BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Phạm ðăng Minh
VỀ IðÊAN NGUYÊN TỐ LIÊN KẾT VÀ
TÍNH COFINITE CỦA MÔðUN ðỐI
ðỒNG ðIỀU ðỊA PHƯƠNG
Chuyên ngành : ðại số và lý thuyết số Mã số
60 46 05
:
LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC
Thành phố Hồ Chí Minh – 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Phạm ðăng Minh
VỀ IðÊAN NGUYÊN TỐ LIÊN KẾT VÀ
TÍNH COFINITE CỦA MÔðUN ðỐI
ðỒNG ðIỀU ðỊA PHƯƠNG
Chuyên ngành : ðại số và lý thuyết số Mã số
60 46 05
:
LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. TRẦN TUẤN NAM
Thành phố Hồ Chí Minh – 2011
Lời Cảm Ơn
Luận văn được hoàn thành nhờ sự hướng dẫn tận tình và nghiêm
khắc của thầy giáo TS. Trần Tuấn Nam. Nhân dịp này tôi xin chân
thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy và gia đình.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Sư
phạm Thành phố Hồ Chí Minh, lãnh đạo Khoa Toán Tin, lãnh đạo
và chuyên viên Phòng KHCN - SĐH của Trường đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự tận tâm và nhiệt tình của PGS.TS
Mỵ Vinh Quang, PGS.TS Bùi Tường Trí, TS. Trần Huyên, PGS.TS
Bùi Xuân Hải và các quý thầy cô tham gia giảng dạy cho lớp cao
học chuyên ngành Đại số và lý thuyết số khóa 19 của Trường ĐHSP
Tp Hồ Chí Minh.
Tôi cũng rất biết ơn lãnh đạo và đồng nghiệp ở Trường THPT
Hòa Hội, Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu nơi tôi công tác và tất cả các bạn
cùng khóa đã ủng hộ, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong quá
trình học tập và làm luận văn.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân yêu trong gia đình
đã luôn cho tôi niềm tin và động lực để học tập và công tác tốt.
i
Phạm Đăng Minh
Mở Đầu
Cho R là vành Noether, I là iđêan của R, M là R−môđun.
Một vấn đề quan trọng trong đại số giao hoán là xác định khi nào
thì tập hợp các iđêan nguyên tố liên kết của môđun đối đồng điều
địa phương thứ i, H i
I(M ) của M là hữu hạn. Nếu R là vành địa I(R) là hữu hạn với i ≥ 0. Điều này đã được chứng minh bởi các nhà toán học Huneke
phương chính quy chứa trong một trường thì H i
và Sharp (với i > 0) sau đó Lyubeznik chứng minh với i = 0. Cho
đến ngày nay vấn đề này vẫn còn nhiều điều chưa được biết, chẳn
I(R) có là hữu hạn sinh với bất kỳ vành Noether tùy ý và với bất kỳ iđêan của nó hay
hạng như tập các iđêan nguyên tố liên kết của H i
không. Trong trường hợp R là vành Noether không địa phương thì
I (R) không là hữu hạn sinh. Khi đi nghiên cứu các vấn đề trên Hartshorne,
Singh đã chỉ ra một ví dụ với một iđêan I nào đó thì H 3
Huneke và Koh đã đưa ra định nghĩa tính cofinite của môđun đối
đồng điều địa phương. Một R−môđun N được gọi là I − cof inite
R(R/I, M ) là hữu hạn sinh với bất kì i ≥ 0, ở đây V (I) được hiểu là tập các iđêan nguyên tố chứa
nếu Supp(M ) ⊆ V (I) và Exti
I. Từ đây cũng thu được một kết quả quan trọng: Nếu R là vành
ii
chính quy địa phương đầy đủ M là R−môđun hữu hạn sinh thì
iii
I(M ) là I − cof inite nếu như dim R/I ≤ 1, gần đây T. Marley, K-I. Kawasiki, K-I. Yoshida, S. Yassemi, Trần Tuấn Nam,... tiếp tục
H i
nghiên cứu và cho ra những kết quả đẹp.
Nội dung của luận văn gồm hai chương cụ thể như sau:
Chương 1: Kiến thức chuẩn bị. Chương này nhắc lại các khái
niệm và một số kết quả về vành và môđun, iđêan nguyên tố liên
kết và giá, số chiều - độ sâu - chiều cao, môđun đối đồng điều địa
phương, đồng điều Koszul.
Chương 2: Về Iđêan Nguyên Tố Liên Kết và Tính Cofinite
Của Môđun Đối Đồng Điều Địa Phương.
Đầu tiên chúng tôi trình bày khái niệm môđun Cofinite, tìm
hiểu các tính chất của môđun Cofinite và các điều kiện để một
môđun là môđun Cofinite. Môđun Cofinite được Harshorne định
nghĩa trong [31] như sau:
Định nghĩa 2.1.1 Cho R là vành, I là iđêan của R và M là
R−môđun, M được gọi là I−cofinite nếu Supp(M ) ⊂ V (I) và
R(R/I, M ) là hữu hạn sinh với mọi i.
Exti
D. Delfino đã thiết lập sự thay đổi vành chính cho tính cofinite
([5],Proposition 2)
Mệnh đề 2.1.7 Cho đồng cấu ϕ : A → B, I là iđêan của R. Một
B−môđun M là IB−cofinite (tương ứng với iđêan IB) khi và chỉ
khi M là A−môđun I−cofinite (tương ứng với iđêan I).
Sử dụng định lý trên, D. Delfino tổng quát hóa kết quả trước đó
của Harshorne ([5], Theorem 1). Cụ thể:
Vành R là Neother địa phương, I là iđêan nguyên tố của R sao cho
iv
I(M ) là I-cofinite với mọi i và với mọi R-môđun
dim R/I = 1 thì H i
hữu hạn sinh M .
Trong mục này chúng tôi đưa ra các tiêu chuẩn để một môđun là
môđun cofinite, cũng như các điều kiện tương đương:
Mệnh đề 2.1.9 Cho I là iđêan của vành R, x ∈ I và Supp(M ) ⊂
V (I). Nếu 0 :M x và M/xM là I−cofinite thì M là I−cofinite.
Mệnh đề 2.1.15 Cho (R, m) là vành địa phương với iđêan tối đại
m và I là một iđêan của R với số chiều một hoặc là iđêan chính.
Cho A là một R−môđun Artin và M là một R−môđun hữu hạn
R(A, H j
I (M )) là hữu hạn sinh với mọi i ≥ 0 và j ≥ 0. Mệnh đề 2.1.16 Nếu M là môđun I−cofinite thì M có chiều Goldie
sinh. Thì Exti
hữu hạn.
Mệnh đề 2.1.12 cho chúng ta các điều kiện tương đương của môđun
cofinite.
Tiếp theo chúng tôi trình bày khái niệm AF -môđun và F A-
môđun.
Định nghĩa 2.2.1 R-môđun M được gọi là FA môđun nếu tồn tại
R-môđun con hữu hạn sinh N của M sao cho M/N là Artin.
R-môđun M được gọi là AF môđun nếu tồn tại R-môđun con Artin
A của M sao cho M/A là hữu hạn sinh.
