Frobenius扩张下的(F,A)-Gorenstein平坦模
(F,A)-Gorenstein Flat Modules under Frobenius Extension
DOI: 10.12677/PM.2023.136159, PDF, HTML, XML, 下载: 248  浏览: 324 
作者: 魏玉娟*, 周彩霞:西北师范大学数学与统计学院,甘肃 兰州
关键词: Frobenius扩张(FA)-Gorenstein平坦模(FA)-Gorenstein平坦维数Frobenius Extensin (FA)-Gorenstein Flat Module (FA)-Gorenstein Flat Dimension
摘要: 设R⊆S是环的Frobenius扩张,M是任意左S-模,假设A是右R-模的类,B是右S-模的类,且GF(F,B)关于扩张封闭,I(SOP)⊆B, 在一些条件下证明了M是(F,B)-Gorenstein平坦左S-模当且仅当M是(F,A)-Gorenstein平坦左R-模当且仅当S⊗RM是(F,B)-Gorenstein平坦左S-模。
Abstract: Let R⊆S be a Frobenius extensin of rings, M be any left S-modules. Let A be class of right R-modules and B be class of right S-modules. GF(F,B) be closed by extension, I(SOP)⊆B, under some conditions proved that M be (F,B)-Gorenstein flat left S-modules if and only if M be (F,A)-Gorenstein flat left S-modules if and only if S⊗RM be (F,B)-Gorenstein flat left S-modules.
文章引用:魏玉娟, 周彩霞. Frobenius扩张下的(F,A)-Gorenstein平坦模[J]. 理论数学, 2023, 13(6): 1571-1577. https://doi.org/10.12677/PM.2023.136159

1. 引言

作为平坦模的推广,1993年,Overtoun等 [1] 引入了Gorenstein平坦模的概念,研究了其性质。2009年,Holm和Jorgensen [2] 引入了对偶对的概念。2019年,Gillespie [3] 引入了相对于对偶对 ( L , A ) 的Gorenstein投射、内射和平坦模的概念。2022年,Becerril [4] 进一步研究了 ( F , A ) -Gorenstein平坦模的同调性质及其维数。

1954年,Kasch [5] 引入了Frobenius扩张的概念。1960年,Nakayam,Tsuzuku [6] 和Morita [7] 对Frobenius扩张做了更深入的研究。近年来,Ren [8] 引入了可分Frobenius扩张的概念,研究了在环的Frobenius扩张下Gorenstein投射模与Gorenstein投射维数,证明了左S-模M是Gorenstein投射模当且仅当M作为左R-模也是Gorenstein投射模。2019年,Ren [9] 研究了在环的Frobenius扩张 R S 下,其中S-是右凝聚环,Gorenstein平坦模与Gorenstein平坦维数的同调不变性。

受以上结论的启发,本文研究了在环的Frobenius扩张下 ( F , A ) -Gorenstein平坦模与 ( F , A ) -Gorenstein平坦维数的同调不变性。

文中环R和S-均指有单位元的结合环,模均指酉模。R-模(或者S-模)表示所有的左R-模(或者左S-模)。Rop-模(或者Sop-模)表示所有的右R-模(或者右S-模)。对任意的环R, M o d ( R ) 表示所有左R-模的范畴, M o d ( R o p ) 表示所有右R-模的范畴。 I ( R ) 表示所有内射左R-模构成的类。 F ( R ) 表示所有平坦左R-模构成的类。

在本文中, A 表示所有右R-模构成的类, B 表示所有右S-模构成的类,且 I ( S o p ) B

2. ( F , A ) -Gorenstein平坦模

定义2.1 ( [9] 定义2.1)称 R S 是环的Frobenius扩张,如果满足下面五条等价条件中的一条

1) 函子 S R H o m R ( S , ) 是自然等价的;

2) 函子 R S H o m R o p ( S , ) 是自然等价的;

3) S R 是有限生成投射模,且 S S R H o m R ( S R S , R )

4) S R 是有限生成投射模,且 S R S H o m R ( S S R , R )

5) 存在R-同态 ξ : S R X i , Y i S ,使得对任意 s S i X i ξ ( Y i s ) = s i ξ ( s X i ) Y i = s

定义2.2 设M是左R-模,称M是 ( F , A ) -Gorenstein平坦模,如果存在平坦左R-模的正合列

F : F 1 F 0 F 0 F 1

使得 M K e r ( F 0 F 1 ) ,且对任意 A A A R F 正合。

通常,我们将 ( F , A ) -Gorenstein平坦模类记为 G F ( F , A ) ( R )

