在數學的抽象代數中,環上的模()是對體上的向量空間的推廣,這裡不再要求向量空間裡的純量的代數結構是體,進而放寬純量可以是環。模同時也是交換群的推廣,因為交換群與整數環上的模相同。
因此,模同向量空間一樣是加法交换群;在環元素和模元素之間定義了乘積運算,并且環元素和模元素的乘積是符合結合律的和分配律的。
模與群的表示論密切相關。模也是交換代數和同調代數的中心概念,并廣泛地應用于代數幾何和代數拓撲中。
定義
假設 R 是環(ring)且 1_R \in R, 1_R 是其乘法運算的單位元素。*左R-模*包括一個交換群 (M, +) ,以及一個映射(或運算)
:\cdot : R \times M \rightarrow M
(該運算叫做純量乘法或數積,對 r \in R 及 x \in M ,此運算的值 \cdot (r, x) 會記作 rx 或是 r \cdot x) ,並且滿足以下條件
對所有 r, s \in R , x, y \in M
( r \cdot s ) \cdot x = r \cdot ( s \cdot x )
r \cdot ( x + y ) = r \cdot x + r \cdot y
( r + s ) \cdot x = r \cdot x + s \cdot x
1_R \cdot x = x .
有數學家的左模定義並不要求環有單位乘法元素 1_R ,所以他們的定義只含以上前三個條件而排除了第四個條件,並把以上的定義稱為"帶單位元( 1_R )的左模"。
左R-模 M 記作 _RM ,類似的右R-模 M 記作 M_R 。
*右R-模 M 或 M_R 與左R-模的定義相似,只是環的元素在右邊,即其純量乘法是 \cdot : M \times R \rightarrow M 。在左R-模的定義中,環的元素 r 和 s 是在 M 的元素 x 的左邊。若 R 是可交換環,則左R-模與右R-模是一樣的,簡稱為R*-模。
若 R 是一個域,則根據上述定義,R-模滿足R-向量空間的定義。因此模是向量空間的推廣,有很多與向量間相同的性質,但一般模不存在基底。
例子
*所有交換群 M 是一個在整數環 \mathbb{Z} 上的模,對 n \in \mathbb{Z} 及 x \in M,如果 n > 0 ,其純量乘法定義為是 nx = x + x + \dots + x ( n 個 x 相加),如果 n = 0 , 0x = x ,對 n , (-n)x = -(nx) 。
若 R 是一個環而 n 是一個自然數,則 R^n 是一個R*-模。
若 X 是一個光滑流形,則所有由 X 映射至實數的光滑函数 C^\infty(X) 是一個環 R 。在 X 上的所有向量場組成一個R*-模。
所有 n \times n 實數矩陣 A \in M_{n \times n}(\mathbb{R}) 與矩陣加法和矩陣乘法組成一個環 R 。 歐幾里得空間 \mathbb{R}^n 是一個左R*-模,當中矩陣 A 與向量 v \in \mathbb{R}^n 之間的純量乘法就是矩陣乘法 Av 。
若 R 是一個環而 I 是其中一個 左理想 ,則 I 是一個左R*-模。
子模及同態
假設 M 是左 R -模, N 是 M 的子集。如果對於所有 n \in N 及 r \in R ,乘積 rn \in N (對右模,則考慮 nr ),則 N 是 _RM 的子模(或更準確地,R-子集)。
令 M 和 N 為兩個左R-模, f 為它們之間的一個映射, f: M \rightarrow N。若對所有 m, n \in M 及 r, s \in R , f(rm + sn) = rf(m) + sf(n) ,則f 為*R-模同態**。與其他類型的同態一樣,模同態保存了模的結構。
其他定義及表達法
若M是左R-模,則一個R中元素r之作用定義為映射M → M,它將每個x映至rx(或者在右模的情況是xr),這必然是阿貝爾群(M,+)的群自同態。全體M的自同態記作EndZ(M),它在加法與合成下構成一環,而將R的元素r映至其作用則給出從R至EndZ(M)之同態。
如此的環同態R → EndZ(M)稱作R在阿貝爾群M上的一個表示。左R-模的另一種等價定義是:一個阿貝爾群M配上一個R的表示。
一個表示稱作忠實的,若且唯若R → EndZ(M)是單射。以模論術語來說,這意謂若r是R的元素,且使得對所有M中的x都有rx=0,則r=0。任意阿貝爾群皆可表成整數環Z或其某一商環Z/nZ的忠實表示。
注释
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