Кошульский комплекс - Koszul complex

В математика, то Кошульский комплекс был впервые введен для определения теория когомологий за Алгебры Ли, к Жан-Луи Кошул (видеть Когомологии алгебры Ли ). Это оказалось полезной общей конструкцией в гомологическая алгебра. В качестве инструмента его гомологии можно использовать, чтобы определить, когда набор элементов (локального) кольца является M-регулярная последовательность, и, следовательно, его можно использовать для доказательства основных фактов о глубина модуля или идеала, который представляет собой алгебраическое понятие размерности, связанное с геометрическим понятием Измерение Крулля. Более того, при определенных обстоятельствах комплекс представляет собой комплекс сизигии, то есть он сообщает вам отношения между генераторами модуля, отношения между этими отношениями и так далее.

Определение

Позволять р коммутативное кольцо и E свободный модуль конечного ранга р над р. Мы пишем для явнешняя сила из E. Тогда, учитывая р-линейная карта , то Кошульский комплекс, связанный с s это цепной комплекс из р-модули:

,

где дифференциал дается: для любого в E,

.

Верхний индекс означает, что термин опущен. (Отображение прямолинейно; в качестве альтернативы, это тождество также следует с использованием # Самодвойственность комплекса Кошуля.)

Обратите внимание, что и . Отметим также, что ; этот изоморфизм не каноничен (например, выбор объемная форма в дифференциальной геометрии дает пример такого изоморфизма.)

Если (т.е. выбирается упорядоченный базис), то, задавая р-линейная карта сводится к получению конечной последовательности элементов в р (а именно вектор-строку), а затем задается

Если M является конечно порожденным р-модуль, затем устанавливаются:

,

который снова является цепным комплексом с индуцированным дифференциалом .

В я-я гомология комплекса Кошуля

называется я-я гомология Кошуля. Например, если и вектор-строка с элементами в р, тогда является

и так

По аналогии,

Кошульские комплексы в малых габаритах

Учитывая коммутативное кольцо р, элемент Икс в р, и р-модуль M, умножение на Икс дает гомоморфизм из р-модули,

Считая это цепной комплекс (поместив их в степени 1 и 0 и добавив нули в другом месте), это обозначается . По построению гомологии

в аннигилятор из Икс в MТаким образом, комплекс Кошуля и его гомологии кодируют фундаментальные свойства умножения на Икс.

Этот цепной комплекс называется Кошульский комплекс из р относительно Икс, как в #Определение. Комплекс Кошуля для пары является

с матрицами и данный

и

Обратите внимание, что наносится слева. В циклы степени 1 - это в точности линейные отношения на элементах Икс и у, а границы - тривиальные отношения. Первые гомологии Кошуля H1(K(Икс, у)) поэтому точно измеряет отношения, модифицирующие тривиальные отношения. С большим количеством элементов многомерные гомологии Кошуля измеряют более высокоуровневые версии этого.

В случае, если элементы сформировать регулярная последовательность все модули высших гомологий комплекса Кошуля равны нулю.

Пример

Если k это поле и являются неопределенными и р кольцо многочленов , комплекс Кошул на образует бетон без р-разрешение k.

Свойства гомологии Кошуля

Позволять E - свободный модуль конечного ранга над р, позволять быть р-линейная карта, и пусть т быть элементом р. Позволять быть кошульским комплексом .

С помощью , есть точная последовательность комплексов:

где [-1] означает сдвиг градуса на -1 и . Одно примечания:[1] за в ,

На языке гомологическая алгебра, это означает, что это картографический конус из .

Взяв длинную точную последовательность гомологий, получим:

Здесь соединительный гомоморфизм

вычисляется следующим образом. По определению, куда у является элементом что соответствует Икс. С прямая сумма, мы можем просто взять у быть (0, Икс). Тогда ранняя формула для дает .

Приведенная выше точная последовательность может быть использована для доказательства следующего.

