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Gorenstein FP-內射復形

2025-03-21 00:00:00趙思信盧博
吉林大學學報(理學版) 2025年2期

摘要: 考慮Gorenstein FP-內射復形, 首先證明在凝聚環上, 復形G是Gorenstein FP-內射的當且僅當存在FP-內射復形的正合列…→E-1→E0→E1→E2→…, 滿足G=Ker(E0→E1); 其次證明在一定條件下, 復形G是Gorenstein FP-內射的當且僅當對任意的整數m, Gm是Gorenstein FP-內射模.

關鍵詞: Gorenstein FP-內射復形; Gorenstein FP-內射模; 凝聚環

中圖分類號: O154.2文獻標志碼: A文章編號: 1671-5489(2025)02-0367-08

Gorenstin FP-Injective Complexes

ZHAO Sixin, LU Bo

(College of Mathematics and Computer Science, Northwest Minzu University, Lanzhou 730030, China)

Abstract: We consider Gorenstein FP-injective complexes, firstly, weprove thata complex G is

Gorenstein FP-injective if and only if there is an exact sequence …→E-1→E0→E1→E2→… of FP-injective complexes with G=Ker(E0→E1) on coherent rings.

Secondly, weprove thata complex G is Gorenstein FP-injective if and only if Gm is a Gorenstein FP-injective module for each m∈瘙綄 under certain conditions.

Keywords: Gorenstein FP-injective complex; Gorenstein FP-injective module; coherent ring

收稿日期: 2024-04-22.

第一作者簡介: 趙思信(2000—), 女, 白族, 碩士研究生, 從事同調代數的研究, E-mail: y231530348@stu.xbmu.edu.cn.

通信作者簡介: 盧 博(1985—), 男, 漢族, 博士, 教授, 從事同調代數的研究, E-mail: lubo55@126.com.

基金項目: 國家自然科學基金(批準號: 12061061)、 中央高校基本科研業務經費項目(批準號: 31920230173)和甘肅省第一批隴原青年英才項目.

1 引言與預備知識

Gorenstein同調代數是經典同調代數的推廣, 關于Gorenstein同調代數的研究目前已取得了許多結果. Enochs等1在任意結合環上引入了Gorenstein內射模和Gorenstein投射模的概念; Enochs等2將Gorenstein同調理論推廣到了復形范疇, 引入并研究了Gorenstein內射與投射復形; Lu等3-4將Gorenstein同調代數理論推廣到了N-復形范疇.Stenstrm[5引入并研究了凝聚環上的FP-內射模: 如果對任意的有限表示左R-模P, 有Ext1R(P,M)=0, 則稱左R-模M是FP-內射的. Mao等6給出了FP-內射復形的定義: 如果對任意的有限表示復形F, 有Ext1(F,C)=0, 則稱復形C是FP-內射的. Mao等7引入并研究了Gorenstein FP-內射模. Gao等8給出了Gorenstein FP-內射模的另一種定義, 并研究了其在凝聚環上的一些性質. Iacob[9基于文獻[8]定義的Gorenstein FP-內射模引入了Gorenstein FP-內射復形. 本文基于Gorenstein FP-內射模, 研究Gorenstein FP-內射復形及其相關性質. 給定一個復形G, 自然會考慮復形G與其層次模Gm間的關系. 文獻[2-4,6,9-12]給出了不同類型的復形與其層次模間的關系. 受上述研究工作的啟發, 本文研究Gorenstein FP-內射復形與其層次模間的關系.

本文中的環均指有單位元的結合環, 模均指酉模, R-模均指左R-模, 復形均指左R-模的復形, 并記C為左R-模的復形構成的Able范疇. 本文中用右下和右上標區別模和復形. 例如, 若{Ci}i∈I是一簇復形, 則Cim表示復形Ci的第m層次上的模. 將R-模的復形

…δi+2Ci+1δi+1CiδiCi-1δi-1…

記為(C,δ), 簡記為C. 定義Ker(δn) 為上述復形的第n個循環, 記作Zn(C); Im(δn+1)為上述復形的第n個邊緣, 記作Bn(C); 并記Hn(C)=Ker(δn)/

Im(δn+1)為上述復形的第n個同調. 對任意的復形X∈C, X的n次平移記為ΣnX, 其中(ΣnX)k=Xk-n且δΣnXk=(-1)

nδXk-n, 并將Σ1X簡記為ΣX. 給定R-模M, 用Dm(M)表示第m和(m-1)層次是M, 其余層次均為0的復形, 即

…→0→MidM→0→…;

用Sm(M)表示第m層次是M, 其余層次均為0的復形, 即…→0→M→0→….

