q)}(*集合理论*,IV, § 3, no. 1)。

到nn的归纳,证明减少到n=2n = 2;为简单起见,我们写为 F1⊗(d)F2F_1 \otimes_{(d)} F_2 和 y1⊗(d)y2y_1 \otimes_{(d)} y_2 而不是 ⨂(d,r,s)Fi\bigotimes_{(d, r, s)} F_i 和 ⨂(d,r,s)yi\bigotimes_{(d, r, s)} y_i。考虑从GG到F1⊗(d)F2F_1 \otimes_{(d)} F_2的映射

h:(xλ)→(⨂(c(1))xλ)⊗(d)(⨂(c(2))xλ). h : (x_\lambda) \to \left( \bigotimes_{(c^{(1)})} x_\lambda \right) \otimes_{(d)} \left( \bigotimes_{(c^{(2)})} x_\lambda \right).

显然是Z\mathbf{Z}-多重线性;我们证明它对于所有 ω∈Ω\omega \in \Omega 都满足条件 (26)。如果ω∈Ω1\omega \in \Omega_1或ω∈Ω2\omega \in \Omega_2,这是显而易见的;否则,假设在阶中修正思路,ρ(ω)∈L1\rho(\omega) \in L_1和σ(ω)∈L2\sigma(\omega) \in L_2,h∘pˉωh \circ \bar{p}_\omega的值和h∘qˉωh \circ \bar{q}_\omega在(xλ)(x_\lambda)分别是

(rω(⨂(c(1))xλ))⊗(d)(⨂(c(2))xλ)and(⨂(c(1))xλ)⊗(d)(sω(⨂(c(2))xλ)) \left( r_\omega \left( \bigotimes_{(c^{(1)})} x_\lambda \right) \right) \otimes_{(d)} \left( \bigotimes_{(c^{(2)})} x_\lambda \right) \quad \text{and} \quad \left( \bigotimes_{(c^{(1)})} x_\lambda \right) \otimes_{(d)} \left( s_\omega \left( \bigotimes_{(c^{(2)})} x_\lambda \right) \right)

也等于定义或 F1⊗(d)F2F_1 \otimes_{(d)} F_2。

既然如此,让uu是GG到Z\mathbf{Z}-模块HH,满足条件的Z\mathbf{Z}多线性映射(26);我们将定义一个Z\mathbf{Z}线性映射v:F1⊗(d)F2→Hv : F_1 \otimes_{(d)} F_2 \to H,这样u=v∘hu = v \circ h将证明我们的断言(重复no. 1的论证,推论1到命题1)。对于所有z2=(xλ)λ∈L2z_2 = (x_\lambda)_{\lambda \in L_2},我们将∏λ∈L1Gλ\prod_{\lambda \in L_1} G_\lambda的“部分”线性映射考虑为HH

u(.,z2):(xλ)λ∈L1↦u((xλ)λ∈L1,z2)=u((xλ)λ∈L). u(., z_2): (x_\lambda)_{\lambda \in L_1} \mapsto u((x_\lambda)_{\lambda \in L_1}, z_2) = u((x_\lambda)_{\lambda \in L}).

显然它是 Z\mathbf{Z}-多重线性且对于 ω∈Ω1\omega \in \Omega_1 满足条件 (26);通过定义,因此存在F1F_1到HH的Z\mathbf{Z}线性映射y1↦w1(y1,x2)y_1 \mapsto w_1(y_1, x_2),使得

w1(⨂(c(1))xλ,z2)=u((xλ)λ∈L1,z2) w_1\left( \bigotimes_{(c^{(1)})} x_\lambda, z_2 \right) = u((x_\lambda)_{\lambda \in L_1}, z_2)

我们接下来考虑映射

u2:(xλ)λ∈L2↦w1(.,(xλ)λ∈L2) u_2: (x_\lambda)_{\lambda \in L_2} \mapsto w_1(., (x_\lambda)_{\lambda \in L_2})

∏λ∈L2Gλ\prod_{\lambda \in L_2} G_\lambda 变为 HomZ(F1,H)\mathrm{Hom}_\mathbf{Z}(F_1, H);显然,它是Z\mathbf{Z}-多线性的,并且凭借uu和关系(28)和(29)上的假设,并且考虑到形式的元素这一事实,对于ω∈Ω2\omega \in \Omega_2满足条件(26) ⨂(c(1))xλ\bigotimes_{(c^{(1)})} x_\lambda生成Z\mathbf{Z}-模块F1F_1。因此存在Z\mathbf{Z}-线性映射

w2:F2→HomZ(F1,H) w_2: F_2 \to \mathrm{Hom}_\mathbf{Z}(F_1, H)

