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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。

条目类型
定义

形式陈述

R 为含幺环,P 为左 R-。若对每个满同态 q:MN 和每个同态 f:PN,都存在 f~:PM 使

qf~=f,

则称 P 为投射模。提升 f~ 一般不唯一;定义只断言存在。

以下条件等价:

  1. P 具有上述提升性质;
  2. 协变 函子 HomR(P,) 为正合函子;
  3. 每个以 P 为商的短正合列 0ABP0分裂
  4. P 是某个自由模的直和因子。

例如由提升性质推出分裂时,把 q:BPf=1P 代入,所得提升 s:PB 满足 qs=1P。反向地,若 PQFF 自由,则先在一组自由基上逐个选择原像得到 FM 的提升,再限制到 P 分量即可。

直觉

满同态 q:MNM 的一些信息压掉。给定 PN,投射性保证可以在压缩之前找到一条兼容路径 PM。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 P 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 R=k×k,令幂等元 e=(1,0)。左理想

P=Re=k×0

满足

R=ReR(1e),

所以 P 是自由模 R 的直和因子,从而投射。但 P 不是非零自由 R-模:元素 (0,1) 杀掉整个 P,而它不会杀掉自由模 R(I) 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,Z/nZn>1 时不是投射 Z-模。规范满射

q:ZZ/nZ

若能提升恒等映射,就会有截面 s。于是 s([1])Z 中被 n 消去的非零元素,但 Z 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 P 投射,任意商 P/N 也未必投射,上面的 Z/n 正是自由模 Z 的商。

推论与应用

模范畴有足够多投射对象:任意模 M 都是某个自由模 FM 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。

HomR(P,) 对任意 P 都左正合;P 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 P 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。
关系图谱9 个相邻概念 · 3 类关系

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