Koszul kompleksi - Koszul complex

İçinde matematik, Koszul kompleksi ilk önce bir tanımlamak için tanıtıldı kohomoloji teorisi için Lie cebirleri, tarafından Jean-Louis Koszul (görmek Lie cebiri kohomolojisi ). İçinde faydalı bir genel yapı olduğu ortaya çıktı. homolojik cebir. Bir araç olarak, homolojisi bir (yerel) halkanın bir dizi elemanının ne zaman bir halka olduğunu söylemek için kullanılabilir. M-düzenli sıra ve bu nedenle, ilgili temel gerçekleri kanıtlamak için kullanılabilir. derinlik Bir modülün veya idealin geometrik kavramıyla ilişkili ancak bundan farklı olan cebirsel bir boyut kavramı olan Krull boyutu. Dahası, belirli durumlarda, kompleks şunların karmaşıklığıdır: Syzygies yani bir modülün üreticileri arasındaki ilişkileri, bu ilişkiler arasındaki ilişkileri vb. anlatır.

Tanım

İzin Vermek R değişmeli bir halka olmak ve E sonlu sıralı serbest bir modül r bitmiş R. Biz yazarız için ben-nci dış güç nın-nin E. Sonra verilen bir R-doğrusal harita , Koszul kompleksi ilişkili s ... zincir kompleksi nın-nin R-modüller:

,

diferansiyel nerede tarafından verilir: herhangi biri için içinde E,

.

Üst simge terimin atlandığı anlamına gelir. (Gösterilen basittir; alternatif olarak, bu kimlik aynı zamanda # Öz ikilik Koszul kompleksinin.)

Bunu not et ve . Ayrıca şunu da unutmayın: ; bu izomorfizm kanonik değildir (örneğin, bir hacim formu Diferansiyel geometride böyle bir izomorfizm örneği sağlar.)

Eğer (yani, sıralı bir temel seçilir), ardından bir R-doğrusal harita sonlu bir dizi vermek anlamına gelir içindeki elementlerin R (yani, bir satır vektörü) ve sonra bir set

Eğer M sonlu olarak oluşturulmuş R-modül, sonra bir set:

,

bu yine indüklenmiş diferansiyel ile bir zincir kompleksidir .

benKoszul kompleksinin homolojisi

denir ben-th Koszul homolojisi. Örneğin, eğer ve girişleri olan bir satır vektörüdür R, sonra dır-dir

ve bu yüzden

Benzer şekilde,

Düşük boyutlarda Koszul kompleksleri

Değişmeli bir halka verildiğinde R, bir element x içinde R, ve bir R-modül Mile çarpma x verir homomorfizm nın-nin R-modüller,

Bunu bir zincir kompleksi (onları derece 1 ve 0'a koyarak ve başka bir yere sıfır ekleyerek), ile gösterilir . Yapım gereği homolojiler

yok edici nın-nin x içinde MBu nedenle, Koszul kompleksi ve homolojisi çarpmanın temel özelliklerini kodlar. x.

Bu zincir kompleksi denir Koszul kompleksi nın-nin R göre x, de olduğu gibi #Tanım. Bir çift için Koszul kompleksi dır-dir

matrislerle ve veren

ve

Bunu not et solda uygulanır. döngüleri 1. derecede, elemanlar üzerindeki doğrusal ilişkiler x ve ysınırlar önemsiz ilişkiler iken. İlk Koszul homolojisi H1(K(x, y)) bu nedenle, önemsiz ilişkilerdeki ilişkileri tam olarak ölçer. Daha fazla unsurla, yüksek boyutlu Koszul homolojileri bunun daha yüksek seviyeli versiyonlarını ölçer.

Elemanların olması durumunda oluşturmak düzenli sıra Koszul kompleksinin yüksek homoloji modüllerinin tümü sıfırdır.

Misal

Eğer k bir alan ve belirsiz ve R polinom halkasıdır Koszul kompleksi üzerinde beton içermez R-Çözünürlüğü k.

Koszul homolojisinin özellikleri

İzin Vermek E sonlu aşamalı ücretsiz bir modül olmak R, İzin Vermek fasulye R-doğrusal harita ve izin ver t unsuru olmak R. İzin Vermek Koszul kompleksi olmak .

Kullanma , komplekslerin tam sırası vardır:

burada [-1] -1 ile derece kaymasını belirtir ve . Bir not:[1] için içinde ,

Dilinde homolojik cebir, yukarıdaki şu anlama gelir: ... haritalama konisi nın-nin .

Uzun kesin homoloji dizisini alarak şunu elde ederiz:

Burada birleştiren homomorfizm

aşağıdaki gibi hesaplanır. Tanım olarak, nerede y bir unsurdur bu eşlenir x. Dan beri doğrudan bir toplamdır, basitçe alabiliriz y olmak (0, x). O zaman erken formül verir .

