Bourbaki

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§ 6。 模的逆与直极限

在本段中,I将表示非空预购集合,α≤β\alpha \leq \beta预序关系表示I。另外提及除非,其逆和直接系统具有索引集合I。

1. 逆极限模

令(Aα,ϕαβ)(A_\alpha, \phi_{\alpha \beta})为环(I, § 10, no. 1)的逆系,可交换的群(加法写)(I, § 10, no. 1)的(Eα,fαβ)(E_\alpha, f_{\alpha \beta})逆系,并假设每个EαE_\alpha都有一个左AαA_\alpha模块结构;此外,假设α≤β\alpha \leq \beta(fαβ,ϕαβ)(f_{\alpha \beta}, \phi_{\alpha \beta})是EβE_\beta到EαE_\alpha(§ 1, no. 13)的二态性,在其他字中

fαβ(λβxβ)=ϕαβ(λβ)fαβ(xβ), f_{\alpha \beta}(\lambda_\beta x_\beta) = \phi_{\alpha \beta}(\lambda_\beta) f_{\alpha \beta}(x_\beta),
对于 xβ∈Eβx_\beta \in E_\beta、λβ∈Aβ\lambda_\beta \in A_\beta;那么从I, § 10, no. 2可以得出E=lim⁡←EαE = \lim \leftarrow E_\alpha比A=lim⁡←AαA = \lim \leftarrow A_\alpha有左模结构。对于所有α∈I\alpha \in I,令f:E→Eαf : E \to E_\alpha、ϕα:A→Aα\phi_\alpha : A \to A_\alpha为典范映射;那么(fα,ϕα)(f_\alpha, \phi_\alpha)是E到EαE_\alpha的二态性。我们可以说,(Eα,fαβ)(E_\alpha, f_{\alpha\beta})是左AαA_\alpha模块*的*逆系,而AA模块EE是它的*逆极限*。

令(Eα′,fαβ′)(E'_\alpha, f'_{\alpha\beta})为左侧AαA_\alpha模块的另一个逆系,对于所有α\alpha,令uα:Eα′→Eαu_\alpha : E'_\alpha \to E_\alpha为*AαA_\alpha线性*映射,这些映射形成*逆系*;那么 u=lim⁡uαu = \lim u_\alpha 是 lim⁡Eα′\lim E'_\alpha 到 lim⁡Eα\lim E_\alpha 的 AA-线性 映射。

此外:

命题 1 05QX

令*(Eα,fαβ), (Eα′,fαβ′), (Eα′′,fαβ′′)(E_\alpha, f_{\alpha\beta}),\ (E'_\alpha, f'_{\alpha\beta}),\ (E''_\alpha, f''_{\alpha\beta})*为AαA_\alpha-模块中的三个逆系和*(uα), (vα)(u_\alpha),\ (v_\alpha)*AαA_\alpha-线性映射中的两个逆系,使得序列

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 2, E III § 7

被以下引用 注

0⟶Eα′→uαEα→vαEα′′ 0 \longrightarrow E'_\alpha \xrightarrow{u_\alpha} E_\alpha \xrightarrow{v_\alpha} E''_\alpha

对于所有α\alpha都是准确的。 然后,写u=lim⁡uα, v=lim⁡vαu = \lim u_\alpha,\ v = \lim v_\alpha,*序列*

0⟶lim⁡Eα′→ulim⁡Eα→vlim⁡Eα′′ 0 \longrightarrow \lim E'_\alpha \xrightarrow{u} \lim E_\alpha \xrightarrow{v} \lim E''_\alpha

准确。

由于 uα−1(0)={0}u_\alpha^{-1}(0) = \{0\} 对于所有α\alpha,它从集合理论、III, § 7, no. 2、命题 2 得出 u−1(0)={0}u^{-1}(0) = \{0\},*因此* uu 是单射的;进一步地,EαE_\alpha*的子集的*uα(Eα′)u_\alpha(E'_\alpha)*形式逆系以及因此*u(lim⁡Eα′)=lim⁡uα(Eα′)u(\lim E'_\alpha) = \lim u_\alpha(E'_\alpha)。 作为 uα(Eα′)=vα−1(0)u_\alpha(E'_\alpha) = v_\alpha^{-1}(0) 通过假设, v−1(0)=lim⁡uα(Eα′)=u(lim⁡Eα′)v^{-1}(0) = \lim u_\alpha(E'_\alpha) = u(\lim E'_\alpha)(*集合理论*,III, § 7, no. 2,命题 2),*完成证明*。

注 05QY

(1) 命题 1 及其证明对于任意 群 均有效,变换或记号除外。

(2) 注如果有正合序列

0⟶Eα′→uαEα→vαEα′′⟶0 0 \longrightarrow E'_\alpha \xrightarrow{u_\alpha} E_\alpha \xrightarrow{v_\alpha} E''_\alpha \longrightarrow 0

