第1章表示、模和特征标
在本书中,总表示一个域;总表示一个有单位元(通常记为1)的环,简称幺环;加群都指关于加法的交换群.在本章中,我们将介绍一般代数上的模、表示等基本概念和基本理论.
1.1模
1.1.1Horn与End
设为非空集合A到非空集合B的映射,习惯上我们用表示在下的像,但很多时候也用表示a在下的像若为A到B的映射,为到的映射,则和的合成(或乘积)为到的映射,对于映射像的两种不同写法,我们有
设是两个加群,我们用表示到的群同态构成的集合,上的群自同态集合也记为.显然在下面的加法定义下构成一个加群:
对于两个向量空间我们用或表示到的线性映射也称为线性同态构成的集合;也记为或.在上定义加法、数乘及乘法运算如下:
其中,由线性代数知识知道,既是一个以恒等映射为单位元的环,又是一个向量空间.
对于集合,我们常用表示上的恒等映射;当上定义了乘法运算且有乘法单位元时,常用或表示其乘法单位元.
1.1.2模的定义
我们在一般意义下介绍模的概念.
定义1.1.1设是加群,是么环,若对任意,都存在中唯一的元素与之对应,这个唯一元素记为,且对任意,以下四款都成立:
设是右尺-模,显然,这里前后两个分别是尺和中的零元素.下面的命题1.1.2告诉我们,加群成为一个模,即是定义好了一个到End(F)的保持单位元的环同态.
命题1.1.2设是加群,尺是么环,则为右尺模的充要条件是,存在到的环同态,且该同态把单位元映成单位元.
证假设为右填.任取,定义上变换使得.由右模定义,我们看到再者,对任意,因为,
所以.同理有.因此为尺到的环同态,显然该同态把单位元映成单位元.
将尺在该环同态下的像记为,再将在下的像记为,由定义容易验证成为一个右兄-模.
定义1.1.3设为么环,和为两个右尺-模.若是到的加群同态,并且对任意都有
(1.1.1)
则称为到的右兄-模同态或兄-右模同态或兄-模同态.
右模到右模的兄-模同态集合记为,为避免与混淆,这里的下标不能省略;也记为.注意,(1.1.1)式实际上是一种交换性等式
即,先做模运算再求同态像,等于先求同态像再做模运算.既单又满的右兄-模同态称为同构.
类似于右兄-模,我们也可定义左兄-模.设是一个加群,若对任意,都存在中唯一的元素与之对应,这个唯一元素记为,且对任意,任意,以下四条都成立:
左模和右模有完全平行的结论,我们一般在右模环境下讨论.关于兄-模,再做以下说明或定义.
(A)设.若是樣,任取,规定,则也成为模.类似地,若是模,则也自然地成为模.
(B)设是向量空间,显然在数乘运算下成为左模.按说明也是自然的模.
(C)设,表示加群兄上的全体群自同态构成的环.任取,定义
简单验证知;进一步,容易验证;为尺到的环同态
且保持单位元,由命题1.1.2知道兄成为右11氰称之为右正则模.
(D)设都是右尺-模,这里是指标集.记为这些加群的直和,此时加群中每个元素都能唯一地表示为叫的形式,其中且这些中只有有限个非零,规定
则自然地成为右兄-模,称为模的直和,记为
(E)设为右兄-模,为的子集.若中每个元素都能写成其中,且这里的只有有限个非零,则称为右尺-模的
一个生成系.
(E1)进一步,若中每个元素都能唯一地表示为的形式,则称为的一个自由生成系或基底,也称为由自由生成的右兄-模.
(E2)若有一个仅含有限个元素的生成系,则称为有限生成的右尺-模.
1.1.3张量积
利用已有的兄-模构造新的兄-模是非常基础的工作.除了直和,张量积也是构造模的重要方法.这里我们在一般意义下引入张量积概念,但对张量积的理论,仅介绍我们需要的部分.为了定义加群及模上的张量积,我们先介绍自由加群.
定义1.1.4设是加群,为的子集.如果中任意元素都能唯一地表为二,其中,且在表达式中仅有有限个非零的,那么称是以为自由生成系或基底的自由加群.
容易看到,加群是以为自由生成系的自由加群的充分必要条件是,是以为自由生成系的左模,这里为整数环.
引理1.1.5关于自由加群,有以下两款基本事实.
(1)对于任意非空集合,都存在以为基底的自由加群.
(2)设是以为基底的自由加群,为任意加群.苦为到的映射,则一定存在唯一群同态,使得对任意都有.
证(1)对于每个,令,再做这些加群的直和,此时为加群.将中有且仅有一个分量为1且其余分量均为的元素构成的集合记为.再令为由集合生成的的子群,容易验证即是以为基底的自由加群.
对于,将它对应到中这样一个元素:在中的分量为且其余分量均为.容易看到这个对应,记为,是到的双射.将中的每个元素均替换为,其他元素不变,并保持运算,即得到以为基底的自由加群.
(2)任取因为可唯一地表为,故可定义到的映射使得,易见丁为满足要求的群同态.再者,由的唯一表示性,容易验证这样的群同态必唯一.
定义1.1.6设为右兄-模,灰为左楱,为加群,是笛卡儿积到的映射,若对任意,以及任意,都有,
则称为到的一个尺-平衡映射,简称平衡映射.
定义1.1.7设为右尺-模,为左兄-模,为加群.如果存在平衡映射使得
(1)6的像生成;
(2)对于到任意加群的任意一个平衡映射,一定存在群同态使得,也即,如图1.1所示,对任意都有,
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