1. 引言
Auslander与Bridger [1] 为有限生成模引入了Gorenstein维数的概念,这种维数是投射维数的细化。Enochs与Jenda [2] 将Gorenstein维数为零的有限生成模称为Gorenstein投射模,并将Gorenstein投射模推广到任意环的情形下。称左R-模M是强Gorenstein投射模,如果存在投射左R-模的正合序列
使得
,并且对任意的投射模Q,
正合。Bennis与Mahdou [3] 研究了Gorenstein投射模的一种特殊情况。称左R-模M是强Gorenstein投射模,如果存在投射左R-模的正合序列
使得
,并且对任意的投射模Q,
正合。此时,称
为M的一个强完全投射分解。特别地,证明了一个模是Gorenstein投射模当且仅当它是某个强Gorenstein投射模的一个直和项。
为了研究模范畴之间的等价,Morita [4] 引入了Morita系统
,其中A,B是环,M,N是双模,它们通过两个双模同态
与
联系起来。此后,随着它的广泛使用,许多学者发现,可以自然地构造一个矩阵形式的环
,此环中元素形如矩阵
,其中
,
,
,
,环的加法运算为对应位置相加,乘法定义为:
其中
是双模同态,并且
和
满足一定的条件,称这个环为Morita系统环(简称为Morita环)。Mao [5] 在三角矩阵环上给出了强Gorenstein投射模的等价刻画,注意到三角矩阵环是一种特殊的Morita环,Morita环及其上的模在环模理论中扮演着重要角色。近年来,Gao和Psaroudakis [6] 研究了如何在具有零双模同态的Morita环上构造Gorenstein投射模,受Gao等工作的启发,本文主要讨论在具有零双模同态的Morita环上构造一类强Gorenstein投射模。
2. 预备知识
给出了全文所需要的一些基本概念和事实。
贯穿全文,设所有环都为有单位元的结合环。对任意环A,用A-模表示左A-模,Mod(A)表示左A-模范畴。
对于一个Morita系统
,其中A和B都是环,
是A-B-双模,
是B-A-双模,并且
是双模同态,
是双模同态,定义Morita环为:
如果
中元素的加法为对应元素相加,乘法为
对任意
,总假设
,
,这个条件保证了
是结合环。方便起见,全文始终记Morita环为
而不是
。
Morita环
上模的构造是已知的,见文献 [7] 。所有
-模构成的范畴
等价于范畴
,这个范畴中的对象是四元组
,
,
,
,并且使得下图可交换,如图1和图2所示。
设
和
为
中的对象,则
中的态射
是一个态射对,其中
是A-模同态,
是B-模同态,并且使得下图可交换,如图3和图4所示。
注1 设
是一个Morita环。
1)
中对象构成的序列
是正合的当且仅当
中的序列
和
中的序列
都是正合的。
2) 设
为
中的态射,考虑以下映射
与
。则
的核是对象
,其中映射h与j由下述交换图诱导,如图5和图6所示。
类似地,可以得到态射的余核。
注2 设
是一个Morita环,其中双模同态
。为了后面定理的证明,引入以下函子:
1) 函子
,对任意的
,
,给定A-模同态
,定义
。
2) 函子
,对任意的
,
,给定B-模同态
,定义
。
3) 函子
,对任意的
,
,给定A-模同态
,定义
。
4) 函子
,对任意的
,
,给定B-模同态
,定义
。
5) 函子
,对任意的
,
,给定一个A-模同态
,定义
。
6) 函子
,对任意的
,
,给定一个B-模同态
,定义
。
3. Morita环上的强Gorenstein投射模
本文的主要结果要用到以下引理。
引理1 ( [6] 引理3.8) 设
是一个Morita环,则对任意A-模X和B-模Y,有以下
中的正合序列
引理2 ( [6] 引理3.9) 设
是一个Morita环,则对任意X,
,Y,
,有以下同构
三角矩阵环上强Gorenstein投射模的刻画见文献 [5] 。考虑三角矩阵环
,其中
是环,U是B-A-双模,并且假设
,
,则由( [5] 定理1)可知,左T-模
是强Gorenstein投射模当且仅当以下条件成立:1)
是强Gorenstein投射左A-模;2)
是强Gorenstein投射左B-模,并且
是单态射;3) 存在
和
,使得
且
,其中
是单同态,
和
都是满同态,并且
。
下述定理为本文的主要结果。证明了在具有零双模同态的Morita环上如何构造一类强Gorenstein投射模,其中
和
分别表示所有强Gorenstein投射A-模和所有强Gorenstein投射B-模构成的类。
