G-內(nèi)射模的直和與G-平坦模的直積問題

陳 東, 王芳貴, 胡 葵

( 1. 成都大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院, 四川 成都 610106; 2. 四川師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與軟件科學(xué)學(xué)院, 四川 成都 610066; 3. 西南科技大學(xué) 理學(xué)院, 四川 綿陽 621010)

G-內(nèi)射模的直和與G-平坦模的直積問題

陳 東1, 王芳貴2*, 胡 葵3

( 1. 成都大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院, 四川 成都 610106; 2. 四川師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與軟件科學(xué)學(xué)院, 四川 成都 610066; 3. 西南科技大學(xué) 理學(xué)院, 四川 綿陽 621010)

證明在Artin環(huán)上,G-內(nèi)射模的直和是G-內(nèi)射模,G-平坦模的直積是G-平坦模.進(jìn)一步證明在Noether環(huán)R上,若每個(gè)R-模的G-內(nèi)射維數(shù)有限,則G-內(nèi)射模關(guān)于直和封閉;在凝聚環(huán)R上,若每個(gè)R-模的G-平坦維數(shù)有限,則G-平坦模關(guān)于直積封閉.

G-內(nèi)射模; G-平坦模; Noether環(huán); 直和; 直積

1 預(yù)備知識(shí)

1969年,M. Auslander等[1]首先對(duì)Noether環(huán)上的有限生成模引入了G-維數(shù)為零的模.1995年,E. E. Enochs等[2]把這一概念推廣到任意環(huán)和非有限生成模上,于是得到所謂的Gorenstein投射模的概念,同時(shí)也引入了Gorenstein內(nèi)射模的概念.設(shè)M是R-模,若存在內(nèi)射R-模的正合列

E:=…→E1→E0→E0→E1→…,

(1)

F:=…→F1→F0→F0→F1→…,

(2)

使得M≌(F0→F0),且對(duì)任意內(nèi)射R-模I,該正合列在函子I?-的作用下仍是正合的.正合列(2)也叫做M的全平坦分解.2007年,D.Bennis等[4]又引入了強(qiáng)G-投射模、強(qiáng)G-內(nèi)射模和強(qiáng)G-平坦模.模M稱為強(qiáng)G-內(nèi)射模,是指存在正合列0→M→E→M→0,其中E是內(nèi)射模,使得對(duì)任何內(nèi)射模I,誘導(dǎo)序列0→HomR(I,M)→HomR(I,E)→HomR(I,M)→0仍是正合列;模M稱為強(qiáng)G-平坦模,是指存在正合列0→M→F→M→0,其中F是平坦模,使得對(duì)任何內(nèi)射模I,誘導(dǎo)序列0→I?RM→I?RF→I?RM→0仍是正合列.內(nèi)射模(或平坦模)是強(qiáng)G-內(nèi)射模(或強(qiáng)G-平坦模),強(qiáng)G-內(nèi)射模(或強(qiáng)G-平坦模)是G-內(nèi)射模(或G-平坦模).像經(jīng)典的同調(diào)理論那樣,文獻(xiàn)[5-7]先后引入了模M的G-投射維數(shù)(G-pdRM)、G-內(nèi)射維數(shù)(G-idRM)和G-平坦維數(shù)(G-fdRM),這里不作贅述.

由Cartan-Eilenberg定理,環(huán)R是Noether環(huán)當(dāng)且僅當(dāng)內(nèi)射R-模的直和是內(nèi)射模;由Chase定理,環(huán)R是凝聚環(huán)當(dāng)且僅當(dāng)平坦R-模的直積是平坦模.人們自然要問,G-內(nèi)射模的直和是G-內(nèi)射模是否還是Noether環(huán)的刻畫?相應(yīng)地,G-平坦模的直積是G-平坦模是否還是凝聚環(huán)的刻畫?

