В математике тензорное устройство модулей - это конструкция, которая позволяет аргументы о билинейных отображаемых (например, умножение), которые должны быть выполнены в терминах линейных отображений. Построение модуля аналогично построению тензорного произведения векторных пространств , но может быть выполнено для пары модулей над коммутативным кольцом, в результате чего получается третий модуль, а также для пары правый модуль и левый модуль над любым кольцом кольцо, результатом абелева группа. Тензорные произведения важны в областях абстрактной алгебры, гомологической алгебры, алгебраической топологии, алгебраической геометрии, операторных алгебр и некоммутативная геометрия. Универсальное свойство тензорного произведения векторных пространств распространяется на более общие ситуации в абстрактной алгебре. Это позволяет изучать билинейные или полилинейные операции с помощью линейных операций. Тензорное произведение алгебры и награждающая роман для расширения скаляров. Для коммутативного кольца тензорное устройство модулей может быть повторено, чтобы сформировать тензорную алгебру модуль, что позволяет умножение в модуле универсальным способом.
Содержание
- 1 Сбалансированное произведение
- 2 Определение
- 2.1 Тензорное произведение линейных отображений и изменение базового кольца
- 2.2 Несколько модулей
- 3 Свойства
- 3.1 Модули над общими кольцами
- 3.2 Модули над коммутативными кольцами
- 3.3 Тензорное произведение R-модуля с полем дробей
- 3.4 Расширение скаляров
- 4 Примеры
- 5 Конструкция
- 6 Как линейные карты
- 6.1 Двойной модуль
- 6.2 Сопряжение двойственности
- 6.3 Элемент как (би) линейное отображение
- 6.4 Трассировка
- 7 Пример из дифференциальной геометрии: тензорное поле
- 8 Связь с плоские модули
- 9 Дополнительная структура
- 10 Обобщение
- 10.1 Тензорное произведение модулей
- 10.2 Тензорное произведение связок модулей
- 11 См. Также
- 12 Примечания
- 13 Ссылки
Сбалансированное произведение
Для кольца R, правого R-модуля M, левого R-модуля N и абелевой группы G отображение φ: M × N → G называется R-сбалансированный, R-средний-линейный или R-сбалансированный продукт, если для всех m, m ′ в M, n, n ′ в N и r в R выполняется следующее:

Множество всех таких сбалансированных продуктов по R из От M × N до G обозначается L R (M, N; ГРАММ).
Если φ, ψ обладает сбалансированным произведением, каждая из операций φ + ψ и −φ, определенных поточечно, является сбалансированным произведением. Это превращает множество L R (M, N; G) в абелеву группу.
Для фиксированных M и N отображения G L R (M, N; G) является функтором из категории абелевых групп себе. Часть морфизма задается отображением гомоморфизма группы g: G → G ′ на функцию φ ↦ g ∘ φ, которая переходит из L R (M, N; G) в L R (М, N; G ').
- Примечания
- Свойства (Dl) и (Dr) выражают биаддитивность φ, которую можно рассматривать как распределимость φ над сложением.
- Свойство (A) стимулирует некоторое благоприятное свойство φ.
- Каждое кольцо R является R- бимодулем. Таким образом, умножение кольца (r, r ′) ↦ r ⋅ r ′ в R является R-сбалансированным произведением R × R → R.
Определение
Для кольца R правый R-модуль M, левый R -модуль N, тензорное произведение над R

является абелевой группой вместе со сбалансированным продуктом (как определено выше)

который равен универсальный в следующем смысл:
- Для каждой абелевой группы G и любого сбалансированного произведения

- существует уникальный групповой гомоморфизм

- такой, что

Как и все универсальные свойства, указанное выше свойство однозначно определяет тензорное произведение до уникальный изоморфизм : любая другая абелева группа и сбалансированное произведение с такими же свойствами будет изоморфно M ⊗ R N и ⊗. Действительно, отображение ⊗ называется каноническим, или более явно: каноническим отображением (или сбалансированным произведением) тензорного произведения.
Определение не доказывает существование M ⊗ R N; см. конструкцию ниже.
Тензорное произведение также может быть определено как , представляющее объект для функтора G → L R (M, N; G); явно это означает, что существует естественный изоморфизм :

Это краткий способ обозначить свойство универсального отображения, указанное выше. (если задано априори, это естественный изоморфизм, то
можно восстановить, взяв
и затем сопоставление карты идентичности.)
Аналогично, учитывая естественную идентификацию
, можно также определить M ⊗ R N по формуле

Это известно как присоединение тензор-гом ; см. также § Свойства.
Для каждого x в M, y в N записывается
- x ⊗ y
для изображения (x, y) под каноническим отображением
. Его часто называют чистым тензором . Строго говоря, правильное обозначение было бы x ⊗ R y, но здесь принято опускать R. Тогда, непосредственно из определения, есть:
| x ⊗ (y + y ′) = x ⊗ y + x ⊗ y ′ | (Dl ⊗) |
| (x + x ′) ⊗ y = x ⊗ y + x ′ ⊗ y | (Dr ⊗) |
| (x ⋅ r) ⊗ y = x ⊗ (r ⋅ y) | (A⊗) |
Универсальное свойство тензорного произведения имеет следующее важное следствие:
Предложение - элемент
может быть записан, не однозначно, как