Теорема — [2] Позволять р быть кольцом и M модуль над ним. Если последовательность элементов р это регулярная последовательность на M, тогда

для всех . В частности, когда M = р, это сказать

точно; т.е. является р-бесплатное разрешение из .

Доказательство индукцией по р. Если , тогда . Далее предположим, что утверждение верно для р - 1. Затем, используя указанную выше точную последовательность, можно увидеть для любого . Исчезновение также справедливо для , поскольку ненулевой делитель на

Следствие — [3] Позволять р, M быть как указано выше и последовательность элементов р. Предположим, есть кольцо S, S-регулярная последовательность в S и гомоморфизм колец Sр что отображает к . (Например, можно взять .) Потом

где Tor обозначает Функтор Tor и M является S-модуль через Sр.

Доказательство. По теореме, примененной к S и S как S-модуль, мы видим K(у1, ..., уп) является S-свободное разрешение S/(у1, ..., уп). Итак, по определению я-я гомология - правая часть сказанного выше. С другой стороны, по определению S-модульная структура на M.

Следствие — [4] Позволять р, M быть как указано выше и последовательность элементов р. Тогда оба идеальных и аннигилятор M уничтожать

для всех я.

Доказательство: Пусть S = р[у1, ..., уп]. Повернуть M в S-модуль через гомоморфизм колец Sр, уяИкся и р ан S-модуль через уя → 0. По предыдущему следствию а потом

Для местное кольцо, верно обратное утверждение теоремы. В более общем смысле,

Теорема — [5] Позволять р быть кольцом и M ненулевой конечно порожденный модуль над р . Если Икс1, Икс2, ..., Икср являются элементами Радикал Якобсона из р, то эквивалентны следующие:

  1. Последовательность это регулярная последовательность на M,
  2. ,
  3. для всех я ≥ 1.

Доказательство: нам нужно показать только 2. из 1., остальное ясно. Рассуждаем индукцией по р. Дело р = 1 уже известно. Позволять Икс' обозначать Икс1, ..., Икср-1. Учитывать

С первого сюръективно, с . К Лемма Накаямы, и так Икс' - регулярная последовательность по предположению индукции. Со второго инъективен (т. е. является ненулевым делителем), является регулярной последовательностью. (Примечание: по лемме Накаямы требование автоматический.)

Тензорные продукты комплексов Кошуля

В общем, если C, D являются цепными комплексами, то их тензорное произведение это цепной комплекс, задаваемый формулой

с дифференциалом: для любых однородных элементов Икс, у,

где |Икс| степень Икс.

Эта конструкция относится, в частности, к комплексам Кошуля. Позволять E, F - свободные модули конечного ранга, и пусть и быть двумя р-линейные карты. Позволять - комплекс Кошуля линейного отображения . Тогда как комплексы

Чтобы убедиться в этом, удобнее работать с внешней алгеброй (в отличие от внешних степеней). Определите градуированный вывод степени

требуя: для любых однородных элементов Икс, у в ΛE,

  • когда

Легко увидеть, что (индукция по степени) и что действие на однородных элементах согласуется с дифференциалами в #Определение.

Теперь у нас есть как оценено р-модули. Кроме того, по определению тензорного произведения, упомянутому в начале,

С и являются выводами одного типа, отсюда следует

Отметим, в частности,

.

Следующее предложение показывает, как комплекс элементов Кошуля кодирует некоторую информацию о последовательностях в идеале, порожденном ими.

Предложение — Позволять р быть кольцом и я = (Икс1, ..., Иксп) идеал, порожденный некоторыми п-элементы. Тогда для любого р-модуль M и любые элементы у1, ..., ур в я,

куда рассматривается как комплекс с нулевым дифференциалом. (На самом деле разложение выполняется на цепном уровне).

