Градуированное кольцо

редактировать

В математике, в частности абстрактной алгебре, градуированное кольцо представляет собой кольцо , такое, что основная аддитивная группа представляет собой прямую сумму абелевых групп R i {\ displaystyle R_ {i}}R_ {i} таких что р я р j ⊆ р я + j {\ displaystyle R_ {i} R_ {j} \ substeq R_ {i + j}}R_ {i} R_ {j} \ substeq R _ {{i + j}} . Набор индексов обычно представляет собой набор неотрицательных целых чисел или набор целых чисел, но может быть любым моноидом. Разложение на прямую сумму обычно упоминается как градация или градация .

A оцениваемый модуль определяется аналогично (точное определение см. Ниже). Он обобщает градуированные векторные пространства. Градуированный модуль, который также является градуированным кольцом, называется градуированной алгеброй . Градуированное кольцо также можно рассматривать как градуированную Z {\ displaystyle \ mathbb {Z}}\ mathbb {Z} -алгебру.

Ассоциативность не важна (фактически вообще не используется) в определении градуированного кольца; следовательно, это понятие применимо и к неассоциативным алгебрам ; например, можно рассмотреть градуированную алгебру Ли.

Содержание
  • 1 Первые свойства
  • 2 Основные примеры
  • 3 Градуированный модуль
  • 4 Инварианты градуированных модулей
  • 5 Градуированная алгебра
  • 6 G-градуированные кольца и алгебры
    • 6.1 Антикоммутативность
    • 6.2 Примеры
  • 7 Градуированный моноид
    • 7.1 Степенный ряд, индексированный градуированным моноидом
    • 7.2 Пример
  • 8 См. Также
  • 9 Ссылки
Первые свойства

Как правило, набор индексов оцениваемого кольца должен быть набором неотрицательных целых чисел, если явно не указано иное. Так обстоит дело в этой статье.

Градуированное кольцо - это кольцо, которое разлагается в прямую сумму

R = ⨁ n = 0 ∞ R n = R 0 ⊕ R 1 ⊕ R 2 ⊕ ⋯ {\ displaystyle R = \ bigoplus _ {n = 0} ^ {\ infty} R_ {n} = R_ {0} \ oplus R_ {1} \ oplus R_ {2} \ oplus \ cdots}{\ displaystyle R = \ bigoplus _ {n = 0} ^ {\ infty} R_ {n} = R_ {0} \ oplus R_ {1} \ oplus R_ {2} \ oplus \ cdots}

из аддитивные группы, такие, что

R m R n ⊆ R m + n {\ displaystyle R_ {m} R_ {n} \ substeq R_ {m + n}}{\ displaystyle R_ {m} R_ {n} \ substeq R_ {m + n}}

для любых неотрицательных целых чисел m и н.

Ненулевой элемент R n {\ displaystyle R_ {n}}R_ {n} называется однородным степени n. По определению прямой суммы каждый ненулевой элемент a из R может быть однозначно записан как сумма a = a 0 + a 1 + ⋯ + an {\ displaystyle a = a_ {0} + a_ {1} + \ cdots + a_ {n}}{\ displaystyle a = a_ {0} + a_ {1} + \ cdots + a_ {n}} , где каждый ai {\ displaystyle a_ {i}}a_ {i} либо 0, либо однороден степени i. Ненулевые a i {\ displaystyle a_ {i}}a_ {i} являются однородными компонентами a.

Вот некоторые основные свойства:

  • R 0 {\ displaystyle R_ {0}}R_ {0} - подкольцо в R; в частности, мультипликативное тождество 1 является однородным элементом нулевой степени.
  • Для любого n R n {\ displaystyle R_ {n}}R_ {n} является двусторонним R 0 {\ displaystyle R_ {0}}R_ {0} -модуль, и разложение прямой суммы представляет собой прямую сумму R 0 {\ displaystyle R_ {0}}R_ {0} - модулей.
  • R является ассоциативной R 0 {\ displaystyle R_ {0}}R_ {0} -алгеброй.