Từ định nghĩa trên cùng với bổ đề 2.2.2 chúng tôi chứng minh được
định lý 2.2.3, qua đó chúng ta đã đưa ra được tính hữu hạn của tập
I (M )) bởi định lý 2.2.5
R(K, H j Định lí 2.2.5
Exti
v
R(K, H j
I (M ))
(i). Nếu M và K là FA môđun và SuppR(K) ⊆ V (I) thì Exti
là môđun hữu hạn sinh với mọi i ≥ 0 và j > 0.
R(K, H j
I (M ))
(ii). Nếu M và K là AF môđun và SuppR(K) ⊆ V (I) thì Exti
là môđun hữu hạn sinh với mọi i ≥ 0 và j > 0.
Trong phần tiếp theo chúng tôi tìm hiểu về Tính cofinite
của môđun đối đồng điều địa phương.
I (M ) là I- cofinite. Về mối liên hệ giữa môđun F A và tính cofinite chúng tôi
Các mệnh đề 2.3.4, 2.3.7 cho chúng ta điều kiện để H s
phát biểu và chứng minh mệnh đề 2.3.10 như sau
Mệnh đề 2.3.10 Cho M là R-môđun hữu hạn sinh và I là iđêan
của R, s là số nguyên dương sao cho H i
I(M ) là I-cofinite với mọi i < s và HomR(R/I, H s
I(M ) là F A với mọi i < s. I (M ))
Khi đó H i
là hữu hạn sinh.
Tiếp đó ta có mối liện hệ giữa môđun cofinite và tính hữu hạn của
I (M )) được phát biểu trong định lý 2.3.11.
tập HomR(R/I, H s
Định lí 2.3.11 Cho I là một iđêan của vành Noether R. Cho s là
R(R/I, M ) là R- môđun hữu hạn với mọi i ≤ s, chẳn hạng M phải là R-môđun hữu
số nguyên không âm. M là R-môđun sao cho Exti
I(M ) là I-cofinite với mọi i < s thì HomR(R/I, H s
I (M ))
hạn. Nếu H i
là hữu hạn.
Tiếp đó chúng ta có mệnh đề 2.3.12 như sau:
R(R/I, M ) và Ext2
R(R/I, ΓI(M ))
I (M )) là hữu hạn.
Giả sử M là R-môđun sao cho Ext1
I (M ))
là các môđun hữu hạn. Khi đó HomR(R/I, H 1 Từ đây chúng ta có hệ quả 2.3.14 nêu lên tính hữu hạn của AssR(H s
Hệ quả 2.3.14 Giả sử M là R-môđun hữu hạn. Gọi s là số nguyên
vi
I (M ))
I(M ) là hữu hạn với mọi i < s. Khi đó AssR(H s
không âm sao cho H i
là tập hữu hạn.
Khi xem xét (R, m) là vành Noether địa phương từ định nghĩa 2.3.15,
định lý 2.3.16, các hệ quả 2.3.17, 2.3.18 chúng ta có định lý 2.3.19
như sau
Định lí 2.3.19 Cho M là R-môđun hữu hạn. Khi đó phát biểu dưới
đây đúng
q(I, M ) = sup{q(I, R/p)|p ∈ SuppM }
Cuối cùng và cũng là nội dung chính của luận văn chúng tôi
I (M )) là tập hữu hạn. Trong phần này chúng tôi xuất phát từ bổ đề 2.4.1 chỉ ra được rằng
tiếp tục tìm hiểu các điều kiện để AssR(H s
tập {x ∈ R|Mx là Rx − môđun hữu hạn sinh} là một iđêan của R,
tiếp đó chúng ta có bổ đề 2.4.6 được phát biểu như sau
Bổ đề 2.4.6 Cho R là vành địa phương và là ảnh đồng cấu của một
vành Cohen − M acaulay, I là iđêan của R và M là R-môđun hữu
hạn sinh. Đặt n = dim M và r = dim M/IM . Giả sử rằng
(i). M là đẳng chiều và
(ii). M thỏa điều kiện Serre0s Sl với l ≤ n − r − 1.
I(M ) là hữu hạn sinh với i < l + 1.
Thì H i
Từ các mệnh đề 2.4.9, 2.4.10, 2.4.11 và nhận xét 2.4.3 chúng ta có
định lý sau 2.4.12 được phát biểu như sau
Định lí 2.4.12 Cho R là vành địa phương, I là iđêan của R và M
là R-môđun hữu hạn sinh có số chiều là n. Đặt D := D(I, M ) và
vii
giả sử rằng một trong các điều kiện dưới đây đúng:
(i). dim M ≤ 3;
(ii). dim R = 4 và R là miền nguyên chính;
(iii). R là vành thương của vành Cohen−M acaulay, dim M/IM ≤ 2
và hoặc là dim M ≤ 4 hoặc thỏa mãn điều kiện Serre0s Sn−3;
(iv). R là vành địa phương không rẽ nhánh, dim R/I ≤ 3 và M thỏa
Sd−3 ở đây d = dim R = dim M .
thì dim R/D ≤ 1.
Từ định lý trên khi đi xem xét (R, m) là vành địa phương chúng ta
có định lý 2.4.15 được phát biểu như sau
Định lí 2.4.15 Cho R là vành địa phương, I là iđêan của R và M
là R−môđun hữu hạn sinh n chiều. Giả sử rằng một trong các điều
kiện dưới đây được thỏa mãn:
(i). dim M ≤ 3;
(ii). dim R = 4 và m − adic đầy đủ của R là một U F D;
(iii). R là vành thương của vành Cohen − M acaulay, dim R/I ≤ 2
và hoặc dim M ≤ 4 hoặc M thỏa mãn điều kiện Sn−3;
(iv). R là vành chính quy địa phương không rẽ nhánh, dim R/I ≤ 3
và M thỏa điều kiện Sd−3 trong đó d = dim R = dim M .
R(N, H j I(M ) là tập hữu hạn với mọi i.
Lúc đó với mọi R−môđun hữu hạn sinh N sao cho SuppRN ⊆ V (I). Tập AssRExti I (M )) là hữu hạn với mọi i, j. Đặc biệt AssRH i
viii
I
(R)). Các kết quả tiếp theo chỉ cho chúng ta thấy tính không hữu hạn sinh của tập HomR(R/I, H d−1
Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô ở trường Đại Học Sư
Phạm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ chúng tôi trong
quá trình học tập. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với Tiến
sĩ Trần Tuấn Nam, người đã trực tiếp ra đề tài và hướng dẫn tôi
hoàn thành luận văn này.
Do thời gian và khả năng còn hạn chế, bản thân vừa giảng
dạy vừa nghiên cứu nên khó tránh khỏi những thiếu sót, tôi xin ghi
nhận và chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của thầy cô,
bạn bè đồng nghiệp để luận văn này hoàn chỉnh hơn.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2011.
Phạm Đăng Minh
Mục lục
Mở Đầu ii
1 Kiến Thức Chuẩn Bị 1
1 1.1 Các khái niệm về vành và môđun . . . . . . . . . . .
4 1.2 Iđêan nguyên tố liên kết và giá . . . . . . . . . . . .
9 1.3 Số chiều - Chiều cao - Độ sâu . . . . . . . . . . . . .
