在同調代數中,蛇引理是構造長正合序列的關鍵工具,此引理在任何阿貝爾範疇中皆成立。依此構造的同態通常稱作連結同態。
敘述
考慮一阿貝爾範疇\mathcal{A}(例如阿貝爾群或模的範疇)中的交換圖:
使得每一橫列均為正合序列。此時存在一個聯繫a, b, c的核與上核的正合序列:
\ker a \; {\color{Gray}\longrightarrow} \ker b \; {\color{Gray}\longrightarrow} \ker c \; \overset{d}{\longrightarrow} \operatorname{coker}a \; {\color{Gray}\longrightarrow} \operatorname{coker}b \; {\color{Gray}\longrightarrow} \operatorname{coker}c
此外,若f是單射,則\ker a \to \ker b亦然;若g'是滿射,則\mathrm{coker} b \to \mathrm{coker} c亦然。
引蛇出洞
為了理解蛇引理的由來,觀察下圖:
並注意到:引理給出的正合序列可在此圖中畫成倒S狀的蛇形。
構造連接同態
核間的同態與上核間的同態很容易構造,它們由該圖的交換性自然導出,正合性也可以直接代定義驗證。重點在於連接同態d及序列在該處的正合性。
對於模範疇的情形,同態d可如是構造:
選定x \in \ker c,並視之為C的元素;由於g是滿射,存在y \in B滿足g(y)=x。由圖的交換性,我們有
: g'(b(y)) = c(g(y)) = c(x) = 0(因為x \in \ker c)
於是b(y) \in \ker g'。由於底部的橫列正合,存在z \in A'使得f'(z)=b(y)。置d(x) := z + \mathrm{im}(a)。今須驗證d是明確定義的,即d(x)不依賴y, z之選取;此外尚須驗證它是個同態,及序列的正合性。
一旦完成以上幾點驗證,即證明了此引理在模範疇的情形。對一般情形,可利用核與上核的泛性;此外也能使用Mitchell嵌入定理,此定理斷言任一阿貝爾範疇都能遷入某個環R的R-模範疇。
函子性
在應用上,我們常常需要長正合列的「函子性」或曰「自然性」(就自然變換意義言之);各種建構的函子性也是同調代數的基本哲學。此函子性可由蛇引理的函子性導出。
設交換圖
:
的橫列均為正合,則可利用蛇引理兩次,一次在「前」一次在「後」,產生兩條長正合序列;它們經由以下交換圖相連繫:
:
文獻
- Serge Lang, Algebra (2002), Graduate Texts in Mathematics 211, Springer. ISBN 0-387-95385-X
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