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定义Definition

投射盖

Projective cover

用小核和顶层同构刻画投射盖,以最小维数与Fitting分解证明存在唯一,并构造截断多项式模的最小分解。

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 A 是有限维代数,M 为有限维模。投射盖是满的模同态

p:P↠M,

其中 P 为有限维投射模,并且任何真子模 N⊊P 的像都不等于 M。

等价地,ker⁡p 是小子模:若 N+ker⁡p=P,就必须有 N=P。再记根为 J,有限维条件下还等价于

(1)ker⁡p⊆JP.

每个有限维模都有投射盖,并且覆盖同一 M 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。 内射包络则从 M 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 P 容易向上提升映射;盖的条件则要求 P 已经足够紧凑。它的每个真正的子模都漏掉 M 的某些信息。

式 (1) 把这种最小性放在顶层上检查。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

P/JP≅M/JM.

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 A=k[t]/(t3)、M=A/(t2)。自然商映射 A→M 的源是自由秩1模,核为 (t2)⊆JA=(t),所以它是投射盖。

相反,映射

A2→M,(x,y)↦xmodt2

虽然也是投射满射,却不是盖:真子模 A⊕0 已经满射到 M。其核包含 0⊕A,这部分不在 JA2 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 1→2,在路径代数的表示语言中令

P1=(k→1k),P2=(0→k).

它们分别等于 kQe1,kQe2,是正则模的直和项,故投射。单模 S1=(k→0) 的盖是 P1→S1,核为 (0→k)=S2;S2 的盖则是恒等 P2=S2。

因此一个单模本身未必投射。S1 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,JP 是 P 的全部极大子模之交。如果 K⊈JP,可取一个极大子模 N 不包含 K,于是 N+K=P 而 N≠P,所以 K 不小。

反过来,若 K⊆JP 且 N+K=P,则商 Q=P/N 满足 Q=JQ。不断代入得到 Q=JrQ,而 J 幂零,故 Q=0,即 N=P。这证明式 (1)。

对于满射 p,p(JP)=JM,且

p−1(JM)=JP+ker⁡p.

因此在核落入 JP 时,顶层同构随之成立;反向若顶层映射单射,核也必须落在 JP。

有限维下的存在性 ​

先从某个有限自由模满射到 M。在所有有限维投射满射 p:P→M 中,选择源维数最小者。假如真子模 N⊊P 仍满射到 M,投射性使 p 沿 N→M 提升,得到端同态 h:P→P,满足

imh⊆N,ph=p.

h 不可逆。由 Fitting 核像分解,足够大 r 时 imhr 是 P 的真直和项,所以仍投射,维数更小。而 phr=p 保证它仍满射到 M,与最小选择矛盾。因此 p 是盖。

唯一性与最小分解 ​

若 p:P→M、q:Q→M 都为投射盖,投射性给 f:P→Q、g:Q→P,使 qf=p、pg=q。于是 pgf=p。由盖的性质,im(gf)=P;有限维使 gf 可逆。同理 fg 可逆,故 f 是覆盖 M 的同构。

逐次对核取投射盖,便得到最小投射分解。以 A=k[t]/(t3) 的单模 k=A/(t) 为例,首个核为 (t),它的盖 A→(t) 由乘 t 给出;其核为 (t2),下一步由乘 t2 给出。于是得到交替微分

⋯→tA→t2A→tA⟶k⟶0.

乘 t 的核为 (t2),乘 t2 的核为 (t),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 p 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。
关系图谱11 个相邻概念 · 3 类关系

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