1.4 Môđun đối đồng điều địa phương . . . . . . . . . . . 12
1.5 Đồng điều Koszul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 Về Iđêan Nguyên Tố Liên Kết và Tính Cofinite Của
Môđun Đối Đồng Điều Địa Phương 19
2.1 Môđun Cofinite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 FA and AF môđun . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3 Tính cofinite của môđun đối đồng điều địa phương . 40
2.4 Về Iđêan Nguyên Tố Liên Kết và Tính Cofinite Của
ix
Môđun Đối Đồng Điều Địa Phương . . . . . . . . . . 51
x
Kết Luận 68
Tài Liệu Tham Khảo 69
Chương 1
Kiến Thức Chuẩn Bị
1.1 Các khái niệm về vành và môđun
Định nghĩa 1.1.1. Phần tử a ∈ R được gọi là phần tử lũy linh nếu
tồn tại số nguyên m ≥ 1 sao cho am = 0 ∈ R.
Bổ đề 1.1.2. Giả sử S là tập con nhân của R và S không chứa 0.
Khi đó trong R tồn tại một iđêan tối đại trong tập các iđêan không
giao với S, và mọi iđêan như thế đều nguyên tố.
Mệnh đề 1.1.3. Phần tử a ∈ R là phần tử lũy linh nếu và chỉ nếu
a nằm trong mọi iđêan nguyên tố của vành R.
Định nghĩa 1.1.4. Cho R là vành giao hoán và I là một iđêan của √ R. Radical của I, kí hiệu là I hoặc radR(I), tập các phần tử a ∈ R
sao cho am ∈ I với m là số nguyên dương nào đó.
Radical radR(I) của iđêan I là một iđêan, như vậy chúng ta có thể
1
viết √ I = {a ∈ R|am ∈ I, m ∈ N∗}
2
Hệ quả 1.1.5. Phần tử a ∈ R nằm trong radR(I) khi và chỉ khi nó
nằm trong mọi iđêan nguyên tố chứa I.
Định nghĩa 1.1.6. Cho R-môđun M và x ∈ M khi đó linh hóa tử
của x trong R được kí hiệu là annR(x) và được xác định
annR(x) = {a ∈ R|ax = 0}
Định nghĩa 1.1.7. Cho R-môđun M khi đó linh hóa tử của M
trong R được kí hiệu là annR(M ) và được xác định
annR(M ) = {a ∈ R|ax = 0, ∀x ∈ M }
Để ý rằng annR(x) và annR(M ) là các iđêan của R.
Mệnh đề 1.1.8. Cho R-môđun M và annR(x) là linh hóa tử của
phần tử x ∈ M . Khi đó ta có đẳng cấu
R/(annR(x)) ∼= Rx
Bổ đề 1.1.9. Giả sử x ∈ M và annR(x) là linh hóa tử của nó. p là
một iđêan nguyên tố. Khi đó (Rx)p 6= 0 khi và chỉ khi annR(x) ⊆ p.
Giả sử a ∈ R và M là R-môđun nào đó, đồng cấu
x 7→ ax, x ∈ M
gọi là đồng cấu chính liên kết với a và còn được ký hiệu là aM .
Định nghĩa 1.1.10. Đồng cấu aM được gọi là lũy linh địa phương nếu với mỗi x ∈ M tồn tại số nguyên n(x) ≥ 1 sao cho an(x)x = 0.
Mệnh đề 1.1.11. Nếu M là R-môđun hữu hạn sinh thì đồng cấu
aM là lũy linh địa phương nếu và chỉ nếu aM là lũy linh.
3
Mệnh đề 1.1.12. Giả sử M là R-môđun và a ∈ R. Khi đó aM là
lũy linh địa phương nếu và chỉ nếu a nằm trong mọi iđêan nguyên
tố p mà Mp 6= 0.
Định nghĩa 1.1.13. Giả sử M là một R-môđun. Môđun con Q của
M được gọi là nguyên sơ nếu Q 6= M và a ∈ R bất kỳ đồng cấu aM/Q
hoặc là đơn cấu hoặc lũy linh.
Nhận xét: Cho R là vành và p là một iđêan của R. Khi đó p
là nguyên sơ nếu và chỉ nếu a, b ∈ R sao cho ab ∈ p mà a 6∈ p thì bn ∈ p với n ≥ 1, n ∈ Z nào đó.
Mệnh đề 1.1.14. Giả sử Q là môđun con nguyên sơ của M và p
là iđêan gồm tất cả các a ∈ R sao cho aM/Q lũy linh. Khi đó p là
iđêan nguyên tố.
Mệnh đề 1.1.15. Giả sử M là R-môđun và Q1, Q2, ..., Qr là các
môđun con p-nguyên sơ đối với cùng một iđêan nguyên tố p. Khi đó
môđun con Q1 ∩ Q2 ∩ ... ∩ Qr cũng là p-nguyên sơ.
Định nghĩa 1.1.16. Sự phân tích N = Q1 ∩ Q2 ∩ ... ∩ Qr trong đó
Qi là các môđun con nguyên sơ của M được gọi là sự phân tích tối
giản nếu N không thể biểu diễn dưới dạng giao của một họ con thực
sự các môđun con nguyên sơ {Q1, Q2, ..., Qr} và Qi là pi-nguyên sơ
trong đó pi 6= pj với i 6= j.
Định lí 1.1.17. Giả sử N là môđun của M và có hai sự phân tích
nguyên sơ tối giản
1 ∩ Q0
2 ∩ ... ∩ Q0 s
N = Q1 ∩ Q2 ∩ ... ∩ Qr = Q0
4
r là như nhau.
2, ..., Q0
1, Q0
Khi đó r = s. Tập các iđêan nguyên tố tương ứng với Q1, Q2, ..., Qr và Q0
i với mọi i = 1, 2, ..., m; hay nói khác đi, các môđun nguyên sơ thuộc vào các iđêan nguyên tố cô lập được
Nếu {p1, p2, ..., pm} là tập các iđêan nguyên tố cô lập tương ứng với các sự phân tích đó thì Qi = Q0
xác định duy nhất.
Định lí 1.1.18. Mọi môđun con N của R-môđun Noether M đều
có sự phân tích nguyên sơ.
1.2 Iđêan nguyên tố liên kết và giá
Định nghĩa 1.2.1. Cho M là một R-môđun. Iđêan nguyên tố p của
R được gọi là iđêan liên kết với M nếu tồn tại một phần tử x ∈ M
mà annR(x) = p. Để ý p 6= R nên x 6= 0.
Tập các iđêan nguyên tố liên kết của M kí hiệu là Ass(M );
Giá của môđun M kí hiệu là Supp(M ) = {p ∈ Spec(R)|Mp 6= 0}.
Đặt V (I) = {p ∈ Spec(R)|I ⊂ p}
Nếu M là R−môđun hữu hạn sinh thì
Supp(M ) = V (ann(M ))
Nếu R là vành Noether và I là một iđêan của R thì
Supp(R/I) = V (I)
Mệnh đề 1.2.2. Giả sử M là R-môđun khác 0 và p là phần tử tối
đại trong tập các iđêan linh hóa các phần tử 0 6= x ∈ M . Khi đó p
là một iđêan nguyên tố.
5
Hệ quả 1.2.3. Nếu R là vành Noether và M là R-môđun khác 0,
thì tồn tại một iđêan nguyên tố liên kết với M .
Hệ quả 1.2.4. Nếu R là vành Noether và M là R-môđun Noether
khác 0. Khi đó tồn tại chuỗi các môđun con
0 = Mr ⊂ Mr−1 ⊂ ... ⊂ M2 ⊂ M1 = M
sao cho mỗi môđun thương Mi/Mi+1 đẳng cấu với R/pi, trong đó pi
là một iđêan nguyên tố nào đó của R.