Yukarıdaki tam sıra, aşağıdakileri kanıtlamak için kullanılabilir.

Teoremi — [2] İzin Vermek R yüzük ol ve M üzerinde bir modül. Eğer bir dizi öğelerinin R bir düzenli sıra açık M, sonra

hepsi için . Özellikle ne zaman M = R, yani

kesin; yani bir R-ücretsiz çözünürlük nın-nin .

Tümevarım ile kanıtlama r. Eğer , sonra . Ardından, iddianın doğru olduğunu varsayın r - 1. Ardından, yukarıdaki tam sırayı kullanarak, kişi herhangi . Kaybolma için de geçerlidir , dan beri sıfır olmayan

Sonuç — [3] İzin Vermek R, M yukarıdaki gibi ol ve bir dizi eleman R. Bir yüzük olduğunu varsayalım S, bir S-düzenli sıra içinde S ve bir halka homomorfizmi SR bu haritalar -e . (Örneğin, biri alabilir .) Sonra

Tor, Tor işleci ve M bir S-modül aracılığıyla SR.

İspat: Uygulanan teorem ile S ve S olarak S-modül, görüyoruz K(y1, ..., yn) bir S- ücretsiz çözünürlük S/(y1, ..., yn). Yani, tanım gereği, ben-nin homolojisi yukarıdakinin sağ tarafıdır. Diğer taraftan, tanımına göre S-modül yapısı M.

Sonuç — [4] İzin Vermek R, M yukarıdaki gibi ol ve bir dizi eleman R. Sonra ikisi de ideal ve yok edicisi M yok etmek

hepsi için ben.

Kanıt: Let S = R[y1, ..., yn]. Çevirin M Içine Shalka homomorfizmi aracılığıyla modül SR, ybenxben ve R bir S-modül aracılığıyla yben → 0. Önceki sonuca göre, ve daha sonra

Bir yerel halka teoremin tersi geçerlidir. Daha genel olarak,

Teoremi — [5] İzin Vermek R yüzük ol ve M sıfırdan farklı sonlu üretilmiş bir modül R . Eğer x1, x2, ..., xr unsurlarıdır Jacobson radikal nın-nin R, ardından aşağıdakiler eşdeğerdir:

  1. Sekans bir düzenli sıra açık M,
  2. ,
  3. hepsi için ben ≥ 1.

İspat: Sadece 2'yi göstermemiz gerekiyor. 1. ima ediyor, gerisi açık. Tümevarım yoluyla tartışıyoruz r. Dava r = 1 zaten biliniyor. İzin Vermek x' belirtmek x1, ..., xr-1. Düşünmek

İlkinden beri örten ile . Tarafından Nakayama'nın lemması, ve bu yüzden x' tümevarım hipotezine göre düzenli bir dizidir. İkinciden beri enjekte edici (yani sıfır olmayan birördür), düzenli bir dizidir. (Not: Nakayama'nın lemmasına göre, gereklilik otomatiktir.)

Koszul komplekslerinin tensör ürünleri

Genel olarak, eğer C, D zincir kompleksleri, sonra tensör ürünleri tarafından verilen zincir kompleksidir

diferansiyel ile: herhangi bir homojen eleman için x, y,

nerede |x| derecesi x.

Bu yapı, özellikle Koszul kompleksleri için geçerlidir. İzin Vermek E, F sonlu aşamalı ücretsiz modüller olun ve ve iki olmak R-doğrusal haritalar. İzin Vermek doğrusal haritanın Koszul kompleksi olmak . Sonra, kompleksler olarak,

Bunu görmek için, (dış güçlerin aksine) bir dış cebirle çalışmak daha uygundur. Dereceli dereceli türetmeyi tanımlayın

talep ederek: herhangi bir homojen eleman için x, y Λ içindeE,

  • ne zaman

Biri bunu kolayca görür (dereceye göre indüksiyon) ve eylemi homojen elemanlar üzerindeki farklılıklarla aynı fikirde #Tanım.

Şimdi sahibiz derecelendirildiği gibi R-modüller. Ayrıca başlangıçta bahsedilen bir tensör ürünü tanımıyla,

Dan beri ve aynı türden türevlerdir, bunun anlamı

Özellikle dikkat edin,

.

Bir sonraki önerme, Koszul bileşen kompleksinin, diziler hakkında bazı bilgileri kendi ürettikleri idealde nasıl kodladığını gösterir.

Önerme — İzin Vermek R yüzük ol ve ben = (x1, ..., xn) bazılarının ürettiği bir ideal n-elementler. Sonra herhangi biri için R-modül M ve herhangi bir unsur y1, ..., yr içinde ben,

nerede sıfır diferansiyel ile bir kompleks olarak görülüyor. (Aslında, ayrışma zincir düzeyinde geçerlidir).

