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§ 3。 单模
1. 单模
回忆一下下面的定义(II, §1, No. 10,p. 212)。
定义 1 0035
设 A 为环。如果A-模 M 是非零的并且没有不同于 0 和 M 的子模,则称 M 为简单的。
A-模 M 是简单的当且仅当 M 是单模超过其同位环 。每个单模都是不可分解的,长度 1,因此是原始的 (VIII, p. 31, 命题 4, b))。
例 2 0037
设 A 为主理想整环 (VII, §1, No. 1, p. 1, 定义 1),但不是域。对于A的每个不可约元,A-模是简单的,并且每个单A-模同构于这样的模(VII, §4, No. 8,p. 25,注4)。对于 、A-模 是不可分解的(VII, §4, No. 8、p. 24、命题 8),但并不简单。
引用了 2
例 3 0038
令 K 为域、V 非零的右向量空间超过域 K,且 A 子环为环 End 包含自同态为 V 有限秩(对于例,A = 结束)。让我们证明V是单A-模:令W是V的非零的A-子模和W的非零元素; V 上存在线性形式 ,使得 (II, §7, No. 5, p. 300, 定理 6)。对于V、映射中的每个,秩、属于与A呈线性关系;因此我们有,因此更不必说 W = V,这证明V是单A-模。
命题 1 00QZ
设 A 为环。
a) 令 为 A 的左理想。当且仅当 为最大左理想时,A-模 是简单的。
b) 设M为单A-模,为M的非零元素。我们有等式,的湮没子是A的最大左理想,映射 定义,由经过得到商,同构由 得到 M。
c) 设 M 为非零的 A-模。如果 M 的每个非零元素 都有 ,那么 M 是简单的。
的子模是形式,其中是包含的左理想(I, §4, No. 6,p. 41,定理4);因而,A-模是简单的当且仅当我们有并且包含的每个左理想满足或,即或。这就证明了a)。
在b)的假设下,是M的非零的子模,因此等于M。因而,映射定义,通过经过除商,同构 至 M;因而 A-模 是简单的,并且左理想 最大为 a)。这证明了b)。
在c)的假设下,令N为M的非零的子模。如果是N的非零元素,则我们有和,因此M = N。因此M是简单的。
事实上,根据克鲁尔的定理(I, §8, No. 6,p. 104,定理1),存在A的最大左理想。
注 1 003B
设A为交换环且是A的理想。则为A-模的湮没子(II, §1, No. 12,p. 219,定义11)。因而,如果和是A的不同理想,则A-模和不是同构的。当且仅当 (0) 是 A 的最大理想,即 A 是域时,存在忠实的单A-模 (II, §1, No. 12, p. 219)。
2. 舒尔的引理
命题 2 003D
设A为环,M和N为两个A-模,并且从M到N为非零的同态。
被以下引用 5
被以下引用 命题 4, VIII § 20, 推论, VIII § 21, 推论(Schur 引理), 命题 4, 命题 1, LIE IX Appendix 2
a) 如果 M 是简单的,则 是单射的。
b) 如果 N 是简单的,则 是满射。
c) 如果 M 和 N 很简单,则 是同构。
的核是M的真子模,的像是N的非零的子模。
a) 如果 M 是简单的,那么我们有 Ker() ,所以 是单射的。
b) 如果 N 是简单的,那么我们有 Im() ,所以 是满射的。
c) 如果 M 和 N 很简单,则 既是单射又是满射。
如果M是单A-模,那么非零环End的每个非零元素都是可逆的(命题2, c)),所以End是域。
定理 1 003E
令 K 为代数闭交换域、A K-代数和 M 单A-模。假设 M 的维数作为 K 上的向量空间是有限的,或者更一般地,严格小于 K 的基数。则 A-模 M 的自同态环由同位 与 组成。
引用了 2 · 被以下引用 16
引用了 命题 25, II § 1, 推论(Schur 引理)