2011年,L.W.Christensen等[8]證明了G-內(nèi)射模的直和是G-內(nèi)射模的環(huán)是Noether環(huán);然而對(duì)其逆命題(即Noether環(huán)上G-內(nèi)射模的直和,以及凝聚環(huán)上G-平坦模的直積問題)直接地證明就顯得十分困難.2006年,L.W.Christensen等[9]證明了若R是具有有限krull維數(shù)的Gorenstein環(huán)的同態(tài)像,則R上的每個(gè)G-內(nèi)射模的直和是G-內(nèi)射模,每個(gè)G-平坦模的直積也是G-平坦模.2009年,LiuZ.K. 等[10]證明了左Artin環(huán)上,若每個(gè)單模的內(nèi)射包有限生成,則每個(gè)G-平坦模的直積也是G-平坦模.2011年,D.Murfet等[11]證明了在Noether環(huán)R上,若對(duì)每個(gè)非極大的素理想p,Rp是Gorenstein環(huán),則G-平坦模的直積也是G-平坦模.本文證明了在交換Artin環(huán)上,G-內(nèi)射模的直和是G-內(nèi)射模,進(jìn)一步證明了G-平坦模的直積也是G-平坦模;還證明了在Noether環(huán)R上,若每個(gè)R-模的G-內(nèi)射維數(shù)有限,則G-內(nèi)射模的直和是G-內(nèi)射模;在凝聚環(huán)R上,若每個(gè)R-模的G-平坦維數(shù)有限,則G-平坦模的直積也是G-平坦模.

本文恒設(shè)R是交換環(huán),模均指R-模,E(M)表示模M的內(nèi)射包.gl.dim(R)表示R的整體維數(shù),w.gl.dim(R)表示R的弱整體維數(shù),idRM與fdRM分別表示R-模M的內(nèi)射維數(shù)與平坦維數(shù).

2 主要結(jié)果

首先討論在一類特殊的Noether環(huán)(Artin環(huán))上,G-內(nèi)射模的直和與G-平坦模的直積問題.為討論方便,需要有如下2個(gè)引理:

引理 1[12]設(shè)R是Noether環(huán),E是非零的內(nèi)射模;則E可以分解為不可分解內(nèi)射模的直和,且每一不可分解的內(nèi)射模可以表示為E(R/p),其中p是R的素理想.

引理 2[13]設(shè)R是Noether局部環(huán);則R有非零的有限生成內(nèi)射模當(dāng)且僅當(dāng)R是Artin環(huán),當(dāng)且僅當(dāng)dim(R)=0.

命題 3 設(shè)R是Artin環(huán),E是非零的內(nèi)射模;則E可以分解為有限生成內(nèi)射模的直和.

證明 由文獻(xiàn)[14],Artin環(huán)可以分解為有限個(gè)Artin局部環(huán)的直積.記R=R1×R2…×Rs,其中R1,R2,…,Rs都是Artin局部環(huán).于是有E=E1×E2×…×Es,其中Ei是內(nèi)射Ri-模.故不妨設(shè)R是Artin局部環(huán),其唯一素理想為m.由引理1,E是一些E(R/m)的直和.由引理2,R有有限生成的內(nèi)射模E0.自然地,E0是有限個(gè)E(R/m)的直和,故E(R/m)一定是有限生成的,于是得到E是有限生成內(nèi)射模的直和.

以下定理討論Artin環(huán)上G-內(nèi)射模的直和問題.

E:=…→E1→E0→E0→E1→…,

⊕E:=…→⊕E1→⊕E0→⊕E0→⊕E1→….

由于Mi是G-內(nèi)射模,故對(duì)任何下標(biāo)i和j,有

于是得到

將看到,Artin環(huán)上G-平坦模的直積仍然是G-平坦模.

F:=…→F1→F0→F0→F1→…,

∏F:=…→∏F1→

∏F0→∏F0→∏F1→…,

由于Mi是G-平坦模,故對(duì)任何下標(biāo)i和j,有

于是得到

對(duì)于Noether環(huán)上G-內(nèi)射模的直和問題,以及凝聚環(huán)上G-平坦模的直積問題,討論起來很困難,至今未完全解決.2011年,文獻(xiàn)[8]把它作為公開問題.近年來,許多學(xué)者對(duì)該問題給了部分證明,參見文獻(xiàn)[9,11].下面討論Noether環(huán)上G-內(nèi)射模的直和及凝聚環(huán)上G-平坦模的直積是否封閉,為討論方便,需引入一些概念.2013年,GaoZ.H.[15]引入了泛G-內(nèi)射模的概念.模M稱為泛G-內(nèi)射模,是指M有全內(nèi)射分解

E:=…→E1→E0→E0→E1→…,

(3)

使得M≌ker(E0→E0).相應(yīng)地,文獻(xiàn)[15]還引入了泛G-平坦模的概念.模M稱為泛G-平坦模,是指M有全平坦分解

F:=…→F1→F0→F0→F1→…,

(4)

使得M≌ker(F0→F0).自然地,G-內(nèi)射模是泛G-內(nèi)射模,G-平坦模是泛G-平坦模.

