Bourbaki

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§ 7。外观代数

1. 定义外部代数模

定义 1 062S

令 AA 为交换环且 MM 为 AA 模块。 MM的外代数,用⋀(M)\bigwedge(M)或Alt(M)\mathrm{Alt}(M)或⋀A(M)\bigwedge_A(M)表示,是代数除以AA张量代数T(M)T(M)与两侧理想J′′\mathfrak{J}''的商(也用JM′′\mathfrak{J}_{M}''表示)由元素x⊗xx \otimes x生成,其中xx贯穿MM。

引用了 1

引用了 命题 2, II § 11

由于理想J′′\mathfrak{J}''是由次数2的齐次元素生成的,因此它是一个分级理想(II, § 11, no. 3,命题2);我们写Jn′′=J′′∩Tn(M)\mathfrak{J}_n'' = \mathfrak{J}'' \cap T^n(M);因此,代数 ⋀(M)\bigwedge(M) 按 ⋀n(M)=Tn(M)/Jn′′\bigwedge^n(M) = T^n(M)/\mathfrak{J}_n'' 的毕业(称为规范)由……组成进行评分。然后J0′′=J1′′={0}\mathfrak{J}_0'' = \mathfrak{J}_1'' = \{0\},因此⋀0(M)\bigwedge^0(M)与AA识别,⋀1(M)\bigwedge^1(M)与T1(M)=MT^1(M) = M识别;接下来我们将始终进行这些识别,并且典范嵌入M→⋀(M)M \to \bigwedge(M)将由ϕ′′\phi''或ϕM′′\phi_M''表示。

命题 1 062T

令 EE 为 AA 代数,f:M→Ef : M \to E 为 AA 线性映射,使得

(f(x))2=0for all x∈M. (f(x))^2 = 0 \quad \text{for all } x \in M.
存在且仅有一个AA-代数同态g:⋀(M)→Eg : \bigwedge(M) \to E使得f=g∘ϕ′′f = g \circ \phi''。

引用了 2 · 被以下引用 4

引用了 E IV § 3. 普遍映射, 命题 1, III § 5

被以下引用 III § 11. 。 余代数、乘积多重线性形式、内部乘积和对偶, § 7. 。外观代数, 命题 10, 命题 2

在其他字中,(⋀(M),ϕ′′)(\bigwedge(M), \phi'')是普遍映射问题的解(集合理论,IV, § 3, no. 1),其中Σ\Sigma是AA-代数结构的类, α\alpha-映射是从AA-模块MM到AA-代数满足的线性映射 (1)。

gg的唯一性源自ϕ′′(M)=M\phi''(M) = M生成⋀(M)\bigwedge(M)。为了证明gg的存在性,我们注由§ 5, no. 1,命题1存在AA代数同态g1:T(M)→Eg_1 : T(M) \to E使得f=g1∘ϕf = g_1 \circ \phi;我们需要证明g1g_1在理想的J′′\mathfrak{J}''上是零,因为如果

p:T(M)→⋀(M)=T(M)/J′′ p : T(M) \to \bigwedge(M) = T(M)/\mathfrak{J}''
是典范同态,我们可以写成g1=g∘pg_1 = g \circ p,其中g:⋀(M)→Eg : \bigwedge(M) \to E是代数同态,根据p∘ϕ=ϕ′′p \circ \phi = \phi''得出结论。现在,g1g_1的核是一个双面理想,根据(1)和关系g1∘ϕ=fg_1 \circ \phi = f,包含元素x⊗xx \otimes x对于x∈Mx \in M。这样就完成了证明。

注 062U

(1) 假设 E 是 (En)(E_n) 等级型 Z\mathbf{Z} 的A-代数,并且还假设线性映射 ff(假设满足 (1))是这样的:

f(M)⊂E1. f(M) \subset E_1.
然后关系 g(x1x2…xp)=f(x1)f(x2)…f(xp)g(x_1 x_2 \ldots x_p) = f(x_1) f(x_2) \ldots f(x_p) 与 xi∈Mx_i \in M 表明 g(⋀p(M))⊂Epg(\bigwedge^p(M)) \subset E_p 对于所有 p≥0p \geq 0,因此 gg 是分级的代数同态。

(2) 为了避免混淆,外部代数⋀(M)\bigwedge(M)的两个元素u,vu, v中的乘积通常用u∧vu \wedge v表示,并用vv称为uu的*外部乘积*。因此,⋀n(M)\bigwedge^n(M)的元素是形式x1∧x2∧⋯∧xnx_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n的元素的和,1≤i≤n1 \leq i \leq n的xi∈Mx_i \in M通常被称为*n向量*。

2. 外部的函数属性代数

命题 2 062V

令AA为交换环、MM和NN两个AA模块以及u:M→Nu : M \to N一个AA线性映射。存在且仅有一个AA-代数同态*

u′′:⋀(M)→⋀(N) u'' : \bigwedge(M) \to \bigwedge(N)
*这样图表

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 1

被以下引用 例, III § 11

M→uN↓ϕM′′↓ϕN′′⋀(M)→u′′⋀(N) \begin{array}{ccc} M & \xrightarrow{u} & N \\ \downarrow \phi_M'' & & \downarrow \phi_N'' \\ \bigwedge(M) & \xrightarrow{u''} & \bigwedge(N) \end{array}

* 是可交换的。此外,u′′u''是分级的代数同态。*

u′u'的存在性和唯一性由no. 1、命题1适用于代数、⋀(N)\bigwedge(N)和f=ϕN′′∘u:M→⋀(N)f = \phi_N'' \circ u : M \to \bigwedge(N);对于f(M)⊂Nf(M) \subset N,因此ff通过gN′′\mathfrak{g}_N''的定义满足条件(1):与f(M)⊂⋀1(N)=Nf(M) \subset \bigwedge^1(N) = N一样,u′′u''是分级代数同态的事实来自*注* 1 no. 1。

命题 2 中的同态 u′′u'' 今后将用⋀(u)\bigwedge(u) 表示。如果 PP 是AA-模且 v:N→Pv : N \to P 是AA-线性映射,则

⋀(v∘u)=⋀(v)∘⋀(u) \bigwedge(v \circ u) = \bigwedge(v) \circ \bigwedge(u)
对于 ⋀(v)∘⋀(u)\bigwedge(v) \circ \bigwedge(u) 是代数同态,它呈现可交换的图表

M→vuP↓ϕM′↓ϕP′⋀(M)→⋀(v)∘⋀(u)⋀(P) \begin{array}{ccc} M & \xrightarrow{v \quad u} & P \\ \downarrow \phi_M' & & \downarrow \phi_P' \\ \bigwedge(M) & \xrightarrow{\bigwedge(v) \circ \bigwedge(u)} & \bigwedge(P) \end{array}

由于Λ(M)\Lambda(M)包含M=Λ1(M)M = \Lambda^1(M),Λ(u)\Lambda(u)是有时,称为uu到Λ(M)\Lambda(M)的规范扩张。 限制 Λn(u):Λn(M)→Λn(N)\Lambda^n(u): \Lambda^n(M) \to \Lambda^n(N) 是这样的

