交換環上的強w-投射模

周德川, 王芳貴

(四川師范大學數學與軟件科學學院,四川成都610066)

本文提到的環都是有單位元的交換環.2012年,X.H.Fu等[1]引入了余純投射模的概念.R-模M稱為余純投射模,是指對一切平坦模F,有熊濤等[2]借助余純投射模來刻畫CPH環的結構(每個余純投射模的子模是余純投射模),并討論了CPH環與遺傳環的關系.本文在此基礎上定義了強w-投射模,是指對一切無撓w-模M,有,強w-投射模是介于投射模與余純投射模之間的模,通過對強w-投射模的討論,給出了遺傳環和半單環的一個新的刻畫,也給出了一個DW-環的同調刻畫.

1 強w-投射模

設R是交換環,S是R的所有非零因子的乘法集,M是R-模.令

則T(M)是M的子模.當T(M)=M時,M稱為撓模;當T(M)=0時,M稱為無撓模.注意,T(M)總是撓模,M/T(M)總是無撓模.為了給出強w-投射模的定義,首先來看投射模的一個等價刻畫.

命題1.1對環R,R-模P為投射模當且僅當對任意的無撓模A,都有

證明若對任意的無撓模A,都有=0,設0?K?F?P?0是正合列,其中F是自由模,K=ker(F?P),由于F是無撓模,從而K是無撓模,由條件,故

是正合列,則正合列0?K?F?P?0分裂,即有F?PK,故P為投射模.反之顯然成立.

1997年,F.G.Wang等[3]引入了整環上的w-模的概念,2011年,H.Y.Yin等[4]把w-模的概念推廣到一般交換環上.設J是R的有限生成理想.若自然同態R?HomR(J,R)是同構,則J稱為R的GV-理想.用GV(R)表示R的GV-理想的集合.對R-模M,定義

則GV-tor(M)是M的子模.當GV-tor(M)=M時,M稱為GV-撓模;當GV-tor(M)=0時,M稱為GV-無撓模.若M是GV-無撓模,且對所有J∈GV(R),,則M稱為w-模.1997年,文獻[5]還引入了w-投射模的概念.R-模M稱為w-投射模,是指對任何無撓的w-模N,是GV-撓模.

定義1.2R-模P稱為強w-投射模,是指對任何無撓w-模M,都有

例1.31)顯然,投射模是強w-投射模;強w-投射模是w-投射模;

2)任何GV-撓模都是強w-投射模.特別地,若J是R的GV-理想,則R/J是強w-投射模;

3)強w-投射模未必是投射模.例如,設R是最大公因子整環,a1,a2∈R互素,則J=(a1,a2)是R的GV-理想,于是R/J是GV-撓模.從而有R/J是強w-投射模.由于R/J也是撓模,故R/J不是投射模.

命題1.4設0?A?B?C?0是正合列.若A、C是強w-投射模,則B是強w-投射模.

證明設M是任意的無撓w-模,則有正合列,由于A、C是強w-投射模,所以,由定義知B是強w-投射模.

命題1.5設{Pi}是一簇模,則是強w-投射模當且僅當每一Pi是強w-投射模.

證明設M是任意的無撓w-模,由自然同構即得證.

命題1.6若0?M?F?P?0是分裂的正合列,則M、P是強w-投射模是當且僅當F是強w-投射模.

命題1.7對環R,M是強w-投射模.

1)若P是投射模,則是強w-投射模;

2)若P是有限生成投射模,則HomR(P,M)是強w-投射模.

證明1)設X是任意的無撓w-模.若P是投射模,由文獻[6]的定理4.5.9有

由于M是強w-投射模,所以

2)設X是任意的無撓w-模,若P是有限生成投射模,由文獻[6]的定理4.5.11有

定理1.8對模M,以下各條等價:

1)P是強w-投射模;

2)設0?A?B?P?0是正合列,則對任意的無撓w-模M,有正合列

3)設A是B的子模,M是無撓w-模,若B/A?P,則對任何同態f:A?M可以擴張到B;

4)對任意正合列0?M?B?P?0是分裂的正合列,其中M是無撓w-模;

5)對正合列0?A?B?C?0,其中A是無撓w-模,有

6)對正合列0?A?E?C?0,其中A是無撓w-模,E是內射模,有

證明1)?2) 由已知可得到正合列

2)?3) 0?A?B?B/A?0是正合列,由于B/A?P,則由2)有正合列

所以對任何同態f:A?M可以擴張到B.

3)?4) 0?M?B?P?0是正合列,則有B/M?P,所以對同態f:M?M可以擴張到B?M的同態.所以正合列0?M?B?P?0分裂.

4)?1) 由文獻[7]的推論7.20即可得到.

1)?5) 由已知條件有正合列

5)?6) 平凡的.

6)?1) 設A是無撓的w-模.取正合列0?A?E?C?0,其中E是內射模,則有正合列

由假設知,故P是強w-投射模.

由文獻[5]引理知f是同構的,所以有,則P是強w-投射模.

命題1.9P是強w-投射模,則P是投射模當且僅當pdRP≤1.