并記D0(M)=, S0(M)=M.

設X,Y是復形. 復形Hom(X,Y)表示Abel群的復形, 即

…→∏k∈瘙綄HomR(Xk,Yk+n)

δn∏k∈瘙綄HomR(Xk,Yk+n-1)→….

第n層次的Abel群為

Hom(X,Y)n∶=∏k∈瘙綄HomR(Xk,Yk+n),n∈瘙綄,

第n次微分定義為: 若f=(fk)k∈瘙綄∈Hom(X,Y)n, 則

dnf=((dnf)k)k∈瘙綄∈Hom(X,Y)n-1=∏k∈瘙綄HomR(Xk,Yk+n-1),

其中(dnf)k=δYn+kfk-(-1)nfk-1δXk∈HomR(Xk,Yk+n-1).

本文用Hom(X,Y)表示所有從X到Y的復形同態所構成的Abel群, Exti表示Hom的第i個右導出函子. 將復形C的投射

維數和內射維數分別記作pd(C)和id(C), 將整數集記作瘙綄.

定義1[8若存在FP-內射模的正合列

E=…→E1→E0→E-1→E-2→…,

滿足M=Ker(E0→E-1), 并且對任意投射維數有限的有限表示模P, HomR(P,E)正合, 則稱左R-模M是Gorenstein FP-內射的.

定義2[2若環R是雙邊Noether環并且它作為模時雙邊自內射維數有限至多為n, 則稱環R是n-Gorenstein環.

定義3[13若Gorenstein FP-內射模類關于擴張封閉, 則稱環R是Gorenstein FP-內射封閉環.

定義4[14若存在內射復形的正合列…→I-2→I-1→I0→I1→I2→…,

滿足G=Ker(I0→I1), 并且對任意內射復形I, 該序列在Hom(I,-)函子作用后保持正合, 則稱復形G是Gorenstein內射的.

引理1[12復形C是有限生成的當且僅當C有界, 并且對任意的n∈瘙綄, Cn是有限生成

R-模; 復形C是有限表示的當且僅當C有界并且對任意的n∈瘙綄, Cn是有限表示R-模.

命題1[12設R是凝聚環, 則任意FP-內射復形的正向極限是FP-內射的.

命題2[12設C是復形, 則C是FP-內射的當且僅當對任意的n∈瘙綄, Cn是FP-內射

模, 并且對任意有限表示復形F, Hom(F,C)正合.

命題3[6設R是任意環, 則任意復形有FP-內射預包絡.

注1[6FP-內射復形關于擴張封閉, 對直積、 直和及直和項均封閉.

注2[12設R是凝聚環, C是FP-內射復形, 則對任意的正整數i和有限表示復形F, Exti(F,C)=0.

2 Gorenstein FP-內射復形與維數

下面基于文獻[9]引入的Gorenstein FP-內射復形的概念, 繼續討論Gorenstein FP-內射復形及其與其他復形之間的關系.

定義5 如果存在FP-內射復形的正合序列

E: …→E-1→E0→E1→E2→…,

滿足G=Ker(E0→E1), 并且對任意投射維數有限的有限表示復形P, 該序列在Hom(P,-)函子作用后保持正合, 則稱復形G是Gorenstein FP-內射的.

注3 1) 文獻[9]引入了Gorenstein FP-內射復形的概念, 說明了其定

義方式與Gorenstein FP-內射模一致, 但未給出具體形式. 因此, 本文先給出Gorenstein FP-內射復形的定義.

2) 根據Gorenstein FP-內射復形的定義, FP-內射復形是Gorenstein FP-內射的.

