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附录 4 自同态有限秩的痕迹
1. 线性映射 / 有限秩
令A为环,令E和F为A-模。我们用从E到F的线性映射的HomAf(E,F)集合来表示,其中像包含在F的有限生成的子模中。它是HomA(E,F)的子群。当A为域时,从有限秩的E到F为线性映射的集合(II, §7, No. 4、p. 298、定义3)。 集合结束Af(E)=坎Af(E,E)。
令E,F,G为A-模,令u:E→F和v:F→G为A-线性映射。如果u∈HomAf(E,F)或v∈HomAf(F,G),则v∘u属于到HomAf(E,G)。
用θ表示从E∗⊗AF到HomA(E,F)的规范群同态(II, §4, No. 2,p. 271);它将E∗⊗AF中的元素x∗⊗y从E发送到映射x↦⟨x,x∗⟩y到F。
按地点。引言,推论,同态θ是单射的。它的像包含在HomAf(E,F)中。让u∈坎Af(E,F);让我们证明θ的u属于到像。
首先,假设 A-模 F 是免费的。令(fi)i∈I为F的基,并令(fi∗)i∈I为F∗对(fi)i∈I的基。令J为I的有限子集,使得u的像包含在由j∈J的fj生成的F的子模中。我们有
u(x)=j∈J∑⟨u(x),fj∗⟩fj=j∈J∑⟨x,tu(fj∗)⟩fj(1)
对于每 x∈E,因此
u=θ(j∈J∑tu(fj∗)⊗fj)(2)
一般情况下,存在自由A-模L和同态i:F→L和p:L→F使得p∘i=1F。 同态i∘u属于到霍姆Af(E,L)。通过上述,存在有限的集合 J,并且对于每个j∈J,E∗的元素xj∗和L的yj这样我们有
i(u(x))=j∈J∑⟨x,xj∗⟩yj
每x∈E。然后我们有
u(x)=p(i(u(x)))=j∈J∑⟨x,xj∗⟩p(yj)
每 x∈E,因此 u=θ(∑j∈Jxj∗⊗p(yj))。
2. 有限秩自同态的痕迹
在这个小节中,A表示交换环。令 E 为射影 A-模。那么EndAf(E)就是EndA(E)的A-子模,从E∗⊗AE到EndAf(E),EndA(E)定义同构θE是A-模的典范映射E∗⊗AE→ (引理1)。考虑以公式 τ(x∗⊗x)=⟨x,x∗⟩ 为特征的规范线性形式 τ:E∗⊗AE→A (II, §4, No. 3, p. 273)。与同构θE−1合成,可推导出线性形式Tr:EndAf(E)→A,称为踪迹形式。当A-模 E 有限生成时,我们恢复II, §4, No. 3、p. 273 的定义。
令 E 为自由A-模。令(ei)i∈I为E的基,并令(ei∗)i∈I为其对偶基。让u∈结束Af(E)。族(⟨u(ei),ei∗⟩)i∈I有有限支撑,其和等于Tr(u)。
只要处理u为形式θE(x∗⊗x)以及x∈E和x∗∈E∗的情况就足够了。那么家庭(⟨x,ei∗⟩)i∈I就有有限支撑,我们有x=∑i∈I⟨x,ei∗⟩ei。因而,家庭(⟨x,ei∗⟩⟨ei,x∗⟩)i∈I也有有限支撑,我们有⟨x,x∗⟩=∑i∈I⟨x,ei∗⟩⟨ei,x∗⟩。现在,每 i∈I 就有 ⟨u(ei),ei∗⟩=⟨x,ei∗⟩⟨ei,x∗⟩。这就证明了命题。
令 E, F 为射影 A-模。设u∈HomAf(E,F)和v∈HomA(F,E)。我们有关系
(3) Tr(v∘u)=Tr(u∘v)。
当u是形式θ(x∗⊗y)以及x∗∈E∗和y∈F时,证明命题就足够了。在这种情况下,我们有
v∘u=θE(x∗⊗v(y)) 和 u∘v=θF(tv(x∗)⊗y),
因而
Tr(v∘u)=⟨v(y),x∗⟩=⟨y,tv(x∗)⟩=Tr(u∘v)。
Let E be a projective A-module, u be an element of EndAf(E), and F be a projective A-submodule of E containing Im u. 用u诱导的F的uF自同态表示。 我们有
引用了 3 · 被以下引用 1
引用了 命题 6, III § 7, 推论 2, III § 7, III § 8. 。决定因素
被以下引用 命题 3
(4) Tr(u)=Tr(uF)。
用F到E中的i典范嵌入表示,并用从u推导出来的v:E→F同态表示。我们有uF=v∘i和u=i∘v。推论如下。
令 E 为射影 A-模和 u∈ EndAf(E)。对于每个自然数p,A-模∧pE都是投影(III, §7, No. 8,p. 519,推论2),并且自同态∧pu属于到EndAf(∧pE)(III, §7, No. 3, p. 511、命题 6),p 足够大为零。 集合1E+EndAf(E)稳定在合成以下。我们定义映射从1E+结束Af(E)出发设定到达A
检测(1E+u)=∑p⩾0Tr∧pu
u∈结束Af(E)。
如果 E 是自由且有限维的,则根据 III, §8, No. 5、p. 530 的推论,该定义与 III, §8, No. 1、p. 522 一致。
a) 让u∈结束Af(E)。令 F 为 E 包含于 Im u 的投影 A-子模,并令 uF 为由 u 导出的 F 的自同态。我们有
(5)det(1E+u)=det(1F+uF)。
b) 令u和v为EndAf(E)的两个元素。我们有
(6) 检测(1E+u)∘(1E+v) = 检测(1E+u) 检测(1E+v)。
让我们证明a)。对于每个整数p⩾0,射影A-模∧pF可以用∧pE的子模来识别(III, §7, No. 9,p. 520,推论)。 ∧pu的像包含在∧pF中,由∧pu诱发的∧pF的自同态等于∧puF。因而,根据命题 2 的推论,我们有 Tr(∧pu) = Tr(∧puF),因而 a)。
让我们证明b)。令 G 为 A-模,使得 A-模 L=E⊕G 是自由的。用L的u′和v′、自同态、u⊕0G和v⊕0G表示。通过 a),我们有关系 det(1L+u′) = det(1E+u),det(1L+v′) = det(1E+v),并且
检测(1L+u′+v′+u′∘v′)= 检测(1E+u+v+u∘v)。
因此,当A-模 E 自由时,证明断言 b) 就足够了。那么存在有限生成的 E 的自由子模 F,即 u 的包含像和v 的包含像。 集合w=u+v+u∘v。 w的像包含在F中,我们有wF=uF+vF+uF∘vF。因此,根据 (5),我们有 det(1E+u) = det(1F+uF)、det(1E+v) = det(1F+vF),以及
检测((1E+u)∘(1E+v))
= det(1E+w) = det(1F+wF) = det((1F+uF)∘(1F+vF))。
由于 F 是有限生成的自由A-模,所以我们有
det((1F+uF)∘(1F+vF)) = det(1F+uF) det(1F+vF) = det(1E+u) det(1E+v)。
习题
参见习题附录 4。