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§ 5。标量的环的扩张
1. 模标量的环的扩张
设A,B为两个环和ρ:A→B环同态;我们考虑由这个同态(§1,no. 13)定义的正确A模块ρ∗(Bd);这个A模块也有一个左B模块结构,即Bs的结构,并且,正如B中a∈A,b,b′的b′(bρ(a))=(b′b)ρ(a)一样,B上的这两个模结构是兼容的(§1,no. 14)。这允许我们,对于每个左A-模块E,到定义张量积ρ∗(Bd)⊗AE上的左B-模块结构,使得B和x∈E中的β,β′有β′(β⊗x)=(β′β)⊗x (§3,no. 3)。这个左B模块据说是通过ρ*将标量的环扩展到B*从E派生出来的,如果不引起混淆的话,它用ρ∗(E)或E(B)表示。
对于每个左A-模块E,E的映射ϕ:x↦1⊗x进入A-模块ρ∗(ρ∗(E))是A线性和集合ϕ(E)生成 B-模块ρ∗(E)。此外,对于E到A-模块ρ∗(F)的每个左B-模块F和每个A-线性映射f,存在且仅有一个B-线性映射fˉ ρ∗(E) 转换为 F,这样 fˉ(1⊗x)=f(x) 对于所有 x∈E。
被以下引用 5
被以下引用 § 5. 。标量的环的扩张, 推论, 注, 命题 1, III § 1, 命题 20, III § 10
B可以通过ρ被视为(B,A)双模;那么有一个规范的 Z-模块同构
(1)
HomB(B⊗AE,F)→HomA(E,HomB(Bs,F)) 正如在
§4、no. 1、命题 1 中所见。但是左侧
A 模块
HomB(Bs,F) 被规范地标识为
ρ∗(F):对于,通过定义 (
§1,no. 14),有对应到元素
y∈F同态
θ(y):Bs→F使得
(θ(y))(1)=y;对于所有
λ∈A,因此
Bs的对应到
ρ(λ)y∈F同态
μ↦μρ(λ)y进入
F,这只是
HomB(Bs,F)上左侧
A模块结构的
λθ(y) (
§1,no. 14)。使用这个识别,我们因此获得*规范*
Z-模块*同构*,(1)的逆
(2)
δ:HomA(E,ρ∗(F))→HomB(ρ∗(E),F) 从定义可以立即得出,如果
δ(f)=fˉ,则对于所有
x∈E,
fˉ(1⊗x)=f(x)。特别是,映射
ϕE:x↦1⊗x只是 (3)
ϕE=δ−1(1ρ∗(E)).
因此命题1得证。 映射 ϕE:E→ρ∗(ρ∗(E)) 被称为*规范*。
设E、E'为二左A-模;对于每个A-线性映射u:E→E′,v=lB⊗u是唯一的B-线性映射,它呈现可交换的图表
引用了 1
引用了 命题 1
E∣u↓E′ϕEϕE′E(B)∣v↓E(B)′
其中ϕE和ϕE′是典范映射。
应用命题 1 足以满足 A 同态ϕE′∘u:E→E(B)′。
上述推论中定义的映射v用ρ∗(u)或u(B)表示。
如果E′′是第三个左A-模且v:E′→E′′A-线性映射,则直接的
(v∘u)(B)=v(B)∘u(B).
扩展模运算符的环是*传递* 运算;准确地说:
令ρ:A→B, σ:B→C为环同态。对于每一个左A-模 E,存在且仅有一个C-同态
引用了 2 · 被以下引用 9
引用了 命题 8, 命题 4, II § 3
被以下引用 推论, 命题 7, 推论, III § 1, 命题 3, V § 15, 命题 9, V § 15, 推论 3, V § 15, 定理 4, V § 16, 命题 1, V § 17, VIII § 11. 。 格罗滕迪克群
σ∗(ρ∗(E))→(σ∘ρ)∗(E) 对于所有x∈E,映射1⊗(1⊗x)到1⊗x,并且这个同态是双射的。
σ∗(ρ∗(E))和(σ∘ρ)∗(E)的底层Z模块分别是C⊗B(B⊗AE)和C⊗AE。存在一个规范的Z同构C⊗B(B⊗AE)→(C⊗BB)⊗AE(§3,no. 8,命题8),这也是两侧左侧C模块结构的C同构。此外,
C-模块C⊗BB在同构下与C-模块Cs进行规范地标识,其中映射γ⊗β到γσ(β)(§ 3, no. 4,命题4)并且这个对于由 ρ 定义的 C⊗BB 上的右A-模结构,同构也是同构,对于由 σ∘ρ 定义的 C 上的右A-模结构。因此典范同构
(C⊗BB)⊗AE→C⊗AE
is obtained and, composing it with 同构
C⊗B(B⊗AE)→(C⊗BB)⊗AE
之前定义,获得所需的典范同构。