Mệnh đề 1.2.5. Cho R là vành Noether, M là một R−môđun khác
0
(i). Phần tử tối đại của F = {ann(x)|x ∈ M } là iđêan nguyên tố
liên kết của M . Hay Ass(M ) 6= ∅.
(ii). Tập các ước của không của M là hợp của tất cả các iđêan nguyên
tố liên kết của M .
Mệnh đề 1.2.6. Cho R là vành Noether, M là một R−môđun hữu
hạn sinh, N là một R−môđun bất kì. Khi đó
Ass(HomR(M, N )) = Ass(N ) ∩ Supp(M )
Mệnh đề 1.2.7. Cho R là một vành Noether, M là một R−môđun
hữu hạn sinh, I là một iđêan của R. Khi đó Supp(M ) ⊂ V (I) khi
và chỉ khi tồn tại số nguyên k sao cho I kM = 0.
Mệnh đề 1.2.8. Cho M, N là các R−môđun hữu hạn sinh. Khi đó
Supp(M ⊗R N ) = Supp(M ) ∩ Supp(N )
6
Hệ quả 1.2.9. Cho M là R−môđun hữu hạn sinh, I là một iđêan
bất kì của R, khi đó
Supp(M/IM ) = V (I) ∩ V (ann(M )) = V (I + ann(M ))
Mệnh đề 1.2.10. Cho M, N, P là các R−môđun. Nếu ta có dãy
khớp
0 −→ M −→ N −→ P −→ 0
thì ta có các kết quả sau:
(i). Ass(N ) ⊂ Ass(M ) ∪ Ass(P );
(ii). Supp(N ) = Supp(M ) ∪ Supp(P )
Mệnh đề 1.2.11. Cho R là vành Noether, M là một R−môđun
hữu hạn sinh. Khi đó ta có:
(i). Ass(M ) là tập hữu hạn.
(ii). Ass(M ) ⊂ Supp(M ).
(iii). Phần tử tối tiểu của Ass(M ) và Supp(M ) giống nhau.
Định nghĩa 1.2.12. Cho R là vành giao hoán, S là một tập con
nhân của R và M là một R - môđun. Trên tập M × S ta định nghĩa
một quan hệ ∼ như sau:
Với mọi (m, s) , (m0, s0) ∈ M × S:
(m, s) ∼ (m0, s0) ⇐⇒ ∃t ∈ S : (ms0 − m0s)t = 0
Dễ thấy rằng ∼ là một quan hệ tương đương trên M × S. Kí hiệu tập thương M × S/∼ là S−1M và lớp tương đương của (m, s)
7
là m/s.
0
Tập S−1M có cấu trúc môđun trên vành S−1R với phép toán sau:
+ , = m s m0 s0 = s0m + sm0 ss0 r s m0 s0 rm0 ss0
thì S−1M là S−1R - môđun được gọi là môđun các thương của M
đối với S.
Đặc biệt, nếu p là một iđêan nguyên tố của R, S = R\p thì môđun
S−1M thường được kí hiệu là Mp.
Mệnh đề 1.2.13. Cho R là vành giao hoán và M là một R - môđun
hữu hạn sinh. Khi đó:
(i). SuppR(M ) = {p ∈ spec(R) : (0 : M ) ⊆ p} = V (annR(M )).
(ii). Với S là tập con nhân của R thì
(cid:0)S−1M (cid:1) = SuppR(M ) ∩ Spec(S−1R) SuppS−1R
(iii). Với I là iđêan của R, ta có:
SuppR(M ) ⊂ V (I) ⇐⇒ ∃ k ∈ N ∗ : I kM = 0
(iv). Nếu R là vành Noether và I là iđêan của R thì
SuppR(R/I) = V (I)
(v). Với I là iđêan của R thì
SuppR(M/IM ) = V (I) ∩ V (ann(M )) = V (I + ann(M ))
Mệnh đề 1.2.14. Giả sử rằng R là vành Noether và a ∈ R. M là
R-môđun. Khi đó đồng cấu aM là đơn cấu khi và chỉ khi a không
nằm trong một iđêan nguyên tố nào liên kết với M .
8
Mệnh đề 1.2.15. Giả sử R là vành Noether và M là R-môđun và
a ∈ R. Khi đó các điều kiện dưới đây là tương đương:
(i). aM lũy linh địa phương;
(ii). a nằm trong mỗi iđêan nguyên tố liên kết với M ;
(iii). a nằm trong mỗi iđêan nguyên tố p mà Mp 6= 0.
Hệ quả 1.2.16. Giả sử R là vành Noether và M là R-môđun. Khi
đó các điều kiện dưới đây là tương đương:
(i). Tồn tại chỉ một iđêan nguyên tố liên kết với M ;
(ii). M 6= 0 và với mọi a ∈ R, đồng cấu aM hoặc là đơn cấu hoặc là
lũy linh địa phương. Khi thỏa các điều kiện đó, tập các phần tử
a ∈ R sao cho aM lũy linh địa phương trùng với iđêan nguyên
tố liên kết với M .
Mệnh đề 1.2.17. Giả sử M là R-môđun và N là môđun con của
M . Khi đó
(i). Mọi iđêan nguyên tố liên kết với N cũng liên kết với M .
(ii). Một iđêan nguyên tố bất kỳ liên kết với M cũng liên kết hoặc
với N hoặc M/N .
Định lí 1.2.18. Giả sử R và M đều là Noether. Môđun con Q của
M là nguyên sơ khi và chỉ khi có đúng một iđêan nguyên tố p liên
kết với M/Q. Trong trường hợp đó p tương ứng với Q, tức là Q là
p-nguyên sơ.
9
Định lí 1.2.19. Giả sử R và M đều là Noether. Các iđêan nguyên
tố liên kết với môđun M đúng là các iđêan nguyên tố tương ứng với
các môđun nguyên sơ trong sự phân tích nguyên sơ tối giản của 0
trong M . Đặc biệt tập các iđêan nguyên tố liên kết với môđun M là
hữu hạn.
1.3 Số chiều - Chiều cao - Độ sâu
Một dãy các môđun con của môđun M là dãy (Mi)0≤i≤n các môđun
con của M thỏa M = M0 ⊃ M1 ⊃ ... ⊃ Mn = 0. Chiều dài của dãy
là n. Một chuỗi hợp thành của M là dãy tối đại các môđun con của
M tức là không thể thêm vào một môđun con nào nữa. Điều này
tương đương với việc nói rằng các môđun thương Mi/Mi+1 là đơn.
Độ dài của chuỗi hợp thành của M là một đại lượng không thay đổi
và được kí hiệu là l(M ) và gọi là độ dài của môđun M .
Mệnh đề 1.3.1. Cho R là vành Noether, M là R−môđun hữu hạn
sinh. Khi đó các điều kiện dưới đây là tương đương
(i). l(M ) < ∞
(ii). Mọi iđêan nguyên tố p ∈ Ass(M ) đều là iđêan tối đại của R
(iii). Mọi iđêan nguyên tố p ∈ Supp(M ) đều là iđêan tối đại của R.