3) Gorenstein FP-內射復形類關于直積與直和封閉. 當環R是凝聚環時, Gorenstein FP-內射復形類關于正向極限封閉.

4) 設G是Gorenstein FP-內射復形, 則對任意投射維數有限的有限表示復形P, Ext1(P,G)=0.

5) 設 E: …→E-1→E0→E1→E2→…是FP-內射復形的正合列, 滿足G=Ker(E0→E1), 并且對任意投射維數有限的有限表示復

形P, 該序列在Hom(P,-)函子作用后得到的序列仍是正合的. 則由對稱性可知, 對 E的所有核, 像和余核都是Gorenstein FP-內射復形.

引理2 設G是Gorenstein FP-內射復形, 則對任意的 m∈瘙綄, Gm是Gorenstein FP-內射模, 并且對任意投射維數有限的有限表示復形F, Hom(F,G)正合.

證明: 設G是Gorenstein FP-內射復形, 則存在FP-內射復形的正合列

E: …→E-1→E0→E1→E2→…,

滿足G=Ker(E0→E1), 并且對任意投射維數有限的有限表示復形P, Hom(P,E)正合. 因此對任意的整數m, 存在FP-內射模的正合列

Em: …→E-1m→E0m→E1m→E2m→…,

滿足Gm=Ker(E0m→E1m). 設M是任意投射維數有限的有限表示模, 則 D-m-1(M)是投射維數有限的有限表示復形. 因此由

假設可知, Hom(D-m-1(M),E)正合. 又因為對任意的復形H, 有Hom(D-m-1(M),H)HomR(M,Hm). 所以存在以下交換圖:

因此, 有下行正合. 即Gm是Gorenstein FP-內射模.

對任意投射維數有限的有限表示復形F, Hom(F,G)正合當且僅當對任意的整數m以及態射f, 復形的態射f: F→Σ-mG同倫于零. 等價于對任意的整數m以及態射f, 正合列

0→Σ-mG→M(f)→Σ-1F→0可裂, 即正合列0→G→ΣmM(f)→Σm-1F→0可裂,

其中M(f)是f的映射錐. 又因為F是投射維數有限的有限表示復形, 所以Σm-1F也是投射維數有限的有限表示復形, 并且G是Gorenstein FP-內射復形. 所以有

Ext1(Σm-1F,G)=0. 因此Hom(F,G)正合.

命題4 設C是正合復形, 對任意的n∈瘙綄, Zn(C)是Gorenstein FP-內射模, 則對任意投射維數有限的有限表示復形F, Hom(F,C)正合.

證明: 因為F是有限表示復形, 所以F是有界復形. 因此可設

F=∶…→0→Fn→Fn-1→…→F2→F1→F0→0→….

又因為Hom(F,C)是復形, 并且

Hom(F,C)=∶ …δn+1∏i∈瘙綄HomR(Fi,Cn+i)δ

n∏i∈瘙綄HomR(Fi,Cn-1+i)δn-1…,

所以對任意的n∈瘙綄, 只需證Ker(δn-1)Im(δn). 設g∈Ker(δn-1), 則

δn-1(g)=(δCn-1+tgt-(-1)n-1gt-1δFt)t∈瘙綄=0.

下面構造態射f滿足

f∈Hom(F,C)n=∏i∈瘙綄HomR(Fi,Cn+i),

并且

δn(f)=(δCn+tft-(-1)nft-1δFt)t∈瘙綄=(gt)t∈瘙綄.

因為對任意的t≤-1, gt=0. 所以若t≤-1, 則ft=0. 又因為若t=0, 則δCn-1g0=0, 所以

Im(g0)Ker(δCn-1)=Im(δCn).

因為Zn(C)是Gorenstein FP-內射模, 并且F0是投射維數有限的有限表示模, 所以存在以下交換圖:

即存在模同態f0: F0→Cn, 使得δCnf0=g0. 若t=1, 則

δCn(g1-(-1)n-1f0δF1)=δCng1-(-1)n-1δCnf0δF1=0,

并且

Im(g1-(-1)n-1f0δF1)Ker(δCn).