引理2.3 设 R S 是环的Frobenius扩张,M是任意左S-模,假设以下成立

1) 任意 A A A R S B

2) 任意 B B B A

3) 任意 B B ,B是右S-模 H o m R o p ( S , B ) 的直和项。

若M是 ( F , B ) -Gorenstein平坦左S-模,则M也是 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模。

证明 设M是 ( F , B ) -Gorenstein平坦左S-模,则存在平坦左S-模的正合复形

F = F 1 F 0 F 0 F 1

使得 M K e r ( F 0 F 1 ) ,且对任意 B B B S F 是正合的。因为任意平坦左S-模都是平坦左R-模,所以F是平坦左R-模的正合复形。

A A M o d ( R o p ) ,因为 A R S H o m R O P ( S , A ) ,且 H o m R O P ( S , A ) 是右S-模,所以 H o m R O P ( S , A ) S F 正合,又由同构 A R F A R S S F H o m R O P ( S , A ) S F 知, A R F 是正合的,所以M是 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模。

引理2.4 设 R S 是环的Frobenius扩张,M是任意左S-模,假设以下成立:

1) 任意 A A A R S B

2) 任意 B B B A

3) 任意 B B ,B是右S-模 H o m R o p ( S , B ) 的直和项。

若M是 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模,则 S R M ( F , B ) -Gorenstein平坦左S-模。

证明 设M是 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模,则存在平坦左R-模的正合复形

F : F 1 F 0 F 0 F 1

使得 M K e r ( F 0 F 1 ) ,且对任意 A A A R F 正合。由( [10] 定理2.1.13),知 S R F 是平坦左S-模的正合复形,且 S R M K e r ( S R F 0 S R F 1 ) 。对任意 B B ,由同构 B R F B S S R F 知, B S S R F 正合,因此 S R M ( F , B ) -Gorenstein平坦左S-模。

引理2.5 ( [4] Lemma 3.11)设 A M o d ( R o p ) I ( R O P ) A ,以下等价

1) G F ( F , A ) 关于扩张封闭;

2) G F ( F , A ) 是预可解的;

3) 0 G 1 G 0 M 0 是左R-模的正合序列,其中 G 0 , G 1 G F ( F , A ) ,如果对任意 A A T o r 1 R ( A , M ) = 0 ,则 M G F ( F , A )

命题2.6 若 G F ( F , A ) 关于扩张封闭,且 I ( R O P ) A ,则 G F ( F , A ) 关于直和和直和项封闭。

命题2.7 设 R S 是环的Frobenius扩张,L是任意左S-模, G F ( F , B ) 关于扩张封闭, I ( R O P ) B ,假设以下成立

1) 对任意 A A A R S B

2) 对任意 B B B A

3) 对任意 B B ,B是右S-模 H o m R o p ( S , B ) 的直和项。

则L是 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模,当且仅当 S R L ( F , B ) -Gorenstein平坦左S-模。

证明 )由引理2.4易知。

)若 S R L ( F , B ) -Gorenstein平坦左S-模,由引理2.3知, S R L 也是 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模,设L是左S-模,则有自然满同态 π : S R L L π ( s l ) = s l ,当看作R-同态时, π 可裂,因此 L R ( S R L ) R 的直和项,又由命题2.6知 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模关于直和项封闭,所以L是 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模。

命题2.8 设M是左R-模,以下等价:

1) M是 ( F , A ) -Gorenstein平坦模;

2) 对任意 A A 及整数 i 1 T o r R i ( A , M ) = 0 ,且M存在 A R 正合的右平坦分解;

3) 存在短正合序列 0 M F K 0 ,其中 F F ( R ) ,则 K G F ( F , A )

证明 (1) (2)易得。

(3) (2)因为 K G F ( F , A ) ,所以对任意 A A 及整数 i 1 T o r R i ( A , K ) = 0 ,且K存在 A R 正合的

右平坦分解,

0 K F 0 F 1 , ①

将短正合序列 0 M F K 0 与正合序列①连接起来,存在M的一个 A R 正合的右平坦分

解,

0 M F F 0 F 1 , ②

A R 作用于短正合序列 0 M F K 0 ,可得长正合序列

T o r R i + 1 ( A , F ) T o r R i + 1 ( A , K ) T o r R i ( A , M ) T o r R i ( A , F ) T o r R i ( A , K )