定義 6 設(shè)M是R-模.

1) 若有正合列0→M→E→M→0,其中E是內(nèi)射模,則M稱為強(qiáng)泛G-內(nèi)射模.

2) 若有正合列0→M→F→M→0,其中F是平坦模,則M稱為強(qiáng)泛G-平坦模.

顯然,強(qiáng)G-內(nèi)射模是強(qiáng)泛G-內(nèi)射模,強(qiáng)泛G-內(nèi)射模是泛G-內(nèi)射模;強(qiáng)G-平坦模是強(qiáng)泛G-平坦模,強(qiáng)泛G-平坦模是泛G-平坦模.容易看到,M是強(qiáng)G-內(nèi)射模當(dāng)且僅當(dāng)M既是G-內(nèi)射模,又是強(qiáng)泛G-內(nèi)射模;M是強(qiáng)G-平坦模當(dāng)且僅當(dāng)M既是G-平坦模,又是強(qiáng)泛G-平坦模.以下定理,討論強(qiáng)泛G-內(nèi)射模的直和與強(qiáng)泛G-平坦模的直積問題.

定理 7 若R是Noether環(huán),則強(qiáng)泛G-內(nèi)射模的直和是強(qiáng)泛G-內(nèi)射模;若R是凝聚環(huán),則強(qiáng)泛G-平坦模的直積是強(qiáng)泛G-平坦模.

證明 設(shè)M是強(qiáng)泛G-內(nèi)射模,故存在以下內(nèi)射模的正合列

使得M≌ker(f).由R是Noether環(huán),從而⊕E也是內(nèi)射模,故又有正合列

使得⊕M≌ker(f′),其中Mi=M.因此,強(qiáng)泛G-內(nèi)射模的直和是強(qiáng)泛G-內(nèi)射模.同理,也可以證明在凝聚環(huán)上,強(qiáng)泛G-平坦模的直積是強(qiáng)泛G-平坦模.

引理 8 1) 若每個(gè)R-模有有限的G-內(nèi)射維數(shù),則強(qiáng)泛G-內(nèi)射模是強(qiáng)G-內(nèi)射模.

2) 若每個(gè)R-模有有限的G-平坦維數(shù),則強(qiáng)泛G-平坦模是強(qiáng)G-平坦模.

證明 1) 設(shè)M是強(qiáng)泛G-內(nèi)射模,故有正合列0→M→E→M→0,其中E是內(nèi)射模.設(shè)G-idRM=n,拼接該正合列n次,得到正合列

0→M→E1→E2→…→En-1→En→M→0,

其中每個(gè)Ei=E.于是有M是G-內(nèi)射模.故得到M是強(qiáng)G-內(nèi)射模.

2) 設(shè)M是強(qiáng)泛G-平坦模,故有正合列0→M→F→M→0,其中F是平坦模.設(shè)G-fdRM=n,拼接該正合列n次,得到正合列

0→M→F1→F2→…→Fn-1→Fn→M→0,

其中每個(gè)Fi=F.于是有M是G-平坦模.故得到M是強(qiáng)G-平坦模.

證明 由文獻(xiàn)[4]的定理3.5,G-平坦模是強(qiáng)G-平坦模的直和加項(xiàng),故可設(shè)Qi=Mi⊕Ni,其中Qi是強(qiáng)G-平坦模.于是

設(shè)0→Mi→Fi→Mi→0是正合列,其中Fi是平坦模.于是有正合列

用類似的方法可以證明:

證明 由文獻(xiàn)[4]的定理2.7,G-內(nèi)射模是強(qiáng)G-內(nèi)射模的直和加項(xiàng),故可設(shè)Qi=Mi⊕Ni,其中Qi是強(qiáng)G-內(nèi)射模.于是

設(shè)0→Mi→Ei→Mi→0是正合列,其中Ei是內(nèi)射模.于是有正合列

近年來,Gorenstein環(huán)在研究Gorenstein理論中受到廣泛的關(guān)注.一個(gè)環(huán)R稱為Gorenstein環(huán),是指R是Noether環(huán),且R的自內(nèi)射維數(shù)有限(idRR<∞).環(huán)R稱為n-Gorenstein環(huán),是指R是Noether環(huán),且R的自內(nèi)射維數(shù)不超過n,其中n≥0.特別地,QF環(huán)就是0-Gorenstein環(huán).