идеальной I ⊆ R {\ displaystyle I \ substeq R}{\ displaystyle I \ substeq R} однородно, если для каждого a ∈ I {\ displaystyle a \ in I}{\ displaystyle a \ in I} однородные компоненты a {\ displaystyle a}a также относятся к I. {\ displaystyle I.}{\ displaysty ле I.} (эквивалентно, если это градуированный подмодуль R; см. § Градуированный модуль.) Пересечение однородного идеала I {\ displaystyle I }I с R n {\ displaystyle R_ {n}}R_ {n} - это R 0 {\ displaystyle R_ {0}}R_ {0} -подмодуль of R n {\ displaystyle R_ {n}}R_ {n} называется однородной частью степени n I {\ displaystyle I}I . Однородный идеал - это прямая сумма его однородных частей.

Если I - двусторонний однородный идеал в R, то R / I {\ displaystyle R / I}R / I также является градуированным кольцом, разложенным как

R / I = ⨁ N = 0 ∞ R n / I n, {\ displaystyle R / I = \ bigoplus _ {n = 0} ^ {\ infty} R_ {n} / I_ {n},}{\ displaystyle R / I = \ bigoplus _ {n = 0} ^ {\ infty} R_ {n} / I_ {n},}

где I n {\ displaystyle I_ {n}}I_ {n} - однородная часть степени n числа I.

Основные примеры
  • Можно указать любое (не градуированное) кольцо R. градацию, позволяя R 0 = R {\ displaystyle R_ {0} = R}{\ displaystyle R_ {0} = R} и R i = 0 {\ displaystyle R_ {i} = 0}{\ displaystyle R_ {i } = 0} для i ≠ 0. Это называется тривиальной градацией на R.
  • Кольцо полиномов R = k [t 1,…, tn ] {\ displaystyle R = k [t_ {1}, \ ldots, t_ {n}]}{\ displaystyle R = k [t_ {1}, \ ldots, t_ {n}]} оценивается на степень : это прямая сумма R i {\ displaystyle R_ {i}}R_ {i} , состоящий из однородных многочленов степени i.
  • Пусть S - множество всех ненулевых однородных элементов в градуированном область целостности R. Тогда локализация R относительно S является Z {\ displaystyle \ mathbb {Z}}\ mathbb {Z} -градуированным кольцом.
  • Если I - идеал в коммутативном кольце R, тогда ⨁ 0 ∞ I n / I n + 1 {\ displaystyle \ bigoplus _ {0} ^ {\ infty} I ^ {n} / I ^ {n + 1}}{\ displaystyle \ bigoplus _ {0} ^ {\ infty } I ^ {n} / I ^ {n + 1}} - градуированное кольцо, называемое ассоциированным градуированным кольцом R вдоль I; геометрически это координатное кольцо нормального конуса вдоль подмногообразия, определенного в I.
Градуированный модуль

Соответствующая идея в теории модулей - это идея градуированный модуль, а именно левый модуль M над градуированным кольцом R такой, что также

M = ⨁ i ∈ NM i, {\ displaystyle M = \ bigoplus _ {i \ in \ mathbb {N}} M_ {i},}M = \ bigoplus _ {{я \ in {\ mathbb {N}}}} M_ {i},

и

R i M j ⊆ M i + j. {\ displaystyle R_ {i} M_ {j} \ substeq M_ {i + j}.}{\ displaystyle R_ {i} M_ {j} \ substeq M_ {i + j}.}

Пример : градуированное векторное пространство является примером градуированного модуля над полем ( с полем, имеющим тривиальную градуировку).

Пример : градуированное кольцо - это градуированный модуль над самим собой. Идеал в градуированном кольце однороден тогда и только тогда, когда он является градуированным подмодулем. Аннигилятор градуированного модуля является однородным идеалом.