被以下引用 推论 (弗罗贝尼乌斯互易律), VIII § 11, 定理 1, VIII § 12, 注, VIII § 20, 命题 11, VIII § 21, 命题 7, VIII § 21, 命题 9, VIII § 21, 推论 1, 推论 2, 注, VIII § 4, 推论, VIII § 5, 推论 2(伯恩赛德定理), VIII § 5, 推论 3, VIII § 7, 例, VIII § 8, 引理 1, LIE IX § 4, LIE IX § 7. 。 不可约表示已连接紧李群, 注 3, LIE IX § 7
令 E 为 A-模 M 的自同态环;根据命题 2 和代数的推论,域超过域 K。如果我们将 M 视为左向量空间超过域 E,则我们有暗淡 (暗淡) 命题 25 / II, §1, No. 13,p. 222,因此暗淡。由于卡(K)被假设调暗,等式则为以下引理的推论。
令 为 E - K 的元素,L 为由 生成的 E 的(可交换)子域。由于 K 是代数闭集, 超越 K。通过 VII, §2, No. 3、p. 10、定理 2 和 p. 11、L 的元素 (其中 穿过 K)线性无关因此我们有卡(K)。
例 003G
令 A 为由元素可数族生成的 代数;它有可数维数超过 。设M为单A-模;它是单生的,因此承认基超过 。由于域不可数(Gen.Top.,IV, §4, No. 1,p. 44),我们有卡()。因此A-模 M 的自同态是 与 的同位。这尤其适用于当 A 是有限维李代数在 Lie、I, §2, No. 7、p. 21、推论 的通用包络代数时
引用了 1
推论 1 003H
保持定理 1 中的假设,并且假设代数 A 是可交换的。那么 M 比 K 有维数 1。
由于环 A 是可交换的,因此对于每个 , 是 A-模 M 的自同态。因此,通过定理 1,我们有 ,M 是一个简单的 K-模,即域 K 上的一维向量空间。
推论 2 003I
设 K 为交换域,A K-代数,M A-模。假设对于 K 的每个扩张 L,-模 都是简单的。那么M的自同态环由与同位。
引用了 2
引用了 定理 2(斯坦尼茨), V § 4, 定理 1
令I为基数的集合严格大于M的维数超过K(对于例,M的子集的集合)。设L为域之代数闭包(V, §4, No. 3,p. 23,定理2)。 选择 L 上的 K 线性形式,使得 ,并令 为由 表征的 K-线性映射。令为M的自同态。对L的维数等于M对K的维数,并且严格小于L的基数。通过定理 1,模块的自同态为形式和。对于每,我们有
这样就是位似。
3. 极大子模
定义 2 003J
设A为环,M为A-模。 M的极大子模是M的真子模的集合的极大元素。
的极大子模只是A的左最大理想。
令 N 为 M 的子模。 的子模为形式 ,其中 P 为 M 包含于 N 的子模 (I, §4, No. 6, p. 41, 定理) 4).因而,N 是 M 的极大子模当且仅当模 是简单的。
命题 3 003K
设 M 为有限生成A-模。 M 的每个真子模都包含在极大子模中。
设N为M的真子模。用M包含N的真子模集合表示,按包含排序;让我们证明 是归纳性的。令等于的总有序子集。如果为空,则对于中的,N为上界。相反的情况,用的元素的Q并来表示。那么 Q 是 M 的子模。设 F 是 M 的有限生成子集。如果 Q 等于 M,则 F 将包含在子模 中,这意味着 P = M,与 的定义相反。因此我们有,这证明是归纳性的。然后从集合理论的推论1、III, §2, No. 4、p. 155得出命题3。
令N为M(命题3)的极大子模,并令为单A-模的湮没子;它是 A 的双面理想,我们有 、从而 ,因此有 。
由于环 A 是可交换的,单A-模的湮没子是 A 的最大理想 (VIII, p. 46, 命题 1)。将推论 1 应用于 A-模 M,存在 A 的最大理想 ,使得 。但是单B-模M的子模;因此我们有 以及。由于理想的与A不同,它等于,因而最大。 模 M 是有限生成模超过域 ;接下来是最后一个断言。