Λn(u)(x1∧x2∧⋯∧xn)=u(x1)∧u(x2)∧⋯∧u(xn) \Lambda^n(u)(x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n) = u(x_1) \wedge u(x_2) \wedge \cdots \wedge u(x_n)
与xi∈Mx_i \in M,因为Λ(u)\Lambda(u)是代数同态和Λ1(u)=u\Lambda^1(u) = u; 限制Λ0(u)\Lambda^0(u)到AA是恒等映射。 注 Λn(u)\Lambda^n(u) 是由 Tn(u):Tn(M)→Tn(N)T^n(u): T^n(M) \to T^n(N) 除以经过的商得到的。

命题 3 062W

如果u:M→Nu: M \to N是满射AA线性映射,则同态Λ(u):Λ(M)→Λ(N)\Lambda(u): \Lambda(M) \to \Lambda(N)是满射,其核是uu的核P⊂M⊂Λ(M)P \subset M \subset \Lambda(M)生成的Λ(M)\Lambda(M)的两侧理想。

引用了 4 · 被以下引用 1

引用了 命题 4, III § 6, III § 5. 。 张量代数、张量, 习题 3, § 6, 推论

被以下引用 定理 1, III § 8

证明是由§ 6, no. 2、命题 4、替换 SS 和Λ\Lambda 以及g′\mathfrak{g}' 和g′′\mathfrak{g}'' 衍生而来。

如果 u:M→Nu: M \to N 是单射线性映射,Λ(u)\Lambda(u) 并不总是单射映射 (§ 6, 习题 3)(但请参见下面的no. 9,命题 12 的推论)。然而,当uu是单射,使得u(M)u(M)是NN的直因子,然后Λ(u)\Lambda(u)的像(与Λ(M)\Lambda(M)同构的)是Λ(N)\Lambda(N)的直因子; 证明与 T(u)T(u) (§ 5, no. 2) 替换 TT by Λ\Lambda 的类似断言相同。

命题 4 062X

设NN和PP是AA模块MM的两个子模,这样它们的和N+PN + P是MM中的直因子,并且它们的交N∩PN \cap P是直因子在NN和PP。那么同态Λ(N)→Λ(M)\Lambda(N) \to \Lambda(M)、Λ(P)→Λ(M)\Lambda(P) \to \Lambda(M)和Λ(N∩P)→Λ(M)\Lambda(N \cap P) \to \Lambda(M)、典范嵌入的典范扩张是单射的;如果通过这些同态将Λ(N)\Lambda(N)、Λ(P)\Lambda(P)和Λ(N∩P)\Lambda(N \cap P)识别为Λ(M)\Lambda(M)的子代数,则*

Λ(N∩P)=Λ(N)∩Λ(P). \Lambda(N \cap P) = \Lambda(N) \cap \Lambda(P).
证明始终由 § 5, no. 2、命题 4 替换 TT 衍生自 Λ\Lambda。当AA为域时,MM的任意子模N,PN, P总是满足命题4的假设。

引用了 1

引用了 命题 4, III § 5

推论 062Y

令KK为交换域且MM向量空间大于KK。对于每个元素z∈Λ(M)z \in \Lambda(M),都存在MM的最小的向量子空间NN,使得z∈Λ(N)z \in \Lambda(N)和NN是有限维的。

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 推论, III § 5

被以下引用 III § 11. 。 余代数、乘积多重线性形式、内部乘积和对偶, 推论 1

证明是从§ 5, no. 2推导出来的,推论到命题4替换TT乘以Λ\Lambda。

NN称为MM的向量子空间,与Λ(M)\Lambda(M)的元素zz相关联。

3. 外部的反交换性代数

命题 5 062Z

(i) 设(xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n}为模MM中的元素中的有限序列;对于对称群 SnS_n 中的每个置换 σ\sigma,

xσ(1)∧xσ(2)∧⋯∧xσ(n)=εσ⋅x1∧x2∧⋯∧xn x_{\sigma(1)} \wedge x_{\sigma(2)} \wedge \cdots \wedge x_{\sigma(n)} = \varepsilon_\sigma \cdot x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n
引用了 1 · 被以下引用 6

引用了 引理 3, III § 4

被以下引用 推论 2, 命题 12, 推论 1, 命题 6, 定理 1, 推论 1

其中εσ\varepsilon_\sigma表示置换σ\sigma的签名。

(ii) 如果存在两个不同的指标 i,ji, j 使得 xi=xjx_i = x_j, 乘积

x1∧x2∧⋯∧xn x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n

是零。

(i) 首先,由于 x∧x=0x \wedge x = 0 对于所有 x∈Mx \in M 乘以理想 g′\mathfrak{g}' 的定义,同样,对于 MM 中的 x,yx, y,

x∧y+y∧x=(x+y)∧(x+y)−x∧x−y∧y=0. x \wedge y + y \wedge x = (x + y) \wedge (x + y) - x \wedge x - y \wedge y = 0.

这在n=2n = 2情况下成立(6)。一般情况由§ 4, no. 6、引理 3 得出。

(ii) 在(ii)的假设下,存在置换σ∈Sn\sigma \in S_n使得σ(1)=i\sigma(1) = i和σ(2)=j\sigma(2) = j;那么对于这个置换,(6) 的左侧是零,因此右侧也是零。

推论 1 0630

设H,KH, K为N\mathbf{N}的区间[1,n][1, n]的两个互补子集,并令(ih)1≤h≤p,(jk)1≤k≤n−p(i_h)_{1 \leq h \leq p}, (j_k)_{1 \leq k \leq n-p}分别为HH和KK的元素的序列,排列在递增阶;我们写

xH=xi1∧xi2∧⋯∧xip,xK=xj1∧xj2∧⋯∧xjn−p; x_H = x_{i_1} \wedge x_{i_2} \wedge \cdots \wedge x_{i_p}, \quad x_K = x_{j_1} \wedge x_{j_2} \wedge \cdots \wedge x_{j_{n-p}};
引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 5

被以下引用 III § 8. 。决定因素

那么

xH∧xK=(−1)νx1∧x2∧⋯∧xn x_H \wedge x_K = (-1)^{\nu} x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n

其中ν\nu是有序对(i,j)∈H×K(i, j) \in H \times K的数,使得i>ji > j。

命题 5 约化至证明

引理 1 0631

如果σ∈Sn\sigma \in S_n是置换,使得σ(h)=ih\sigma(h) = i_h对应1≤h≤p1 \leq h \leq p,σ(h)=jn−p\sigma(h) = j_{n-p}对应p+1≤h≤np + 1 \leq h \leq n,则εσ=(−1)ν\varepsilon_\sigma = (-1)^\nu。

对于1≤h<h′≤p1 \leq h < h' \leq p或p+1≤h<h′≤np + 1 \leq h < h' \leq n、σ(h′)>σ(h)\sigma(h') > \sigma(h)和数或有序对(h,h′)(h, h'),使得1≤h≤p<h′≤n1 \leq h \leq p < h' \leq n和σ(h)>σ(h′)\sigma(h) > \sigma(h')等于ν\nu。

推论 2 0632

分级的代数⋀(M)\bigwedge(M)为交错的(§4§ 4、no. 9)。

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 命题 13, 命题 5

被以下引用 推论 1

§4§ 4、no. 9到⋀(M)\bigwedge(M)中的应用命题 13就足够了,取生成的系统集合MM并使用命题5。

命题 6 0633

如果M为有限生成A-模,则⋀(M)\bigwedge(M)为有限生成A-模;另外,如果 M 承认生成的系统且 n 元素,则 ⋀p(M)={0}\bigwedge^p(M) = \{0\} 对应 p>np > n。