Другими словами, изображение
генерирует
. Кроме того, если f - функция, определенная на элементах
со значениями в абелевой группа G, то f однозначно продолжается до гомоморфизма, определенного на целиком
тогда и только тогда, когда
равно
-билинейный по x и y.
Доказательство: для первого утверждения пусть L будет подгруппой
, сгенерированной элементами рассматриваемой формы,
и q - карта отношений к Q. Мы имеем:
, а также
. Следовательно, по части уникальных универсальных свойств q = 0, что для определения гомоморфизма модуля достаточно определить его на порождающем множестве модуля. 
Предложение гласит, что можно работать с явными элементами тензорных произведений вместо того, чтобы каждый раз вызывать универсальное свойство. На практике это очень удобно. Например, если R коммутативен и левое и правое действие R над модулями считаются эквивалентными, то
может, естественно, снабдить R-скалярным умножением путем расширения
,
в целом
по предыдущему предложению (строго говоря, нужна не коммутативность, а бимодульная структура; см. абзац ниже). Оборудованный этой структурой R-модуля,
удовлетворяет универсальному свойству, аналогичному указанному выше: для любого R-модуля G существует естественный изоморфизм:

Если R не обязательно коммутативно, но если M имеет левое действие посредством кольца S (например, R), то
может быть задана структура левого S-модуля, как и выше, по формуле

Аналогично, если N имеет правильное действие посредством кольца S, то
становится правым S-модулем.
Тензорное произведение линейных отображений и изменение базового кольца
Заданные линейные представления
правых модули над кольцом R и
левых модулей, существует единственный гомоморфизм групп

Из этой конструкции следует, что тензор является функтором: каждый правый R-модуль M определяет функтор

из категории левых модулей в категории абелевых групп, которые переводят N в M ⊗ N, гомоморфизм модулей f в гомоморфизм групп 1 ⊗ f.
Если
- гомоморфизм колец, и если M - правый S-модуль, а N - левый S- модуля, то существует канонический сюръективный гомоморфизм:

, индуцированный

Полученная карта сюръективна, поскольку чистые тензоры x ⊗ y порождают все модуль. В частности, если взять R равным
, это показывает, что каждое тензорное устройство является фактором тензорного произведения абелевых групп.
См. Также: Тензорное произведение § Тензорное произведение линейных карт.
Несколько модулей
(Этот раздел необходимо обновить. На данный момент см. § Свойства для более общего обсуждения.)
Можно расширить определение до тензорного произведения любого числа модулей над одним и тем же коммутативным кольцом. Например, универсальное свойство
- M1⊗ M 2 ⊗ M 3
состоит в том, что каждая трилинейная карта на
- M1× M 2 × M 3 → Z
соответствует уникальному линейному отображению
- M1⊗ M 2 ⊗ M 3 → Z.
Двоичное тензорное произведение ассоциативно: (M 1 ⊗ M 2) ⊗ M 3 естественно изоморфен M 1 ⊗ (M 2 ⊗ M 3). Тензорное произведение трех модулей, определяемое универсальным трилинейных отображаемых, изоморфно повторным тензорным произведением.
Свойства
Модули над общими кольцами
Пусть R 1, R 2, R 3, R - кольца, не обязательно коммутативные.
- Для бимодуля R 1-R2- M12и левого R 2 -модуля M 20,
- левый R 1 -модуль.
- Для правого R 2 -модуля M 02 и бимодуль R 2-R3- M23,
является правильным R 3 -модуль.
- (ассоциативность) Для правого R 1 -модуля M 01, R 1-R2-бимодуля M 12, и левый R 2 -модуль M 20 имеем:

- Буквально R является RR-бимодулем, имеем
с кольцевым умножением
как его каноническое сбалансированное произведение.
Модули над коммутативными кольцами
Пусть R - коммутативное кольцо, а M, N и P - R-модули. Тогда
- (тождество)

- (ассоциативность)
Таким образом,
четко определено.
- (симметрия)
Фактически, для любой перестановки σ набора {1,..., n} существуетединственный изоморфизм:

- (свойство распределения)
Фактически,

- для набора индексов I произвольной мощности.
- (коммутирует с конечным произведением) для любого конечного числа
,

- (коммутирует с локализацией ) для любого мультипликативно замкнутого подмножества S в R,

- как
-модуль. <Форма 243>S - 1 R {\ displaystyle S ^ {- 1} R}
является R-алгеброй, а
, это частный случай:
- (коммутирует с расширением базы) Если S является R -алгебра, письмо
,

- ср. § Расширение скаляров.
- (коммутирует с прямым пределом) для любой системы R-модулей M i,

- (тензор точен справа), если

- - точная последовательность R-модулей, тогда

- - точная последовательность R-модулей, где
Это следствие:
- (сопряженного отношения )
.
- (отношение тензор-гом) существует каноническое R-линейное отображение:

- который является изоморфизмом, если M или P конечно порожденным проективным модулем (см. § Как сохраняющие линейность отображения для некоммутативного случая); в более общем смысле существует каноническое R-линейное отображение:

- который является изоморфизмом, если либо
, либо
- пара конечно порожденных проективных модулей.
В практическом примере предположим, что M, N - свободные модули с помощью
и
. Тогда M - это прямая сумма
и то же для N. По распределительному свойству:
;
т.е.
являются R-базисом
. Даже если M не свободным, свободное представление M штатное представительство для работы тензорных произведений.
Тензорное произведение, как правило, не коммутируется с обратным пределом : с одной стороны,

(см. «примеры»). С другой стороны,