Пример : даны идеал I в коммутативном кольце R и R-модуль M, прямая сумма ⨁ n = 0 ∞ I n M / I n + 1 M {\ displaystyle \ bigoplus _ {n = 0} ^ {\ infty} I ^ {n} M / I ^ {n + 1} M}{\ displaystyle \ bigoplus _ {n = 0} ^ {\ infty} I ^ {n } M / I ^ {n + 1} M} - градуированный модуль над ассоциированным градуированным кольцом ⨁ 0 ∞ I n / I n + 1 {\ displaystyle \ bigoplus _ {0} ^ {\ infty} I ^ {n} / I ^ {n + 1}}{\ displaystyle \ bigoplus _ {0} ^ {\ infty } I ^ {n} / I ^ {n + 1}} .

Морфизм f: N → M {\ displaystyle f: N \ to M}f: N \ to M между градуированными модулями, называемый градуированным морфизмом, является морфизмом базовых модулей, учитывающим градуирование; то есть f (N i) ⊆ M i {\ displaystyle f (N_ {i}) \ substeq M_ {i}}f (N_ {i}) \ substeq M_ {i} . Градуированный подмодуль - это подмодуль, который является самостоятельным градуированным модулем и такой, что теоретико-множественное включение является морфизмом градуированных модулей. Явно градуированный модуль N является градуированным подмодулем M тогда и только тогда, когда он является подмодулем M и удовлетворяет N i = N ∩ M i {\ displaystyle N_ {i} = N \ cap M_ {i}}N_ {i} = N \ cap M_ {i} . Ядро и образ морфизма градуированных модулей являются градуированными подмодулями.

Замечание: дать градуированный морфизм от градуированного кольца к другому градуированному кольцу с изображением, лежащим в центре, то же самое, что дать структуру градуированной алгебры последнему кольцу.

Учитывая оцененный модуль M {\ displaystyle M}M , ℓ {\ displaystyle \ ell}\ ell -wist M {\ displaystyle M}M - это градуированный модуль, определяемый как M (ℓ) n = M n + ℓ {\ displaystyle M (\ ell) _ {n} = M_ {n + \ ell}}{\ displaystyle M (\ ell) _ {n} = M_ {n + \ ell}} . (см. скручивающий пучок Серра в алгебраической геометрии.)

Пусть M и N - градуированные модули. Если f: M → N {\ displaystyle f \ двоеточие M \ to N}f \ двоеточие M \ to N является морфизмом модулей, то говорят, что f имеет степень d, если f (M n) ⊆ N n + d {\ displaystyle f (M_ {n}) \ substeq N_ {n + d}}{\ displaystyle f (M_ {n}) \ subteq N_ {N + d}} . Внешняя производная дифференциальных форм в дифференциальной геометрии является примером такого морфизма, имеющего степень 1.

Инварианты градуированных модулей

Для градуированного модуля M над коммутативным градуированное кольцо R, можно связать формальный степенной ряд P (M, t) ∈ Z [[t]] {\ displaystyle P (M, t) \ in \ mathbb {Z} [\! [t] \ !]}{\ displaystyle P (M, т) \ в \ mathbb {Z} [\! [t] \!]} :

п (M, t) = ∑ ℓ (M n) tn {\ displaystyle P (M, t) = \ sum \ ell (M_ {n}) t ^ {n}}P (M, t) = \ sum \ ell (M_ {n}) t ^ {n}

( предполагая, что ℓ (M n) {\ displaystyle \ ell (M_ {n})}\ ell (M_ {n}) конечны.) Это называется рядом Гильберта – Пуанкаре M.

Градуированный модуль называется конечно порожденным, если основной модуль конечно порожден. Генераторы можно считать однородными (заменяя генераторы их однородными частями).

