形式陈述
两个箭图表示之间的全部映射和扩张,怎样化成同一份线性方程?设 Q 为有限无环箭图,V , W 为有限维表示 公理库 箭图表示 Quiver representation · Representation of a quiver 从协同换基定义箭图表示,分类单箭头矩阵,并用平行箭参数与复合秩说明维数和各箭秩为何不足。 。定义
C 0 ( V , W ) = ⨁ i Hom k ( V i , W i ) , C 1 ( V , W ) = ⨁ a : i → j Hom k ( V i , W j ) , 以及
(1) ( δ f ) a = W a f i − f j V a . 则有自然正合列
(2) 0 → Hom Q ( V , W ) → C 0 ( V , W ) → δ C 1 ( V , W ) → Ext Q 1 ( V , W ) → 0. 因此 Hom 是线性映射 δ 的核 公理库 线性映射的核与像 Kernel and image · Null space and range 分别记录被线性映射压到零的方向与实际能够到达的向量集合。 ,而$\operatorname{Ext}^1$ 公理库 Ext 函子 Ext functor · Ext groups 以Hom导出量测量延拓障碍,并从提升、商群表示和Baer和完整证明Z/m被任意Abel群扩张的分类。 是它的余核 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。 。这里是没有附加路径关系的箭图。对带关系代数,扩张矩阵必须另外满足关系的线性化条件,式 (2) 不能不加修改地使用。
直觉
C 0 是在每个顶点随意选一个映射,还没管它们能否组成表示同态。δ 测量每条箭的方块有多不交换。缺陷全为零,就是 Hom。
同一份“箭头缺陷”也能描述扩张:在每个顶点先把短正合列按向量空间拆开,箭头矩阵中的非对角块记录两个端点表示怎样接合。改变局部拆法会改变这些块,但只改变一个 δ f 。因此真正的扩张信息恰是余核。
例子与边界
一条箭给出一个可手算的非分裂扩张
对 1 → 2 ,取 V = S 1 = ( k → 0 ) 、W = S 2 = ( 0 → k ) 。每个同顶点 Hom 都为零,所以 C 0 = 0 ;箭头对应的 Hom ( k , k ) = k ,所以 C 1 = k 。于是
Hom Q ( S 1 , S 2 ) = 0 , Ext Q 1 ( S 1 , S 2 ) ≅ k . 扩张参数 λ ∈ k 对应中间表示 E λ = ( k → λ k ) ,得到
0 → S 2 → E λ → S 1 → 0. λ = 0 时中间表示为 S 1 ⊕ S 2 ,正合列分裂;λ ≠ 0 时若有截面 S 1 → E λ ,源顶点映射必须为恒等,但箭头交换要求 λ = 0 ,矛盾。
所有非零 λ 的中间表示彼此同构,却代表不同的扩张类:扩张等价要求同时固定左右端点,而任意表示同构可以缩放这些端点。这个差别不能从“中间矩阵相似”中省掉。
实际组装一个小矩阵
仍取单箭头,令 V = W = ( k → 1 k ) 。此时
C 0 = k 2 , C 1 = k , δ ( a , b ) = a − b . 差分满射,核为对角线。所以 End 为 k ,而自扩张群为零。这个表示虽然不是单模,却没有自扩张;单性、不可分解性与自扩张消失又是不同问题。
推论与应用
非对角块给出余核的直接证明
给扩张 0 → W → E → V → 0 ,在每个顶点选择向量空间截面,将 E i 写为 W i ⊕ V i 。箭头必须形如
E a = ( W a z a 0 V a ) , z a : V i → W j . 没有额外路径关系时,任意这些 z a 都给一个表示及扩张。
若将第 i 个截面改成原截面加 f i : V i → W i ,直接代入矩阵换基,新的非对角块为
z a ′ = z a + W a f i − f j V a = z a + ( δ f ) a . 反过来,任何固定端点的扩张同构在各顶点都具有这种上三角、对角为恒等的形状。因此等价类正是 C 1 / im δ 。按纤维积再推并构造 Baer 和时,非对角块相加,所以这个对应也保持 Ext 群的加法。
路径给出长度一的投射分解
以下分解中的 ⊗ k 是张量积 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。 。令 P i = k Q e i ,它由从顶点 i 出发的路径张成,是正则路径代数模 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。 的投射直和项。存在投射分解 公理库 投射分解 Projective resolution 以投射模组成并在正次数无同调的增广链复形逼近给定模。
0 → ⨁ a : i → j P j ⊗ k V i → d ⨁ i P i ⊗ k V i → ε V → 0 , 其中
d ( p ⊗ v ) = p a ⊗ v − p ⊗ V a v , ε ( p ⊗ v ) = V p v . d 的两项分别落在 i 、j 标记的直和项。商掉其像后,可以逐箭把路径从张量左侧搬到 v 的作用上,最后只剩终点的长度0路径,故余核正是 V 。
d 还单射。若一份非零有限线性组合落入核,取其中最长的 p ;第一项 p a 比对应第二项长一步。正长度路径的第一条箭和余下路径唯一,因此最长的这些第一项无法互相抵消,也无法被更短的第二项抵消,矛盾。
应用 Hom Q ( − , W ) ,再用 Hom Q ( P i , W ) ≅ W i ,便恢复式 (2),并得到所有 n ≥ 2 的 Ext Q n ( V , W ) = 0 。
维数检查与执行规模
设 c 0 = ∑ i dim V i dim W i 、c 1 = ∑ a : i → j dim V i dim W j 。选基后,δ 是一个 c 1 × c 0 矩阵;逐顶点未知矩阵代入式 (1) 即可组装。对组装后的矩阵做稠密 Gaussian 消元 公理库 行化简 Row reduction 用初等行变换把矩阵化为阶梯形以求解线性方程组和判定秩。 ,其域算术成本可界为 O ( c 0 c 1 min ( c 0 , c 1 ) ) ,存储为 O ( c 0 c 1 ) ;稀疏实现可能更省。
若秩为 r ,秩–零化度定理 公理库 秩–零化度定理 Rank–nullity theorem 有限维线性映射的定义域维数等于核维数与像维数之和。 给
dim Hom = c 0 − r , dim Ext 1 = c 1 − r . 两者相减不再含 r ,这就是箭图 Euler 型 公理库 箭图的 Euler 双线性型 Euler form of a quiver · Tits quadratic form 由顶点未知数减箭头方程建立Euler型,以参数族说明信息边界,并完成区间、End–Ext与非零扩张的三方验算。 的来源。可靠的计算应保留 δ 的矩阵及核/余核证书,而不仅报告一个维数。
参考资料