引用了 1 · 被以下引用 5

引用了 命题 5

被以下引用 引理 2, III § 11, 定理 1, 定理 2, 引理 1, VII § 3, 推出, VIII Appendix 4

令(xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n}为M的生成的系统。⋀p(M)\bigwedge^p(M)的每元素是形式的元素线性组合

xi1∧xi2∧⋯∧xip x_{i_1} \wedge x_{i_2} \wedge \cdots \wedge x_{i_p}
其中指标 iki_k 属于至 {1,n}\{1, n\};到命题 5,这些指标可以被认为是不同的(否则相应的元素是零)。如果p>np > n,则不存在指标这样的序列,因此不存在⋀p(M)={0}\bigwedge^p(M) = \{0\}。如果p≤np \leq n,这些序列在数中是有限的,从而完成证明。

4. n 个外部幂模和交错的多线性映射

给定交换环 A 上的两个模 M, N,MnM^n 到 N 的 交错的 n-线性 映射是任意 n-线性映射 f:Mn→Nf : M^n \to N,使得对于所有 p≤n−2p \leq n - 2,

f(u1,…,up,x,x,v1,…,vn−p−2)=0 f(u_1, \ldots, u_p, x, x, v_1, \ldots, v_{n-p-2}) = 0
对于所有 x,M 中的 uiu_i (1≤i≤p1 \leq i \leq p) 和 vjv_j (1≤j≤n−p−21 \leq j \leq n - p - 2)。

命题 7 0634

设A为交换环,M和N为A-模。如果与每个 A-线性映射 g:⋀n(M)→Ng : \bigwedge^n(M) \to N (n≥2n \geq 2) 相关联,则 n 线性映射*

(x1,x2,…,xn)↦g(x1∧x2∧⋯∧xn) (x_1, x_2, \ldots, x_n) \mapsto g(x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n)
*双射A-线性映射是从A-模Hom⁡A(⋀n(M),N)\operatorname{Hom}_A(\bigwedge^n(M), N)到交错的的A-模获得MnM^n到N的n线性映射。

引用了 2 · 被以下引用 6

引用了 II § 3. 。 张量积, 定理 1, II § 2

被以下引用 推论 1, 定理 1, 推论 3, 命题 1, III § 8, LIE IX § 6. 。集成紧李群, LIE VIII § 13. 。经典可拆分简单李代数

我们考虑A-模Hom⁡A(Tn(M),N)\operatorname{Hom}_A(T^n(M), N)到A-模Ln(M,…,M;N)\mathscr{L}_n(M, \ldots, M; N)的规范双射到MnM^n到N的*所有*n线性映射,通过与每个A-线性映射f:Tn(M)→Nf : T^n(M) \to N关联n线性映射获得

f~:(x1,…,xn)↦f(x1⊗x2⊗⋯⊗xn) \tilde{f} : (x_1, \ldots, x_n) \mapsto f(x_1 \otimes x_2 \otimes \cdots \otimes x_n)
(II, § 3, no. 9)。另一方面,A-线性映射 g:⋀n(M)→Ng : \bigwedge^n(M) \to N 与 A-线性映射 f:Tn(M)→Nf : T^n(M) \to N 是一对一的对应,使得 f 是 gn′′\mathfrak{g}_n'' 上的零,通过与 g 映射 f=g∘pnf = g \circ p_n 关联,其中
pn:Tn(M)→⋀n(M)=Tn(M)/gn′′ p_n : T^n(M) \to \bigwedge^n(M) = T^n(M)/\mathfrak{g}_n''

是典范同态 (II, § 2, no. 1, 定理 1)。但由于Jn′′\mathfrak{J}_n''是形式元素线性组合

(u1⊗u2⊗⋯⊗up)⊗(x⊗x)⊗(v1⊗⋯⊗vn−p−2) (u_1 \otimes u_2 \otimes \cdots \otimes u_p) \otimes (x \otimes x) \otimes (v_1 \otimes \cdots \otimes v_{n-p-2})
MM中的(x,ui,vj(x, u_i, v_j),说ff是形式g∘png \circ p_n意味着相应的nn-线性函数fˉ\bar{f}满足(8),在其他字中是*交错的*。

A-模 ⋀n(M)\bigwedge^n(M) 被称为 M 的第 n 个外部幂*。对于每个 A-模同态 u:M→Nu : M \to N,映射

⋀n(u):⋀n(M)→⋀n(N) \bigwedge^n(u) : \bigwedge^n(M) \to \bigwedge^n(N)
其中重合与⋀n(M)\bigwedge^n(M)上的⋀(u)\bigwedge(u)称为u*的第n个外部幂。

推论 1 0635

对于每个交错的 n 线性映射* g:Mn→Ng : M^n \to N,*对于每个置换* σ∈Sn\sigma \in \mathfrak{S}_n,

g(xσ(1),xσ(2),…,xσ(n))=εσ⋅g(x1,x2,…,xn) g(x_{\sigma(1)}, x_{\sigma(2)}, \ldots, x_{\sigma(n)}) = \varepsilon_\sigma \cdot g(x_1, x_2, \ldots, x_n)
对于所有人xi∈Mx_i \in M; 此外,如果 xi=xjx_i = x_j 对于两个不同的指标 i,ji, j,*则*
g(x1,x2,…,xn)=0. g(x_1, x_2, \ldots, x_n) = 0.
这是命题 7 和no. 3、命题 5 的明显推论。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 7

被以下引用 引理 1, III § 8

推论 2 0636

设* (xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n} 为 M 的 n 元素中的序列,使得

x1∧x2∧⋯∧xn=0; x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n = 0;
然后,对于每个交错的 n 线性映射 g:Mn→Ng : M^n \to N,g(x1,…,xn)=0g(x_1, \ldots, x_n) = 0。

推论 3 0637

设* f:Mn−1→Af : M^{n-1} \to A 为交错的 (n−1)(n-1)*-线性形式*。 如果 (xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n} 是 M 的 n 元素中的序列,使得 x1∧x2∧⋯∧xn=0x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n = 0,*则*

∑i=1n(−1)if(x1,…,x^i,…,xn)⋅xi=0 \sum_{i=1}^n (-1)^i f(x_1, \ldots, \hat{x}_i, \ldots, x_n) \cdot x_i = 0
(我们写 f(x1,…,x^i,…,xn)=f(x1,…,xi−1,xi+1,…,xn)f(x_1, \ldots, \hat{x}_i, \ldots, x_n) = f(x_1, \ldots, x_{i-1}, x_{i+1}, \ldots, x_n) 为 1≤i≤n1 \leq i \leq n。

足以证明nn-线性映射

(x1,…,xn)↦∑i=1n(−1)if(x1,…,x^i,…,xn)⋅xi (x_1, \ldots, x_n) \mapsto \sum_{i=1}^n (-1)^i f(x_1, \ldots, \hat{x}_i, \ldots, x_n) \cdot x_i
MnM^n到MM是*交错的*。现在,如果xi=xi+1x_i = x_{i+1},则右侧和中的所有项都有零系数,除了xix_i和xi+1x_{i+1}之外,因为ff是交错的;另一方面,xix_i的系数为
(−1)if(x1,…,xi−1,xi+1,xi+2,…,xn) (-1)^i f(x_1, \ldots, x_{i-1}, x_{i+1}, x_{i+2}, \ldots, x_n)

xi+1x_{i+1} 是(−1)i+1f(x1,…,xi,xi+2,…,xn)(-1)^{i+1} f(x_1, \ldots, x_i, x_{i+2}, \ldots, x_n),它们是假设的倒数。