Hệ quả 1.3.2. Cho R là vành Noether, M là một R−môđun hữu
hạn sinh, N là R−môđun bất kì. Nếu l(N ) < ∞ thì l(HomR(M, N )) <
∞. Do đó nếu N là R−môđun Artin thì HomR(M, N ) cũng là
R−môđun Artin.
10
Mệnh đề 1.3.3. Giả sử môđun M có chuỗi hợp thành độ dài n.
Khi đó mọi dãy con của M đều có thể mở rộng thành chuỗi hợp
thành.
Mệnh đề 1.3.4. M là chuỗi hợp thành khi và chỉ khi M vừa là dãy
điều kiện tăng vừa là dãy điều kiện giảm.
Mệnh đề 1.3.5. Cho dãy khớp ngắn 0 −→ M 0 −→ M −→ M 00 −→
0, khi đó ta có
l(M 0) − l(M ) + l(M 00) = 0
Định nghĩa 1.3.6. Số chiều của một vành R, kí hiệu dim R là
chiều dài lớn nhất n của dãy p0 ⊂ p1 ⊂ ... ⊂ pn các iđêan nguyên
tố của R. Nếu có một dãy các iđêan nguyên tố có độ dài vô hạn thì
ta kí hiệu dim R = ∞.
Định nghĩa 1.3.7. Cho R là một vành khác 0, p là một iđêan
nguyên tố của R. Chiều cao của iđêan nguyên tố p là độ dài lớn
nhất của dãy các iđêan nguyên tố p0 ⊂ p1 ⊂ ... ⊂ pn = p, kí hiệu là
htp.
Từ định nghĩa trên nếu htp = 0 thì p là iđêan nguyên tố tối tiểu
của vành R. Cho I là một iđêan của vành R, ta định nghĩa chiều
cao của I là chiều cao nhỏ nhất của các iđêan nguyên tố chứa I,
htI = inf{htp|p ∈ V (I)}
Số chiều của vành R cũng có thể được định nghĩa là sup của chiều
cao của tất cả các iđêan nguyên tố của R
dim R = sup{htp|p ∈ SpecR}
11
Số chiều này còn được gọi là số chiều Krull của R.
Số chiều của R−môđun M , kí hiệu là dim M = dim(R/annM ) nếu
M 6= 0 và ta kí hiệu dim M = −1 nếu M = 0.
Mệnh đề 1.3.8. Cho R là vành Noether và M 6= 0 là một R−môđun
hữu hạn sinh thì các điều kiện dưới đây là tương đương:
(i). M có độ dài hữu hạn.
(ii). Vành R/annM là Artin.
(iii). dim M = 0.
Mệnh đề 1.3.9. Cho R là vành Noether. Khi đó các điều kiện dưới
đây là tương đương:
(i). R là vành Artin.
(ii). Mọi iđêan p ∈ Spec(R) đều là iđêan tối đại của R.
(iii). Mọi iđêan p ∈ Ass(R) đều là iđêan tối đại của R.
Cho M là một R−môđun, phần tử r ∈ R được gọi là M −chính
qui nếu rx 6= 0, ∀x 6= 0, x ∈ M.
Định nghĩa 1.3.10. Một dãy các phần tử a1, a2, ..., an của R gọi là
M −dãy nếu nó thỏa hai điều kiện sau:
(i). a1 là M −chính qui, a2 là M/a1M −chính qui,..., an là M/(a1, ..., an−1)M
-chính qui.
(ii). M/(a1, ..., an)M 6= 0.
12
Định nghĩa 1.3.11. Cho M là một môđun hữu hạn sinh khác 0
trên vành Noether địa phương (R, m), chiều sâu của M trên R là độ
dài lớn nhất của M −dãy trong m, kí hiệu là depthRM hay depthM .
1.4 Môđun đối đồng điều địa phương
Định nghĩa 1.4.1. Cho R là một vành giao hoán có đơn vị và I là
iđêan khác không của R. Với mỗi R - môđun M , tập
n∈N
[ ΓI(M ) = (0 :M I n) = {x ∈ M : ∃n ∈ N, I nx = 0}
gọi là tập các phần tử của M được linh hóa bởi lũy thừa nào đó của
I.
Khi đó ΓI(M ) là một môđun con của M .
Cho f : M → N là đồng cấu R-môđun thì ta có f (ΓI(M )) ⊆ ΓI(N ).
Do đó có ánh xạ cảm sinh ΓI(f ) : ΓI(M ) → ΓI(N ) là ánh xạ thu
hẹp của f trên ΓI(M ).
Hơn nữa, với g : M → N và h : N → L là hai đồng cấu R-môđun
và r ∈ R thì
ΓI(h ◦ f ) = ΓI(h) ◦ ΓI(f ), ΓI(f + g) = ΓI(f ) + ΓI(g)
ΓI(rf ) = rΓI(f ), ΓI(IdM ) = IdΓI (M )
Do đó hàm tử ΓI(−) là hiệp biến và cộng tính từ phạm trù các
R-môđun vào chính nó. Hàm tử ΓI(−) được gọi là hàm tử I-xoắn.
f −→ M
Bổ đề 1.4.2. Nếu 0 → L
g −→ N → 0 là một dãy khớp của ΓI (g) ΓI (f ) −−−→ −−−→ ΓI(M )
các R- môđun và các R-đồng cấu thì 0 → ΓI(L)
ΓI(N ) → 0 cũng là một dãy khớp.
13
Định nghĩa 1.4.3. Cho R là một vành giao hoán có đơn vị, I là
iđêan khác không của R và M là R môđun.
+ M gọi là I−không xoắn khi ΓI(M ) = 0.
+ M gọi là I−xoắn khi ΓI(M ) = M .
Bổ đề 1.4.4. Cho R là một vành giao hoán có đơn vị, I là iđêan
khác không của R và M là R−môđun.
(i). Nếu M là R− môđun hữu hạn sinh thì M là I−không xoắn khi
và chỉ khi I chứa một phần tử M −chính quy.
(ii). M/ΓI(M ) là I−không xoắn.
Định nghĩa 1.4.5. Cho R là một vành giao hoán có đơn vị, I là
iđêan khác không của R và M là R−môđun. Nếu M là môđun nội
xạ thì dãy khớp chính tắc sau đây là chẻ:
0 → ΓI(M ) → M → M/ΓI(N ) → 0
Định nghĩa 1.4.6. Cho R là một vành giao hoán có đơn vị, I là
iđêan khác không của R và M là R−môđun.
Xét phép giải nội xạ của M :
N : 0 −→ M α−→ N 0 d0 −→ N 1 −→ ... −→ N i di −→ N i+1 −→ ...
Phức thu gọn tương ứng của N là:
−→ N i+1 −→ ... −→ N 1 −→ ... −→ N i di −−→ N 0 d0 N ∗ : 0 d−1
ΓI(d0) −−−−→ ... −→ ΓI(N i)
ΓI(d−1) −−−−→ ΓI(N 0)
Đưa hàm tử ΓI(−) vào phức này ta được dãy nửa khớp sau:
ΓI(di) −−−→ ΓI(N i+1) −→ ...
ΓI(N ∗) : 0
14
gọi là hàm tử đối đồng điều địa phương tương ứng với I, kí hiệu là
H i I.
(cid:0)di−1(cid:1)(cid:1) gọi là môđun đối đồng (cid:0)di(cid:1)(cid:1)(cid:14)Im (cid:0)ΓI
I(−).
