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§ 15。 布劳尔群
在这个截面中,K是交换域。
1. Classes of Algebras
我们用 Iso 关系表示
“A 和 B 是 K-代数有限次数同构。”
这是关于 A 和 B 的等价关系。设 A 为有限次数的 K-代数; A 的类,表示为 cl(A)(或有时 cl(A)),对于关系 Iso集合理论,II, §6, No. 9、p. 122,对象的类相当于 A。由定义,cl(A)与A K-代数同构;当且仅当有限次数中的两个K-代数同构时,它们才属于同一个类。
我们用对的集合表示,其中W是的线性子空间,它是K上的有限维,是从到W的K双线性映射到W,使W成为(结合且单位的) K-代数。 有限次数的每个 K-代数都同构于这样的代数。按地点。前述,关系
“是有限次数的K-代数中的类”
因此在集合理论中是集合化,II, §1, No. 4,p. 68)。我们用表示有限次数的K-代数、类的集合。
命题 1 00HV
集合 ,赋予由 cl( ) 给出的合成律,是一个可交换幺半群。 的单位元素是K-代数K的类。此外,如果A和B是有限次数的K-代数,那么我们有关系
(1) cl(A ) cl(A) cl(B)。
设A、B、C为有限次数的K-代数,分别为类、、、。 K-代数 A 和 是同构的,B 和 也是同构的。 因而,K-代数和是同构的,我们有cl(A)cl(),它给出公式(1)。 It follows that is the class of the K-algebra and that of the K-algebra . 现在,这些K-代数是同构的(III, §4, No. 1,p. 461),所以我们有等式。 类似地,关系由K-代数和A同构得出,关系由代数和同构得出。
在集合、关系“和是莫里塔等价代数”是等价关系(VIII、p. 100)。 、VIII、p. 111的命题13、d)与合成的律兼容。我们用表示的商幺半群,用这个等价关系和从到的典范同态。对于有限次数的每个 K-代数 A,我们用 表示 cl(A) 的 [A] 像。如果 A 和 B 是有限次数的 K-代数,那么我们有 [A] = [B] 当且仅当 K-代数 A 和 B 是 Morita 等价的;此外,我们还有关系
在幺半群中。
引理 1 00HW
设 A 为有限次数的 K-代数,K 上有限次数的 D 域。 当且仅当存在整数 且 A 与 同构时, 中才有 [A] = [D]。
通过定义,我们有 [A] = [D] 当且仅当存在可逆 , D)-双模,即 (VIII, p. 101, 定理 1), 非零有限维的右向量空间 V 在 D 上赋予同构 K-代数结束。接下来是引理1。
2. Definition of the Brauer Group
我们用形式[A]的的元素的Br(K)集合表示,其中A是K上有限次数的中心单代数。
命题 2 00HX
集合 Br(K) 是 的可逆元的集合,其中Br(K) 的元素 [A] 的倒数是。因而,幺半群 上的合成律赋予 Br(K) 结构阿贝尔的群。
引用了 4
引用了 VIII § 14. 。中环单代数, 定理 1, VIII § 14, 引理 1, 注 1, VIII § 14
设 A 是 K 上有限次数的中心单代数。代数 是 K 上有限次数的中心简单(VIII,p. 251)。 代数 与矩阵代数 (K) 同构,其中 dim(A) (VIII, p. 252, 定理 1)。因此我们有 (引理 1),它证明 [A] 是可逆的,且有逆 。
相反,令 A 为 K-代数 / 有限次数。如果 [A] 在 中可逆,则存在有限次数的 K-代数 B,使得 [A][B] = [K];由公式 (2) 和引理 1,这意味着 K-代数 与矩阵代数 和 同构。由 VIII、p. 251、代数中的注 1 则 A 是中心简单。
定义 1 00HY
阿贝尔的群 Br(K) 称为域 K 的布劳尔群。
这样 是矩阵,其中指标 等于 。
线性双射与引理中所述的性质的存在源自张量积与直和(II, §3, No. 7,p. 255,命题7)的兼容性。 是代数同态是从乘积矩阵的定义得出的。
