形式陈述
设 为含幺环, 为左 -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。。若对每个满同态 和每个同态 ,都存在 使
则称 为投射模。提升 一般不唯一;定义只断言存在。
以下条件等价:
- 具有上述提升性质;
- 协变 函子公理库函子Functor保持单位态射和复合的范畴之间映射。 为正合函子;
- 每个以 为商的短正合列公理库短正合列Short exact sequence · Short exact extension以单态射、满态射和中间正合性把子对象、扩张对象与商对象连接起来的三项正合列。 都分裂公理库分裂正合列Split exact sequence · Splitting lemma短正合列通过同态截面或回缩与子对象和商对象相容地分解。;
- 是某个自由模的直和因子。
例如由提升性质推出分裂时,把 与 代入,所得提升 满足 。反向地,若 且 自由,则先在一组自由基上逐个选择原像得到 的提升,再限制到 分量即可。
直觉
满同态 把 的一些信息压掉。给定 ,投射性保证可以在压缩之前找到一条兼容路径 。自由模之所以投射,是因为映射只需在基上指定,而每个基向量的像都能沿满射任选一个原像;投射模则是自由模中由幂等投影切下来的稳定部分。
投射性是定义域一侧的性质:固定的是从 出发的映射,并把它们越过满射向上提升。其对偶概念内射模公理库内射模Injective module任意定义在子模上的映射都能延拓到母模、等价地使反变 Hom 函子正合的模。固定陪域,并把定义在子模上的映射向外延拓。交换箭头方向而不交换量词位置,会得到错误定义。
例子与边界
每个自由模都投射。更有信息的非自由例子取环 ,令幂等元 。左理想
满足
所以 是自由模 的直和因子,从而投射。但 不是非零自由 -模:元素 杀掉整个 ,而它不会杀掉自由模 中的所有非零标准基向量。投射并不等于自由;在局部环等附加条件下,有限生成投射模才会被迫自由。
相反, 在 时不是投射 -模。规范满射
若能提升恒等映射,就会有截面 。于是 是 中被 消去的非零元素,但 无挠,矛盾。这里集合意义下选择余数代表并不保持加法,不能充当模同态提升。
域上的每个向量空间自由,因而投射;这项事实依赖选择一组基。投射性也不保证模有限生成、平坦分解有限长或每个子模仍投射。即使 投射,任意商 也未必投射,上面的 正是自由模 的商。
推论与应用
模范畴有足够多投射对象:任意模 都是某个自由模 的商。对这个满射的核重复取自由覆盖,便得到投射分解。投射提升性质还给出分解比较定理:模同态可以提升成投射分解之间的链映射,且任意两个提升链同伦。
对任意 都左正合; 投射恰好补上保持满射这一端,使它完全正合。由投射分解计算左导出函子时,投射对象上的高次导出量消失。这个消失是诊断投射性的结果,不意味着所有以 为定义域的同调问题都平凡。
参考资料
- Charles A. Weibel, An Introduction to Homological Algebra, Cambridge University Press, 1994,§2.2。
- Joseph J. Rotman, An Introduction to Homological Algebra, 2nd ed., Springer, 2009,Ch. 3, §§3.1–3.2。
- Peter J. Hilton and Urs Stammbach, A Course in Homological Algebra, 2nd ed., Springer, 1997,Ch. IV, §4。