I (M ).
Với mọi số tự nhiên i, môđun đối đồng điều thứ i của phức này H i(ΓI(N ∗)) = Ker (cid:0)ΓI điều địa phương bậc i của M đối với I, kí hiệu là H i
I(−) cũng là hàm tử
Ta có ΓI(M ) = H 0 Mặt khác do hàm tử ΓI(−) là hiệp biến nên H i
hiệp biến.
Mệnh đề 1.4.7. Cho R là một vành giao hoán có đơn vị, I và √ √ I = J thì với mọi
J (M ) với mọi i > 0.
R−môđun M , H i J là hai iđêan khác không của R sao cho I(M ) = H i
Mệnh đề 1.4.8. Cho R là một vành giao hoán có đơn vị. Nếu
f −→ M
g −→ N → 0 là một dãy khớp của các R−môđun và các
0 → L
R−đồng cấu thì với mỗi i ta luôn có dãy sau đây là khớp:
H 0 I (f ) −−−→ H 0
H 0 I (g) −−−→ H 0
H 1 I (f ) −−−→ ...
I (L)
I (M )
I (N ) → H 1
I (L)
0 → H 0
H i I (f ) −−−→ H i
H i I (g) −−−→ H i
H i+1 (f ) I −−−−→ ...
I(L)
I(M )
I(N ) → H i+1
I
... → H i (L)
Mệnh đề 1.4.9. Cho R là vành giao hoán có đơn vị, I là iđêan khác
I(M ) = 0
không của R và M là R−môđun. Nếu M là I−xoắn thì H i
với mọi i > 0.
Mệnh đề 1.4.10. Cho R là vành giao hoán có đơn vị và I là iđêan
khác không của R. Với mỗi R−môđun M , phép chiếu π : M →
I(π) : H i
I(M ) → H i
I(M/ΓI(M )) với
M/ΓI(M ) cảm sinh đẳng cấu H i
mọi i > 0.
15
Mệnh đề 1.4.11. Cho R là vành giao hoán có đơn vị và I là iđêan
I(ΓI(M )) = 0 với mọi
khác không của R. Với mỗi R−môđun M , H i
i > 0.
Mệnh đề 1.4.12. Cho R là vành giao hoán có đơn vị và I là iđêan
khác không của R. Khi đó:
I(M ) ⊂ V (I) với mọi i.
(i). Với mỗi R−môđun M , SuppH i
I(M ) = 0 với mọi
I (M ) ∼= M và H i
(ii). Supp(M ) ⊂ V (I) ⇐⇒ H 0
i > 1.
Mệnh đề 1.4.13. Cho R là vành Noether giao hoán, M là R−môđun
I(M ) 6= 0(cid:9).
khác không hữu hạn sinh và I là iđêan của R sao cho IM 6= M thì depth(I, M ) = min (cid:8)i : H i
Mệnh đề 1.4.14. Cho (R, m) là vành Noether địa phương giao
hoán, I là iđêan hữu hạn sinh của R và M là R−môđun. Nếu (0 :M
I) là Artin và M là môđun I−xoắn thì M là Artin.
Mệnh đề 1.4.15. Cho (R, m) là vành Noether địa phương giao
m(M ) là
hoán, M là R−môđun khác không hữu hạn sinh. Khi đó H i
Artin với mọi i > 0.
Mệnh đề 1.4.16. Cho R là vành Noether, I là iđêan của R và M
I(M ) là hữu
là R−môđun hữu hạn sinh. Nếu với mọi i > 0 mà H i
I(M ) là tập hữu hạn.
hạn sinh với mọi j < i thì Ass H i
Mệnh đề 1.4.17. Cho (R, m) là vành Noether địa phương giao
hoán, I là iđêan của R và M là R−môđun hữu hạn sinh. Khi đó:
I(M ))
I(M ) = Ass(HomR(R/I, H i
(i). AssH i
16
R(R/I, M )) với n = depth(M )
I (M ) = Ass(Extn
(ii). AssH n
1.5 Đồng điều Koszul
Định nghĩa 1.5.1. Cho R là vành địa phương giao hoán và x ∈ R. Phức 0 → R x−→ R → 0 gọi là phức Koszul sinh trên R bởi x và được
kí hiệu là K(x; R).
Nếu x1, x2, ..., xn là các phần tử của R. Ta định nghĩa phức Koszul
sinh trên R bởi x1, x2, ..., xn là K(x1; R) ⊗ K(x2; R) ⊗ ... ⊗ K(xn; R)
và được kí hiệu là K(x1, x2, ..., xn; R).
Cho M là R−môđun và x1, x2, ..., xn là các phần tử của R. Ta định
nghĩa phức Koszul sinh trên R bởi x1, x2, ..., xn theo M là K(x1; R)⊗
K(x2; R)⊗...⊗K(xn; R)⊗M và được kí hiệu là K(x1, x2, ..., xn; M ).
Đồng điều của phức Koszul K(x1, x2, ..., xn; M ) gọi là đồng điều
Kozul và được kí hiệu là Hi(x1, x2, ..., xn; M ).
Mệnh đề 1.5.2. Cho R là vành, x1, x2, ..., xn là dãy trong R và M
là R−môđun. Khi đó ta có các kết quả sau:
(i). H0(x1, x2, ..., xn; M ) ∼= M/ (x1, x2, ..., xn) M .
(ii). Hn(x1, x2, ..., xn; R) ∼= (0 :M (x1, x2, ..., xn)).
(iii). Nếu I = (x1, x2, ..., xn) là iđêan của R thì IHi(x1, x2, ..., xn; M ) =
0 với mọi i > 0.
Mệnh đề 1.5.3. Cho R là vành, x1, x2, ..., xn là dãy trong R và
0 → U → M → N → 0 là dãy khớp các R−môđun. Khi đó dãy sau
17
là khớp:
... → Hi(x1, ..., xn; U ) → Hi(x1, ..., xn; M ) → Hi(x1, ..., xn; N ) →
→ Hi−1(x1, ..., xn; U ) → ...
Hệ quả 1.5.4. Cho R là vành, x1, x2, ... , xn là dãy trong R và M
là R-môđun. Khi đó dãy sau là khớp:
±xn−−→ Hi−1(x1, ..., xn−1; M ) → ...
... ±xn−−→ Hi(x1, ..., xn−1; M ) → Hi(x; M ) → Hi−1(x1, ..., xn−1; M ) ±xn−−→
Mệnh đề 1.5.5. Cho R là vành, x = x1, x2, ..., xn là dãy trong R,
M là R−môđun. Nếu I = (x) chứa M −dãy chính quy yếu y =
R (R/I, M ).
y1, y2, ..., ym thì Hn+1−i(x, M ) = 0 với mọi i = 0, ..., m và Hn−m(x; M ) ∼= HomR(R/I, M/yM ) ∼= Extm
Mệnh đề 1.5.6. Cho R là vành Noether, x1, x2, ..., xn là dãy trong
R, M là R−môđun hữu hạn sinh và I là iđêan của R sinh bởi
x1, x2, ..., xn. Khi đó:
(i). Hi(x, M ) = 0, ∀i = 0, ..., n ⇔ M = IM .