这样

w2(⨂(c(2))xλ)=u2((xλ)λ∈L2) w_2\left( \bigotimes_{(c^{(2)})} x_\lambda \right) = u_2((x_\lambda)_{\lambda \in L_2})

或者也

(w2(⨂(c(2))xλ))(⨂(c(1))xλ)=u((xλ)λ∈L). \left( w_2\left( \bigotimes_{(c^{(2)})} x_\lambda \right) \right)\left( \bigotimes_{(c^{(1)})} x_\lambda \right) = u((x_\lambda)_{\lambda \in L}).

我们现在考虑,对于y1∈F1,y2∈F2y_1 \in F_1, y_2 \in F_2,元素 of HH

w(y1,y2)=(w2(y2))(y1). w(y_1, y_2) = (w_2(y_2))(y_1).

显然,ww 是F1×F2F_1 \times F_2 到HH 的Z\mathbf{Z} 双线性映射。我们进一步表明,对于所有ω∈Ω′\omega \in \Omega',(假设,为了修正想法,ρ(ω)∈L1\rho(\omega) \in L_1和σ(ω)∈L2\sigma(\omega) \in L_2)

w(rω(y1),y2)=w(y1,sω(y2)). w(r_\omega(y_1), y_2) = w(y_1, s_\omega(y_2)).

It suffices to verify this relation when y1y_1 (resp. y2y_2) is of the form ⨂(c(1))xλ\bigotimes_{(c^{(1)})} x_\lambda (resp. ⨂(c(2))xλ\bigotimes_{(c^{(2)})} x_\lambda), since these elements generate the Z\mathbf{Z}-module F1F_1 (resp. F2F_2). 但是通过定义、rω(⨂(c(1))xλ)=⨂(c(1))xλ′r_\omega\left( \bigotimes_{(c^{(1)})} x_\lambda \right) = \bigotimes_{(c^{(1)})} x'_\lambda,其中xρ(ω)′=pω(xρ(ω))x'_{\rho(\omega)} = p_\omega(x_{\rho(\omega)})和xλ′=xλx'_\lambda = x_\lambda,对于L₁中的λ≠ρ(ω);类似地sω(⨂(c(2))xλ)=⨂(c(2))xλ′′s_\omega\left( \bigotimes_{(c^{(2)})} x_\lambda \right) = \bigotimes_{(c^{(2)})} x''_\lambda,其中xσ(ω)′′=qω(xσ(ω)′)x''_{\sigma(\omega)} = q_\omega(x'_{\sigma(\omega)})和xλ′′=xλx''_\lambda = x_\lambda,对于L₂中的λ≠σ(ω);使用(30)和(31),然后从(26)得出关系(32)。 因此,存在 F₁ ⊗ F2 到 H 的 Z\mathbf{Z} 线性映射 v,使得 v(y1⊗y2)=w(y1,y2)v(y_1 \otimes y_2) = w(y_1, y_2),然后从 (30) 和 (31) 得出 v∘h=uv \circ h = u。

上面定义的一般张量积最重要的特殊情况如下:我们从环的族(Ai)1≤i≤n−1(A_i)_{1 \leq i \leq n-1}和族(Ei)1≤i≤n(E_i)_{1 \leq i \leq n}开始,其中E1E_1是右A1A_1模块,EnE_n是左An−1A_{n-1}模,并且2≤i≤n−12 \leq i \leq n-1、EiE_i 是(Ai−1,Ai)(A_{i-1}, A_i) 双模。那么上面的定义应用如下:L是集合[1,n][1, n],Gi=EiG_i = E_i,Ω是AiA_i(1≤i≤n−11 \leq i \leq n-1)的集合和。对于ω∈Ai\omega \in A_i (1≤i≤n−11 \leq i \leq n-1),取ρ(ω)=i\rho(\omega) = i、σ(ω)=i+1\sigma(\omega) = i + 1、pωp_\omega 为ZZ-模EiE_i 和qωq_\omega 自同态的自同态 x↦xωx \mapsto x\omega ZZ-模块Ei+1E_{i+1}的y↦ωyy \mapsto \omega y; 相应的张量积表示为