證明設0?K?F?P?0是正合列,其中F是自由模,由于pdRP≤1,于是K是投射模,從而是無撓w-模,由定理1.8知此正合列分裂,故P是投射模.反之顯然成立.

推論1.10設R是環,若gl.dim(R)≤1,則強w-投射模是投射模.

引理1.11設0?A?B?C?0是正合列.如果A是撓模,B是強w-投射模,則C是強w-投射模.

證明設B是強w-投射模,M是無撓w-模,由定義由于A是撓模,M是無撓模,所以HomR(A,M)=0.由

是正合列知,所以C是強w-投射模.

命題1.12對環R,P是強w-投射模,則P/T(P)是強w-投射模.

證明0?T(P)?P?P/T(P)?0是正合列,其中T(P)是撓模,P是強w-投射模,由引理1.11知P/T(P)是強w-投射模.

推論1.13對環R,P是撓模且是強w-投射模,則P的任何商模都是強w-投射模.

引理1.14對模M,以下等價:

1)M是w-模;

2)對任何正合列0?M?F?N?0,只要F是w-模,則有N是GV-無撓模;

3)存在一個正合列0?M?F?N?0,其中F是w-模,N是GV-無撓模.

證明參見文獻[4]的命題2.7.

定理1.15GV-無撓的強w-投射模是投射模.

證明設P是GV-無撓的強w-投射模.取正合列0?M?F?P?0,其中F是自由模.由引理1.14,M是無撓w-模,于是有由文獻[7]的推論7.20,此正合列分裂,從而有P是投射模.

2 對半單環、DW-環和遺傳環的新刻畫

對半單環,有很多關于它的刻畫,例如R是半單環當且僅當每個R-模是投射模;當且僅當R的每個理想是R的直和加項等.用強w-投射模,可以給半單環一個新的刻畫.

定理2.1對環R,以下等價:

1)R是半單環;

2)每一R-模是強w-投射模;

3)每一GV-無撓R-模是強w-投射模.

證明1)?2)?3) 顯然.

3)?1) 設A是R的理想,則A是GV-無撓模.由條件,A是強w-投射模.由定理1.15,A是投射模,從而是w-模.由引理1.14,R/A是GV-無撓模,由條件R/A是強w-投射模,仍用定理1.15有R/A是投射模,于是正合列0?A?R?R/A?0分裂,故A是R的直和加項,從而有R是半單環.

回顧環R稱為DW-環是指環R的每個理想都是w-理想.R為DW-環當且僅當R的GV-理想僅有R自身;當且僅當每一R-模是w-模,DW-環的討論可參見文獻[8],對于整環,也可參見文獻[9].可用強w-投射模給出DW-環的一個同調刻畫.

命題2.2設R是交換環,則強w-投射模是投射模當且僅當R是DW-環.

證明設J∈GV(R),則R/J是GV-撓模,由例1.3知GV-撓模是強w-投射模,由條件知R/J是投射模,而投射模是GV-無撓模,所以R/J=0,即是J=R.所以R是DW-環.

反之,若R是DW-環,則任意R-模是w-模.由w-模是GV-無撓模及定理1.15知強w-投射模是投射模.

也可以用強w-投射模來刻畫遺傳環.

定理2.3對交換環R,以下等價:

1)R是遺傳環;

2)強w-投射模的子模是強w-投射模;

3)投射模的子模是強w-投射模;

4)自由模的子模是強w-投射模;

5)每個無撓w-模的內射維數不超過1;

6)R的每個理想是強w-投射模.

證明1)?2)R是遺傳環,則gl.dim(R)≤1,由推論1.10知強w-投射模是投射模,又由于R是遺傳環,則投射模的子模是投射模,所以強w-投射模的子模是投射模,故是強w-投射模.

2)?1) 投射模是GV-無撓模,其子模也是GV-無撓模.又由于投射模是強w-投射模,由條件投射模的子模是強w-投射模,由定理1.15知GV-無撓強w-投射模是投射模,所以投射模的子模是投射模,故R是遺傳環.

2)?3) 平凡的.

3)?4) 平凡的.

4)?2) 設0?A?B?C?0是正合列,其中B是強w-投射模.取自由模F與滿同態h:F?B,則α=gh也是滿同態.令K=ker(α),則有如圖1所示的正合列的交換圖.

注意圖1左邊方圖是推出圖,從而有正合列0?K?FA?B?0,由假設,K是強w-投射模,由命題1.4知FA是強w-投射模,由命題1.5,A是強w-投射模,得證.

圖1

1)?5) 設M是的無撓w-模,對任意模X,有正合列0?A?P?X?0,其中P是投射模,A=ker(P?X),由于R是遺傳環,所以A是投射模,有正合列

5)?3) 設P是任意的投射模,A是P的任意子模,有0?A?P?X?0是正合列,其中X?P/A.對任何無撓w-模M,有正合列

4)?6) 顯然.

6)?5) 設M是無撓w-模,I是R的任何理想,有0?I?R?R/I?0 是正合列,則

致謝四川師范大學研究生優秀論文培育基金(校研字20131434)對本文給予了資助,謹致謝意.

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