形式陈述
从投射模满射到一个模时,怎样确认没有添进多余的部分?设 是有限维代数, 为有限维模。投射盖是满的模同态公理库模同态Module homomorphism同时保持加法与标量乘法的模之间映射。
其中 为有限维投射模公理库投射模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。,并且任何真子模公理库子模Submodule对加法和标量乘法封闭的模子集。 的像都不等于 。
等价地, 是小子模:若 ,就必须有 。再记根公理库有限维代数的 Jacobson 根Jacobson radical of a finite-dimensional algebra将所有单模看不见的操作组成Jacobson根,用组成列证明幂零性,并在上三角代数中逐次计算其幂。为 ,有限维条件下还等价于
每个有限维模都有投射盖,并且覆盖同一 的投射盖在与覆盖映射相容的同构意义下唯一。普通投射满射可能有任意多冗余直和项,不能因此直接称为盖。 内射包络公理库内射包络Injective envelope · Injective hull用本质扩张刻画内射包络,从有限维投射盖经对偶构造它,并显式计算k[t]/(t³)上单模的包络。则从 嵌入内射模,要求每个非零子模都碰到原像;盖检查的是满射源的小核,包络检查的是扩张中的本质性。
直觉
投射性使 容易向上提升映射;盖的条件则要求 已经足够紧凑。它的每个真正的子模都漏掉 的某些信息。
式 (1) 把这种最小性放在顶层公理库根层与基座层Radical filtration · Socle filtration · Loewy filtration从根的像与零化子构造两条典范滤过,完整计算四维模,并用二维参数族说明层数据不能分类模。上检查。核可以藏在根层里,却不能删掉一个本来已在顶层出现的生成方向。因此投射盖诱导
需要保留的是顶层的模结构,不只是顶层总维数。
例子与边界
截断多项式模的投射盖
取 、。自然商映射 的源是自由秩1模,核为 ,所以它是投射盖。
相反,映射
虽然也是投射满射,却不是盖:真子模 已经满射到 。其核包含 ,这部分不在 中,式 (1) 也会发现冗余。
一条箭的两个单模需要不同盖
对箭图 ,在路径代数公理库路径代数Path algebra由可复合路径构造代数,证明箭图表示与模的双向对应,并将三顶点链落实为六维下三角矩阵代数。的表示语言中令
它们分别等于 ,是正则模的直和项,故投射。单模 的盖是 ,核为 ; 的盖则是恒等 。
因此一个单模本身未必投射。 虽已不能再取单商,仍需要一个包含第二顶点的投射对象来承载它。
推论与应用
小核与根层条件等价
由根滤过的刻画, 是 的全部极大子模之交。如果 ,可取一个极大子模 不包含 ,于是 而 ,所以 不小。
反过来,若 且 ,则商 满足 。不断代入得到 ,而 幂零,故 ,即 。这证明式 (1)。
对于满射 ,,且
因此在核落入 时,顶层同构随之成立;反向若顶层映射单射,核也必须落在 。
有限维下的存在性
先从某个有限自由模满射到 。在所有有限维投射满射 中,选择源维数最小者。假如真子模 仍满射到 ,投射性使 沿 提升,得到端同态 ,满足
不可逆。由 Fitting 核像分解公理库Krull–Schmidt 分解定理Krull–Schmidt theorem由Fitting核像分解和局部端环证明不可分解直和块唯一,并明确匹配分量后的安全消去步骤。,足够大 时 是 的真直和项,所以仍投射,维数更小。而 保证它仍满射到 ,与最小选择矛盾。因此 是盖。
唯一性与最小分解
若 、 都为投射盖,投射性给 、,使 、。于是 。由盖的性质,;有限维使 可逆。同理 可逆,故 是覆盖 的同构。
逐次对核取投射盖,便得到最小投射分解。以 的单模 为例,首个核为 ,它的盖 由乘 给出;其核为 ,下一步由乘 给出。于是得到交替微分
乘 的核为 ,乘 的核为 ,所以该复形逐项正合。每个像都位于下一项的根中,正体现了“没有可以直接消去的恒等块”。
自检:投射盖的唯一性不意味着覆盖映射只有一个。不同自同构可改变 的表达;定理保证存在与目标恒等映射相容的同构,而不保证这个同构本身唯一。
参考资料
- Roman Bezrukavnikov,MIT 18.706,Lecture 06,2023,§6.2,Definitions 6.6–6.7、Lemma 6.9 与 Corollary 6.16。