如果ϕ,ϕ′和ϕ′′分别表示典范映射、E→ρ∗(E),ρ∗(E→)σ∗(ρ∗(E))和E→(σ∘ρ)∗(E),则ϕ′∘ϕ与命题2的典范同构下的ϕ′′进行识别。
E(B)⊗BE(B)′→(E⊗AE′)(B)
映射 (1⊗x)⊗(1⊗x′) 到 1⊗(x⊗x′) 为 x∈E,x′∈E′,*这个同态是双射*。
(5) 的左边可以写成 (B⊗AE)⊗B(B⊗AE′) 并用 (E⊗AB)⊗B(B⊗AE′) 来表示,因为 A 和 B 是可交换的;后者乘积依次识别为E⊗A(B⊗BB)⊗AE′、E⊗A(B⊗AE′)、E⊗A(E′⊗AB),最后识别(E⊗AE′)⊗AB,使用张量积的结合性(§ 3, no. 8、命题8)、命题4, A 和 B 的 § 3, no. 4 和交换律。所需的同构是连续的典范同构中的合成。
显然如果S是E的生成的系统,则典范映射E→E(B)下S的像是E(B)的生成的系统;特别是,如果 E 为有限生成A-模,则 E(B) 是有限生成的 B-模。
设E为A-模,承认基*(aλ)λ∈L; 如果ϕ:x↦1⊗x*是E的典范映射到*ρ∗(E),*那么*(ϕ(aλ))λ∈L*是*ρ∗(E)的基。 如果 ρ 是单射的,那么 ϕ 也是。
引用了 1 · 被以下引用 9
引用了 推论 1, II § 3
被以下引用 注, II § 10, § 5. 。标量的环的扩张, 推论, 命题 3, 推论 2, II § 7, 命题 19, II § 7, 命题 21, II § 7, 命题 1, II § 8, III § 1. 。 代数
第一个断言紧随§ 3, no. 7,推论1到命题7。此外,对于有限支撑A的元素的每个家庭(ξλ)λ∈L,
ϕ(λ∈L∑ξλaλ)=λ∈L∑ρ(ξλ)ϕ(aλ)
因此,对于所有 λ∈L,关系 ϕ(∑λ∈Lξλaλ)=0 等价于 ρ(ξλ)=0,从而第二个断言。
对于每个射影 A-模 E,B-模* ρ∗(E) 都是射影。如果进一步 ρ 是单射的,则 E 的典范映射到 ρ∗(E) *是单射的。
引用了 6 · 被以下引用 5
引用了 命题 7, II § 3, 命题 4, II § 1. 。 模, 命题 1, II § 1, 命题 4, II § 3, 命题 2
被以下引用 命题 12, AC I § 3, 习题 16, § 5, 命题 4, AC II § 5, 注, III § 11, 推论 2, VIII § 9
假设存在自由A-模 M 包含 E,其中 E 承认补充 F。 紧随§ 3, no. 7、命题 7,M(B) 与 E(B) 和 F(B) 的直和等同,并且如果ϕ和ψ是典范映射E→E(B)和F→F(B),典范映射M→M(B)只是x+y↦ϕ(x)+ψ(y)。将命题 4 应用于 A-模 M 立即得出推论。
当 E 为右A-模时,我们类似地写为 ρ∗(E)=E⊗Aρ∗(Bs),此时 B 被视为 (A, B) 双模,并且 ρ∗(E) 上的右B-模结构使得 (x⊗β)β′=x⊗(ββ′) 对于 β∈B′ β′∈B 和 x∈E。我们留给读者的任务是,将右模的结果相应的说明为该编号的结果。以及以下内容。
注 (4)。考虑由 ρ 定义的左A-模 ρ∗(Bs),对于每个左A-模 E,考虑 Z 模块
ρ~(E)=HomA(ρ∗(Bs),E). 由于
ρ∗(Bs)有右B-模结构,左B-模结构是在
ρ~(E)(§ 1, no. 14)上导出的,因此,如果
u∈ρ~(E)和
b′∈B,
b′u是同态将
ρ∗(Bs)的
b↦u(bb′)转化为E。我们进一步将定义A-线性映射,称为规范
η:ρ∗(ρ~(E))→E 与 E 中的每个同态
u∈ρ~(E) 元素
u(1) 相关联。由于 B 可以通过
ρ 被视为 (A, B)-双模,因此对于每个左B-模 F,都有一个规范的
Z-模同构
HomA(ρ∗(Bs)⊗BF,E)→HomB(F,HomA(ρ∗(Bs),E)) (§ 1, no. 1,命题1)。由于左A-模
ρ∗(Bs)⊗BF 凭借 § 3, no. 4、命题 4 被规范地识别为
ρ∗(F),因此我们获得规范的
Z-模块同构,即上述的逆
HomB(F,ρ~(E))→HomA(ρ∗(F),E) 将 F 的每 B-线性映射 g 关联到
ρ~(E) 复合映射
η∘g,被视为
ρ∗(F) 的 A-线性映射关联到 E。特别是,在命题 2 的假设下,如果 F 被
σ∗(Cs) 替换,我们得到一个规范C-同构
σ~(ρ~(E))→(σ∘ρ)∗(E).