命题 3 00I0
设 A 和 B 为中心单K-代数 / 有限次数。以下属性是等效的:
引用了 6 · 被以下引用 2
引用了 引理 1, 定理 1, VIII § 14, 引理 2, 推论 2, VIII § 7, 定理 1(韦德伯恩), VIII § 7, 例 2, VIII § 6
(i) 布劳尔群 Br(K) 中有 [A] = [B]。
(ii) 存在整数使得K-代数与矩阵代数同构。
(iii) 严格存在正整数和使得K-代数和同构。
(iv) 存在域 D 包含 K 和整数 和,使得A 与 同构,B 与 同构。
(v) K-代数 A 和 B 是森田等价的。
假设我们有 [A] = [B]。由于是布劳尔群中[B]的逆,所以我们有。到引理 1,存在整数,使得代数和同构。因此 (i) 意味着 (ii)。
假设 (ii) 成立。由于 与矩阵代数 与 (VIII, p. 252, 定理 1) 同构,代数 同构于 (K),一方面,另一方面,到 。所以性质(ii)意味着性质(iii)。
假设 (iii) 成立。根据 Wedderburn 的定理 (VIII, p. 120, 定理 1),K 上存在整数 和 和域 D 和 有限次数中心 K 使得 A 与 同构,B 与 同构。那么代数同构于(D),代数同构于(引理2)。由推论2 VIII、p. 121、K-代数 D 和 同构。因此 (iii) 意味着 (iv)。
假设 (iv) 成立。 代数 A 和 D 是森田等效的,代数 B 和 D (VIII、p. 114、例 2) 也是如此。因此,A和B是森田等价的,因此(iv)蕴涵(v)。
最后,蕴涵(v)(i)是集合Br(K)的定义。
当命题的等价性质成立时,我们说代数A和B相似。
这是从命题 3 的属性 (i) 和 (iv) 的等价以及 dim dim 的事实得出的。
这是从 VIII、p. 278 和 Wedderburn 的定理(VIII、p. 120、定理 1)中的引理 1 得出的。
3. Change of Base Field
令L为域K中的扩张。令A和B为有限次数中的K-代数;那么L-代数和都是有限次数。 L-代数和是同构的(III, §4, No. 1、p. 462、命题 3)。 L-代数同构于L。因而,从 到 存在一个唯一的幺半群同态 ,使得
(3) (cl(A)) = cl(A)
对于有限次数的每个K-代数 A。
如果 K-代数 A 和 B 是 Morita 等价的,那么L-代数 和 (VIII, p. 111, 命题 13, e)) 也是森田等价的。如果 K-代数 A 是中心单形并且是有限次数,那么L-代数 (VIII, p. 251, 注 2) 也是如此。所以我们可以从 Br(K) 推导出 群同态 到 Br(L) 使得
对于有限次数的每个中心单K-代数 A。
设 M 为域 L 中的扩张。因为标量的扩张是传递的(III, §1, No. 5,p. 434),所以我们有关系
设 A 为有限次数的中心单K-代数,并令 L 为 K 的扩张。 如果L-代数同构于整数的矩阵代数,我们说L对于A(或分裂的A)来说是分裂域。 上述记号中,同态Br(K)Br(L)的Br(K)属于至核,该对应至说、类。
如果 B 与 A 相似,则 A 的 L 是分裂域当且仅当 B 的分裂域时。
如果对于A来说L是分裂域,那么L的每一个扩张对于A来说都是分裂域。由VIII的定理1,p. 252,存在有限次数的K的伽罗瓦扩张即A的分裂域, K 的每个可分闭包对于 A 来说都是分裂域。
命题 5 00I3
设A为有限次数的中心单K-代数,并令L为有限次数的K的扩张。以下属性是等效的:
引用了 3 · 被以下引用 4
引用了 命题 3, VIII § 14, 定理 1, VIII § 14, 引理 3
被以下引用 推论 1, 推论 2, 定理 5, VIII § 16, 推论 1, VIII § 16
(i) 对于 A,扩张 L 是分裂域。
(ii) 存在类似于包含的有限次数的中心单K-代数,并且最大交换子代数同构于L。