4. 单模超过阿廷环
设 A 为环。通过滥用语言,我们说左理想是A的最小左理想,如果它是A的非零的左理想中集合的最小元素,并按包含排序。我们类似地定义右极小理想和两侧极小理想。
设 为 A 的左理想。则 为单A-模当且仅当它是 A 的最小左理想。
左阿廷的 (VIII, p. 1, 定义 1) 环包含的每个非零的左理想都有一个最小左理想。
让M成为忠实的单A-模。设为的非零元素。由于 A-模 M 是忠实的,因此存在 M 的元素 ,使得 。从到M的同态则为非零的;因而,它是 VIII、p. 47 中的同构乘以命题 2。
命题 5 003O
设 A 为左阿廷的环,M 为忠实的 A-模。
引用了 3 · 被以下引用 3
引用了 VIII § 1. 。 阿廷模与诺特模, I § 4. 。 群和群与操作员, 定理 6(乔丹-霍尔德), I § 4
被以下引用 注, 命题 1, VIII § 7, 定理 1(韦德伯恩), VIII § 8
a) 的到子模存在自然数和同构。
b) 如果 M 承认 Jordan–Hölder 级数 ,则每个单A-模同构于商 之一。
将VIII、p. 2应用于M的A-模和元素的湮没子,存在M的元素,使得M的湮没子是M的湮没子的交 。由于 A-模 M 是忠实的,A-线性映射 从 到 是单射的,从而 a)。
在b)的假设下,的每个简单商同构于Jordan–Hölder级数对的商(I, §4, No. 7,p. 43,推论),因此与模之一(I, §4, No. 7, p. 43、定理 6)。我们结论认为每个单A-模同构于的商。
注 003P
命题 5 特别适用于以下两种情况:
a) 设 A 为交换域 K 上的代数,并令 M 为 K 上的忠实有限维模。则 M 为有限长度的 A-模,并且 M 的对模是有限生成的。 环 A 为左阿廷的(VIII、p. 9、命题 6)。存在 A-模 M 的 Jordan–Hölder 级数 ,并且每个单A-模都同构于 的模 之一。
b) 设 A 为左阿廷的环。 模有有限长度(VIII,p. 6,定理1)。由于A-模有有限长度,因此存在A的左理想递减序列,使得和以及A-模对于来说是简单的。那么每个单A-模都同构于模 之一。
引用了 3
引用了 命题 5, 命题 6, VIII § 1, 定理 1, VIII § 1
5. Classes of Simple Modules
表示为 Is 关系
“A 是环和 同构 A-模。”
这是相对于X和Y的等价关系。如果X是A-模,那么我们用cl(X)表示对象的类相当于Is的X,并将其称为类 A-模X(集合理论,II, §6, No. 9,p. 122)。到定义,cl(X)与A-模同构于X;此外,两个 A-模 X 和 Y 是同构的当且仅当我们有 cl(X) = cl(Y)。
设A为环。 关系
“ 是类 / 有限生成A-模”
集合理论中的集合化,II, §1, No. 4,p. 68)。事实上,每个有限生成A-模都同构于形式的A-模,其中是自然数,的R子模,因此我们的断言遵循集合理论, II, §6, No. 9、p. 122。
我们用表示类或有限生成A-模的集合。 Every simple A-module is monogenous (VIII, p. 46, Proposition 1), and consequently the classes of the simple A-modules form a subset of (A), which we from now on denote by (or simply ). 当环 A 是可交换的时,映射 cl(A) 是从 A 的最大理想的集合到集合 的双射 (loc. cit. and VIII, p. 46, 注1)。 当 A 为左阿廷的时,集合 是有限的 (VIII, p. 51, 注 b))。
习题
参见习题为 § 3。