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 
  的Gorenstein投射、内射和平坦模的概念。2022年,Becerril [4] 进一步研究了 
  -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 
  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 
  -Gorenstein平坦模与 
  -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, 
  表示所有左R-模的范畴, 
  表示所有右R-模的范畴。 
  表示所有内射左R-模构成的类。 
  表示所有平坦左R-模构成的类。
在本文中, 
  表示所有右R-模构成的类, 
  表示所有右S-模构成的类,且 
  。
2. 
  -Gorenstein平坦模
定义2.1 ( [9] 定义2.1)称 
  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 
  和 
  是自然等价的;
2) 函子 
  和 
  是自然等价的;
3) 
  是有限生成投射模,且 
  ;
4) 
  是有限生成投射模,且 
  ;
5) 存在R-同态 
  和 
  ,使得对任意 
  , 
  和 
  。
定义2.2 设M是左R-模,称M是 
  -Gorenstein平坦模,如果存在平坦左R-模的正合列
  ,
使得 
  ,且对任意 
  , 
  正合。
通常,我们将 
  -Gorenstein平坦模类记为 
  。
引理2.3 设 
  是环的Frobenius扩张,M是任意左S-模,假设以下成立
1) 任意 
  , 
  ;
2) 任意 
  , 
  ;
3) 任意 
  ,B是右S-模 
  的直和项。
若M是 
  -Gorenstein平坦左S-模,则M也是 
  -Gorenstein平坦左R-模。
证明 设M是 
  -Gorenstein平坦左S-模,则存在平坦左S-模的正合复形
  ,
使得 
  ,且对任意 
  , 
  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。
令 
  ,因为 
  ,且 
  是右S-模,所以 
  正合,又由同构 
  知, 
  是正合的,所以M是 
  -Gorenstein平坦左R-模。
引理2.4 设 
  是环的Frobenius扩张,M是任意左S-模,假设以下成立:
1) 任意 
  , 
  ;
2) 任意 
  , 
  ;
3) 任意 
  ,B是右S-模 
  的直和项。
若M是 
  -Gorenstein平坦左R-模,则 
  是 
  -Gorenstein平坦左S-模。
证明 设M是 
  -Gorenstein平坦左R-模,则存在平坦左R-模的正合复形
 
使得 
  ,且对任意 
  , 
  正合。由( [10] 定理2.1.13),知 
  是平坦左S-模的正合复形,且 
  。对任意 
  ,由同构 
  知, 
  正合,因此 
  是 
  -Gorenstein平坦左S-模。
引理2.5 ( [4] Lemma 3.11)设 
  , 
  ,以下等价
1) 
  关于扩张封闭;
2) 
  是预可解的;
3) 
  是左R-模的正合序列,其中 
  ,如果对任意 
  , 
  ,则 
  。
命题2.6 若 
  关于扩张封闭,且 
  ,则 
  关于直和和直和项封闭。
命题2.7 设 
  是环的Frobenius扩张,L是任意左S-模, 
  关于扩张封闭, 
  ,假设以下成立
1) 对任意 
  , 
  ;
2) 对任意 
  , 
  ;
3) 对任意 
  ,B是右S-模 
  的直和项。
则L是 
  -Gorenstein平坦左R-模,当且仅当 
  是 
  -Gorenstein平坦左S-模。
证明 
  )由引理2.4易知。
  )若 
  是 
  -Gorenstein平坦左S-模,由引理2.3知, 
  也是 
  -Gorenstein平坦左R-模,设L是左S-模,则有自然满同态 
  , 
  ,当看作R-同态时, 
  可裂,因此 
  是 
  的直和项,又由命题2.6知 
  -Gorenstein平坦左R-模关于直和项封闭,所以L是 
  -Gorenstein平坦左R-模。
命题2.8 设M是左R-模,以下等价:
1) M是 
  -Gorenstein平坦模;
2) 对任意 
  及整数 
  , 
  ,且M存在 
  正合的右平坦分解;
3) 存在短正合序列 
  ,其中 
  ,则 
  。
证明 (1) 
  (2)易得。
(3) 
  (2)因为 
  ,所以对任意 
  及整数 
  , 
  ,且K存在 
  正合的
右平坦分解,
  , ①
将短正合序列 
  与正合序列①连接起来,存在M的一个 
  正合的右平坦分
解,
  , ②
将 
  作用于短正合序列 
  ,可得长正合序列
  ,
从而 
  。
定理2.9 设 
  是环的Frobenius扩张, 
  关于扩张封闭, 
  ,M是任意左S-模,假设以下成立
1) 任意 
  , 
  ;
2) 任意 
  , 
  ;
3) 任意 
  ,B是右S-模 
  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 
  -Gorenstein平坦左R-模,则对任意 
  及整数 
  , 
  。由于对任意 
  ,B是右S-模 
  的直和项,因此由同构
 