推論 11 設(shè)R是n-Gorenstein環(huán),則每個(gè)G-內(nèi)射模的直和是G-內(nèi)射模.

證明 由文獻(xiàn)[16]的定理12.3.1,n-Gorenstein環(huán)上每個(gè)R-模M的G-內(nèi)射維數(shù)有限(G-idRM≤n),再由定理10,G-內(nèi)射模的直和是G-內(nèi)射模.

1996年,Din N. Q.等[17]引入了n-FC環(huán)的概念.一個(gè)環(huán)R稱為n-FC環(huán),是指R是凝聚環(huán),且R的自FP內(nèi)射維數(shù)小于等于n(FP-idRR≤n).特別地,0-FC環(huán)稱為FC環(huán),FC環(huán)也是IF環(huán).文獻(xiàn)[17]同時(shí)證明了環(huán)R是FC環(huán)當(dāng)且僅當(dāng)每個(gè)R-模是G-平坦模.2013年,Gao Z. H.[15]證明了環(huán)R是FC環(huán)當(dāng)且僅當(dāng)每個(gè)R-模是泛G-平坦模.

推論 12 設(shè)R是n-FC環(huán),則每個(gè)G-平坦模的直積是G-平坦模.

證明 由文獻(xiàn)[17]的定理7,n-FC環(huán)上每個(gè)R-模M的G-平坦維數(shù)有限(G-fdRM≤n),再由定理9,G-平坦模的直積是G-平坦模.

由G-內(nèi)射模的定義知,每個(gè)內(nèi)射模都是G-內(nèi)射模,反之,G-內(nèi)射模不一定是內(nèi)射模.由文獻(xiàn)[5]知,對(duì)任意的G-內(nèi)射模M,M是內(nèi)射模當(dāng)且僅當(dāng)idRM<∞.下面給出G-內(nèi)射模是內(nèi)射模的一個(gè)充分條件.同時(shí)可以看到,在這個(gè)條件下,每個(gè)G-平坦模也是平坦模.

定理 13 1) 設(shè)M是G-內(nèi)射模,若對(duì)R的任意非零理想I,有idRR/I<∞,則M是內(nèi)射模.

2) 設(shè)M是G-平坦模,若對(duì)R的任意非零理想I,有idRR/I<∞,則M是平坦模.

容易看到,在定理13條件下,有Noether環(huán)上每個(gè)G-內(nèi)射模的直和是G-內(nèi)射模,凝聚環(huán)上每個(gè)G-平坦模的直積是G-平坦模.

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2010 MSC:13E10

(編輯 余 毅)

The Problems on the Direct Sum of G-injective Modules and the Direct Product of G-flat Modules

CHEN Dong1, WANG Fanggui2, HU Kui3

(1.CollegeofInformationScienceandEngineering,ChengduUniversity,Chengdu610106,Sichuan; 2.CollegeofMathematicsandSoftwareScience,SichuanNormalUniversity,Chengdu610066,Sichuan; 3.CollegeofScience,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan)

It is proved that, over Artinian rings, the direct sum of Gorenstein injective modules is still Gorenstein injective and the direct product of Gorenstein flat modules is still Gorenstein flat. Moreover, it is proved that, if R is a noetherian ring on which every R-module has finite Gorenstein injective dimension, the class of Gorenstein injective modules is closed under arbitrary direct sums, and if R is a coherent ring on which every R-module has finite Gorenstein flat dimension, the class of Gorenstein flat modules is closed under arbitrary direct products.

G-injective module; G-flat module; Noetherian ring; direct sum; direct product

2016-12-21

國家自然科學(xué)基金(11671283)和教育部博士點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20125134110002)

O154

A

1001-8395(2017)04-0486-05

10.3969/j.issn.1001-8395.2017.04.010

*通信作者簡介:王芳貴(1955—),男,教授,主要從事交換代數(shù)、同調(diào)代數(shù)與代數(shù)K-理論的研究,E-mail:wangfg2004@163.com