Предположим, R - кольцо многочленов k [x 0,…, xn] {\ displaystyle k [x_ { 0}, \ dots, x_ {n}]}k [x_ { 0}, \ точки, x_ {n}] , поле ka и M конечно порожденный градуированный модуль над ним. Тогда функция n ↦ dim k ⁡ M n {\ displaystyle n \ mapsto \ dim _ {k} M_ {n}}n \ mapsto \ dim _ {k} M_ {n} называется функцией Гильберта M. Функция совпадает с функцией целочисленный многочлен для больших n, называемый многочленом Гильберта от M.

Градуированная алгебра

алгебра A над кольцо R является градуированной алгеброй, если оно градуировано как кольцо.

В обычном случае, когда кольцо R не градуировано (в частности, если R является полем), ему дается тривиальная градуировка (каждый элемент R имеет степень 0). Таким образом, R ⊆ A 0 {\ displaystyle R \ substeq A_ {0}}{\ displaystyle R \ substeq A_ {0}} и оцененные фрагменты A i {\ displaystyle A_ {i}}A_ {i} являются R-модули.

В случае, когда кольцо R также является градуированным кольцом, то требуется, чтобы

R i A j ⊆ A i + j {\ displaystyle R_ {i} A_ {j} \ substeq A_ { i + j}}R_ {i} A_ {j} \ substeq A_ {i + j}

Другими словами, мы требуем, чтобы A был градуированным левым модулем над R.

Примеры градуированных алгебр распространены в математике:

Градуированные алгебры широко используются в коммутативной алгебре и алгебраическая геометрия, гомологическая алгебра и алгебраическая топология. Одним из примеров является тесная взаимосвязь между однородными полиномами и проективными разновидностями (см. однородное координатное кольцо.)

G-градуированные кольца и алгебры

Приведенные выше определения были обобщены на кольца, классифицированные с использованием любого моноида G в качестве набора индексов. A G-градуированное кольцо R - кольцо с разложением прямой суммы

R = ⨁ i ∈ GR i {\ displaystyle R = \ bigoplus _ {i \ in G} R_ {i}}{\ displaystyle R = \ bigoplus _ {я \ in G} R_ {i}}

такой, что

R i R j ⊆ R i ⋅ j. {\ displaystyle R_ {i} R_ {j} \ substeq R_ {i \ cdot j}.}{\ displaystyle R_ {i} R_ {j} \ substeq R_ {i \ cdot j}.}

Элементы R, лежащие внутри R i {\ displaystyle R_ {i}}R_ {i} для некоторых i ∈ G {\ displaystyle i \ in G}я \ in G считаются однородными из степени i.

Ранее определенное понятие "градуированного кольца" теперь становится тем же, что и N {\ displaystyle \ mathbb {N}}\ mathbb {N} -градуированное кольцо, где N {\ displaystyle \ mathbb {N}}\ mathbb {N} - это моноид неотрицательных целых чисел при сложении. Определения градуированных модулей и алгебр также можно расширить таким образом, заменив набор индексации N {\ displaystyle \ mathbb {N}}\ mathbb {N} любым моноидом G.

Примечания:

  • Если мы не требуем, чтобы кольцо имело элемент идентичности, полугруппы могут заменить моноиды.

Примеры:

  • Группа естественным образом оценивает соответствующее групповое кольцо ; аналогично, кольца моноидов классифицируются соответствующим моноидом.
  • (ассоциативная) супералгебра - это еще один термин для Z 2 {\ displaystyle \ mathbb {Z} _ {2}}\ mathbb {Z} _ {2 } -градуированная алгебра. Примеры включают алгебры Клиффорда. Здесь однородные элементы имеют степень 0 (четность) или 1 (нечетность).