E1⊗A1E2⊗A2E3⊗⋯⊗An−2En−1⊗An−1En E_1 \otimes_{A_1} E_2 \otimes_{A_2} E_3 \otimes \cdots \otimes_{A_{n-2}} E_{n-1} \otimes_{A_{n-1}} E_n

(记号,其中AiA_i偶尔会被抑制)和张量积的元素⨂(c,p,q)xi\bigotimes_{(c, p, q)} x_i,对于(xi)(x_i)家庭,xi∈Eix_i \in E_i代表1≤i≤n1 \leq i \leq n,如果不会引起混淆,可以写成x1⊗x2⊗⋯⊗xnx_1 \otimes x_2 \otimes \cdots \otimes x_n;类似的记号用于ZZ线性映射⨂(c)vi\bigotimes_{(c)} v_i。 假设 (P) 对于[1,n][1, n]的每一个划分都成立,因为EiE_i对于2≤i≤n−12 \leq i \leq n-1来说是双模。当n=3n = 3时,我们定义了no. 8中提到的ZZ模块E⊗AF⊗BGE \otimes_A F \otimes_B G,并恢复了命题8(no. 8)。

当每个 EiE_i 都是多模块时(对于 2≤i≤n−12 \leq i \leq n-1,Ai−1A_{i-1} 环之一在左侧操作,AiA_i 环之一在右侧操作,并且类似条件对于 i=1i = 1 和 i=ni = n),如下所示no. 4,相对于所有环,在E1⊗A1E2⊗⋯⊗An−1EnE_1 \otimes_{A_1} E_2 \otimes \cdots \otimes_{A_{n-1}} E_n上定义了多模块结构,除了在EiE_i(1≤i≤n1 \leq i \leq n)上运行的AiA_i之外。

特别地,令C为交换环,(Ei)1≤i≤n(E_i)_{1 \leq i \leq n}一系列C模块。通过给定E1E_1和EnE_n两个与给定结构相同的C模块结构和EiE_i对于2≤i≤n−12 \leq i \leq n-1三个与给定结构相同的C模块结构,我们在张量积上计算定义

E1⊗CE2⊗CE3⊗⋯⊗CEn−1⊗CEn E_1 \otimes_C E_2 \otimes_C E_3 \otimes \cdots \otimes_C E_{n-1} \otimes_C E_n

nnC-模块结构与一个另一个兼容,并且实际上是相同的,因为对于所有γ∈C\gamma \in C和(xi)∈∏i=1nEi(x_i) \in \prod_{i=1}^n E_i,通过定义

(γx1)⊗x2⊗⋯⊗xn=x1⊗(γx2)⊗⋯⊗xn=⋯=x1⊗x2⊗⋯⊗(γxn). (\gamma x_1) \otimes x_2 \otimes \cdots \otimes x_n \\ = x_1 \otimes (\gamma x_2) \otimes \cdots \otimes x_n = \cdots = x_1 \otimes x_2 \otimes \cdots \otimes (\gamma x_n).

当我们将张量积 (34) 称为 C 模时,我们总是指的是结构,另外提到的除非,如果不会引起混淆,张量积 (34) 也用 ⨂1≤i≤nEi\bigotimes_{1 \leq i \leq n} E_i 表示。对于每个 C-模 G,∏i=1nEi\prod_{i=1}^n E_i 到 G 的Z\mathbf{Z}-多线性映射,其中,对于每个指标 i,满足关系

f(x1,…,xi−1,γxi,xi+1,…,xn)=γf(x1,…,xn) f(x_1, \ldots, x_{i-1}, \gamma x_i, x_{i+1}, \ldots, x_n) = \gamma f(x_1, \ldots, x_n)

对于γ∈C\gamma \in \mathbf{C}和(xi)∈∏iEi(x_i) \in \prod_i E_i则称为C-多线性和形式一个C-模,用Ln(E1,…,En;G)\mathscr{L}_n(E_1, \ldots, E_n; G)表示; 张量积 (34) 的泛性质允许我们定义一个规范的 C 模块同构

Ln(E1,…,En;G)→Hom⁡C(E1⊗CE2⊗⋯⊗CEn,G) \mathscr{L}_n(E_1, \ldots, E_n; G) \to \operatorname{Hom}_\mathbf{C}(E_1 \otimes_\mathbf{C} E_2 \otimes \cdots \otimes_\mathbf{C} E_n, G)

它与每个 C-多线性映射 f 和 C-线性映射 g 相关联,使得

f(x1,…,xn)=g(x1⊗x2⊗⋯⊗xn). f(x_1, \ldots, x_n) = g(x_1 \otimes x_2 \otimes \cdots \otimes x_n).