2. 标量的环的关系介于限制和扩张之间
设ρ:A→B为环同态。对于每个左A-模 E,一个规范的 A-线性映射
ϕE:E→ρ∗(ρ∗(E)) 在no. 1中定义,使得ϕE(x)=1⊗x。我们现在考虑左B-模 F 和应用命题 1 (no. 1) 到同态 lρ∗(F):ρ∗(F)→ρ∗(F):我们得到 B-线性映射
ψF:ρ∗(ρ∗(F))→F
等于 δ(lρ∗(F)) 因此,对于所有 y∈F 和所有 β∈B, ψF(β⊗y)=βy。
设E为左A-模,F为左B-模;复合映射
被以下引用 1
被以下引用 推论
ρ∗(E)ρ∗(ϕE)ρ∗(ρ∗(ρ∗(E)))ψρ∗(E)ρ∗(E)
ρ∗(E)ϕρ∗(F)ρ∗(ρ∗(ρ∗(F)))ρ∗(ψF)ρ∗(F)
分别等于ρ∗(E)和ρ∗(F)的恒等映射。
我们给出证明,对于例,对于(12);对于所有 x∈E、映射 ρ∗(ϕE) 映射 1⊗x 至元素 1⊗(1⊗x) 和映射 ψρ∗(E) 映射 1⊗(1⊗x) 至元素 1⊗x;结论是根据形式1⊗x生成B-模ρ∗(E)的元素得出;对于 (13) 来说证明更简单。
映射 ρ∗(ϕE) 和 ϕρ∗(F)∗ 是单射,分别是认同 ρ∗(E) 与直因子的 ρ∗(ρ∗(ρ∗(E))) 和 ρ∗(F) 与直因子的 ρ∗(ρ∗(ρ∗(F)))。
引用了 2
引用了 推论 2, II § 1, 命题 5
这是命题 5 和 § 1, no. 9 的推论,推论 2 到命题 15。
ρ∗(F)⊗AE→F⊗Bρ∗(E)
对于所有x∈E和所有y∈F,映射y⊗x到y⊗(1⊗x),并且这个同态是双射的。
通过定义,(14) 的右侧为 F⊗B(B⊗AE),其中 B 被视为 (B, A)-双模,并且在 § 3, no. 8、命题 8 中定义了规范的 Z 同构 (F⊗BB)⊗AE→F⊗B(B⊗AE);另一方面,§ 3, no. 4、命题 4 的典范同构F→F⊗BB,对于两侧的右A-模结构来说,是同构,由ρ定义。 从而所需的同构。
当 A 和 B 可交换时,同构 (14) 是 A-模 同构
ρ∗(F)⊗AE→ρ∗(F⊗Bρ∗(E)).
3. 扩张环同态模运营商
令 A 为*可交换* 环、B 环、ρ:A→B 环同态和 E,F 两个 A 模块;由于B是一个(A,A)双模(通过ρ)并且F可以被认为是一个(A,A)-双模,因此在Z-模块上有B⊗AF*两个*A-模块结构,其下分别a(b⊗y)=(ρ(a)b)⊗y 和 a(b⊗y)=b⊗(ay) 对应 a∈A, b∈B, y∈F。我们将用G′和G′′来表示这样定义的两个A模块;而且G′只是A模块ρ∗(ρ∗(F))。
既然这样,在§ 4, no. 2、公式的典范同态的定义、公式(7)中,我们将A的替换B、环B的B模F视为A-模通过ρ和G通过F视为(A,A)双模;由于 A 是可交换的,我们可以将获得的*规范* Z*-同态* 写为
(15)B⊗AHomA(E,F)→HomA(E,G′′).
另一方面 (no. 1, 公式 (2)),有一个*规范* Z*-同构*
(16)HomA(E,G′)=HomA(E,ρ∗(ρ∗(F)))→HomB(ρ∗(E),ρ∗(F)).