令h1=g1-(-1)n-1f0δF1. 因為Zn+1(C)是Gorenstein FP-內射模, 并且F1是投射維數有限的有限表示模, 所以存在以下交換圖:

即存在模同態f1: F1→Cn+1, 使得g1=δCn+1f1-(-1)nf0δF1. 重復上述步驟可得f∈Im(δn), 并且δn(f)=g. 所以Hom(F,C)正合.

命題5 設R是左凝聚環, G是復形, 則以下條件等價:1) G是Gorenstein FP-內射的;

2) 存在FP-內射復形的正合列

E: …→E-1→E0→E1→E2→…,

滿足G=Ker(E0→E1).

證明: 1)2). 由Gorenstein FP-內射復形的定義可知結論顯然成立.

2)1). 由Gorenstein FP-內射復形的定義可知, 只需證對任意投射維數有限的有限表示復形N, Hom(N,E)正合. 設

pd(N)=mlt;∞, 下面對m進行歸納. 當m=0時, 結論顯然成立. 當m≥1時, 存在短正合列

0→L→P0→N→0,

其中P0是有限生成投射復形, 并且pd(L)≤m-1. 因為R是凝聚環, 所以復形L是有限表示的. 考慮復形的正合列:

因為P0是投射復形, 所以Hom(P0,E)正合. 又由歸納假設可知Hom(L,E)正合. 因此Hom(N,E)

正合, 即G是Gorenstein FP-內射復形.

文獻[9]得到了在凝聚環上, 若存在整數n使得任意內射模的平坦維數不超過n, 則復形G是Gorenstein FP-內射的當且僅當對任意的整數m, Gm是Gorenstein FP-內射模.

定理1 設R是左凝聚環, G是R-模的復形. 若R是Gorenstein FP-內射封閉環, 則下列條件等價:

1) G是Gorenstein FP-內射的;

2) Gm是Gorenstein FP-內射模.

證明: 1)2). 由引理2可知結論顯然成立.

2)1). 對任意的m∈瘙綄, Gm是Gorenstein FP-內射模. 下證G是Gorenstein FP-內射復形. 因為在C中, 任意

復形都有足夠的FP-內射預包絡, 所以存在短正合列0→G→I0→L→0, 其中I0是FP-內射復形. 由文獻[13]中命題1.4可知, Gorenstein

FP-內射模類是內射余可解的. 因此Lm是Gorenstein FP-內射模. 從而可得復形G和復形L具有相同的性質. 重復該步驟對L分解, 依次進行下去可構造G的一個FP-內射分解:

0→G→I0→I1→I2→…,(1)

滿足Ki=Ker(Ii→Ii+1)(i≥0).

下面構造左邊FP-內射分解. 顯然存在以下層次可裂的正合列:

0→Σ-1G(1,δ)m∈瘙綄Dm(Gm)(δ,1)G→0,

其中δ是G的微分. 因為Gm是Gorenstein FP-內射模, 所以存在短正合列

0→CmαmEmβmGm→0,

其中Cm是Gorenstein FP-內射模, Em是FP-內射模. 從而存在短正合列

0→m∈瘙綄Dm(Cm)m∈瘙綄Dm(αm)

m∈瘙綄Dm(Em)m∈瘙綄Dm(βm)m∈瘙綄Dm(Gm)→0.

令I-1=m∈瘙綄Dm(Em), 則I-1是FP-內射復形. 設β=(δ,1)(m∈瘙綄Dm(β

m)), K-1=Ker β, 則β: I-1→G是滿射. 從而有如下交換圖:

0→m∈瘙綄Dm(Cm)→I-1→m∈瘙綄Dm(Gm)→0

因此由蛇引理可得正合列

0→m∈瘙綄Dm(Cm)→K-1→Σ-1G→0.

又由Gorenstein FP-內射模類內射余可解可知, K-1m 是Gorenstein FP-內射模. 故K-1與復形G具有相同的性質. 從而重復上述步驟可構造G

的如下FP-內射分解:

…→I-2→I-1→G→0.(2)

將序列(1)和(2)結合可得FP-內射復形的正合列:

…→I-2→I-1→I0→I1→I2→…,

滿足G=Ker(I0→I1). 因此G是Gorenstein FP-內射復形.