E1×⋯×EnE_1 \times \cdots \times E_n 到 C\mathbf{C} 的 C 多重线性映射也称为 nn 线性形式。

令(Fi)1≤i≤n(F_i)_{1 \leq i \leq n}为另一个系列C模块;对于n个C线性映射ui:Ei→Fi,u1⊗u2⊗⋯⊗unu_i : E_i \to F_i, u_1 \otimes u_2 \otimes \cdots \otimes u_n(也表示为⨂1≤i≤nui\bigotimes_{1 \leq i \leq n} u_i)中的每个系统,是一个C线性映射

E1⊗CE2⊗⋯⊗CEn into F1⊗CF2⊗⋯⊗CFn. E_1 \otimes_\mathbf{C} E_2 \otimes \cdots \otimes_\mathbf{C} E_n \text{ into } F_1 \otimes_\mathbf{C} F_2 \otimes \cdots \otimes_\mathbf{C} F_n.

此外,(u1,…,un)↦u1⊗u2⊗⋯⊗un(u_1, \ldots, u_n) \mapsto u_1 \otimes u_2 \otimes \cdots \otimes u_n 是 ∏iHom⁡C(Ei,Fi)\prod_i \operatorname{Hom}_\mathbf{C}(E_i, F_i) 的 C 多重线性映射

Hom⁡C(E1⊗CE⊗⋯⊗CEn,F1⊗CF2⊗⋯⊗CFn). \operatorname{Hom}_\mathbf{C}(E_1 \otimes_\mathbf{C} E \otimes \cdots \otimes_\mathbf{C} E_n, F_1 \otimes_\mathbf{C} F_2 \otimes \cdots \otimes_\mathbf{C} F_n).

因此,对应规范地到后者映射,一个C线性映射称为规范

Hom⁡C(E1,F1)⊗CHom⁡C(E2,F2)⊗⋯⊗CHom⁡C(En,Fn) \operatorname{Hom}_\mathbf{C}(E_1, F_1) \otimes_\mathbf{C} \operatorname{Hom}_\mathbf{C}(E_2, F_2) \otimes \cdots \otimes_\mathbf{C} \operatorname{Hom}_\mathbf{C}(E_n, F_n)
→Hom⁡C(E1⊗CE2⊗⋯⊗CEn,F1⊗CF2⊗⋯⊗CFn) \to \operatorname{Hom}_\mathbf{C}(E_1 \otimes_\mathbf{C} E_2 \otimes \cdots \otimes_\mathbf{C} E_n, F_1 \otimes_\mathbf{C} F_2 \otimes \cdots \otimes_\mathbf{C} F_n)

将 no. 5 中定义的内容概括为 n=2n = 2。

前面看到的通用结合性性质可以在这里特殊化如下。给定N\mathbf{N}的区间{1,n}\{1, n\}的划分(Jk)1≤k≤m(J_k)_{1 \leq k \leq m},令对于每个kk,FkF_k为张量积Ei1⊗CEi2⊗⋯⊗CEirE_{i_1} \otimes_\mathbf{C} E_{i_2} \otimes \cdots \otimes_\mathbf{C} E_{i_r},其中(i1,…,ir)(i_1, \ldots, i_r)为严格递增的序列元素 JkJ_k。然后是一个规范的C模块同构(称为“结合性同构”)

F1⊗CF2⊗⋯⊗CFm→E1⊗CE2⊗⋯⊗CEn F_1 \otimes_C F_2 \otimes \cdots \otimes_C F_m \to E_1 \otimes_C E_2 \otimes \cdots \otimes_C E_n

其中,上面的记号、映射张量积

y1⊗y2⊗⋯⊗ym,where yk=xi1⊗xi2⊗⋯⊗xir, y_1 \otimes y_2 \otimes \cdots \otimes y_m, \quad \text{where } y_k = x_{i_1} \otimes x_{i_2} \otimes \cdots \otimes x_{i_r},

到张量积x1⊗x2⊗⋯⊗xnx_1 \otimes x_2 \otimes \cdots \otimes x_n(其中xi∈Eix_i \in E_i代表所有ii)。