Kanıt: (Kolay ama şimdilik ihmal edildi)

Bir uygulama olarak, bir Koszul homolojisinin derinlik hassasiyetini gösterebiliriz. Sonlu olarak oluşturulmuş bir modül verildiğinde M bir yüzüğün üzerinde R(bir) tanıma göre derinlik nın-nin M bir ideale göre ben tüm düzenli eleman dizilerinin uzunluklarının üstünlüğü ben açık M. İle gösterilir . Hatırla M-düzenli sıra x1, ..., xn idealde ben eğer maksimaldir ben sıfır olmayan değişken içermez .

Koszul homolojisi, derinliğin çok faydalı bir karakterizasyonunu verir.

Teoremi (derinlik hassasiyeti) — İzin Vermek R Noetherian yüzüğü ol, x1, ..., xn unsurları R ve ben = (x1, ..., xn) onlar tarafından üretilen ideal. Sonlu olarak oluşturulmuş bir modül için M bitmiş R, eğer, bir tamsayı için m,

hepsi için ben > m,

süre

sonra her maksimal M-düzenli sıra ben uzunluğu var n - m (özellikle hepsi aynı uzunluktadır). Sonuç olarak,

.

İspat: Gösterimleri hafifletmek için H (K(-)). İzin Vermek y1, ..., ys maksimum olmak M- idealde düzenli sıra ben; bu diziyi şu şekilde ifade ediyoruz: . İlk önce indüksiyonla gösteriyoruz iddiası dır-dir Eğer ve sıfır ise . Temel durum temiz # Koszul homolojisinin özellikleri. Koszul homolojilerinin uzun kesin dizisinden ve tümevarımsal hipotezden,

,

hangisi Ayrıca, aynı argümana göre, yok olma durumu . Bu iddianın kanıtını tamamlıyor.

Şimdi, iddia ve erken önermeden çıkar hepsi için ben > n - s. Sonuçlandırmak için n - s = m, eğer sıfırdan farklı olduğunu göstermek için kalır ben = n - s. Dan beri maksimal M-düzenli sıra ben, ideal ben üzerindeki tüm sıfırlayıcıların kümesinde bulunur modülün ilişkili asallarının sonlu birliği. Bu nedenle, birincil sakınma ile sıfırdan farklı bir miktar vardır v içinde öyle ki , söylenmek istenen,

Öz ikilik

Koszul kompleksine bir yaklaşım var. cochain kompleksi zincir kompleksi yerine. Görünüşe göre, bu esasen aynı kompleksle sonuçlanıyor (bir Koszul kompleksinin öz ikiliği olarak bilinen gerçek).

İzin Vermek E ücretsiz sonlu bir modül olmak r bir yüzüğün üzerinde R. Sonra her öğe e nın-nin E dış soldan çarpmaya yol açar e:

Dan beri , sahibiz: ; yani,

ücretsiz modüllerden oluşan bir zincirleme kompleksidir. Koszul kompleksi olarak da adlandırılan bu kompleks, içinde kullanılan bir komplekstir (Eisenbud 1995 ). İkili almak, karmaşık:

.

Bir izomorfizm kullanma , karmaşık Koszul kompleksi ile çakışıyor #Tanım.

Kullanım

Koszul kompleksi, bir grup işe gidiş gelişin ortak spektrumunun tanımlanmasında önemlidir. sınırlı doğrusal operatörler içinde Banach alanı.[kaynak belirtilmeli ]

Ayrıca bakınız

Notlar

  1. ^ Doğrusu, doğrusallıkla, varsayabiliriz nerede . Sonra
    ,
    hangisi .
  2. ^ Matsumura Teorem 16.5. (ben)
  3. ^ Eisenbud, Egzersiz 17.10.
  4. ^ Serre, Bölüm IV, A § 2, Önerme 4.
  5. ^ Matsumura Teorem 16.5. (ii)

Referanslar

  • David Eisenbud, Değişmeli Cebir. Cebirsel geometriye bakış açısıyla, Matematikte Lisansüstü Metinler, cilt 150, Springer-Verlag, New York, 1995. ISBN  0-387-94268-8
  • William Fulton (1998), Kesişim teorisi, Ergebnisse der Mathematik ve ihrer Grenzgebiete. 3. Folge., 2 (2. baskı), Berlin, New York: Springer-Verlag, ISBN  978-3-540-62046-4, BAY  1644323
  • Matsumura, Hideyuki (1989), Değişmeli Halka Teorisi, Cambridge Studies in Advanced Mathematics (2. baskı), Cambridge University Press, ISBN  978-0-521-36764-6
  • Serre, Jean-Pierre (1975), Algèbre yerel ayarı, Çoklu diller, Cours au Collège de France, 1957–1958, rédigé par Pierre Gabriel. Troisième édition, 1975. Matematikte Ders Notları (Fransızca), 11, Berlin, New York: Springer-Verlag

Dış bağlantılar