现在假设ρ(A)包含在B的*中心*中,在这种情况下,ρ也被称为*中心*同态*(或者ρ被称为定义一个A*-代数*结构) B、cf.III, § 1, no. 3)*。那么G′和G′′的A模结构*相同*,并且组合同态(16)和(15),我们因此得到一个规范的Z*-同态*
(17)ω:B⊗AHomA(E,F)→HomB(E(B),F(B))
其特点是,对于所有 u∈HomA(E,F) 和所有 b∈B
(18)ω(b⊗u)=rb⊗u,
其中rb表示B中右乘法乘以b。
此外,ω是*中心*同态的假设意味着(bb′)ρ(a)=bρ(a))b′对于B和a∈A中的b, b′;在其他字中,Bd的*右*B模块结构与其A模块结构*相容的;因此,B⊗AHomA(E,F)上的定义*右*B*-模块*结构(§ 3, no. 4)以及F(B)=B⊗AF上,最后,由于F(B)上的左和右B-模块结构*相容的*,所以*右* B*-模块* 结构也在 HomB(E(B),F(B)) (§ 1, no. 14) 上获得。然后立即验证(17)是这些结构的*正确*B*-模块*同态*。
(i) 如果 B 是射影(分别是*有限生成射影*)*A*-模,同态 (17) 是单射*(分别是*双射的*)。
(ii) 如果 E 是有限生成的射影 A 模,则同态* (17) 是双射。
由于 (16) 是双射,命题由 § 4, no. 2 推出。 命题 2,应用于典范同态 (15)。
4. 由扩张标量获得的模的双重
设 A、B 为两个环、ρ:A→B 环同态,E 左A-模且 E* 为对偶。我们将定义一个规范的 B-*线性* 映射
vE:(E∗)(B)→(E(B))∗.
(19) 的左侧可写为 HomA(E,A)⊗Aρ∗(Bs),其中,在 HomA(E,A) 中,A 被视为 (A, A) 双模。然后有一个规范的 Z 同态 (§4, no. 2, 公式 (7))
v:HomA(E,A)⊗Aρ∗(Bs)→HomA(E,A⊗Aρ∗(Bs))=HomA(E,ρ∗(Bs))
§3、no. 4、命题 4 的典范同构给出的标识。 另一方面,(19)的右侧可写为HomB(ρ∗(Bd)⊗AE,Bs);由于 B 是 (B, A)-双模,因此存在规范的 Z 同构 (§4, no. 1, 命题 1)
β:HomB(ρ∗(Bd)⊗AE,Bs)→HomA(E,HomB(Bs,Bs))
HomB(Bs,Bs) 被规范地标识为 A-模,与 ρ∗(Bs)(参见no. 1、命题 1 的证明)。考虑到这些识别,我们得到同态 vE;很容易验证这个同态的特征在于方程
⟨ξ⊗x,vE(x∗⊗η)⟩=ξp(⟨x,x∗⟩)η,
对于 B 中的 x∈E,x∗∈E∗,ξ,η,这立即表明 vE 是 B-*线性*。此外,对于每个 A-线性映射 u:E→F 图表
(F∗)(B)(tu)(B)↓(E∗)(B)vFvE(F(B))∗↓t(u(B))(E(B))∗
是可交换的。
这是从上面和§ 4, no. 2、命题 2 得出的。
特别假设 E 是有限生成的自由A-模,并令 (ei)1≤i≤n 为 E 和 (ei∗) 对偶基的基;然后(E∗)(B)的典范同构(19)映射基(ei∗⊗1)到E(B)的基(1⊗ei)对偶基。
5. 有限性准则
设 B 为环,B 的 A 子环,P 为射影左A-模。那么,如果P(B)是有限生成的B-模,则P本身就是有限生成A-模。
引用了 1 · 被以下引用 1
引用了 命题 12, II § 2
被以下引用 习题 12, § 1
我们知道(§ 2, no. 6,命题 12),存在 P 的元素的族(aλ)λ∈L和对偶 P* 的元素的族(aλ∗)λ∈L,这样,对于所有x∈P,⟨x,aλ∗⟩的族有限支撑和x=∑λ⟨x,aλ∗⟩aλ。由于P(B)是有限生成的,因此存在P的元素的有限族(yi)i∈I,使得P(B)由元素1⊗yi生成。对于每个指标 i,家庭 ⟨yi,aλ∗⟩ 有有限支撑。因此,存在L的有限子集 H,使得i∈I和λ∈/H有⟨yi,aλ∗⟩=0。自从
⟨1⊗yi,1dB⊗aλ∗⟩=⟨yi,aλ∗⟩, 由此可知
1dB⊗aλ∗=0 对应
λ∈/H。因此,对于所有
x∈P,
⟨x,aλ∗⟩=⟨1⊗x,1B⊗aλ∗⟩=0 λ∈/H。这表明A-模 P 由
aλ 生成,使得
λ∈H。
习题
参见习题为 § 5。