从而 T o r R i + 1 ( A , K ) T o r R i ( A , M ) = 0

定理2.9 设 R S 是环的Frobenius扩张, G F ( F , B ) 关于扩张封闭, I ( R O P ) B ,M是任意左S-模,假设以下成立

1) 任意 A A A R S B

2) 任意 B B B A

3) 任意 B B ,B是右S-模 H o m R o p ( S , B ) 的直和项。

则M是 ( , ) Gorenstein平坦左S-模,当且仅当M是Gorenstein平坦左R-模。

证明 )显然。

)设M是 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模,则对任意 A A 及整数 i > 0 T o r i R ( A , M ) = 0 。由于对任意 B B ,B是右S-模 H o m R o p ( S , B ) 的直和项,因此由同构

T o r i S ( H o m R o p ( S , B ) , M ) T o r i S ( B R S , M ) T o r i R ( B , M ) = 0

可知 T o r i S ( B , M ) = 0

由命题2.8可知,我们只需要构造 M S 的向右的一个平坦分解,由引理2.4知, S R M ( F , B ) -Gorenstein平坦左S-模,又因 S R M H o m R ( S , M ) ,所以存在左S-模的短正合序列

0 H o m R ( S , M ) f F 0 K 0

其中 F 0 是平坦模,K是 ( F , B ) -Gorenstein平坦左S-模,另外,有S-模单同态 φ : M H o m R ( S , M ) φ ( m ) ( s ) = s m ,将 φ 限制在R-同态上, φ 可裂,于是存在 φ : H o m R ( S , M ) M ,使得 φ φ = 1 M ,考虑左S-模的短正合序列

0 M f φ F 0 K 0 0

其中 K 0 = C o k e r ( f φ ) 。由引理2.3知,K是 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模,则对任意 A 1 A 及整数 i > 0 T o r i R ( A 1 , K ) = 0 。从而 A 1 R f : A 1 R H o m R ( S , M ) A 1 R F 0 是单同态,同时, A 1 R φ : A 1 R M A 1 R H o m R ( S , M ) 也是单同态,因此序列

0 A 1 R M A 1 R F 0 A 1 R K 0 0

是正合的,故 T o r 1 R ( A 1 , K 0 ) = 0 ,从而由引理2.5可得, K 0 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模。用类似的方法,我们可以证得对任意 B B T o r 1 S ( B , K 0 ) = 0 ,从而序列

0 B S M B S F 0 B S K 0 0

是正合的。

K 0 重复以上步骤,可以得到一个在函子 B S 作用后依旧保持正合的短正合序列

0 K 0 F 1 K 1 0

其中 F 1 是平坦模, K 1 作为R-模是 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模,通过归纳法,可以构造出 M S 的向右的一个平坦分解,

0 M F 0 F 1

其中 F i 是平坦模,且对任意 B B ,序列①在函子 B S 的作用下保持正合。因此M是 ( F , B ) -Gorenstein平坦左S-模。

3. ( F , A ) -Gorenstein平坦维数

定义3.1 设M是任意左R-模,定义M的 ( F , A ) -Gorenstein平坦维数为M的 ( F , A ) -Gorenstein平坦维数的最短长度,即 G f d ( F , A ) ( M ) n 当且仅当存在左R-模的正合序列

0 L n L n 1 L 0 M 0

其中n是非负整数, L i ( i = 0 , 1 , , n ) ( F , A ) -Gorenstein平坦模。

如果这样的n不存在,则 G f d ( F , A ) ( M ) =

引理3.2 由( [4] 定理3.12)可得 ( F , A ) -Gorenstein平坦维数的另一种定义

G f d ( F , A ) ( M ) = sup { i N | A A , 使 T o r i R ( A , M ) = 0 }

定理3.3 设 R S 是环的Frobenius扩张, G F ( F , B ) 关于扩张封闭, G f d ( F , B ) ( M ) < I ( R O P ) B ,M是左S-模,假设以下成立

1) 任意 A A A R S B

2) 任意 B B B A

3) 任意 B B ,B是右S-模 H o m R o p ( S , B ) 的直和项。

G f d ( F , B ) ( M ) = G f d ( F , A ) ( M )