注 0638

Tn(M)T^n(M) 的元素 zz 被称为阶* nn 的(逆变)*斜对称张量,如果 σ.z=εσz\sigma.z = \varepsilon_\sigma z 对于每个置换 σ∈Sn\sigma \in S_n (cf.) § 6, no. 3、注);这些元素形式是Tn(M)T^n(M)的子A模块An′(M)A'_n(M)。对于所有z∈Tn(M)z \in T^n(M),我们写成a.z=∑σ∈Snεσ(σ.z)a.z = \sum_{\sigma \in S_n} \varepsilon_\sigma(\sigma.z),并称a.za.z为zz的*倾斜对称化*;作为εστ=εσετ\varepsilon_{\sigma\tau} = \varepsilon_\sigma \varepsilon_\tau,立即看出a.za.z是斜对称的张量,因此z↦a.zz \mapsto a.z是Tn(M)T^n(M)的自同态,其中像An′′(M)A''_n(M)包含在An′(M)A'_n(M)中;一般来说An′′(M)≠An′(M)A''_n(M) \neq A'_n(M)(习题8)。如果zz是斜对称张量,则a.z=n!za.z = n!z;因此,*当* n!n! 可逆于 AA时,自同态 z↦(n!)−1a.zz \mapsto (n!)^{-1}a.z 是 Tn(M)T^n(M) 的 投影算子,其像为

An′(M)=An′′(M). A'_n(M) = A''_n(M).

而且这个投影算子的*核*正好是Jn′′\mathfrak{J}_n'';因为注意显然可能仅限于n⩾2n \geqslant 2的情况,因此2(n!n!的除子)在AA和x⊗x=2−1(x⊗x+x⊗x)x \otimes x = 2^{-1}(x \otimes x + x \otimes x)中是可逆的;因此Jn′′\mathfrak{J}_n''由元素z+ρ.zz + \rho.z生成,其中ρ\rho是{1,n}\{1, n\}中两个连续数的转置;此外,对于SnS_n中的两个置换σ,τ\sigma, \tau,我们可以写

z−εστ((στ).z)=z−ετ(τ.z)+ετ(τ.z−εσσ.(τ.z)) z - \varepsilon_{\sigma\tau}((\sigma\tau).z) = z - \varepsilon_\tau(\tau.z) + \varepsilon_\tau(\tau.z - \varepsilon_\sigma \sigma.(\tau.z))

从而由此可见,z−εσ(σ.z)∈Jn′′z - \varepsilon_\sigma(\sigma.z) \in \mathfrak{J}_n'' 对于所有 z∈Tn(M)z \in T^n(M) 和 σ∈Sn\sigma \in S_n。因此(始终假设n!n!在AA中可逆),可以看出

z−(n!)−1a.z=∑σ∈Sn(n!)−1(z−εσ(σ.z))∈Jn′′ z - (n!)^{-1}a.z = \sum_{\sigma \in S_n} (n!)^{-1}(z - \varepsilon_\sigma(\sigma.z)) \in \mathfrak{J}_n''

对于所有z∈Tn(M)z \in T^n(M),这建立了我们的断言。

当n!n!在AA中可逆时,Tn(M)T^n(M)的子模、An′(M)A'_n(M)和Jn′′\mathfrak{J}_n''因此是*补充*并且典范同态Tn(M)→⋀n(M)=Tn(M)/Jn′′T^n(M) \to \bigwedge^n(M) = T^n(M)/\mathfrak{J}_n''的限制到An′(M)A'_n(M)是A-模 同构,这允许我们在所讨论的情况下将阶nn的认同倾斜对称张量与MM的第nn外部幂的元素。 注这里还表明,该标识与两个斜对称张量的T(M)T(M)中的乘法、乘积不兼容,一般情况下不是斜对称的。

引用了 2

引用了 III § 6. 。对称代数, 习题 8, § 7

5. 标量的环的扩张

令A,A′A, A'为两个交换环、ρ:A→A′\rho : A \to A'环同态、MM一个AA模、M′M'一个A′A'模以及f:M→M′f : M \to M'一个*A同态*(相对于ρ\rho)的MM变成M′M'。复合映射M→fM′→ϕM′⋀A′(M′)M \xrightarrow{f} M' \xrightarrow{\phi_{M'}} \bigwedge_{A'}(M')是MM的A-线性映射到A-代数⋀A′(M′)\bigwedge_{A'}(M'),并且,由于f(M)⊂M'的元素在⋀A′(M′)\bigwedge_{A'}(M')中是零平方,因此存在(no. 1, 命题 1) 唯一一个 AA-代数 f′′:⋀A(M)→⋀A′(M′)f'' : \bigwedge_A(M) \to \bigwedge_{A'}(M') 呈现可交换图表

M→fM′↓ϕM′′↓ϕM′′′⋀A(M)→f′′⋀A′(M′) \begin{array}{ccc} M & \xrightarrow{f} & M' \\ \downarrow \phi_M'' & & \downarrow \phi_{M'}'' \\ \bigwedge_A(M) & \xrightarrow{f''} & \bigwedge_{A'}(M') \end{array}

f′′f'' 是分级的代数同态。立即推断出,如果σ:A′→A′′\sigma : A' \to A''是另一个环同态,M′′M''是A′′A''模,g:M′→M′′g : M' \to M''是A′A'同态(相对于σ\sigma)和g′′:⋀A′(M′)→⋀A′′(M′′)g'' : \bigwedge_{A'}(M') \to \bigwedge_{A''}(M'') 相应的 A′′A''-代数的同态,则复合AA-代数的同态

⋀A(M)→f′′⋀A′(M′)→g′′⋀A′′(M′′) \bigwedge_A(M) \xrightarrow{f''} \bigwedge_{A'}(M') \xrightarrow{g''} \bigwedge_{A''}(M'')

对应到复合AA-同态g∘f:M→M′′g \circ f : M \to M''(相对于σ∘ρ\sigma \circ \rho)。

命题 8 0639

令A,BA, B为两个交换环、ρ:A→B\rho : A \to B、环、同态和MM一个AA模块。规范的扩张

引用了 1

引用了 命题 5, III § 5

ψ:⋀B(B⊗AM)→B⊗A⋀A(M) \psi : \bigwedge_B(B \otimes_A M) \to B \otimes_A \bigwedge_A(M)

BB-线性映射 1B⊗ϕM′′:B⊗AM→B⊗A⋀A(M)1_B \otimes \phi_M'' : B \otimes_A M \to B \otimes_A \bigwedge_A(M) 是分级的BB-代数同构。

