有关同调代数的入门笔记

发布时间: 2021-07-08 13:26:00 来源: 励志妙语 栏目: 读后感 点击: 96

投射模。设是-模,对于任意满同态和同态,总有同态使得下图交换.如果对任意单同态和同态,总有同态使...

有关同调代数的入门笔记

投射模。设 Pmathfrak A -模,对于任意满同态 Bto A 和同态 Pto A ,总有同态 Pto B 使得下图交换.

如果对任意单同态 Ato B 和同态 Ato P ,总有同态 Bto P 使得下图交换,称 P 为内射模。

对于 Aleq B ,如果 B 的非零子模与 A 相交,称 BA 的本性扩模。

引理, A 是内射模当且仅当 A 没有非平凡本性扩模。

内射包是内射的本性扩模,意即最小的内射扩模。内射包在同构意义下唯一存在。

投射盖。设 P 是投射模, pi:Pto A 是满同态,如果对于任意投射模 Q 与满同态 pi':Qto A ,使得 picirc sigma=pi'sigma:Qto P 总是满同态,那么称 PA 的投射盖。

投射盖在同构范围内唯一。但是投射盖并不总存在。

自反模与半自反模。对于左 mathfrak A -模, text{Hom}(X,mathfrak A) 是右 mathfrak A -模,记为 X^* .当 Xsimeq X^{**} 时,称为自反模,当 Xleq X^{**} 称为半自反模,或缺扰模。

对于 phi_1,phi_2 ,以下的 A 分别叫作推出与拉回:

推出
拉回

或者,以下的定义等价:

A是推出当且仅当右正合
A0是拉回当且仅当左正合

复形与微分。对于 ...to_{d_{n+2}} A_{n+1}rightarrow_{d_{n+1}} A_nto_{d_n} ... ,如果 d_{i+1}d_iequiv 0 ,称链为复形, d_i 为微分。称 H_n=ker d_n/text{Im } d_{n+1} 为其同调。

同调正合列定理。设 A,B,C 分别是复形,并且有正合列 0to A_nto B_nto C_nto 0 使得如下图交换:

此时有 theta_n: H_n(C)=ker  d^c_n/text{Im }d_{n+1}^cto H_{n-1}(A)=ker  d^a_{n-1}/text{Im }d_{n}^a 使得如下列正合:


A 的一个投射分解是一个由投射模构成的正合列: ...to P_nto _{d_n}to P_{n-1}to ...to P_1to P_0to Ato 0 .

箭头方向相反,将投射模改为内射模时,叫作内射分解。

核与上核。设 f:Ato B . 对于任意 g:Dto Aker feta:ker to A 使下图交换。

核的对偶概念是上核。


Amathfrak A -模, T:mathfrak Amathbb Mto mathfrak Bmathbb M 是共变加法函子。取 A 的投射分解为 ...to P_nto P_{n-1}to ...to P_1to P_0to A ,那么对其进行 T 的变换可得 ...to TP_nto TP_{n-1}to ...to TP_1to TP_0to 0 ,记 L_nTA=ker Td_n/text{Im }Td_{n+1} . 这个定义不依据 (P,d) 的选取而改变,因此 L_nTmathfrak Amathbb Mto mathfrak Bmathbb M 的共变函子。

将投射分解改为内射分解,得到的是 R_nT .

P 是自由模,生成元为 {s_lambda}_{lambdain Lambda} ,那么对于任意 f:Bto Asigma:Pto A ,只需要选取一组使得 b_lambda 使得 f(b_lambda)=sigma(s_lambda) ,并定义 g(s_lambda)=b_lambda 即可得到 gcirc f=sigma ,因此自由模总是投射模。

对于任意的模 A ,自然有自由模 P 使得 A=P/I . 这给出了正合列 0to Ito Pto Ato 0 . 记 I=A_1 ,重复这样的操作,就得到了: 0to A_1to P_0to Ato 0 0to A_2to P_1to A_1to 0 ... 此时,考虑它们的复合 ...to A_2to P_1to A_1to P_0to A 经过化简,得到正合列 ...to P_1to P_0to A 这说明任意模总有投射分解。

反之,任意模总可以嵌入某个内射模。首先注意到 mathbb Q 模都是 mathbb Z 内射模。假定 Pmathbb Q 模, eta:Ato PAleq B . 假设有 f:Cto P eta:Ato P 的扩张,任取 xnotin Bbackslash C ,如果 nxin C ,则规定 f(x)=f(nx)/n ,否则规定 f(x)=0 . 这样,根据佐恩引理,就得到了 f:Bto P . 对于一般的 G ,有嵌入 Gto mathbb QGto text{Hom}_mathbb Z(mathfrak A,mathbb QG) ,具体地说, gmapsto 1gmapsto {amapsto ag} . 已经知道 mathbb QGmathbb Z 内射模,只需要证明 text{Hom}_mathbb Z(mathfrak A,mathbb QG)mathfrak A 内射模。设有 Aleq Beta:Ato text{Hom}_mathbb Z(mathfrak A,mathbb QG) . 对于每个 ain Aphi(a)=eta(a)(1)in mathbb QG ,而 phiin text{Hom}_mathbb Z(A,mathbb QG) ,因此根据内射模的性质存在 psiin text{Hom}_{mathbb Z}(B,mathbb QG) . 对于每个 bin B ,定义 f(b)(a)=apsi(b) ,那么 f(b)in text{Hom}_mathbb Z(mathfrak A,mathbb QG) ,并且 f:Bto text{Hom}_mathbb Z(mathfrak A,mathbb QG) 扩张了 eta .