可知 
  。
由命题2.8可知,我们只需要构造 
  的向右的一个平坦分解,由引理2.4知, 
  是 
  -Gorenstein平坦左S-模,又因 
  ,所以存在左S-模的短正合序列
 
其中 
  是平坦模,K是 
  -Gorenstein平坦左S-模,另外,有S-模单同态 
  , 
  ,将 
  限制在R-同态上, 
  可裂,于是存在 
  ,使得 
  ,考虑左S-模的短正合序列
 
其中 
  。由引理2.3知,K是 
  -Gorenstein平坦左R-模,则对任意 
  及整数 
  , 
  。从而 
  是单同态,同时, 
  也是单同态,因此序列
 
是正合的,故 
  ,从而由引理2.5可得, 
  是 
  -Gorenstein平坦左R-模。用类似的方法,我们可以证得对任意 
  , 
  ,从而序列
 
是正合的。
对 
  重复以上步骤,可以得到一个在函子 
  作用后依旧保持正合的短正合序列
  ,
其中 
  是平坦模, 
  作为R-模是 
  -Gorenstein平坦左R-模,通过归纳法,可以构造出 
  的向右的一个平坦分解,
  ①
其中 
  是平坦模,且对任意 
  ,序列①在函子 
  的作用下保持正合。因此M是 
  -Gorenstein平坦左S-模。
3. 
  -Gorenstein平坦维数
定义3.1 设M是任意左R-模,定义M的 
  -Gorenstein平坦维数为M的 
  -Gorenstein平坦维数的最短长度,即 
  当且仅当存在左R-模的正合序列
 
其中n是非负整数, 
  是 
  -Gorenstein平坦模。
如果这样的n不存在,则 
  。
引理3.2 由( [4] 定理3.12)可得 
  -Gorenstein平坦维数的另一种定义
 
定理3.3 设 
  是环的Frobenius扩张, 
  关于扩张封闭, 
  , 
  ,M是左S-模,假设以下成立
1) 任意 
  , 
  ;
2) 任意 
  , 
  ;
3) 任意 
  ,B是右S-模 
  的直和项。
则 
  。
证明 由引理2.3知,任意 
  -Gorenstein平坦左S-模都是 
  -Gorenstein平坦左R-模,则 
  。下面证 
  ,设 
  ,由引理3.2,只需证对于任意 
  及整数 
  , 
  ,又因对任意 
  , 
  ,所以 
  。因此 
  ,另外,由于对任意 
  ,B是S-模 
  的直和项,且 
  ,则对任意整数 
  , 
  ,故 
  。即 
  。
命题3.4 若 
  是一族左R-模, 
  关于扩张封闭, 
  ,则
  。
证明 类似文献 [11] 命题3.11可证。
在定理3.3中,我们需要 
  ,接下来我们研究在什么情况下,任意左S-模M的 
  -Gorenstein平坦维数沿着环的Frobenius扩张是传递的。
命题3.5 设 
  是环的Frobenius扩张, 
  关于扩张封闭, 
  ,假设以下成立
1) 任意 
  , 
  ;
2) 任意 
  , 
  ;
3) 任意 
  ,B是右S-模 
  的直和项。
则
a) 若M是左R-模,则 
  ;
b) 若M作为左S-模,则 
  。
证明 a)由引理2.3知,任意 
  -Gorenstein平坦左S-模都是 
  -Gorenstein平坦左R-模,则 
  。由引理1.3,易得 
  。
b) 设M是左S-模,则M作为左R-模是 
  的直和项,由命题3.4,易得 
  。又由(a)知 
  ,故 
  。
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 
  是环的可分Frobenius扩张,如果满足以下两条
1) 
  是环的可分扩张;
2) 
  是环的Frobenius扩张。
称环扩张 
  是可分的,是指乘法映射 
  
  是可裂满同态。
定理3.7 设 
  是环的可分Frobenius扩张, 
  关于扩张封闭, 
  ,M是任意左S-模,假设以下成立
1) 任意 
  , 
  ;
2) 任意 
  , 
  ;
3) 任意 
  ,B是S-模 
  的直和项。
则 
  。
证明 因为 
  是环的可分Frobenius扩张,所以 
  
  是可裂满同态,故M是 
  的直和项,由命题3.4,易知 
  ,由定理2.7可得不等式 
  ,从而由命题3.5(b),我们有下面的不等式:
  。
 NOTES
*第一作者。