证明是由§ 5, no. 4 衍生而来,命题 5 替换 TT 由⋀\bigwedge 衍生而来,ϕM\phi_M 由ϕM′′\phi_M'' 衍生而来。

6. 直极限外部代数

令(Aα,ϕβα)(A_\alpha, \phi_{\beta \alpha})为交换环、(Mα,fβα)(M_\alpha, f_{\beta \alpha})直接系统的有向直接系统、AαA_\alpha模块、A=lim⁡→AαA = \lim \to A_\alpha和M=lim⁡→MαM = \lim \to M_\alpha。对于 α≤β\alpha \leq \beta,我们从 AαA_\alpha 同态 fβα:Mα→Mβf_{\beta \alpha} : M_\alpha \to M_\beta 和 AαA_\alpha 代数同态 (no. 5, 公式 (12)) fβα′:⋀Aα(Mα)→⋀Aβ(Mβ)f_{\beta \alpha}' : \bigwedge_{A_\alpha}(M_\alpha) \to \bigwedge_{A_\beta}(M_\beta) 推导出来,并从 (13) 得出(⋀Aα(Mα),fβα′)(\bigwedge_{A_\alpha}(M_\alpha), f_{\beta \alpha}') 是 直接系统已分级 AαA_\alpha*-模块*。另一方面,令 fα:Mα→Mf_\alpha : M_\alpha \to M 为规范的 AαA_\alpha 同态;我们推导出 (no. 5, 公式 (12)) 分级AαA_\alpha-代数同态fα′′:⋀Aα(Mα)→⋀A(M)f_\alpha'' : \bigwedge_{A_\alpha}(M_\alpha) \to \bigwedge_A(M),并且从 (13) 还可以得出,fα′′f_\alpha'' 构成AαA_\alpha-同态的直接系统。

命题 9 063A

A-同态* f′′=lim←⁡fα′′:lim←⁡ΛAα(Mα)→ΛA(M)f'' = \varprojlim f''_\alpha : \varprojlim \Lambda_{A_\alpha}(M_\alpha) \to \Lambda_A(M) 是分级的代数同构。

引用了 1

引用了 命题 6, III § 5

证明与 § 5, no. 4、命题 6 替换在整个 T 中的 Λ\Lambda 和 ϕ\phi ϕ′′\phi'' 相同,并且考虑到交错的代数的直极限是交错的。

7. 外部代数直和。外观代数等级模

设A为A-模家庭的交换环、M=⨁λ∈LMλM = \bigoplus_{\lambda \in L} M_\lambda直和和jλ:Mλ→Mj_\lambda : M_\lambda \to M典范嵌入;推导出分级代数 Λ(jλ):Λ(Mλ)→Λ(M)\Lambda(j_\lambda) : \Lambda(M_\lambda) \to \Lambda(M) 的 A-同态。由于Λ(M)\Lambda(M)是反交换的,§ 4, no. 7的命题 10(或者如果需要推广到L无限的情况,cf.§ 4, no. 8,*Reamrk* 1)可以应用于同态Λ(jλ)\Lambda(j_\lambda);那么存在唯一代数同态

g:⨂λ∈LgΛ(Mλ)→Λ(M) g : \bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda) \to \Lambda(M)

(也用 gMg_M 表示)使得 Λ(jλ)=g∘fλ\Lambda(j_\lambda) = g \circ f_\lambda,其中

fλ:Λ(Mλ)→⨂λ∈LgΛ(Mλ) f_\lambda : \Lambda(M_\lambda) \to \bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda)

表示典范同态。

命题 10 063B

典范同态* g (公式 (14)) 是分级的代数同构。

引用了 4 · 被以下引用 5

引用了 III § 4. 。 张量积代数, 命题 14, III § 4, 命题 1, 命题 9, III § 6

被以下引用 例, III § 11, 注, 命题 13, 定理 1, 命题 1, VII § 4

为了证明 g 是双射的,我们定义分级代数同态

h:Λ(M)→⨂λ∈LgΛ(Mλ) h : \Lambda(M) \to \bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda)

这样g∘hg \circ h和h∘gh \circ g分别是Λ(M)\Lambda(M)和⨂λ∈LgΛ(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda)上的恒等映射。对于每个λ∈L\lambda \in L,考虑复合线性映射

uλ:Mλ→ϕMλ′′Λ(Mλ)→fλ⨂λ∈LgΛ(Mλ). u_\lambda : M_\lambda \xrightarrow{\phi''_{M_\lambda}} \Lambda(M_\lambda) \xrightarrow{f_\lambda} \bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda).

存在且仅有一个A-线性映射u:M→⨂λ∈LgΛ(Mλ)u : M \to \bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda),使得u∘jλ=uλu \circ j_\lambda = u_\lambda适用于所有λ∈L\lambda \in L。偏斜张量积 ⨂λ∈LgΛ(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in L}^{\mathfrak{g}} \Lambda(M_\lambda) 是 交错的 代数:对于 L 有限,这可以从 § 4, no. 9、命题 14 得出,而对于 L 任意,这可以从定义得出§ 4, no. 8、*注* 1 中给出乘积,并且交错的的直极限分级代数为交错的。由于u(M)u(M)也包含在分级代数⨂λ∈LΛ(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(M_\lambda)中次数1的元素的子模中,因此从no. 1、命题1和*注*1可以得出,存在唯一的评分代数同态。

h:Λ(M)→⨂λ∈LΛ(Mλ) h : \Lambda(M) \to \bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(M_\lambda)

这样h∘ϕM′′=uh \circ \phi''_M = u。然后,如§ 6, no. 6、命题 9 替换SS那样通过Λ\Lambda和ϕ′\phi'通过ϕ′′\phi''来验证g∘hg \circ h和h∘gh \circ g是恒等映射。

注 063C

令N=⨁λ∈LNλN = \bigoplus_{\lambda \in L} N_\lambda为AA模块另一个族中的直和,并以LL作为索引集合,并且对于所有λ∈L\lambda \in L,令vλ:Mλ→Nλv_\lambda : M_\lambda \to N_\lambda为AA线性映射, 从而存在AA线性映射v=⨁λvλ:M→Nv = \bigoplus_\lambda v_\lambda : M \to N(II, § 1, no. 6,命题 7)。然后图表

⨂λ∈LΛ(Mλ)→gMΛ(M)↓↓⨂λ∈LΛ(vλ)Λ(v)↓↓⨂λ∈LΛ(Nλ)→gNΛ(N) \begin{array}{ccc} \bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(M_\lambda) & \xrightarrow{g_M} & \Lambda(M) \\ \downarrow & & \downarrow \\ \bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(v_\lambda) & & \Lambda(v) \\ \downarrow & & \downarrow \\ \bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(N_\lambda) & \xrightarrow{g_N} & \Lambda(N) \end{array}

是可交换的(cf. § 4, no. 5,命题 8 的推论)。

可以更精确地描述⨂λ∈LΛ(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(M_\lambda)的子AA模块,通过同构gg来识别Λn(M)\Lambda^n(M)。对于LL的每个有限子集JJ,我们写EJ=⨂λ∈JΛ(Mλ)E_J = \bigotimes_{\lambda \in J} \Lambda(M_\lambda),因此⨂λ∈LΛ(Mλ)=lim⁡→EJ\bigotimes_{\lambda \in L} \Lambda(M_\lambda) = \lim \to E_J相对于LL的有限子集的有向集合F(L)\mathscr{F}(L),通过定义(§4§ 4, no. 8,*注* 1)。对于每个家庭ν=(nλ)∈N(L)\nu = (n_\lambda) \in \mathbf{N}^{(L)}(因此具有*有限*支持),使得∑λ∈Lnλ=n\sum_{\lambda \in L} n_\lambda = n和LL包含中的每个有限子集JJ家庭ν\nu的支持,我们写

ΛJ,ν(M)=⨂λ∈JΛnλ(Mλ) \Lambda^{J,\nu}(M) = \bigotimes_{\lambda \in J} \Lambda^{n_\lambda}(M_\lambda)