Доказательство: (легко, но пока опущено)

В качестве приложения мы можем показать глубинную чувствительность гомологии Кошуля. Для конечно порожденного модуля M над кольцом р, по (одному) определению глубина из M относительно идеала я является супремумом длин всех регулярных последовательностей элементов я на M. Обозначается он . Напомним, что M-регулярная последовательность Икс1, ..., Иксп в идеале я является максимальным, если я не содержит ненулевого делителя на .

Гомология Кошуля дает очень полезную характеристику глубины.

Теорема (чувствительность к глубине) — Позволять р быть нётеровым кольцом, Икс1, ..., Иксп элементы р и я = (Икс1, ..., Иксп) порожденный ими идеал. Для конечно порожденного модуля M над р, если для некоторого целого м,

для всех я > м,

пока

то каждый максимальный M-регулярная последовательность в я имеет длину п - м (в частности, все они имеют одинаковую длину). Как следствие,

.

Доказательство: чтобы облегчить обозначения, мы пишем H (-) вместо H (K(-)). Позволять у1, ..., уs быть максимальным M-регулярная последовательность в идеале я; обозначим эту последовательность через . Сначала покажем индукцией по , утверждение, что является если и равен нулю, если . Базовый случай ясно из # Свойства гомологии Кошуля. Из длинной точной последовательности гомологий Кошуля и индуктивной гипотезы

,

который Кроме того, по тому же аргументу обращение в нуль выполняется для . Это завершает доказательство утверждения.

Теперь из утверждения и раннего предложения следует, что для всех я > п - s. Заключить п - s = м, осталось показать, что он ненулевой, если я = п - s. С это максимальный M-регулярная последовательность в я, идеал я содержится в множестве всех нулевых делителей на , конечное объединение ассоциированных простых чисел модуля. Таким образом, по простому избеганию существует ненулевое v в такой, что , то есть

Самодуальность

Существует подход к комплексу Кошуля, который использует коцепьевой комплекс вместо цепного комплекса. Как выясняется, это приводит, по сути, к одному и тому же комплексу (факт, известный как самодуальность комплекса Кошуля).

Позволять E свободный модуль конечного ранга р над кольцом р. Тогда каждый элемент е из E дает начало внешнему умножению слева на е:

С , у нас есть: ; то есть,

является коцепным комплексом свободных модулей. Этот комплекс, также называемый комплексом Кошуля, представляет собой комплекс, используемый в (Эйзенбуд 1995 ). Взяв дуал, возникает комплекс:

.

Использование изоморфизма , комплекс совпадает с комплексом Кошуля в #Определение.

Использовать

Комплекс Кошуля важен для определения совместного спектра набора коммутирующих ограниченные линейные операторы в Банахово пространство.[нужна цитата ]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Действительно, в силу линейности можно считать куда . потом
    ,
    который .
  2. ^ Мацумура, Теорема 16.5. (я)
  3. ^ Эйзенбуд, Упражнение 17.10.
  4. ^ Серр, Глава IV, A § 2, предложение 4.
  5. ^ Мацумура, Теорема 16.5. (ii)

Рекомендации

  • Дэвид Эйзенбуд, Коммутативная алгебра. С точки зрения алгебраической геометрии, Тексты для выпускников по математике, том 150, Springer-Verlag, Нью-Йорк, 1995. ISBN  0-387-94268-8
  • Уильям Фултон (1998), Теория пересечения, Ergebnisse der Mathematik и ихрер Гренцгебиете. 3. Folge., 2 (2-е изд.), Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag, ISBN  978-3-540-62046-4, МИСТЕР  1644323
  • Мацумура, Хидеюки (1989), Коммутативная теория колец, Кембриджские исследования в области высшей математики (2-е изд.), Издательство Кембриджского университета, ISBN  978-0-521-36764-6
  • Серр, Жан-Пьер (1975), Язык Algèbre, Multiplicités, Cours au Collège de France, 1957–1958, rédigé par Pierre Gabriel. Troisième édition, 1975. Конспект лекций по математике (на французском языке), 11, Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag

внешняя ссылка