Антикоммутативность

Некоторые градуированные кольца (или алгебры) наделены антикоммутативной структурой. Это понятие требует гомоморфизма моноида градации в аддитивный моноид Z / 2 Z {\ displaystyle \ mathbb {Z} / 2 \ mathbb {Z}}{\ displaystyle \ mathbb {Z} / 2 \ mathbb {Z}} , поле с двумя элементами. В частности, моноид со знаком состоит из пары (Γ, ε) {\ displaystyle (\ Gamma, \ varepsilon)}{\ displaystyle (\ Gamma, \ varepsilon)} , где Γ {\ displaystyle \ Gamma }\ Gamma является моноидом и ε: Γ → Z / 2 Z {\ displaystyle \ varepsilon \ двоеточие \ Gamma \ to \ mathbb {Z} / 2 \ mathbb {Z}}{\ displaystyle \ varepsilon \ двоеточие \ Gamma \ to \ mathbb {Z} / 2 \ mathbb {Z}} - гомоморфизм аддитивных моноидов. антикоммутативное Γ {\ displaystyle \ Gamma}\ Gamma -градуированное кольцо - это кольцо A, градуированное относительно Γ, такое что:

xy = (- 1) ε ( deg ⁡ x) ε (deg ⁡ y) yx, {\ displaystyle xy = (- 1) ^ {\ varepsilon (\ deg x) \ varepsilon (\ deg y)} yx,}{\ displaystyle xy = (- 1) ^ {\ varepsilon (\ deg x) \ varepsilon (\ deg y)} yx,}

для всех однородных элементов x и у.

Примеры

  • Внешняя алгебра - это пример антикоммутативной алгебры, градуированной по структуре (Z, ε) {\ displaystyle (\ mathbb {Z}, \ varepsilon)}{\ displaystyle (\ mathbb {Z}, \ varepsilon)} где ε: Z → Z / 2 Z {\ displaystyle \ varepsilon \ двоеточие \ mathbb {Z} \ to \ mathbb {Z} / 2 \ mathbb {Z}}{\ displaystyle \ varepsilon \ двоеточие \ mathbb {Z } \ to \ mathbb {Z} / 2 \ mathbb {Z}} - фактор-отображение.
  • A суперкоммутативная алгебра (иногда называемая косо-коммутативным ассоциативным кольцом ) - это то же самое, что и антикоммутативная (Z, ε) {\ displaystyle (\ mathbb {Z}, \ varepsilon)}{\ displaystyle (\ mathbb {Z}, \ varepsilon)} -градуированная алгебра, где ε {\ displaystyle \ varepsilon}\ varepsilon - тождество эндоморфизм аддитивной структуры Z / 2 Z {\ displaystyle \ mathbb {Z} / 2 \ mathbb {Z}}{\ displaystyle \ mathbb {Z} / 2 \ mathbb {Z}} .
Градуированный моноид

Интуитивно понятно, что градуированный моноид - подмножество градуированного кольца, ⨁ n ∈ N 0 R n {\ displaystyle \ bigoplus _ {n \ in \ mathbb {N} _ {0}} R_ {n}}{\ displaystyle \ bigoplus _ {п \ in \ mathbb {N} _ {0}} R_ {n}} , созданный тегами R n {\ displaystyle R_ {n}}R_ {n} , без использования добавления Итивная часть. То есть набор элементов градуированного моноида равен ⋃ n ∈ N 0 R n {\ displaystyle \ bigcup _ {n \ in \ mathbb {N} _ {0}} R_ {n}}{\ displaystyle \ bigcup _ {n \ in \ mathbb {N} _ {0}} R_ {n}} .

Формально градуированный моноид - это моноид (M, ⋅) {\ displaystyle (M, \ cdot)}(M, \ cdot) с функцией градации ϕ: M → N 0 {\ displaystyle \ phi: M \ to \ mathbb {N} _ {0}}{\ displaystyle \ phi: M \ to \ mathbb {N} _ {0}} такой, что ϕ (m ⋅ m ′) = ϕ (m) + ϕ (m ′) {\ displaystyle \ phi ( m \ cdot m ') = \ phi (m) + \ phi (m')}{\displaystyle \phi (m\cdot m')=\phi (m)+\phi (m')}. Обратите внимание, что градация 1 M {\ displaystyle 1_ {M}}{\ displaystyle 1_ {M}} обязательно равна 0. Некоторые авторы дополнительно требуют, чтобы ϕ (m) ≠ 0 {\ displaystyle \ phi (m) \ neq 0}{\ displaystyle \ phi (m) \ neq 0} , когда m не является идентификатором.