它不一定遵循*序列

0⟶lim⁡Eα′→ulim⁡Eα→vlim⁡Eα′′⟶0 0 \longrightarrow \lim E'_\alpha \xrightarrow{u} \lim E_\alpha \xrightarrow{v} \lim E''_\alpha \longrightarrow 0

准确;在其他字、满射线性映射的逆系、逆极限不一定是满射*(cf.习题1)。

现在假设AαA_\alpha等于*相同的环*AA,并且ϕαβ\phi_{\alpha\beta}等于1A1_A;那么对于 AA 模块中的每个逆系 (Eα,fαβ)(E_\alpha, f_{\alpha\beta}),E=lim⁡EαE = \lim E_\alpha 是一个 AA 模块。令FF为AA模,对于所有α\alpha,令uα:F→Eαu_\alpha : F \to E_\alpha为AA线性映射,使得(uα)(u_\alpha)为映射的逆系;那么u=lim⁡uαu = \lim u_\alpha是FF到lim⁡Eα\lim E_\alpha的AA线性映射。 相反,对于每个AA-线性映射v:F→lim⁡Eαv : F \to \lim E_\alpha,vα=fα∘vv_\alpha = f_\alpha \circ v族是AA-线性映射的逆系,使得v=lim⁡←vαv = \lim_{\leftarrow} v_\alpha。另一方面,我们注对于α≤β\alpha \leq \beta映射

Hom⁡(1F,fαβ)=fˉαβ:Hom⁡A(F,Eβ)→Hom⁡A(F,Eα) \operatorname{Hom}(1_F, f_{\alpha \beta}) = \bar{f}_{\alpha \beta}: \operatorname{Hom}_A(F, E_\beta) \to \operatorname{Hom}_A(F, E_\alpha)

是一个Z\mathbf{Z}-模块同态,使得(Hom⁡A(F,Eα),fˉαβ)(\operatorname{Hom}_A(F, E_\alpha), \bar{f}_{\alpha \beta})是Z\mathbf{Z}-模块*的*逆系;由于fˉαβ(vβ)=fαβ∘vβ\bar{f}_{\alpha \beta}(v_\beta) = f_{\alpha \beta} \circ v_\beta,因此上述注可以表示为:

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 命题 1, 习题 1, § 6

被以下引用 命题 2, LIE IX Appendix 1

命题 2 05QZ

对于AA*模块中的每个逆系* (Eα,fαβ)(E_\alpha, f_{\alpha \beta}) 和每个AA-模块FF,*典范映射* u↦(fα∘u)u \mapsto (f_\alpha \circ u) 是一个Z\mathbf{Z}-模块*同构

被以下引用 1

被以下引用 § 6. 。 模的逆与直极限

(2)

lF:Hom⁡A(F,lim⁡←Eα)→lim⁡←Hom⁡A(F,Eα). l_F: \operatorname{Hom}_A(F, \lim_{\leftarrow} E_\alpha) \to \lim_{\leftarrow} \operatorname{Hom}_A(F, E_\alpha).

推论 05R0

对于每个AA*-模块同态v:F→F′v: F \to F',

vˉα=Hom⁡(v,1Eα):Hom⁡(F′,Eα)→Hom⁡(F,Eα) \bar{v}_\alpha = \operatorname{Hom}(v, 1_{E_\alpha}): \operatorname{Hom}(F', E_\alpha) \to \operatorname{Hom}(F, E_\alpha)

Z\mathbf{Z}的形式逆系-线性映射*和图表*

(3)

Hom⁡(F′,lim⁡←Eα)→lF′lim⁡←Hom⁡(F′,Eα)↓Hom⁡(v,1E)↓lim⁡←vˉαHom⁡(F,lim⁡←Eα)→lFlim⁡←Hom⁡(F,Eα) \begin{array}{ccc} \operatorname{Hom}(F', \lim_{\leftarrow} E_\alpha) & \xrightarrow{l_{F'}} & \lim_{\leftarrow} \operatorname{Hom}(F', E_\alpha) \\ \downarrow \operatorname{Hom}(v, 1_E) & & \downarrow \lim_{\leftarrow} \bar{v}_\alpha \\ \operatorname{Hom}(F, \lim_{\leftarrow} E_\alpha) & \xrightarrow{l_F} & \lim_{\leftarrow} \operatorname{Hom}(F, E_\alpha) \end{array}

是可交换的。

对于所有u∈Hom⁡(F′,lim⁡←Eα)u \in \operatorname{Hom}(F', \lim_{\leftarrow} E_\alpha),lF(u∘v)=(fα∘u∘v)l_F(u \circ v) = (f_\alpha \circ u \circ v)乘以定义和交换律,图表(3)紧随定义而来。

2. 直极限模

从此以后 I 被假定为右向。

令(Aα,ϕβα)(A_\alpha, \phi_{\beta \alpha})为环(I, § 10, no. 3)的直接系统,可交换的群(加法写)(I, § 10, no. 3)的(Eα,fβα)(E_\alpha, f_{\beta \alpha})直接系统,并假设每个EαE_\alpha都有一个*左AαA_\alpha*-模块结构;此外,假设对于α≤β\alpha \leq \beta,(fβα,ϕβα)(f_{\beta \alpha}, \phi_{\beta \alpha})是EαE_\alpha到EβE_\beta(§ 1, no. 13)的*二态*,在其他字中

(4)

fβα(λαxα)=ϕβα(λα)fβα(xα) f_{\beta \alpha}(\lambda_\alpha x_\alpha) = \phi_{\beta \alpha}(\lambda_\alpha) f_{\beta \alpha}(x_\alpha)

对于xα∈Eα,λα∈Aαx_\alpha \in E_\alpha, \lambda_\alpha \in A_\alpha;那么 E=lim⁡⟶EαE = \lim_{\longrightarrow} E_\alpha 的 左模 结构超过 A=lim⁡⟶AαA = \lim_{\longrightarrow} A_\alpha (I, § 10, no. 4)。对于所有α∈I\alpha \in I,令fα:Eα→E,ϕα:Aα→Af_\alpha: E_\alpha \to E, \phi_\alpha: A_\alpha \to A为典范映射;那么(fα,ϕα)(f_\alpha, \phi_\alpha)是EαE_\alpha到EE的*二态*。我们可以说(Eα,fβα)(E_\alpha, f_{\beta \alpha})是左AαA_\alpha*模块的*直接系统,AA*模块EE是它的*直极限*。

令(Eα′,fβα′)(E'_\alpha, f'_{\beta \alpha})为左AαA_\alpha*模块的另一个直接系统,并且对于所有α\alpha,令uα:Eα′→Eαu_\alpha : E'_\alpha \to E_\alpha为AαA_\alpha线性映射,这些映射形成直接系统;那么u=lim⁡→uαu = \lim \to u_\alpha是lim⁡→Eα′\lim \to E'_\alpha到lim⁡→Eα\lim \to E_\alpha的AA线性映射。

此外:

命题 3 05R1

令*(Eα,fβα),(Eα′,fβα′),(Eα′′,fβα′′)(E_\alpha, f_{\beta \alpha}), (E'_\alpha, f'_{\beta \alpha}), (E''_\alpha, f''_{\beta \alpha})*为*AαA_\alpha*-模块中的三个直接系统和*(uα),(vα)(u_\alpha), (v_\alpha)**AαA_\alpha*中的两个直接系统-线性映射,使得序列

引用了 2

引用了 E III § 7. 逆极限和直极限, 推论, E III § 7

Eα′→uαEα→vαEα′′ E'_\alpha \xrightarrow{u_\alpha} E_\alpha \xrightarrow{v_\alpha} E''_\alpha

对所有人来说都是准确的α\alpha。 然后,写u=lim⁡→uα,v=lim⁡→vαu = \lim \to u_\alpha, v = \lim \to v_\alpha,*序列*

lim⁡→Eα′→ulim⁡→Eα→vlim⁡→Eα′′ \lim \to E'_\alpha \xrightarrow{u} \lim \to E_\alpha \xrightarrow{v} \lim \to E''_\alpha

准确。

u(lim⁡→Eα′)=lim⁡→uα(Eα′)u(\lim \to E'_\alpha) = \lim \to u_\alpha(E'_\alpha) 和 v−1(0)=lim⁡→vα−1(0)v^{-1}(0) = \lim \to v_\alpha^{-1}(0) (集合理论,III, § 7, no. 6,命题 7 的推论)。

宽松地说,命题 3 也可以用说表示,*经过到直极限保持精确性*。

命题 4 05R2

让*(Eα,fβα)(E_\alpha, f_{\beta \alpha})*成为*AαA_\alpha*模块的直接系统,E=lim⁡→EαE = \lim \to E_\alpha*其直极限和*ϕα:Aα→A\phi_\alpha : A_\alpha \to A*和*fα:Eα→Ef_\alpha : E_\alpha \to E*典范映射对于所有*α∈I\alpha \in I。 如果,对于所有 α∈I\alpha \in I、SαS_\alpha 是 EαE_\alpha 的生成的系统,*则* S=⋃α∈Ifα(Sα)S = \bigcup_{\alpha \in I} f_\alpha(S_\alpha) 是 EE 的生成的系统。

被以下引用 2

被以下引用 推论, 命题 5

每个x∈Ex \in E 是形式 fα(xα)f_\alpha(x_\alpha) 对于一些 α∈I\alpha \in I 和一些 xα∈Eαx_\alpha \in E_\alpha 和假设 x=∑iλα(i)yα(i)x = \sum_i \lambda^{(i)}_\alpha y^{(i)}_\alpha,*其中* λα(i)∈Aα\lambda^{(i)}_\alpha \in A_\alpha 和 yα(i)∈Sαy^{(i)}_\alpha \in S_\alpha; 写λ(i)=ϕα(λα(i))\lambda^{(i)} = \phi_\alpha(\lambda^{(i)}_\alpha),y(i)=fα(yα(i))y^{(i)} = f_\alpha(y^{(i)}_\alpha),*我们得到*x=∑iλ(i)y(i)x = \sum_i \lambda^{(i)} y^{(i)}。

命题 5 05R3

根据命题 4 的假设和记号,假设对于所有* α∈I\alpha \in I,EαE_\alpha 是一个家庭 (Mαλ)α∈L(M^\lambda_\alpha)_{\alpha \in L} 的直和 子模(索引集合* LL 独立于 α\alpha) 和那个 fβα(Mαλ)⊂Mαλf_{\beta \alpha}(M^\lambda_\alpha) \subset M^\lambda_\alpha 为了 α≤β\alpha \leq \beta 和所有 λ∈L\lambda \in L。 那么EE*是子模*Mλ=lim⁡→MαλM^\lambda = \lim \to M^\lambda_\alpha(λ∈L)(\lambda \in L)中的直和。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 命题 4, 引理 1, E III § 7

被以下引用 推论, II § 11, 命题 9, III § 6, 注, III § 7

从命题 4 可以得出,EE 是MλM^\lambda 的和。 令(yλ)λ∈L(y^\lambda)_{\lambda \in L} 成为一个家庭,使得 yλ∈Mλy^\lambda \in M^\lambda 对于所有人 λ∈L\lambda \in L 且其支持是有限的,并假设 ∑λyλ=0\sum_\lambda y^\lambda = 0。 根据集合理论,III, § 7, no. 5,引理1,存在α∈I\alpha \in I*和*(xαλ)α∈L(x^\lambda_\alpha)_{\alpha \in L}*的有限支撑由……组成*EαE_\alpha*的元素*使得*xαλ∈Mαλx^\lambda_\alpha \in M^\lambda_\alpha*和* yλ=fα(xαλ)y^\lambda = f_\alpha(x^\lambda_\alpha) 对于所有人 λ∈L\lambda \in L。 关系 fα(∑λ∈Lxαλ)=0f_\alpha \left( \sum_{\lambda \in L} x^\lambda_\alpha \right) = 0 暗示存在a β≥α\beta \geq \alpha 使得 fβα(∑λ∈Lxαλ)=0f_{\beta \alpha} \left( \sum_{\lambda \in L} x^\lambda_\alpha \right) = 0 *(集合理论, III, § 7, no. 5, 引理 1),可写为∑λ∈Lxβλ=0\sum_{\lambda \in L} x_\beta^\lambda = 0,其中xβλ=fβα(xαλ)∈Mβλx_\beta^\lambda = f_{\beta \alpha}(x_\alpha^\lambda) \in M_\beta^\lambda乘假设;因此xβλ=0x_\beta^\lambda = 0对于所有λ∈L\lambda \in L,因此yλ=fβ(xβλ)=0y^\lambda = f_\beta(x_\beta^\lambda) = 0对于所有λ∈L\lambda \in L,这证明MλM^\lambda的和是直接的。

推论 05R4

令*(Pα)(P_\alpha)*为*EαE_\alpha*的子集直接系统并且令*P=lim⁡Pα→P = \lim \overrightarrow{P_\alpha}。 如果,对于所有 α∈I\alpha \in I、PαP_\alpha 是 EαE_\alpha 的免费子集(或基),*则* PP 是 EE 的免费子集(或基)。

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 命题 4, 引理 1, E III § 7

被以下引用 命题 9, III § 4

第二个断言紧随第一个命题4。因此,足以证明如果PαP_\alpha是免费的,则PP的不同元素的每个子集{y(i)}1≤i≤n\{ y^{(i)} \}_{1 \leq i \leq n}由……组成都是免费的。存在α∈I\alpha \in I和元素xα(i)∈Pαx_\alpha^{(i)} \in P_\alpha,使得y(i)=fα(xα(i))y^{(i)} = f_\alpha(x_\alpha^{(i)})对应1≤i≤n1 \leq i \leq n(*集合理论*,III, § 7, no. 5,引理1);如果∑iλ(i)y(i)=0\sum_i \lambda^{(i)} y^{(i)} = 0,可以假设λ(i)=ϕα(λα(i))\lambda^{(i)} = \phi_\alpha(\lambda_\alpha^{(i)})对应1≤i≤n1 \leq i \leq n,因此fα(∑iλβ(i)xβ(i))=0f_\alpha \left( \sum_i \lambda_\beta^{(i)} x_\beta^{(i)} \right) = 0;这意味着∑iλβ(i)xβ(i)=0\sum_i \lambda_\beta^{(i)} x_\beta^{(i)} = 0对于某些β≥α\beta \geq \alpha来说,其中λβ(i)=ϕβα(λα(i))\lambda_\beta^{(i)} = \phi_{\beta \alpha}(\lambda_\alpha^{(i)})、xβ(i)=fβα(xα(i))x_\beta^{(i)} = f_{\beta \alpha}(x_\alpha^{(i)})和xβ(i)x_\beta^{(i)}、属于到PβP_\beta并且从y(i)=fβ(xβ(i))y^{(i)} = f_\beta(x_\beta^{(i)})开始是不同的;然后λβ(i)=0\lambda_\beta^{(i)} = 0换1≤i≤n1 \leq i \leq n,从而

λ(i)=ϕβ(λβ(i))=0 \lambda^{(i)} = \phi_\beta(\lambda_\beta^{(i)}) = 0
1≤i≤n1 \leq i \leq n。

现在假设所有环AαA_\alpha都等于*相同的环*AA以及ϕβα\phi_{\beta \alpha}到1A1_A;那么,对于 AA 模块中的每一个直接系统 (Eα,fβα)(E_\alpha, f_{\beta \alpha}),E=lim⁡Eα→E = \lim \overrightarrow{E_\alpha} 都是一个 AA 模块。令FF为AA-模,对于所有α\alpha,让uα:Eα→Fu_\alpha : E_\alpha \to F为AA-线性映射,使得(uα)(u_\alpha)为映射的直接系统;那么u=lim⁡uα→u = \lim \overrightarrow{u_\alpha}是EE到FF的AA线性映射。 相反,对于每个AA-线性映射v:lim⁡Eα→→Fv : \lim \overrightarrow{E_\alpha} \to F,vα=v∘fαv_\alpha = v \circ f_\alpha族是AA-线性映射的直接系统,使得v=lim⁡vα→v = \lim \overrightarrow{v_\alpha}。另一方面,我们注 α≤β\alpha \leq \beta 映射

Hom⁡(fβα,1F)=fˉαβ:Hom⁡A(Eβ,F)→Hom⁡A(Eα,F) \operatorname{Hom}(f_{\beta \alpha}, 1_F) = \bar{f}_{\alpha \beta} : \operatorname{Hom}_A(E_\beta, F) \to \operatorname{Hom}_A(E_\alpha, F)
是一个Z\mathbf{Z}-模块同态,使得(Hom⁡A(Eα,F),fˉαβ)(\operatorname{Hom}_A(E_\alpha, F), \bar{f}_{\alpha \beta})是*逆系*Z\mathbf{Z}*-模块*;为fˉαβ(vβ)=vβ∘fβα\bar{f}_{\alpha \beta}(v_\beta) = v_\beta \circ f_{\beta \alpha},则上述注可表示为:

命题 6 05R5

对于每个直接系统* (Eα,fβα)(E_\alpha, f_{\beta \alpha}) of AA*-模块和每个* AA*-模块* FF,*典范映射* u↦(u∘fα)u \mapsto (u \circ f_\alpha) 是一个 Z\mathbf{Z}*-模块同构*

dF:Hom⁡A(lim⁡Eα→,F)→lim⁡←Hom⁡A(Eα,F). d_F : \operatorname{Hom}_A(\lim \overrightarrow{E_\alpha}, F) \to \lim \leftarrow \operatorname{Hom}_A(E_\alpha, F).

推论 1 05R6

对于每个* AA*-模块同态* v:F→F′v : F \to F',*该*

vˉα=Hom⁡(1Eα,v):Hom⁡(Eα,F)→Hom⁡(Eα,F′) \bar{v}_\alpha = \operatorname{Hom}(1_{E_\alpha}, v) : \operatorname{Hom}(E_\alpha, F) \to \operatorname{Hom}(E_\alpha, F')

Z\mathbf{Z}线性映射的形式逆系和图表

Hom⁡(lim⁡Eα,F)→dFlim⁡Hom⁡(Eα,F)↓Hom⁡(1E,v)↓lim⁡v‾αHom⁡(lim⁡Eα,F′)→dF′lim⁡Hom⁡(Eα,F′) \begin{array}{ccc} \operatorname{Hom}(\lim E_\alpha, F) & \xrightarrow{d_F} & \lim \operatorname{Hom}(E_\alpha, F) \\ \downarrow \operatorname{Hom}(1_E, v) & & \downarrow \lim \overline{v}_\alpha \\ \operatorname{Hom}(\lim E_\alpha, F') & \xrightarrow{d_{F'}} & \lim \operatorname{Hom}(E_\alpha, F') \end{array}

是可交换的。

对于 u∈Hom⁡(lim⁡Eα,F)u \in \operatorname{Hom}(\lim E_\alpha, F)、dF′(v∘u)=(v∘u∘fα)d_{F'}(v \circ u) = (v \circ u \circ f_\alpha)、定义和交换律的图表 (6),则紧随定义。

推论 2 05R7

如果* (Eα,fβα)(E_\alpha, f_{\beta \alpha}) 是左 AA*-模块的直接系统,并且* E=lim⁡⟶EαE = \lim \longrightarrow E_\alpha,(Eα∗,tfβα)(E_\alpha^*, t f_{\beta \alpha}) 是右 AA*-模块的逆系,并且* lim⁡←Eα∗\lim \leftarrow E_\alpha^* 规范地同构于 E∗E^*。

注 05R8

设EE是AA*模块,并且*(Mα)α∈I(M_\alpha)_{\alpha \in I}*递增是*EE的子模族,使得*EE*是*MαM_\alpha的并;如果jβα:Mα→Mβj_{\beta \alpha}: M_\alpha \to M_\beta(对于α≤β\alpha \leq \beta)和jα:Mα→Ej_\alpha: M_\alpha \to E*是典范嵌入,那么直接的*j=lim⁡⟶jαj = \lim \longrightarrow j_\alpha*是同构*lim⁡⟶Mα\lim \longrightarrow M_\alpha*到*EE*(集合理论, III, § 7, no. 6、注 1)*。特别是,每个AA*-模块都是其*有限生成*子模的右有向族的直极限。

引用了 1

引用了 注, E III § 7

3. 张量积 / 直极限

令 (Aα,ρβα)(A_\alpha, \rho_{\beta \alpha}) 为环的直接系统,(Eα,fβα)(E_\alpha, f_{\beta \alpha})(分别为 (Fα,gβα)(F_\alpha, g_{\beta \alpha}))为右(分别为左)AαA_\alpha*-模块的直接系统。对于α≤β\alpha \leq \beta,有一个Z\mathbf{Z}*-模块同态*

fβα⊗gβα:Eα⊗AαFα→(Eβ)[Aα]⊗Aα(Fβ)[Aα] f_{\beta \alpha} \otimes g_{\beta \alpha}: E_\alpha \otimes_{A_\alpha} F_\alpha \to (E_\beta)_{[A_\alpha]} \otimes_{A_\alpha} (F_\beta)_{[A_\alpha]}

另一方面,有一个规范的 Z\mathbf{Z}*-模块同态*

(Eβ)[Aα]⊗Aα(Fβ)[Aα]→Eβ⊗AβFβ (E_\beta)_{[A_\alpha]} \otimes_{A_\alpha} (F_\beta)_{[A_\alpha]} \to E_\beta \otimes_{A_\beta} F_\beta

相应的至环同态ρβα\rho_{\beta \alpha}(§3§ 3、no. 3、命题2); 从而通过合成,我们得到一个Z\mathbf{Z}*-模块同态*

hβα:Eα⊗AαFα→Eβ⊗AβFβ h_{\beta \alpha}: E_\alpha \otimes_{A_\alpha} F_\alpha \to E_\beta \otimes_{A_\beta} F_\beta

其中映射张量积xα⊗yαx_\alpha \otimes y_\alpha至fβα(xα)⊗gβα(yα)f_{\beta \alpha}(x_\alpha) \otimes g_{\beta \alpha}(y_\alpha)。显然

(Eα⊗AαFα,hβα) (E_\alpha \otimes_{A_\alpha} F_\alpha, h_{\beta \alpha})

是 直接系统 个 Z\mathbf{Z}* 个模块。让*A=lim⁡⟶AαA = \lim \longrightarrow A_\alpha,E=lim⁡⟶EαE = \lim \longrightarrow E_\alpha,F=lim⁡⟶FαF = \lim \longrightarrow F_\alpha*和*

设ρα:Aα→A,fα:Eα→E,gα:Fα→F\rho_\alpha : A_\alpha \to A, f_\alpha : E_\alpha \to E, g_\alpha : F_\alpha \to F为典范映射。如上,定义了一个Z\mathbf{Z}-线性映射πα:Eα⊗AαFα→E⊗AF\pi_\alpha : E_\alpha \otimes_{A_\alpha} F_\alpha \to E \otimes_A F,其中映射张量积xα⊗yαx_\alpha \otimes y_\alpha到fα(xα)⊗gα(yα)f_\alpha(x_\alpha) \otimes g_\alpha(y_\alpha),映射形式直接系统为直接的。这样我们就得到了Z\mathbf{Z}-线性映射

π=lim⁡πα:lim⁡(Eα⊗AαFα)→E⊗AF. \pi = \lim \pi_\alpha : \lim (E_\alpha \otimes_{A_\alpha} F_\alpha) \to E \otimes_A F.

命题 7 05R9

Z\mathbf{Z}-线性映射 (7) 是双射的。

引用了 3 · 被以下引用 8

引用了 命题 10, E III § 7, 引理 1, E III § 7, 命题 1, II § 3

被以下引用 命题 2, AC I § 2, AC II § 2. 环和模分数, 推论 2, 推论 3, 命题 26, II § 7, 命题 4, III § 4, 命题 6, III § 5, 命题 3, V § 15

我们集合P=lim⁡(Eα⊗AαFα)P = \lim (E_\alpha \otimes_{A_\alpha} F_\alpha),并且对于所有α∈I\alpha \in I,令hα:Eα⊗AαFα→Ph_\alpha : E_\alpha \otimes_{A_\alpha} F_\alpha \to P为典范映射。另一方面,对于所有 α∈I\alpha \in I,让

tα:Eα×Fα→Eα⊗AαFα t_\alpha : E_\alpha \times F_\alpha \to E_\alpha \otimes_{A_\alpha} F_\alpha
是规范的Z\mathbf{Z}-双线性映射;对于α≤β\alpha \leq \beta,
tβ(fβα(xα),gβα(yα))=fβα(xα)⊗gβα(yα)=hβα(tα(xα,yα)) t_\beta(f_{\beta \alpha}(x_\alpha), g_{\beta \alpha}(y_\alpha)) = f_{\beta \alpha}(x_\alpha) \otimes g_{\beta \alpha}(y_\alpha) = h_{\beta \alpha}(t_\alpha(x_\alpha, y_\alpha))
因此 (tα)(t_\alpha) 是映射的直接系统。将lim⁡(Eα×Fα)\lim (E_\alpha \times F_\alpha)与E×FE \times F(*集合理论*,III, § 7, no. 7,命题10)进行规范地识别,我们推导出映射t=lim⁡tα:E×F→Pt = \lim t_\alpha : E \times F \to P,使得
t(fα(xα),gα(yα))=hα(tα(xα,yα))=hα(xα⊗yα). t(f_\alpha(x_\alpha), g_\alpha(y_\alpha)) = h_\alpha(t_\alpha(x_\alpha, y_\alpha)) = h_\alpha(x_\alpha \otimes y_\alpha).
考虑*集合理论*、III, § 7, no. 5、引理1,立即看出tt是Z\mathbf{Z}双线性;此外,对于x∈E,y∈F,λ∈Ax \in E, y \in F, \lambda \in A,存在α∈I\alpha \in I使得x=fα(xα),y=gα(yα),λ=ρα(λα)x = f_\alpha(x_\alpha), y = g_\alpha(y_\alpha), \lambda = \rho_\alpha(\lambda_\alpha)与λα∈Aα,xα∈Eα,yα∈Fα\lambda_\alpha \in A_\alpha, x_\alpha \in E_\alpha, y_\alpha \in F_\alpha(*集合理论*,III, § 3, no. 7,引理1); 从而
t(xλ,y)=hα((xαλα)⊗yα)=hα(xα⊗(λαyα))=t(x,λy). t(x \lambda, y) = h_\alpha((x_\alpha \lambda_\alpha) \otimes y_\alpha) = h_\alpha(x_\alpha \otimes (\lambda_\alpha y_\alpha)) = t(x, \lambda y).
因此,存在且仅有一个Z\mathbf{Z}-线性映射π′:E⊗AF→P\pi' : E \otimes_A F \to P,使得π′(x⊗y)=t(x,y)\pi'(x \otimes y) = t(x, y) (§ 3, no. 1, 命题 1)。此外,通过定义
π′(π(hα(xα⊗yα)))=π′(fα(xα)⊗gα(yα))=hα(xα⊗yα) \pi'(\pi(h_\alpha(x_\alpha \otimes y_\alpha))) = \pi'(f_\alpha(x_\alpha) \otimes g_\alpha(y_\alpha)) = h_\alpha(x_\alpha \otimes y_\alpha)
π(π′(fα(xα)⊗gα(yα)))=π(hα(xα⊗yα))=fα(xα)⊗gα(yα) \pi(\pi'(f_\alpha(x_\alpha) \otimes g_\alpha(y_\alpha))) = \pi(h_\alpha(x_\alpha \otimes y_\alpha)) = f_\alpha(x_\alpha) \otimes g_\alpha(y_\alpha)
并且作为形式 fα(xα)⊗gα(yα)f_\alpha(x_\alpha) \otimes g_\alpha(y_\alpha)(分别为 hα(xα⊗yα)h_\alpha(x_\alpha \otimes y_\alpha))生成的元素,Z\mathbf{Z}-模块 E⊗AFE \otimes_A F(分别为 PP)、π′∘π\pi' \circ \pi 和 π∘π′\pi \circ \pi' 为恒等映射。

宽松地说,命题 7 可以用说来表示,*张量积与直极限*可交换,并且通常通过同构π\pi来标识(7)的两侧。

推论 1 05RA

令*(Eα′,fβα′)(E'_\alpha, f'_{\beta \alpha})(或(Fα′,gαβ′)(F'_\alpha, g'_{\alpha \beta}))*为右*(或*左*)的另一个直接系统*AαA_\alpha*-*模;对于所有* α∈I\alpha \in I,*让* uα:Eα→Eα′u_\alpha : E_\alpha \to E'_\alpha(或vα:Fα→Fα′v_\alpha : F_\alpha \to F'_\alpha)*成为