因此,EJE_J中次数nn的元素的子模EJ,nE_{J,n}是JJ中包含的所有家庭ν\nu支持的ΛJ,ν(M)\Lambda^{J,\nu}(M)的*直和*,并且这样

∑λ∈Lnλ=n \sum_{\lambda \in L} n_\lambda = n

(§4§ 4、no. 7、命题 10 和 no. 8)。按照惯例,我们为JJ中没有包含赡养费的家庭ν\nu写为ΛJ,ν(M)={0}\Lambda^{J,\nu}(M) = \{0\};然后

E_{J,n}也可以称为所有⋀J,ν(M)\bigwedge^{J,\nu}(M)的直和,其中ν\nu贯穿所有ν=(nλ)λ∈L\nu = (n_\lambda)_{\lambda \in L}族的集合HnH_n,从而∑λ∈Lnλ=n\sum_{\lambda \in L} n_\lambda = n。由于⋀0(Mλ)\bigwedge^0(M_\lambda)与AA相同,显然也适用于LL中的两个有限子集J⊂J′J \subset J'以及JJ、典范映射⋀J,ν(M)→⋀J′,ν(M)\bigwedge^{J,\nu}(M) \to \bigwedge^{J',\nu}(M)(典范映射中的限制)的支持家庭ν\nu EJ→EJ′E_J \to E_{J'} 到 ⋀J,ν(M)\bigwedge^{J,\nu}(M)) 是双射的。如果我们写,对于所有 ν∈Hn\nu \in H_n,

⋀ν(M)=lim⁡⟶⋀J,ν(M) \bigwedge^\nu(M) = \lim_{\longrightarrow} \bigwedge^{J,\nu}(M)

然后可以看出,考虑到II, § 6, no. 2,命题 5,我们有:

引用了 4

引用了 命题 7, II § 1, 推论, III § 4, 命题 10, 命题 5, II § 6

推论 063D

The A-module ⋀n(M)\bigwedge^n(M) is the image under isomorphism (14) of the submodule of* ⨂λ∈L⋀(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in L} \bigwedge(M_\lambda)* the direct sum of the submodules ⋀ν(M)\bigwedge^\nu(M)* for all families ν=(nλ)∈N(L)\nu = (n_\lambda) \in \mathbf{N}^{(L)}* such that ∑λ∈Lnλ=n\sum_{\lambda \in L} n_\lambda = n; 如果 JJ* 是* ν\nu、⋀ν(M)\bigwedge^\nu(M)* 的支持,则与 ⨂λ∈J⋀nλ(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in J} \bigwedge^{n_\lambda}(M_\lambda) 自然同构。

被以下引用 1

被以下引用 命题 11

一般来说,⋀n(M)\bigwedge^n(M)中的⋀ν(M)\bigwedge^\nu(M)、⨂λ∈J⋀nλ(Mλ)\bigotimes_{\lambda \in J} \bigwedge^{n_\lambda}(M_\lambda)及其像都被识别。有了这个约定:

命题 11 063E

令Δ\Delta为可交换幺半群,MM为型Δ\Delta的分级A-模和*(Mα)α∈Δ(M_\alpha)_{\alpha \in \Delta}**其毕业。对于子模* ⨂λ∈J⋀nλ(Mαλ)\bigotimes_{\lambda \in J} \bigwedge^{n_\lambda}(M_{\alpha_\lambda})的每一个有序对* (α,n)∈Δ×N(\alpha, n) \in \Delta \times \mathbf{N},*令* ⋀α,n(M)\bigwedge^{\alpha,n}(M)* 为子模 ⋀n(M)\bigwedge^n(M)* 直和,其中* (nλ)λ∈L(n_\lambda)_{\lambda \in L}* 穿过以下家庭的集合整数 ≥0\geq 0* 使得 ∑λ∈Lnλ=n\sum_{\lambda \in L} n_\lambda = n、JJ* 是其支持,并且对于每个 (nλ)(n_\lambda)、(αλ)λ∈J(\alpha_\lambda)_{\lambda \in J}* 贯穿 ΔJ\Delta^J* 的家庭集合使得 ∑λ∈Jαλ=α\sum_{\lambda \in J} \alpha_\lambda = \alpha。 那么 (⋀α,n(M))(α,n)∈Δ×N(\bigwedge^{\alpha,n}(M))_{(\alpha, n) \in \Delta \times \mathbf{N}}* 是型 Δ×N\Delta \times \mathbf{N}* 与 ⋀(M)\bigwedge(M)* 上的代数结构兼容,并且诱导在* M=⋀1(M)M = \bigwedge^1(M)* *上给予毕业。

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 命题 7, III § 5, 推论

被以下引用 推论 1

⋀(M)\bigwedge(M) 是 ⋀α,n(M)\bigwedge^{\alpha,n}(M) 的直和这一事实由命题 10 的推论得出; 证明的其余部分与§ 5, no. 5、命题7的证明结尾相同。

8. 代数自由模外观

定理 1 063F

设* MM* 为A-模和基 (eλ)λ∈L(e_\lambda)_{\lambda \in L}。 让 LL* 被给予全序集的结构(集合理论,III, § 2, no. 3,定理 1)* 并且对于每个有限子集 JJ* 的 LL* *我们写

引用了 7 · 被以下引用 6

引用了 定理 1(策梅洛), E III § 2, 命题 6, E III § 5, 命题 5, 推论 2, II § 3, 命题 10, 命题 6, 命题 7

被以下引用 注, III § 11, 命题 14, III § 11, 命题 7, III § 11, 命题 12, 推论 1, 定理 2

eJ=eλ1∧eλ2∧⋯∧eλn e_J = e_{\lambda_1} \wedge e_{\lambda_2} \wedge \cdots \wedge e_{\lambda_n}

其中(λk)1≤k≤n(\lambda_k)_{1 \leq k \leq n}是J的元素的序列排列在递增阶(集合理论,III, § 5, no. 3,命题6);我们写A的e∅=1e_\varnothing = 1,单位元。 Then the eJe_J, where J runs through the set F(L)\mathscr{F}(L) of finite subsets of L, form a basis of the exterior algebra ⋀(M)\bigwedge(M).

由于eλe_\lambda生成A-模M,⋀(M)\bigwedge(M)的每个元素都是元素eλe_\lambda的乘积的有限数的线性组合,因此(考虑到no. 3, 命题 5) 是J∈F(L)J \in \mathscr{F}(L) 的元素 eJe_J 的有限数的线性组合。 约化到证明,eJe_J与A线性无关。否则,这些元素之间将存在一个线性关系,其系数不全为零; 子集 J 的并,其中对应到 eJe_J,其中关系中的系数为 ≠0\neq 0,即 L 的有限子集 K(因为只有有限的数系数 ≠0\neq 0)。令 N 为由 eλe_\lambda 生成的 M 的子模,使得 λ∈K\lambda \in K; N 是 M 中的直因子,因此 (no. 2) ⋀(N)\bigwedge(N) 与 ⋀(M)\bigwedge(M) 的子代数等同,如果我们证明 eJe_J 与 J⊂KJ \subset K 形式基 ⋀(N)\bigwedge(N),我们将获得所需的 contradiction.

