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子模

Submodule

对加法和标量乘法封闭的模子集。

条目类型
定义

形式陈述

R-模 M子集 NM 称为子模,若它在加法下为子群且对标量作用封闭;等价地,N 且对任意 x,yNr,sR

rx+syN.

任意子模族的交仍为子模。子集 SM 生成的子模

SR={i=1nrisi:n<, riR, siS}

是包含 S 的最小子模。两个子模的和 N+P={n+p} 是最小同时包含它们的子模;并集通常不是子模,除非一者包含另一者。

直觉

子模是对加法、逆元和所有标量操作都封闭的稳定部分;生成子模则收集从给定元素经有限线性组合能到达的一切。

子模是在模内部对加法、加法逆元和环标量作用封闭的子集。它是线性子空间的环上推广,但一般不一定有补子模,也不一定由基的一部分张成。子模的交保持子模,和由有限和生成;并集与向量空间情形一样通常失败。

例子与边界

Z 作为自身的模,其子模恰为理想 nZ。向量空间的子模就是线性子空间。2Z3Z 的并不是子模,因为 2,3 在并中而 5 不在;其和为 Z,交为 6Z。非空且对标量乘封闭不足以成为子模,还需对加法和负元封闭。生成表达只允许有限和,即使 S 无限也不引入无限级数。有限生成模是存在有限 S 使 M=S,不表示其子模自动有限生成;后者需要 Noether 条件。

Z-模 Z2 中取

N={(a,b)Z2:a+b0(mod2)}.

它是同态 φ(a,b)=a+b(mod2) 的核,因而是子模,并且

Z2/NZ/2Z.

它可由 (1,1)(0,2) 生成,却不能由单个向量生成;这里的子模仍有秩二,但在母模中指数为二。作为边界,仿射集合 {(a,b):a+b=1} 不含零向量,既不是子模,也不可能成为同态的核。模的标量环是结构的一部分:同一集合在换环后是否封闭、需要多少生成元,都可能改变。

推论与应用

子模是商模、核像、有限生成性和模分解的基本单位;交与和形成格结构,并在同调代数中充当子对象。

子模是 模结构中稳定于全部线性运算的子对象。模同态的核与像天然是子模,而 商模也只有对真正的子模才具有良定义;因此同构定理、正合列和同调构造都以子模为基本接口。子模升链是否稳定还导向 Noether 条件,并控制有限生成模的分解与算法可终止性。

参考资料
  • David S. Dummit and Richard M. Foote, Abstract Algebra, 3rd ed., Wiley, 2004,Ch. 10, submodules, sums, and generated modules。
  • Serge Lang, Algebra, revised 3rd ed., Springer, 2002,Part III, submodules and generators。
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