AαA_\alpha-线性映射,使得(uα)(u_\alpha)(分别为(vα)(v_\alpha))为直接系统。那么(uα⊕vα)(u_\alpha \oplus v_\alpha)是Z\mathbf{Z}线性映射的直接系统和图表

lim⁡(Eα⊗AαFα)⟶(lim⁡Eα)⊗A(lim⁡Fα)↓↓lim⁡(uα⊗vα)(lim⁡uα)⊗(lim⁡vα)lim⁡(Eα′⊗AαFα′)⟶(lim⁡Eα′)⊗A(lim⁡Fα′) \begin{array}{ccc} \lim(E_\alpha \otimes_{A_\alpha} F_\alpha) & \longrightarrow & (\lim E_\alpha) \otimes_A (\lim F_\alpha) \\ \downarrow & & \downarrow \\ \lim(u_\alpha \otimes v_\alpha) & & (\lim u_\alpha) \otimes (\lim v_\alpha) \\ \lim(E'_\alpha \otimes_{A_\alpha} F'_\alpha) & \longrightarrow & (\lim E'_\alpha) \otimes_A (\lim F'_\alpha) \end{array}

是可交换的。

验证为直接的。

令(Aα′,ρβα′)(A'_\alpha, \rho'_{\beta\alpha})为环的另一个直接系统,并假设每个EαE_\alpha是(Aα′,Aα)(A'_\alpha, A_\alpha)双模,fβαf_{\beta\alpha}对于α≤β\alpha \leq \beta是(Aα′,Aα)(A'_\alpha, A_\alpha)线性。那么,如果我们写 A′=lim⁡Aα′A' = \lim A'_\alpha,则根据推论 1,同构 (7) 相对于两侧左侧的 A′A' 模块结构是*线性的。这可以立即推广到任意多模块。

特别是,如果AαA_\alpha是*可交换的*,则A=lim⁡AαA = \lim A_\alpha是可交换的并且同构(7)是*A-模同构*。

推论 2 05RB

设*(Eα,fβα)(E_\alpha, f_{\beta\alpha})*为右*AαA_\alpha*-模块的直接系统,并让*Eα′=Eα⊗AαAE'_\alpha = E_\alpha \otimes_{A_\alpha} A*为通过典范同态*ρα:Aα→A\rho_\alpha : A_\alpha \to A将标量的环扩展到*A=lim⁡AαA = \lim A_\alpha*所获得的*AA*-模块。 那么 (Eα′,fβα⊗1A)(E'_\alpha, f_{\beta\alpha} \otimes 1_A) 是右 AA*模块的直接系统,*其直极限规范地同构于* lim⁡Eα\lim E_\alpha。

引用了 1

引用了 命题 7

它足以满足应用命题 7,其中FαF_\alpha环AA通过ρα\rho_\alpha被视为(Aα,A)(A_\alpha, A)双模。

推论 3 05RC

设*AA*为环,右*AA*-模块和*FF*左*AA*-模块的*(Eα,fβα)(E_\alpha, f_{\beta\alpha})*直接系统。 那么 Z\mathbf{Z}*-模块* lim⁡(Eα⊗AF)\lim (E_\alpha \otimes_A F) 和 (lim⁡Eα)⊗AF(\lim E_\alpha) \otimes_A F 是规范同构的。

引用了 1

引用了 命题 7

对于命题 7 中的所有α∈I\alpha \in I,取Aα=AA_\alpha = A 和Fα=FF_\alpha = F 就足够了。

特别是,如果 ρ:A→B\rho : A \to B 是环同态,则 lim⁡ρ∗(Eα)\lim \rho^*(E_\alpha) 和 ρ∗(lim⁡Eα)\rho^*(\lim E_\alpha) 是规范同构的。

推论 4 05RD

设* MM 为右 AA*-模,NN 左 AA*-模,(xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n} 元素的族 MM,(yi)1≤i≤n(y_i)_{1 \leq i \leq n} 元素的族 NN,*使得*∑i(xi⊗yi)=0\sum_i (x_i \otimes y_i) = 0*在*M⊗ANM \otimes_A N。 然后存在一个有限生成的子模 M1M_1 (分别为 N1N_1) MM (分别为 NN)包含 xix_i (分别为 yiy_i)*并且这样* ∑i(xi⊗yi)=0\sum_i (x_i \otimes y_i) = 0*在*M1⊗AN1M_1 \otimes_A N_1。

MM(分别NN)被规范地等同于其有限生成的子模包含和xix_i(分别yiy_i)的右有向族的直极限,并且足以应用*集合理论, III, § 7, no. 5, 引理 1.

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 引理 1, E III § 7

被以下引用 命题 4, AC II § 2

习题

参见习题为 § 6。

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