因此,当M的基有限时,约化提供定理1;因此我们可以假设L={1,m}⊂NL = \{1, m\} \subset N。对于每个i∈Li \in L,令MiM_i为M的自由子模AeiAe_i; M 是MiM_i 的直和,⋀(Mi)\bigwedge(M_i) 是⋀0(Mi)=A\bigwedge^0(M_i) = A 和⋀1(Mi)=Mi\bigwedge^1(M_i) = M_i 的直和(no. 3,命题 6)。让⋀(M)\bigwedge(M)与⋀(Mi)\bigwedge(M_i)的A-模张量积规范地标识(no. 7,命题10);后者具有⋀(Mi)\bigwedge(M_i)的基(1,ei)(1, e_i)的基张量积(II, § 3, no. 7,推论2至命题7);这样我们就得到了所有元素

u1⊗u2⊗⋯⊗um u_1 \otimes u_2 \otimes \cdots \otimes u_m

其中ui=1u_i = 1或ui=eiu_i = e_i;如果 J 是指标 i 的集合,使得 ui=eiu_i = e_i、u1⊗u2⊗⋯⊗umu_1 \otimes u_2 \otimes \cdots \otimes u_m 与 eJe_J 相同,从而完成证明。

推论 1 063G

假设L={1,m}L = \{1, m\};那么⋀(M)\bigwedge(M)的基(eJ)J∈P(L)(e_J)_{J \in \mathscr{P}(L)}有2m2^m元素。对于p>mp > m、⋀p(M)={0}\bigwedge^p(M) = \{0\}; ⋀m(M)\bigwedge^m(M) 有基由……组成单个元素 eLe_L;对于eJe_J的⋀p(M)\bigwedge^p(M)由……组成的基(eJ)(e_J)中元素的0≤p≤m0 \leq p \leq m数,使得Card(J)=p\mathrm{Card}(J) = p为

(mp)=m!p!(m−p)! \binom{m}{p} = \frac{m!}{p!(m-p)!}
引用了 8 · 被以下引用 3

引用了 命题 11, Proposition 12, E III § 3, 推论 1, E III § 5, III § 1. 。 代数, 定理 1, 推论, 推论 2, 命题 5

被以下引用 定理 2, VI § 2. 。 有序域, 引理 1, VII § 3

这是从集合理论、III, § 3, no. 5、命题12和集合理论、III, § 5, no. 8、推论1到命题11得出的。

我们回到定理 1 中的集合L是任意的情况,并明确给出基(eJ)(e_J)的乘法表(§ 1, no. 7)。给定全序集 LL 中的两个有限子集 J,KJ, K,我们写

{ρJ,K=0if J∩K≠∅ρJ,K=(−1)vif J∩K=∅ \begin{cases} \rho_{J, K} = 0 & \text{if } J \cap K \neq \varnothing \\ \rho_{J, K} = (-1)^v & \text{if } J \cap K = \varnothing \end{cases}
其中vv表示有序对(λ,μ)∈J×K(\lambda, \mu) \in J \times K中的数,使得λ>μ\lambda > \mu。那么no. 2的推论1到命题4立即意味着关系
eJ∧eK=ρJ,KeJ∪K. e_J \wedge e_K = \rho_{J, K} e_{J \cup K}.
注公式
ρJ,KρK,J=(−1)jk \rho_{J, K} \rho_{K, J} = (-1)^{jk}
当J∩K=∅,j=Card(J),k=Card(K)J \cap K = \varnothing, j = \mathrm{Card}(J), k = \mathrm{Card}(K)(no. 3,推论2至命题5。)

推论 2 063H

如果 M 是射影 A-模,则 ⋀(M)\bigwedge(M) 是射影 A-模。

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 推出, III § 5

被以下引用 推论 3, 推出, VIII Appendix 4

证明与 § 5, no. 5 相同,推论定理 1 替换 T by ⋀\bigwedge。

推论 3 063I

设 M 为 M 的元素的射影 A-模和 (xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n} 有限序列。因为 M 交错的 n 线性形式 f 上存在这样的*

f(x1,x2,…,xn)≠0, f(x_1, x_2, \ldots, x_n) \neq 0,
这是必要且充分的 x1∧x2∧⋯∧xn≠0x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n \neq 0。

引用了 4 · 被以下引用 2

引用了 命题 7, 推论 2, 推论 4, II § 2, 命题 13

被以下引用 命题 12, 定理 2

我们已经知道(M 上没有假设)条件是必要的(no. 4,命题 7)。现在假设 M 是射影的并且

x1∧x2∧⋯∧xn≠0. x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n \neq 0.
那么 ⋀n(M)\bigwedge^n(M) 是投影(推论 2),因此典范映射
⋀n(M)→(⋀n(M))∗∗ \bigwedge^n(M) \to (\bigwedge^n(M))^{**}
是单射的(II, § 2, no. 7,推论 4 到命题 13);我们结论存在线性形式g:⋀n(M)→Ag : \bigwedge^n(M) \to A使得g(x1∧x2∧⋯∧xn)≠0g(x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n) \neq 0。如果ff是交错的n-线性形式相应的到gg(no. 4,命题7),则f(x1,…,xn)≠0f(x_1, \ldots, x_n) \neq 0。

9. 判据线性无关

命题 12 063J

设 M 为射影 A-模。为了使 M 的元素 x1,x2,…,xnx_1, x_2, \ldots, x_n 线性相关,A 中存在 λ≠0\lambda \neq 0 是必要且充分的,使得*

λx1∧x2∧⋯∧xn=0. \lambda x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n = 0.

引用了 3 · 被以下引用 3

引用了 命题 5, 定理 1, 推论 3

被以下引用 推论, III § 8. 。决定因素, 命题 3, III § 8

条件是必要的(M上没有假设),因为如果例λx1\lambda x_1(有λ≠0\lambda \neq 0)是x2,…,xnx_2, \ldots, x_n的线性组合,关系(22)成立(no. 3,命题5)。我们证明nn上的归纳足够条件;对于 n=1n = 1 来说,它是定义的微不足道的推论。因而,假设 n>1n > 1 和条件 (22) 对于某些 λ≠0\lambda \neq 0 成立。如果

λx2∧x3∧⋯∧xn=0, \lambda x_2 \wedge x_3 \wedge \cdots \wedge x_n = 0,
那么归纳假设意味着 x2,…,xnx_2, \ldots, x_n 是线性相关的,因而 更不必说 x1,x2,…,xnx_1, x_2, \ldots, x_n 是线性相关的。如果λx2∧x3∧⋯∧xn≠0\lambda x_2 \wedge x_3 \wedge \cdots \wedge x_n \neq 0,则从no. 8,推论3到定理1,存在交错的(n−1)(n - 1)-线性形式ff,使得f(λx2∧x3∧⋯∧xn)=μ≠0f(\lambda x_2 \wedge x_3 \wedge \cdots \wedge x_n) = \mu \neq 0。自从
x1∧(λx2)∧⋯∧xn=0, x_1 \wedge (\lambda x_2) \wedge \cdots \wedge x_n = 0,
由no. 8,推论3到定理1,μx1\mu x_1是λx2,x3,…,xn\lambda x_2, x_3, \ldots, x_n的线性组合;因而 x1,x2,…,xnx_1, x_2, \ldots, x_n 是线性相关的。

推论 063K

设 M 和 N 为两个射影 A-模和 f:M→Nf : M \to N A-线性映射。如果 f 是单射,则 Λ(f):Λ(M)→Λ(N)\Lambda(f) : \Lambda(M) \to \Lambda(N) 是单射。