定理1 设
是一个Morita环,并且使得双模
和
满足下述条件:
1) 函子
作用投射A-模的零调复形为B-模的零调复形。
2) 对任意投射B-模Q,
。
3) 函子
作用投射B-模的零调复形为A-模的零调复形。
4) 对任意投射A-模P,
。
i) 假设存在强Gorenstein投射B-模Z,使得对某个A-模X有一个单同态
,满足
,并且对某个B-模Y有一个单同态
,满足
。则四元组
是一个强Gorenstein投射
-模,其中
,
。
ii) 假设存在强Gorenstein投射A-模Z,使得对某个B-模Y有一个单同态
,满足
,并且对某个A-模X有一个单同态
,满足
。则四元组
是一个强Gorenstein投射
-模,其中
,
。
证明只证明(i),(ii)的证明是对偶的。(i)的证明分为四个步骤,前两步利用
和Z的强完全投射分解对象构造X和Y相应的分解。第三步是把前两个分解提升到
。最后一步证明对任意投射
-模
,
作用第三步得到的正合序列后保持正合。
第一步:因为
,所以存在A-模的强完全投射分解
其中
。记
为满同态,
为单同态,使得
。
因为
,所以存在B-模的强完全投射分解
其中
。记
为满同态,
为单同态,使得
。
由假设(3)可知,A-模复形
是零调复形。用
作用A-模正合序列
因为
,并且由假设(2)可知
,所以
,故得正合序列
这表明存在映射
,使得
。因此,得到映射
。
由文献 [8] 中引理1.6的Horseshoe引理得到以下行列都正合的交换图,如图7所示。
对于
,有
,并且
,注意到
存在性由假设(2)可知,用同样的方法可以构造X的形如
的A-模分解。特别地,得到映射
其中
,使得
。因此,得到以下正合序列
(1)
其中
是满同态,
是单同态。
第二步:对于B-模Y,构造一个类似于(1)的正合序列,得到以下行列都正合的交换图,如图8所示。
对于
,有
,并且
,注意到
存在性由假设(4)可知,用同样的方法构造Y的形如
的B-模分解。特别地,得到映射
其中
,使得
。因此,得到以下正合序列
(2)
其中
是满同态,
是单同态。
第三步:由正合列序列(1)和(2)可得如下序列
下证序列
是
中的正合序列。易证有以下交换图,如图9和图10所示。
这表明映射
是
中的态射。因为复形(1)和(2)是零调复形,所以由注1的(1)可知
是
中的一个正合序列。此外,因为有
,所以由注1的(2)可知
。由文献 [9] 中的命题7.1可知函子
和
都保持投射对象,故零调复形
中的每一项都是投射模。
第四步:下证对任意投射
-模
,
作用零调复形
保持正合。由文献 [9] 中的定理7.3可知只需证得复形
,
是零调复形即可,其中P是投射A-模,Q是投射B-模。由引理1得到正合序列
因为复形
的每一项都是投射
-模,所以
作用上述正合序列,得到以下正合序列
(3)
根据引理2可知有同构
由于
是强完全投射分解且P是投射A-模,故复形
是零调复形,因此复形
也是零调复形。同样,根据引理2可知有同构
。而由假设(4)可知
,这表明复形
是零调复形,于是复形
是零调复形。故由正合序列(3)可知复形
是零调复形。
类似地,由正合列
,可知复形
是零调复形。
综上,
-模
是强Gorenstein投射模。
推论1 设
是一个Morita环,其中A是任意环,假设
是一个
-模,使得存在正合序列
其中
,并且设
。则对象
和
都是强Gorenstein投射
-模。
下面这个例子告诉我们如何应用推论1,从三角矩阵环上的强Gorenstein投射模出发来构造
上的强Gorenstein投射模。
例1 设
是一个Morita环,其中A是任意环。
1) 考虑下三角矩阵环
,由文献 [5] 中的推论1可知,三元组
是强Gorenstein投射
-模,则存在短正合序列
(4)
使得A-模X和
都是强Gorenstein投射模。
设
是一个强Gorenstein投射
-模,则有正合序列(4),并且容易构造可裂短正合序列
因此由推论1可知对象
都是强Gorenstein投射
-模。
2) 考虑上三角矩阵环
,并且设
,由文献 [5] 中的推论1可知,存在短正合序列
使得A-模W和
都是强Gorenstein投射A-模,并且有可裂短正合序列
因此,由推论1易知对象
都是强Gorenstein投射
-模。
设X为一个强Gorenstein投射模,则由(1)可知对象
是强Gorenstein投射
-模,由(2)可知对象
是强Gorenstein投射
-模。