推論1 設R是左凝聚環, G是復形, 則以下條件等價:

1) 復形G是Gorenstein FP-內射的;

2) 存在FP-內射復形的正合列 …→E-1→E0→G→0;

3) 存在復形的短正合列0→K→E→G→0, 其中E是FP-內射復形, K是Gorenstein FP-內射復形.

證明:直接由定義5可得1)2)和1)3). 下面證明2)1)和3)2).

2)1). 設G是復形, 并且滿足條件2). 令0→G→E1→E2→…是G的一個FP-內射分解, 則結合條件2)可知存在FP-內射復形的正合列

…→E-1→E0→E1→E2→…,

滿足G=Ker(E0→E1). 因此, 由命題4可知G是Gorenstien FP-內射復形.

3)2). 設存在復形的短正合列

0→K→E→G→0,(3)

其中E是FP-內射復形, K是Gorenstien FP-內射復形. 因為K是Gorenstien FP-內射復形, 所以存在正合列

…→(E-2)′→(E-1)′→(E0)′→K→0,(4)

其中(Ei)′是FP-內射復形. 結合序列(3)和(4)可得以下序列:

…→(E-2)′→(E-1)′→(E0)′→E→G→0,

其中E和(Ei)′是FP-內射復形. 即得所需正合列.

命題6 Gorenstein內射復形是Gorenstein FP-內射的. 特別地, 當環R是n-Gorenstein環時, Gorenstein FP-內射復形與Gorenstein內射復形等價.

證明: 設G是Gorenstein內射復形, 則存在內射復形的正合列

I=…→I-1→I0→I1→I2→…,

滿足G=Ker(I0→I1). 下面證明對任意投射維數有限的有限表示復形P, Hom(P,I)正合.

先證明對任意投射維數有限的

復形M, Hom(M,I)正合. 不妨設任意復形pd(M)=mlt;∞, 下面對m進行歸納. 當m=0時結論顯然成立. 當m≥1 時存在復形的短正合列0→P1→P0→M→0

, 其中P0和P1是投射復形. 因此, Hom(-,I)作用該序列后正合. 因為Hom(P0,I)和Hom(P1,I

)正合, 所以Hom(M,I)正合. 設pd(M)=m-1時結論成立, 則當pd(M)=m時, 考慮復形的正合列0→K→P→M→0, 其中P是投射復形并且由維數轉

移可知pd(K)=m-1. 又因為Hom(K,I)和Hom(P,I)正合, 所以Hom(M,I)正合. 特別地,

對任意投射維數有限的有限表示復形P, Hom(P,I)正合. 因此G是Gorenstein FP-內射復形.

設R是n-Gorenstein環, G是Gorenstein FP-內射復形, 則存在內射復形的正合列

E=…→E-1→E0→E1→E2→…,

滿足G=Ker(E0→E1). 下面只需證明對任意內射維數有限的內射復形I, Hom(I,E)正合. 因為R是n-Gorenste

in環, 所以由文獻[2]中命題1.4可知, I的投射維數有限. 設pd(I)=mlt;∞. 下面對m進行歸納. 當m=0時, 結論成立. 當m≥1時, 存在復形的短正合列0→H

→P→I→0, 其中P是投射復形. 因此存在復形的正合列

0→Hom(I,E)→Hom(P,E)→Hom(H,E)→0.

顯然Hom(P,E)正合. 又由維數轉移可得pd(H)=m-1. 因此根據歸納假設可得Hom(H,E)正合. 從而Hom

(I,E)正合. 因此G是Gorenstein內射復形.

下面的IF-環均指環中的任意內射模是平坦的. 先給出一個實例說明存在復形是Gorenstein FP-內射的, 但不是Gorenstein內射的.

例1 設環R是非Noether的凝聚IF-環, 則存在一個復形是Gorenstein FP-內射的, 但不是Gorenstein內射的.

證明: 由文獻[15]中命題2.6可知, 存在一個R-模不是Gorenstein內射的, 不妨設其為M. 則復形M不是Gorenstein內射的

. 但由文獻[8]中定理3.2可知, M是Gorenstein FP-內射的. 因此, 由文獻[9]中命題9可知M是Gorenstein FP-內射復形.