引用了 3 · 被以下引用 1

引用了 推论 3, II § 1, 命题 12, 命题 4, II § 2

被以下引用 命题 3

我们首先在假设下证明 M 是*自由*;设(eλ)λ∈L(e_\lambda)_{\lambda \in L}为M的基,则(eJ)J∈B(L)(e_J)_{J \in \mathfrak{B}(L)}(公式(18))为Λ(M)\Lambda(M)的基。假设Λ(f)\Lambda(f)包含元素u=∑JαJeJ≠0u = \sum_J \alpha_J e_J \neq 0中的核。令 K 为有限子集 J 中的最小元素,使得 αJ≠0\alpha_J \neq 0 并令 H 为 K 中 L 不相交的的有限子集,并且使得 K∪HK \cup H 包含所有 J(在数中有限),使得αJ≠0\alpha_J \neq 0;对于所有 J≠KJ \neq K 使得 αJ≠0\alpha_J \neq 0,我们因此有定义 J∩H≠0J \cap H \neq 0,因而 (no. 8, 公式 (20))。

u∧eH=+αKeK∪H u \wedge e_H = +\alpha_K e_{K \cup H}
属于到Λ(M)\Lambda(M)的双面理想,核的Λ(f)\Lambda(f)。我们写eK∪H=eλ1∧eλ2∧⋯∧eλne_{K \cup H} = e_{\lambda_1} \wedge e_{\lambda_2} \wedge \cdots \wedge e_{\lambda_n};然后αKf(eλ1)∧f(eλ2)∧⋯∧f(eλn)=0\alpha_K f(e_{\lambda_1}) \wedge f(e_{\lambda_2}) \wedge \cdots \wedge f(e_{\lambda_n}) = 0;由于命题 12,N 的元素 f(eλi)f(e_{\lambda_i}) (1≤i≤n1 \leq i \leq n) 是线性相关的。但是ff是单射的与……矛盾假设(II, § 1, no. 11,推论3到命题17)。

我们现在考虑一般情况;令M′M'为A-模,使得M⊕M′=PM \oplus M' = P是免费的(II, § 2, no. 2,命题4)。考虑线性映射g:M⊕M′→N⊕M⊕M′g : M \oplus M' \to N \oplus M \oplus M'使得g(x,y)=(f(x),0,y)g(x, y) = (f(x), 0, y),因此存在可交换的图表

M→fNj↓j′↓P→gN⊕P \begin{array}{ccc} M & \xrightarrow{f} & N \\ j \downarrow & & j' \downarrow \\ P & \xrightarrow{g} & N \oplus P \end{array}

其中垂直箭头是典范嵌入。由于gg是单射的并且PP是自由的,因而Λ(g)\Lambda(g)是单同态,如上所示。现在,Λ(j):Λ(M)→Λ(P)\Lambda(j): \Lambda(M) \to \Lambda(P) 是单同态,因为 MM 在 PP (no. 2) 中是直因子。复合同态

Λ(M)→Λ(j)Λ(P)→Λ(g)Λ(N⊕P) \Lambda(M) \xrightarrow{\Lambda(j)} \Lambda(P) \xrightarrow{\Lambda(g)} \Lambda(N \oplus P)

因此是单射的,并且它也等于复合同态

Λ(M)→Λ(f)Λ(N)→Λ(g′)Λ(N⊕P) \Lambda(M) \xrightarrow{\Lambda(f)} \Lambda(N) \xrightarrow{\Lambda(g')} \Lambda(N \oplus P)

我们结论 Λ(f)\Lambda(f) 是单射的。

命题 13 063L

令MM为AA模块,MM的NN直因子子模不含维数pp和Λp(N)\Lambda^p(N)的{u}\{u\}基。对于元素x∈Mx \in M到属于到NN,u∧x=0u \wedge x = 0是充分必要的。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 命题 4, II § 3, 命题 10

被以下引用 推论 2, 推论 3, 引理 2, LIE VII § 5

令PP为MM的子模与NN互补,并令y∈N, z∈Py \in N,\ z \in P使得x=y+zx = y + z。然后u∧x=u∧zu \wedge x = u \wedge z。由于 Λp(N)\Lambda^p(N) 不包含维数 1、映射 ϕ:P→P⊗Λp(N)\phi: P \to P \otimes \Lambda^p(N),因此 ϕ(p)=p⊗u\phi(p) = p \otimes u 是双射 (II, § 3, no. 4、命题 4)。另一方面 (no. 7, 命题 10), 合成 / 典范同态

ψ:P⊗Λp(N)→Λ(P)⊗Λ(N)→Λ(M) \psi: P \otimes \Lambda^p(N) \to \Lambda(P) \otimes \Lambda(N) \to \Lambda(M)

是单射的。因此映射 ψ∘ϕ\psi \circ \phi 是单射的,从而命题。

定理 2 063M

令 MM 为具有有限基 (ei)1≤i≤n(e_i)_{1 \leq i \leq n} 的 AA 模。对于nn的序列(xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n}、MM的元素到MM的形式基,元素λ∈A\lambda \in A是充分必要的,使得

x1∧x2∧…∧xn=λ⋅e1∧e2∧⋯∧en x_1 \wedge x_2 \wedge \ldots \wedge x_n = \lambda \cdot e_1 \wedge e_2 \wedge \cdots \wedge e_n

在AA内可逆。

引用了 4 · 被以下引用 1

引用了 定理 1, 推论 1, 命题 6, 推论 3

被以下引用 定理 1, III § 8

回想一下,e1∧e2∧⋯∧ene_1 \wedge e_2 \wedge \cdots \wedge e_n是Λn(M)\Lambda^n(M)的基的唯一元素(no. 8,推论1到定理1),因此元素λ∈A\lambda \in A满足(23)是唯一确定的。如果(xi)1≤i≤n(x_i)_{1 \leq i \leq n}是MM的基,x1∧x2∧⋯∧xnx_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n在Λn(M)\Lambda^n(M)的基(no. 8)中是唯一元素,则λ\lambda是可逆的。相反,假设λ\lambda是可逆的;然后交错的 nn-线性形式 ff 相应的到线性映射 g:Λn(M)→Ag: \Lambda^n(M) \to A 使得

g(e1∧e2∧⋯∧en)=λ−1 g(e_1 \wedge e_2 \wedge \cdots \wedge e_n) = \lambda^{-1}

是这样的f(x1,x2,…,xn)=1f(x_1, x_2, \ldots, x_n) = 1。对于所有x∈Mx \in M,显然

x∧x1∧⋯∧xn=0 x \wedge x_1 \wedge \cdots \wedge x_n = 0

(no. 3,命题6); 应用no. 8,推论3到定理1,我们得到

f(x1,x2,…,xn)⋅x=∑i=1n(−1)i−1f(x,x1,…,x^i,…,xn)⋅xi. f(x_1, x_2, \ldots, x_n) \cdot x = \sum_{i=1}^n (-1)^{i-1} f(x, x_1, \ldots, \hat{x}_i, \ldots, x_n) \cdot x_i.

作为f(x1,…,xn)=1f(x_1, \ldots, x_n) = 1,这表明每个x∈Mx \in M都是x1,x2,…,xnx_1, x_2, \ldots, x_n的线性组合,并且后者是线性独立的(因为

x1∧x2∧⋯∧xn≠0), x_1 \wedge x_2 \wedge \cdots \wedge x_n \neq 0),

他们形式基共MM。

习题

参见习题为 § 7。

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