(ii). Nếu tồn tại i sao cho Hi(x, M ) 6= 0 thì
depth(I, M ) = n − Sup {i |(Hi(y1, y2, ..., yn; M )) 6= 0}
Mệnh đề 1.5.7. Cho (R, m) là vành Noether địa phương, M là
R−môđun khác không hữu hạn sinh và I ⊂ m là iđêan sinh bởi các
phần tử x1, x2, ... , xn. Khi đó các điều sau là tương đương:
(i). depth(I, M ) = n
18
(ii). Hi(x1, ..., xn; M ) = 0, ∀i > 0
(iii). H1(x1, ..., xn; M ) = 0
(iv). x1, x2, ... , xn là M −dãy chính quy.
Chương 2
Về Iđêan Nguyên Tố Liên Kết và
Tính Cofinite Của Môđun Đối
Đồng Điều Địa Phương
2.1 Môđun Cofinite
Định nghĩa 2.1.1. Cho R là vành, I là iđêan của R và M là
R−môđun, M được gọi là I−cofinite nếu Supp(M ) ⊂ V (I) và
R(R/I, M ) là hữu hạn sinh với mọi i.
Exti
Sau đây, ta nghiên cứu một số tính chất của môđun Cofinite.
Mệnh đề 2.1.2. M là R−môđun hữu hạn sinh sao cho SuppR(M ) ⊂
V (I). Khi đó M là I−cofinite.
Chứng minh: Vì R là Noether nên R/I là R−môđun hữu hạn
δ−−→ ...
sinh, theo ([6], §7, Proposition 8) có phép giải tự do:
δ−−→ F0 −−→ R/I −−→ 0
F∗ : ... −−→ Fn
19
với Fi là hữu hạn sinh. Khi đó, Hom(Fi, M ) hữu hạn sinh với mọi
20
δ∗
δ∗
0 −−−→ Hom(R/I, M )
−−−→ Hom(F0, M )
−−−→ ...Hom(Fn, M ) −−−→ ...
i. Xét phức:
i /Imδ∗
i−1 nên hữu hạn sinh với mọi i. Từ
R(R/I, M ) ∼= Kerδ∗
Vì Exti
đó M là I−cofinite.
χ
Mệnh đề 2.1.3. Cho dãy khớp ngắn các R−môđun:
−−→ M σ−−→ M ” −−→ 0 0 −−→ M 0
Nếu hai trong số ba môđun của dãy là I−cofinite thì môđun thứ ba
cũng là I−cofinite.
Chứng minh: Theo mệnh đề [1.2.10(ii)] thì Supp(M ) = Supp(M 0)∪
R(R/I, M ) được suy ra từ dãy khớp dài sau:
... −−−→ Exti
χ∗−−−→ Exti
σ∗−−−→ Exti
R(R/I, M 0)
R(R/I, M )
R(R/I, M ”) −−−→ ... R(R/I, M 0),
R(R/I, M ”) là hữu hạn sinh với mọi i.
Supp(M ”). Từ đó 2 trong số 3 môđun M 0, M, M ” có giá chứa trong V (I) thì môđun thứ 3 cũng vậy. Tính hữu hạn của Exti
Exti
R(R/I, M )(cid:14)
R(R/I, M )(cid:14)
= Exti
∼= imσ∗ ⊂ Exti
R(R/I, M ”)
imχ∗
ker σ∗
Chẳng hạn giả sử M 0, M ” là môđun I−cofinite, khi đó Exti Exti Từ tính khớp của dãy trên ta có:
R(R/I, M ”) hữu hạn sinh, vì Exti imχ∗ cũng hữu hạn sinh. Từ đó Exti
R(R/I, M 0) hữu hạn sinh nên R(R/I, M ) hữu hạn sinh với (cid:3)
Exti
mọi i. Vậy M là I−cofinite.
Hệ quả 2.1.4. Nếu f : M → N là một đồng cấu giữa các R−môđun
I−cofinite và một trong ba môđun Kerf, Imf, Cokerf là I−cofinte
thì tất cả ba môđun đó đều là I−cofinite.
Chứng minh: Áp dụng mệnh đề trên với các dãy khớp sau:
21
0 → Kerf → M → Imf → 0
0 → Imf → N → Cokerf → 0
Mệnh đề 2.1.5. Cho đồng cấu giữa hai vành Noether f : A → B,
I là iđêan của A và IB là iđêan mở rộng của I trong B, M là
A−môđun và M ⊗R B là B−môđun mở rộng. Khi đó:
(i). Nếu f là A−phẳng, M là I−cofinite thì M ⊗A B là B−môđun
IB−cofinite.
(ii). Nếu f là A−phẳng trung thành thì M ⊗AB là B−môđun IB−cofinite
khi và chỉ khi M là A−môđun I−cofinite.
Chứng minh: Trước hết ta có nhận xét
SuppA(M ) ⊂ V (I) ⇐⇒ SuppB(M ⊗A B) ⊂ V (IB)
(i). Nếu f là A−phẳng thì theo [[11], Chapter 2, §3, (3.E)], với mọi
i, ta có đẳng cấu
A(A/I, M ) ∼= Exti
B(B/I ⊗A B, M ⊗A B)
Exti
Và I ⊗A B ∼= IB theo [[11], Chapter 2, §3, Theorem 1, (3)]. Suy ra:
B(B/IB, M ⊗A B) ∼= Exti
A(A/I, M ) ⊗A B
Exti
Vậy M là I−cofinite thì M ⊗A B là B−môđun IB−cofinite.
(ii). Do f là A−phẳng trung thành nên theo [[1], Chapter I, §6,
Proposition 11 ], một A−môđun N là hữu hạn sinh khi và chỉ khi
A(A/I, M ) ⊗A B ∼= Exti
B(B/IB, M ⊗A B) nên ta có thể suy ra M ⊗A B là B−môđun IB−cofinite khi và chỉ khi M (cid:3)
N ⊗A B là B−môđun hữu hạn sinh. Áp dụng, do Exti
là A−môđun I−cofinite.
22
Bổ đề 2.1.6. Cho M là R−môđun hữu hạn sinh và N là R−môđun
R(M, N ) là hữu hạn sinh với mọi i ≤ p. Khi đó với bất kì R−môđun hữu hạn sinh L thỏa
bất kì. Giả sử với một số tự nhiên p nào đó Exti
R(L, N ) là hữu hạn sinh với mọi i ≤ p.
Supp(L) ⊂ Supp(M ), Exti
Chứng minh: Theo định lí Gruson’s trong [45], với bất kì R−môđun
hữu hạn sinh L thỏa Supp(L) ⊂ Supp(M ), tồn tại một cái lọc hữu
hạn:
0 = L0 ⊂ L1 ⊂ ... ⊂ Ln = L
sao cho Li/Li−1 đẳng cấu với tổng trực tiếp của hữu hạn các bản
sao của M .
Ta chứng minh bằng qui nạp theo p. Trường hợp p = 0, theo định
lí Gruson’s có dãy khớp ngắn 0 → Ln−1 → M t → Ln = L → 0
với t là số nguyên dương nào đó. Suy ra dãy 0 → HomA(L, N ) → HomA(M t, N ) là khớp. Suy ra:
HomA(L, N ) ⊂ HomA(M t, N ) = (HomA(M, N ))t : hữu hạn sinh
R(M, N ) là hữu hạn sinh với mọi i ≤ p và L là R−môđun hữu hạn sinh thỏa Supp(L) ⊂ Supp(M ) và có cái lọc có độ dài n. Ta chứng minh Extp
R(L, N ) hữu
Giả sử mệnh đề đúng với mọi i ≤ p − 1, Exti
R(K, N ) là hữu hạn sinh với mọi R−môđun hữu hạn sinh K có Supp(K) ⊂ Supp(M )
hạn sinh bằng qui nạp theo n. Trường hợp n = 1 là hiển nhiên. Giả sử Extp
và K có cái lọc có độ dài n − 1. Theo định lí Gruson’s có dãy khớp
ngắn 0 → Ln−1 → M t → L → 0, với số nguyên dương t nào đó.
