形式陈述
两个乘法不同的代数,能否拥有同一种模论?固定基域 。有限维 -代数 称为 Morita 等价,若有限维左模范畴之间有 -线性的范畴等价公理库范畴等价Equivalence of categories通过互为拟逆的函子表达两个范畴具有相同的对象—态射结构。
它要对应全部模公理库模Module以含幺环元素作标量、以阿贝尔群作加法结构的代数对象。及其同态,并有双向函子和自然同构;仅有单模数目相同或若干对象一一对应不够。
一个可操作的判据如下。设 是有限生成投射公理库投射模Projective module对任意满模同态都能提升出映射、等价地为自由模直和因子的模。左 -模,且为生成元:每个有限维 -模都是某个 的商。令
则
给出 Morita 等价。反过来,每个这样的模范畴等价都来自一个投射生成元。
这里 的右 -作用为 ,而 的左作用为 。相反代数与双模公理库相反代数与双模Opposite algebra · Bimodule用矩形矩阵说明右作用为何反转复合,构造双模的张量积代数作用并核验端同态环中的 op。保证这些复合方向正确, 是相应的平衡张量积公理库张量积Tensor product把双线性映射统一因子化为线性映射,并可在交换环上的模中以平衡关系构造的张量积。。
直觉
一个代数的乘法表依赖于怎样选择表示整个模论的基本对象。正则模 是一种选择;一个足以生成全部模的投射对象 也可承担这个角色。换基本对象后,其端同态代数会变化,但从它生成的模论可以保持不变。
矩阵环提供最直观的例子。 的任何模内部,两个对角矩阵单位切出两个等大线性部分,而非对角矩阵单位又将它们互相识别。只保留其中一份,再按矩阵单位补回另一份,就不会丢失信息。
箭头表示函子;对象的向量空间维数改变,但全部模同态保持对应
例子与边界
从二阶矩阵模提取一个向量空间
令 、。对左 -模 ,取 。它是 -向量空间。对模同态 ,限制 落在 中,因为 。
反向对 -空间 ,令 , 只作用于第一个因子。于是
这给出 。
另一侧的自然映射为
它的逆可以直接写出:
每个 都属于 。矩阵单位给
而对 ,
同样用 可检查 为 -线性。所有公式只由矩阵单位作用组成,故与每个模同态交换,确实是自然同构。
由此,每个有限维 -模都有偶数维,并同构于 份自然模 的直和。 的正则模四维,被送到二维 ; 的正则模一维。Morita 等价没有承诺保持对象的底层向量空间维数,也没有使四维代数 与一维代数 同构。
只取一个投射模,可能漏掉整类对象
在上三角代数 中取 。它是正则模的直和项,所以投射。但若 是仅由第二个对角元作用的单模,则
一个非零对象被送为零,函子当然不可能是等价。失败之处是 不是生成元。投射性负责正合性,生成性负责不漏掉对象,两者都需要。
推论与应用
投射生成元判据的证明机制
对式 (1),定义评价映射
双模作用使它平衡,故良定义。若 ,映射的逆为 ;关系 直接验证这两个映射互逆。有限直和情形同样成立。
由于 是生成元,任意有限维 有一份呈示
先从 满射到 ,再从 满射到其核即可。 投射使 正合,张量积右正合;对呈示取余核公理库余核Cokernel · 余核对象将目标模中已被同态像命中的部分商去,留下映射未覆盖方向的泛性质对象。,便把已在 的有限直和上成立的评价同构推广到 。
另一方向,映射
先在自由 -模上为同构,再对自由呈示取余核。所用正合性相同,得到 。
反过来,一个等价将 的正则模送成某个 。等价保持有限直和、满射和提升性质,因此 是投射生成元;全忠实性再给
。这解释了判据中的每个条件。
单元任务:区分三个代数的模论
设 为任意域,比较
要求算出全部单模、Jacobson 根、正则模的根层,判断半单性,并说明谁与 Morita 等价。
解答。 有两个单模 ,由两个对角元分别作用。其根为 ,平方为零。正则模的根层为
第二式来自左乘 。因此组成因子为两份 和一份 ,Loewy 长度2,且 不半单。等价会保持单对象同构类数,故 不可能与只有一种单模的 等价。
的根为0,唯一单模为 ,正则模按两列分成两份。它半单,Loewy 长度1。前面的 与 连同 已给出它与 的完整 Morita 等价证书。
的唯一单模为 ,根为 。三层
各是一份该单模,Loewy 长度3。它虽然与 有同样的单模数目,却不 Morita 等价:短正合列
不分裂,而 -空间的短正合列全部分裂。若中间项有一个单模补空间,生成元必形如 ,乘 后成为非零 ,与补空间上的 矛盾。等价保持截面是否存在,因而不能抹掉这种不分裂扩张。
验收。 三个根须有实际乘法核验;全部单模须有穷尽论证;根层须说明左作用,不能只报维数;Morita 等价须写出双向函子与自然同构。只列出“两个、一个、一个”并未完成比较。
参考资料