Предполагая, что градации неидентификационных элементов не равны нулю, количество элементов градации n не превышает gn {\ displaystyle g ^ {n}}g ^ { n} где g - мощность генератора G моноида. Следовательно, количество элементов градации n или меньше не превышает n + 1 {\ displaystyle n + 1}n + 1 (для g = 1 {\ displaystyle g = 1}g = 1 ) или gn + 1 - 1 g - 1 {\ displaystyle {\ frac {g ^ {n + 1} -1} {g-1}}}{\ displaystyle {\ frac {g ^ {n +1} -1} {g-1}}} else. В самом деле, каждый такой элемент является произведением не более чем n элементов G и только gn + 1 - 1 g - 1 {\ displaystyle {\ frac {g ^ {n + 1} -1} {g-1 }}}{\ displaystyle {\ frac {g ^ {n +1} -1} {g-1}}} такие продукты существуют. Точно так же элемент идентичности не может быть записан как продукт двух неидентификационных элементов. То есть в таком градуированном моноиде нет делителя единицы.

Силовой ряд, индексированный градуированным моноидом

Это понятие позволяет расширить понятие кольца степенного ряда. Вместо того, чтобы семейство индексирования было N {\ displaystyle \ mathbb {N}}\ mathbb N , семейство индексирования могло бы быть любым градуированным моноидом, предполагая, что количество элементов степени n конечно для каждого целое число n.

Более формально, пусть (K, + K, × K) {\ displaystyle (K, + _ {K}, \ times _ {K})}{\ displaystyle (K, + _ {K}, \ times _ {K })} будет произвольное полукольцо и (R, ⋅, ϕ) {\ displaystyle (R, \ cdot, \ phi)}{\ displaystyle (R, \ cdot, \ phi)} градуированный моноид. Тогда K ⟨⟨R⟩⟩ {\ displaystyle K \ langle \ langle R \ rangle \ rangle}{\ displaystyle K \ langle \ langle R \ rangle \ rangle} обозначает полукольцо степенного ряда с коэффициентами в K, индексированными R. Его элементами являются функции из R к K. Сумма двух элементов s, s ′ ∈ K ⟨⟨R⟩⟩ {\ displaystyle s, s '\ in K \ langle \ langle R \ rangle \ rangle}{\displaystyle s,s'\in K\langle \langle R\rangle \rangle }определяется точечно это функция, отправляющая m ∈ R {\ displaystyle m \ in R}{\ displaystyle m \ in R} в s (m) + K s ′ (m) {\ displaystyle s (m) + _ {K} s '(м)}{\displaystyle s(m)+_{K}s'(m)}. А продукт - это функция, отправляющая m ∈ R {\ displaystyle m \ in R}{\ displaystyle m \ in R} в бесконечную сумму ∑ p, q ∈ R, p ⋅ q = ms (p) × К s ′ (q) {\ displaystyle \ sum _ {p, q \ in R, p \ cdot q = m} s (p) \ times _ {K} s '(q)}{\displaystyle \sum _{p,q\in R,p\cdot q=m}s(p)\times _{K}s'(q)}. Эта сумма правильно определена (т.е. конечна), потому что для каждого m существует только конечное число пар (p, q) таких, что pq = m.

Пример

В теории формального языка, для данного алфавита A, свободный моноид слов над A может рассматриваться как градуированный моноид, где градацией слова является его длина.

См. Также
Литература
Последняя правка сделана 2021-05-22 04:03:22
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте