Теорема Капланских о проективных модулях - Kaplanskys theorem on projective modules - Wikipedia

В абстрактная алгебра, Теорема Капланского о проективных модулях, впервые доказано Ирвинг Каплански, заявляет, что проективный модуль через местное кольцо является свободный;[1] где необязательно-коммутативное кольцо называется местный если для каждого элемента Икс, либо Икс или 1 - Икс является единичным элементом.[2] Теорема также может быть сформулирована так, чтобы характеризовать локальное кольцо (# Характеристика местного кольца ).

Для конечного проективного модуля над коммутативным локальным кольцом теорема легко следует из Лемма Накаямы.[3] В общем случае доказательство (как оригинальное, так и последующее) состоит из следующих двух шагов:

  • Заметим, что проективный модуль над произвольным кольцом является прямой суммой счетно генерируемый проективные модули.
  • Покажите, что счетно порожденный проективный модуль над локальным кольцом свободен («[воспоминанием] из доказательства леммы Накаямы»[4]).

Идея доказательства теоремы позже была использована и Хайман Басс показывать большие проективные модули (при некоторых мягких условиях) бесплатны.[5] В соответствии с (Андерсон и Фуллер 1992 ), Теорема Капланского «весьма вероятно послужила источником вдохновения для большей части результатов» в теории полусовершенные кольца.[1]

Доказательство

Доказательство теоремы основано на двух леммах, каждая из которых касается декомпозиции модулей и представляет самостоятельный общий интерес.

Лемма 1. — [6] Позволять обозначают семейство модулей, являющихся прямыми суммами некоторых счетно порожденных подмодулей (здесь могут быть модули над кольцом, группой или даже над набором эндоморфизмов). Если в , то каждое из прямых слагаемых также в .

Доказательство: Позволять N быть прямым слагаемым; т.е. . Используя предположение, запишем где каждый является счетно порожденным подмодулем. Для каждого подмножества , мы пишем образ под проекцией и так же. Теперь рассмотрим множество всех троек (, , ) состоящий из подмножества и подмножества такой, что и прямые суммы модулей в . Мы задаем этому множеству частичный порядок, так что если и только если , . К Лемма Цорна, в наборе есть максимальный элемент . Мы покажем, что ; т.е. . Предположим иначе. Тогда мы можем индуктивно построить последовательность не более чем счетных подмножеств такой, что и для каждого целого числа ,

.

Позволять и . Мы заявляем:

Включение тривиально. Наоборот, это изображение и так . То же самое верно и для . Следовательно, претензия верна.

Сейчас же, является прямым слагаемым (поскольку это слагаемое , который является слагаемым ); т.е. для некоторых . Тогда по модульному закону . Набор . Определять таким же образом. Тогда, используя раннее требование, мы имеем:

откуда следует, что

генерируется счетно как . Это противоречит максимальности .

Лемма 2 — Если счетно порожденные модули с локальными кольцами эндоморфизмов и если - счетно порожденный модуль, являющийся прямым слагаемым , тогда изоморфен для некоторого не более чем счетного подмножества .

Доказательство:[7] Позволять обозначим семейство модулей, изоморфных модулям вида для некоторого конечного подмножества . Утверждение тогда следует из следующего утверждения:

  • Учитывая элемент , существует который содержит Икс и является прямым слагаемымN.

Действительно, предположим, что утверждение верно. Затем выберите последовательность в N это генераторная установка. Затем, используя претензию, напишите куда . Затем мы пишем куда . Затем мы разлагаем с . Примечание . Повторяя этот аргумент, в итоге имеем: ; т.е. . Следовательно, доказательство сводится к доказательству утверждения, и оно является прямым следствием Теорема Адзумая (аргументы см. в связанной статье).

Доказательство теоремы: Позволять - проективный модуль над локальным кольцом. Тогда по определению это прямое слагаемое некоторого свободного модуля . Этот в семье в лемме 1; таким образом, является прямой суммой счетно порожденных подмодулей, каждый из которых является прямым слагаемым F и таким образом проективный. Следовательно, без ограничения общности можно считать генерируется счетно. Тогда лемма 2 дает теорему.

Характеристика локального кольца

Теорема Капланского может быть сформулирована таким образом, чтобы дать характеристику локального кольца. Прямое слагаемое называется максимальный если у него есть неразложимое дополнение.

Теорема — [8] Позволять р несущий. Тогда следующие эквивалентны.

  1. р это местное кольцо.
  2. Каждый проективный модуль над р бесплатно и имеет неразложимое разложение такое, что для каждого максимального прямого слагаемого L из M, есть разложение для некоторого подмножества .

Значение в точности (обычная) теорема Капланского и теорема Адзумая. Обратное следует из интересующего себя следующего общего факта:

  • Кольцо р местный для каждого ненулевого собственного прямого слагаемого M из , либо или же .

по теореме Адзумая, как и в доказательстве . Наоборот, предположим имеет указанное выше свойство и что элемент Икс в р дано. Рассмотрим линейное отображение . Набор . потом , то есть разделяется и изображение является прямым слагаемым . Отсюда легко следует предположение, что либо Икс или же -у является единичным элементом.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б Андерсон и Фуллер 1992, Следствие 26.7.
  2. ^ Андерсон и Фуллер 1992, Предложение 15.15.
  3. ^ Мацумура, Теорема 2.5.
  4. ^ Лам, Часть 1. § 1.
  5. ^ Бас 1963
  6. ^ Андерсон и Фуллер 1992, Теорема 26.1.
  7. ^ Андерсон и Фуллер 1992, Доказательство теоремы 26.5.
  8. ^ Андерсон и Фуллер 1992, Упражнение 26.3.

Рекомендации

  • Андерсон, Фрэнк У .; Фуллер, Кент Р. (1992), Кольца и категории модулей, Тексты для выпускников по математике, 13 (2-е изд.), Нью-Йорк: Springer-Verlag, стр. X + 376, Дои:10.1007/978-1-4612-4418-9, ISBN  0-387-97845-3, МИСТЕР  1245487
  • Х. Басс: Большие проективные модули бесплатны, Illinois J. Math. 7 (1963), 24-31.
  • Капланский, Ирвинг (1958), "Проективные модули", Анна. математики., 2, 68 (2): 372–377, Дои:10.2307/1970252, HDL:10338.dmlcz / 101124, JSTOR  1970252, МИСТЕР  0100017
  • Ю. Лам, работы Басса по теории колец и проективных модулях [MR 1732042]
  • Мацумура, Хидеюки (1989), Теория коммутативных колец, Кембриджские исследования в области высшей математики (2-е изд.), Издательство Кембриджского университета, ISBN  978-0-521-36764-6