特别是,如果π\pi是{1,n}\{1, n\}的置换,将Jk={π(k)}J_k = \{\pi(k)\}写成1≤k≤n1 \leq k \leq n,我们得到一个规范的(“交换律”)同构

Eπ(1)⊗CEπ(2)⊗⋯⊗CEπ(n)→E1⊗CE2⊗⋯⊗CEn E_{\pi(1)} \otimes_C E_{\pi(2)} \otimes \cdots \otimes_C E_{\pi(n)} \to E_1 \otimes_C E_2 \otimes \cdots \otimes_C E_n

其中映射 xπ(1)⊗xπ(2)⊗⋯⊗xπ(n)x_{\pi(1)} \otimes x_{\pi(2)} \otimes \cdots \otimes x_{\pi(n)} 至 x1⊗x2⊗⋯⊗xnx_1 \otimes x_2 \otimes \cdots \otimes x_n。我们经常将认同各种张量积其中对应到这些典范同构下的一个另一个。

对于1≤i≤n1 \leq i \leq n,假设EiE_i承认基(bλi(i))λi∈Li(b^{(i)}_{\lambda_i})_{\lambda_i \in L_i};通过nn上的归纳,从no. 7,推论2到命题7,(bλ1(1)⊗bλ2(2)⊗⋯⊗bλn(n))(b^{(1)}_{\lambda_1} \otimes b^{(2)}_{\lambda_2} \otimes \cdots \otimes b^{(n)}_{\lambda_n})族,其中(λ1,…,λn)(\lambda_1, \ldots, \lambda_n)贯穿∏1≤i≤nLi\prod_{1 \leq i \leq n} L_i,是⨁1≤i≤nEi\bigoplus_{1 \leq i \leq n} E_i的基,有时称为*有问题的基(bλ1(1))(b^{(1)}_{\lambda_1})中的张量积*。

注 05PK

(1) 上述关于模超过交换环的情况的注一般化为no. 5,*注* 2,当存在张量积E1⊗A1E2⊗⋯⊗An−1EnE_1 \otimes_{A_1} E_2 \otimes \cdots \otimes_{A_{n-1}} E_n时,其中环AiA_i不一定是可交换的,并且对于每个ii,存在相同*可交换*环CC的同态ρi:C→A\rho_i : C \to A,使得: (1) ρi(C)\rho_i(C)包含在AiA_i的*中心*中; (2) 对于2≤i≤n−12 \leq i \leq n - 1,使用同态ρi−1\rho_{i-1}和ρi\rho_i*重合*获得EiE_i上的CC模块结构。那么类似于(13)(no. 5)在E1⊗A1E2⊗⋯⊗An−1EnE_1 \otimes_{A_1} E_2 \otimes \cdots \otimes_{A_{n-1}} E_n和典范映射上得到一个CC-*模*结构,留给读者自己描述。

(2) 设A,BA, B为两个环,EE为右AA模块,E′E'为左AA模块,FF为右BB模块,F′F'为左BB模块。然后,将 (E⊗AE′)×(F⊗BF′)(E \otimes_A E') \times (F \otimes_B F') 的 Z-bilinear\mathbf{Z}\text{-bilinear} 映射转换为 Z-module\mathbf{Z}\text{-module} GG,然后与 E×E′×F×F′E \times E' \times F \times F' 的 Z-multilinear\mathbf{Z}\text{-multilinear} 映射 ff 进行*一对一的对应* 转换为 GG 满足条件

{f(xλ,x′,y,y′)=f(x,λx′,y,y′)f(x,x′,yμ,y′)=f(x,x′,y,μy′) \begin{cases} f(x \lambda, x', y, y') = f(x, \lambda x', y, y') \\ f(x, x', y \mu, y') = f(x, x', y, \mu y') \end{cases}

λ∈A,μ∈B,x∈E,x′∈E′,y∈F,y′∈F′\lambda \in A, \mu \in B, x \in E, x' \in E', y \in F, y' \in F'。本号中给出的一般构造。 约化证明定义了(E⊗AE′)⊗Z(F⊗BF′)(E \otimes_A E') \otimes_{\mathbf{Z}} (F \otimes_B F')和E⊗AE′⊗ZF⊗BF′E \otimes_A E' \otimes_{\mathbf{Z}} F \otimes_B F'之间的规范Z-module\mathbf{Z}\text{-module}同构,它源自形式的张量积的结合性性质(33)。

习题

参见习题为 § 3。

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