形式陈述
设 为环, 为右 -模, 为左 -模。固定 后,函子
右正合,其左导出函子公理库导出函子Derived functor · Derived functors通过投射或内射分解后的同调系统测量加性函子未能保持正合性的程度。定义为
选 的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。 ,则
也可分解右模 并与 张量,所得同调典范同构;这称 Tor 的平衡性。Tor 对两个变量都协变,并满足
其中零次项就是原来的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的向量空间构造。。当 交换时可统一谈 -模;当 非交换时,右模—左模的手性是张量积良定义的必要条件,不能省略。
直觉
张量积会把商关系正确搬过去,却可能把原本不同的元素压到一起,因此一般保持满射而不保持单射。投射分解先把 换成逐层可控的模;张量后出现的核不再由下一层像完全解释时,剩余同调就是 Tor。
是最先出现的“新核”。它能检测一个模是否含有会与另一模相互作用的挠性,但 Tor 不等同于模自身的挠子模:它依赖底环和两个输入,换一个伙伴模可能得到完全不同的结果。
例子与边界
令 、,并取 的自由分解
与 张量后得到复形
设 。零次同调是乘 的余核,故
与普通张量积一致。一次同调是乘 的核;类 生成这个核,也有 个元素,所以
由于分解长度为 ,所有 的 Tor 为零。这个计算不是“把两个模的阶取最大公因数”的经验公式;它来自一个明确微分的核与余核,并依赖底环是 。
若底环是域 ,每个模都是向量空间且自由,故所有正次数 消失。若一个变量投射,结论同样成立。平坦模也使 对所有伙伴消失,但平坦不必投射;因此从一次消失直接推出存在投射直和分解通常是错误的。
平衡性也不是交换两个变量的形式对称。对非交换环, 只能把右 -模与左 -模配对;改为分解 时,应在右模范畴取投射分解。只有交换环或额外双模结构允许写出交换同构。忽略手性会让张量关系 的两边失去类型。
推论与应用
对左模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。 ,固定右模 后得到长正合列
最左连接态射精确控制 为什么可能不再单射。一个左模 平坦,当且仅当 正合;等价地, 对所有右模 成立。
Tor 出现在同调的泛系数定理与 Künneth 公式中,修正“先取同调再张量”与“先张量链复形再取同调”之间的差异。公式通常还需要平坦性、投射性或适当收敛条件;只看到 Tor 项的名称,不能忽略这些假设而直接写分解。
参考资料
- Charles A. Weibel, An Introduction to Homological Algebra, Cambridge University Press, 1994,§§2.6–2.7 and §3.6。
- Joseph J. Rotman, An Introduction to Homological Algebra, 2nd ed., Springer, 2009,Ch. 7, §§7.4–7.6。
- Peter J. Hilton and Urs Stammbach, A Course in Homological Algebra, 2nd ed., Springer, 1997,Ch. V, §§1–2。