证明 由引理2.3知,任意 ( F , B ) -Gorenstein平坦左S-模都是 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模,则 G f d ( F , A ) ( M ) G f d ( F , B ) ( M ) 。下面证 G f d ( F , A ) ( M ) G f d ( F , B ) ( M ) ,设 G f d ( F , A ) ( M ) = n < ,由引理3.2,只需证对于任意 B B 及整数 i > n T o r i S ( B , M ) = 0 ,又因对任意 B B B A ,所以 T o r i R ( B , M ) = 0 。因此 T o r i S ( B R S , M ) T o r i R ( B , M ) = 0 ,另外,由于对任意 B B ,B是S-模 H o m R o p ( S , B ) 的直和项,且 H o m R o p ( S , B ) B R S ,则对任意整数 i > n T o r i S ( B , M ) = 0 ,故 G f d ( F , B ) ( M ) n 。即 G f d ( F , B ) ( M ) = G f d ( F , A ) ( M )

命题3.4 若 ( M i ) i I 是一族左R-模, G F ( F , A ) 关于扩张封闭, I ( R O P ) A ,则

G f d ( F , A ) ( I M i ) = sup { G f d ( F , A ) ( M i ) | i I }

证明 类似文献 [11] 命题3.11可证。

在定理3.3中,我们需要 G f d ( F , B ) ( M ) < ,接下来我们研究在什么情况下,任意左S-模M的 ( F , B ) -Gorenstein平坦维数沿着环的Frobenius扩张是传递的。

命题3.5 设 R S 是环的Frobenius扩张, G F ( F , B ) 关于扩张封闭, I ( R O P ) B ,假设以下成立

1) 任意 A A A R S B

2) 任意 B B B A

3) 任意 B B ,B是右S-模 H o m R o p ( S , B ) 的直和项。

a) 若M是左R-模,则 G f d ( F , A ) ( S R M ) G f d ( F , B ) ( S R M ) G f d ( F , A ) ( M )

b) 若M作为左S-模,则 G f d ( F , A ) ( S R M ) = G f d ( F , B ) ( S R M ) = G f d ( F , A ) ( M )

证明 a)由引理2.3知,任意 ( F , B ) -Gorenstein平坦左S-模都是 ( F , A ) -Gorenstein平坦左R-模,则 G f d ( F , A ) ( S R M ) G f d ( F , B ) ( S R M ) 。由引理1.3,易得 G f d ( F , B ) ( S R M ) G f d ( F , A ) ( M )

b) 设M是左S-模,则M作为左R-模是 ( S R M ) R 的直和项,由命题3.4,易得 G f d ( F , A ) ( M ) G f d ( F , A ) ( S R M ) 。又由(a)知 G f d ( F , A ) ( S R M ) G f d ( F , B ) ( S R M ) G f d ( F , A ) ( M ) ,故 G f d ( F , A ) ( S R M ) = G f d ( F , B ) ( S R M ) = G f d ( F , A ) ( M )

作为Frobenius代数的推广,2018年,Ren在文献 [8] 中提出了可分Frobenius扩张的概念.

定义3.6 [8] 称 R S 是环的可分Frobenius扩张,如果满足以下两条

1) R S 是环的可分扩张;

2) R S 是环的Frobenius扩张。

称环扩张 R S 是可分的,是指乘法映射 φ : S R S S ( s R l s l ) 是可裂满同态。

定理3.7 设 R S 是环的可分Frobenius扩张, G F ( F , B ) 关于扩张封闭, I ( R O P ) B ,M是任意左S-模,假设以下成立

1) 任意 A A A R S B

2) 任意 B B B A

3) 任意 B B ,B是S-模 H o m R o p ( S , B ) 的直和项。

G f d ( F , B ) ( M ) = G f d ( F , A ) ( M )

证明 因为 R S 是环的可分Frobenius扩张,所以 φ : S R M M ( s R m s m ) 是可裂满同态,故M是 S R M 的直和项,由命题3.4,易知 G f d ( F , B ) ( M ) G f d ( F , B ) ( S R M ) ,由定理2.7可得不等式 G f d ( F , A ) ( M ) G f d ( F , B ) ( M ) ,从而由命题3.5(b),我们有下面的不等式:

G f d ( F , B ) ( M ) = G f d ( F , A ) ( M ) = G f d ( F , A ) ( S R M ) = G f d ( F , B ) ( S R M )

NOTES

*第一作者。

参考文献

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