让我们证明 (ii) 蕴涵 (i);只要考虑L是A的最大交换子代数的情况就足够了。令End为典范同构,将发送到K-线性映射(VIII,p. 252, 定理1)。我们将 A 视为右向量空间超过 L;然后将发送到End和诱导的子空间End,通过L-代数End的限制、单同态。 集合。到VIII、p. 262、命题 3,我们有,因此有和[End。因而,是同构,这证明了(i)。
逆命题由下面的引理 3 得出。
引理 3 00I4
设A为有限次数的中心单K-代数,并令L为有限次数的K的扩张,即A的分裂域。令V为简单的模,因此自然的态射结束是同构。设C为环End。那么C与类似,的像是C的最大交换子代数。
引用了 4 · 被以下引用 2
引用了 定理 6, VIII § 14, 命题 3, 推论 1, VIII § 5, 引理 3, VIII § 14
被以下引用 命题 5, 定理 5, VIII § 16
我们认同 A 与子环 。我们将V视为K-向量空间。 环 C 是 End 中 的交换子。 有限次数为中心单K-代数,从到End的同态为同构(VIII、p. 260、定理6、a))。因而,K-代数 A 和 相似(VIII、p. 279、命题 3)。
令为L-向量空间V的同伦的环;它是 End 与 End 的交换子(VIII,p. 82,推论 1)。现在,K-代数End是由和生成的;因而,在 End(V) 中,我们有
结束,
其中,对于 End(V) 中的任意子集 B,End 中 B 的交换子用 表示。所以是C(VIII,p. 261,引理3)的最大交换子代数,因此也是。从L到,映射是K-代数同构。这就证明了引理。
推论 1 00I5
设A为有限次数的中心单K-代数,并令L为有限次数的K的扩张。假设。那么对于 A,L 是分裂域当且仅当包含子代数同构于 L。
引用了 3
引用了 命题 3, VIII § 14, § 15. 。 布劳尔群, 命题 5
假设从L到A存在态射,设M为最大半单交换子代数包含。通过 VIII、p. 262 的命题 3,我们得到 ,因而 [M : K] = [L : K] 和 。由命题 5,域 L 分裂的 A。反之,假设域 L 分裂的 A;那么它与类似于 A (命题 5) 的中心单K-代数 B 的最大交换子代数同构。我们有 (VIII, p. 262, 命题 3),因而 [B : K] = [A : K]。因而,B 与 A 同构的(VIII,p. 280,推论)。推论 1 如下。
推论 2 00I6
令 D 为中心 K 上的有限次数的域,并令 L 为有限次数的 K 的扩张,即 D 的分裂域。 D 除的约化次数 [L : K]。
将 D (VIII, p. 253) 减少的次数表示为 ;到定义,我们就有了。到命题 5,存在与D相似的中心单K-代数 B,其中L是最大的交换子代数。由于 B 同构于矩阵代数 (VIII, p. 278, 引理 1),因此我们有 ,因此有 (VIII, p. 262, 命题 3)。
4. 例 / 布劳尔群
在以下三种情况下,布劳尔群 Br(K) 会减少为单位元素:
a) K 是可分离闭的(VIII,p. 253,推论 1)。
b) K 为有限域 (VIII, p. 357, 推论 2)。
c) K 有性质 (VIII, p. 357, 注 2)。
假设 K 为极大有序域 (VI, §2, No. 5, p. 25)。 K 的布劳尔群则为阶 2 的循环;它的元素是K的类和型的四元数K-代数的类(III, §2, No. 5,p. 444和VIII,p. 367,定理1)。
假设 K 是局部紧致、非离散、可交换拓扑域。 如果 K 未连接,则对于离散评估来说,它是完整的域,且剩余类域有限(Comm. Alg., VI, §9, No. 3, p. 433, 定理 1), 从 Br(K) 到 (VIII, p. 332, 习题 17) 存在同构。 如果 K 是连通的,则它与 或 同构的。 域的布劳尔群是阶2的循环。 它的非平凡元素是汉密尔顿四元数的代数的类(Gen. 顶部., VIII, §1, No. 4, p. 104); 的布劳尔群有阶 1。
习题
参见习题为 § 15。