命題7 設R是左凝聚環, G是復形.

1) 設G是Gorenstein FP-內射復形, 則對任意的正整數i和投射維數有限的有限表示復形P, 有Exti(P,G)=0;

2) 設存在復形的正合列0→G→E0→E1→…→En-1→N→0, 其中Ei

是Gorenstein FP-內射復形. 則對任意的正整數i和投射維數有限的有限表示復形P, 有Exti(P,N)=Extn+i(P,G).

證明: 1) 設G是Gorenstein FP-內射復形, P是有限表示復形, 并且pd(P)=mlt;∞, 則存在以下正合序列:

0→N→Em-1→…→E0→G→0,

其中Ei是FP-內射復形. 由文獻[12]中引理2.25可知, 對任意的正整數i, 有Exti(P,Ej)=0, 其中0≤j≤m-1. 又因為pd

(P)=m, 所以由維數轉移得Exti(P,G)Extm+i(P,N)=0.

2) 由1)直接可得.

定義6 設G是復形, 則G的Gorenstein FP-內射維數記作GFP-id(G), 定義為: GFP-id(G)=inf{n存在復形的正合列0→G→E0→E1→…

→En→0, 其中Ei是Gorenstein FP-內射復形}. 若n不存在, 則記GFP-id(G)=∞.

命題8 設R是左凝聚環, 并且存在復形的短正合列0→

M→E→N→0, 其中E是 FP-內射復形.

1) 設M是Gorenstein FP-內射復形, 則N也是Gorenstein FP-內射復形;

2) GFP-id(M)≤GFP-id(N)+1.

證明: 1) 由推論1可知結論顯然成立.

2) 設GFP-id(N)=nlt;∞, 則由定義6可知, 存在正合列

0→N→G0→…→Gn-1→Gn→0,

其中Gi是Gorenstein FP-內射復形. 又因為將序列0→M→E→N→0和序列0→N→G0→…→Gn-1→Gn→0結合可得以下交換圖:

因此可知, GFP-id(M)≤n+1.

命題9 設R是左凝聚環, 并且存在復形的短正合列0→E→M→N→0. 若N是Gorenstein FP-內射復形, E是FP-內射復形, 則M是Gorenstein FP-內射復形.

證明: 因為N是Gorenstein FP-內射復形, 所以存在復形的短正合列0→K→E′→N→0, 其中E′是FP-內射復形, K是Gorenstein FP-內射復形. 考慮以下拉回圖:

由該拉回圖可知存在正合列0→E→D→E′→0, 并且E和E′是FP-內射復形. 因此, D是FP-內射復形. 從而由推論1及正合列0→K→D→M→0可知M是Gorenstein FP-內射復形.

下面考慮每個復形均為Gorenstein FP-內射復形的環.

命題10 設R是環, 則任意復形是Gorenstein FP-內射復形當且僅當環R中的任意投射復形是FP-內射的, 并且任意投射維數有限的有限表示復形是投射的.

證明: 心要性. 根據題意可得任意復形是Gorenstein FP-內射的. 特別地, 當G是投射復形時, 它是Gorenstein FP-內射的. 因此考慮復形的短正合列0→M→E→G→0, 其中E是FP-內射復形. 又因為G是投射復形, 所以正合列可裂. 因此, G作為E的直和項是FP-內射復形. 又由注3可知, 對任意投射維數有限的有

限表示復形P和任意復形M, 有Ext1(P,M)=0.充分性. 設M是復形, 則由條件可知投射復形是FP-內射的. 考慮M的任意投射分解:

…→E-2→E-1→M→0(5)

及M的任意FP-內射分解:

0→M→E0→E1→….(6)

將序列(5)和(6)結合可得FP-內射復形的正合序列

E: …→E-2→E-1→E0→E1→E2→…,

滿足M=Ker(E0→E1). 又因為投射維數有限的有限表示復形P是投射的. 因此, Hom(P,E)正合, 即M是Gorenstein FP-內射復形.

參考文獻

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(責任編輯: 趙立芹)

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