如果 0to Ato Pto Bto 0 是正合列而 P 是内射模,类似地,考虑: 0to Ato P_0to A_1to P_1to ... 由此得到内射分解  Ato P_0to P_1to ... .


C,D 是right R-module chain complex,它们之间的morphism u:Cto D 是一族 R-module homormopshim,使得下图交换。


蛇引理:设有如下的交换图,且每行exact,那么有 ker htotext{coker }f 的同态,并且 ker fto ker gto ker hto text{coker } fto text{coker } gto text{coker }h exact.

此外,当 p 是单射时, ker fto ker g 也是单射;当 j 是满射时, text{coker }fto text{coker }g 也是满射。

h(c)=0 ,由于 q 是满射,所以存在 bin B 使得 hq(b)=0 ,因此 jg(b)=0 ,因为 ker j=text{ran }i ,因此存在 din D 使得 g(b)=i(d) ,令 partial(c)=d+text{ran }f . 换言之, partial (c)=i^{-1}gq^{-1}(c)+text{ran }f .

验证定义的良好性:假设 q(b-b')=0 ,那么存在 ain A 使得 p(a)=b-b' ,因而 if(a)=gp(a)=g(b-b') ,这说明 i^{-1}g(b-b')in text{ran } f .

五引理:设有如下的交换图,其中两行分别正合:

b,d 单射 a 满射时, c 单射;当 b,d 满射 e 单射时, c 满射;因此, a,b,d,e 是同构时, c 也是同构。

任取 xin ker c ,那么 h(x)inker d={0} ,因此 xin ker h=text{Im }g ,记 x=g(y) ,此时 0=c(x)=k(b(y)) ,因此 b(y)in text{ker }k=text{Im }j ,记 b(y)=j(z)=j(a(w))=b(f(w)) . 因为 b 是单射,所以 f(w)=y ,而 x=g(f(w))=0 .

反之类似。


对于chain complex C ,记 d_n:C_nto C_{n-1}Z_nC=ker d_nsubset C_nB_nC=text{Im }d_{n+1}subset C_nH_nC=Z_nC/B_nC . 考虑下图。

由于图的中间两行是正合的,所以根据蛇引理,每一行都正合且交换。

再注意到,对于 ain A_nd^2(a+dA_{n+1})=0 ,因此 d(a+dA_{n+1})=d(a)inker d_{n-1} ,从而 d 给出了 A_n/dA_{n+1}to Z_{n-1}(A) 的同态,并且下图正合交换:

每一列的kernel是 ker d_n/text{Im } d_{n+1}=H_n ,而coker是 ker d_{n-1}/text{Im } d_{n}=H_{n-1} .因此,得到了正合列 H_n(A)to H_n(B)to H_n(C)to H_{n-1}(A)to H_{n-1}(B)to H_{n-1}(C) .


对于线性空间范畴,chain complex可以视作 ...to text{Im }d_{n+1}oplus ker d_n/text{Im }d_{n+1}oplus text{Im } d_nto ... ,此时 d_n 可以视作映射 (x,y,z)mapsto (z,0,0) ,如果记 s_n:(x,y,z)mapsto (0,0,x) ,那么 s_{n-1}d_n+d_{n+1}s_n(x,y,z) 映射为 (x,0,z) ,这说明 ker (sd+ds)=ker d_n/text{Im }d_{n+1}=H_n .

设有 s:C_nto D_{n+1} ,此时定义 f_n=d_{n+1}s_n+s_{n-1}d_nfC_nto D_n 的态射。此时, d_nf_n=f_{n-1}d_n=d_ns_{n-1}d_n ,因此 f 是chain complex的态射。

对于 f:Cto D ,如果存在上述 s 使得 f=ds+sd ,那么称 f null homotopic,一个chain complex是split exact的当且仅当它的id映射null homotopic.

对于 f,g:Cto D ,如果 f-g null homotopic,称对应的 sfg 的chain homotopy.

引理,设 f null homotopic,则 f_*:H_n(C)to H_n(D) 是零态射。


f:Bto C 是chain complex map,定义mapping cone是 B[-1]oplus C ,mapping cylinder是 Boplus B[-1]oplus C ,它们的微分映射分别是 d(b,c)=(-d(b),d(c)-f(b))d(b,b',c)=(d(b)+b',-d(b'),d(c)-f(b')) .

X 是拓扑空间, mathcal U 是它的所有开集构成的偏序集(大→小), mathcal A 是阿贝尔范畴,由 mathcal Umathcal A 的函子 F 如果满足 F(emptyset)=0 则称为一个presheaf. 进一步地,设 {U_i} 是开集 U 的开覆盖, {f_iin F(U_i)} 是一族元素,再设对于任意 U_i,U_jf_if_j 经由态射 F(U_i)to F(U_icap U_j)F(U_j)to F(U_icap U_j) 变换的结果相同,此时如果总有唯一的 fin F(U) 使得它在态射 F(U)to F(U_i) 变换下恰等于 f_i ,那么称这个presheaf是sheaf.

sheaf的一个例子是这样的: F(U)=C(U:mathbb R) ,后者有交换群结构所以是阿贝尔范畴,而 F(U)to F(V) 是函数的限制。假如 U_i 覆盖了 U ,对于每一个 xin U ,取 f_iin F(U_i) 并定义 f(x)=f_i(x) ,那么定义是良好的并且 fx 处连续。 f 的唯一性显然。

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