23
Dãy khớp ngắn này cảm sinh dãy khớp dài:
R (Ln−1, N ) → Extp
R(L, N ) → Extp
R(M t, N ) → ...
... → Extp−1
R (Ln−1, N ) hữu hạn sinh theo giả thiết qui nạp. Mặt
Vì Supp(Ln−1) ⊂ Supp(L) ⊂ Supp(M ), Ln−1 có cái lọc có độ dài n − 1 nên Extp−1
khác, theo [[13], §7, Theorem 7.13]
R(M, N ))t
R(M t, N ) ∼= (Extp
R(M, N ) hữu hạn (cid:3)
Extp
R(M t, N ) hữu hạn sinh do giả thiết Extp R(L, N ) là hữu hạn sinh.
nên Extp sinh. Suy ra Extp
Mệnh đề 2.1.7 (Định lí chuyển đổi vành chính). Cho đồng cấu
ϕ : A → B, I là iđêan của R. Một B−môđun M là IB−cofinite
(tương ứng với iđêan IB) khi và chỉ khi M là A−môđun I−cofinite
(tương ứng với iđêan I).
Chứng minh: Trước hết ta có nhận xét
SuppA(M ) ⊂ V (I) ⇐⇒ SuppB(M ) ⊂ V (IB)
Xét dãy phổ Grothendieck:
q (B, A/I), M ) =⇒ Extp+q
2 = Extp
B(T orA
A (A/I, M )
2 = Extp
B(B ⊗A A/I, M ) ∼=
q (B, A/I)) ⊂ là hữu
Ep,q
hạn sinh với tất cả p và q. Dãy phổ là bị chặn nên Extn Giả sử M là IB−cofinite, khi đó Ep,0 Extp B(B/BI, M ) là hữu hạn sinh với tất cả p. Vì Supp(T orA Supp(B/IB) với tất cả q, áp dụng bổ đề [2.1.6] ta có Ep,q 2 A(A/I, M )
là hữu hạn sinh với mọi n.
Ngược lại, giả sử M là I−cofinite. Ta dùng qui nạp theo n để chỉ ra
24
2 = Extn
A(A/I, M ) là
rằng En,0 B(B/IB, M ) là hữu hạn sinh. Trường hợp n = 0 thì 2 = HomB(B/BI, M ) ∼= HomA(A/I, M ) là hữu hạn sinh. Giả E0,0 là hữu hạn sinh với tất cả p < n. Do bổ đề [2.1.6], Ep,q sử n > 0, Ep,0 2 2
2
là hữu hạn sinh với mọi p < n và q ≥ 0. Vì H n = Extn hữu hạn sinh nên En,0 là hữu hạn sinh.
Mệnh đề 2.1.8. Giả sử S và T là hai hàm tử cộng tính giữa các
phạm trù Abel A và B, S là phạm trù con Serre của B. Giả sử mọi
dãy khớp ngắn
u−−→ X v−−→ X” −−→ 0
0 −−→ X 0
có thể mở rộng đến dãy khớp
Su−−→ SX Sv−−→ SX” −−→ T X 0
T u−−→ T X T v−−→ T X”
SX 0
Nếu f : M → N là đồng cấu trong A sao cho T Kerf và SCokerf
thuộc S. Khi đó KerT f và CokerSf cũng thuộc S. Hơn nữa, nếu
có thêm T f = 0 (tương ứng Sf = 0) thì T M (tương ứng SN ) cũng
thuộc S.
Chứng minh: Kí hiệu: K = Kerf, I = Imf, C = Cokerf và
g
f = h ◦ g. Do giả thiết các dãy khớp ngắn:
0 −−→ K i−−→ M −−→ I −−→ 0
h−−→ N −−→ C σ−−→ 0
0 −−→ I
T g
cảm sinh các dãy khớp:
Sg −−→ SI −−→ T K T i−−→ T M
SK Si−−→ SM −−→ T I
Sh−−→ SN −−→ SC −−→ T I
T h−−→ T N T σ−−→ T C
SI
25
Suy ra CokerSg là vật con của T K, và do đó thuộc S. KerT g
là thương của T K nên cũng thuộc S. Hoàn toàn tương tự, xét
dãy khớp thứ hai ta suy ra được KerT h và CokerSh thuộc S. Vì
f = h ◦ g nên T f = T h ◦ T g và Sf = Sh ◦ Sg. Suy ra các dãy sau
là khớp:
0 → KerT g → KerT f → KerT h
CokerSg → CokerSf → CokerSh → 0
Từ đây KerT f và CokerSf thuộc S.
Đặc biệt nếu T f = 0 (tương ứng Sf = 0) thì T M = KerT f (tương
(cid:3) ứng SN = CokerSf ) thuộc S.
Cho vành R, lấy r ∈ Z(R) và M là R−môđun thì ánh xạ
f : M → M định nghĩa bởi m 7→ rm là đồng cấu, gọi là tích bởi r.
Hàm tử T được gọi là bảo toàn tích nếu fr : M → M là tích bởi r,
với r ∈ Z(R) thì T fr : T M → T M cũng là tích bởi r.
Ta có kết quả ([13], §7, Theorem 7.16): Cho f : M → M là tích bởi
R(M, N ) → Extn
R(M, N ) cũng là tích bởi r.
r, khi đó f ∗ : Extn
Kết quả trên vẫn đúng đối với biến thứ 2. Hơn nữa ([13], §7, Theorem
7.6): Nếu M là giao hoán và rM = 0 thì rT M = 0.
Mệnh đề 2.1.9. Cho I là iđêan của vành R, x ∈ I và Supp(M ) ⊂
V (I). Nếu 0 :M x và M/xM là I−cofinite thì M là I-cofinite.
Chứng minh Xét đồng cấu:
f : M → N
m 7→ xm
26
R(R/I, _), R (R/I, _), do Kerf và Cokerf là I−cofinite nên T Kerf và SCokerf là hữu hạn sinh. Mặt khác, x ∈ I nên T f = 0 theo
Ta có Kerf = 0 :M x, Cokerf = M/xM . Kí hiệu T = Exti S = Exti−1
[[13], §7, Theorem 7.6]. Phạm trù các R−môđun hữu hạn sinh là
phạm trù con Serre của phạm trù các R−môđun. Theo mệnh đề
R(R/I, M ) hữu hạn sinh với mọi i. Suy ra M là (cid:3)
[2.1.8], T M = Exti
I−cofinite.
Mệnh đề 2.1.10. Cho I là iđêan của vành R, u : F → G là
đồng cấu giữa hai môđun tự do, hữu hạn sinh, khác 0 sao cho
u(F ) ⊂ IG. M là R−môđun, đặt f = Hom(u, M ) và giả sử rằng
SuppR(M ) ⊂ V (I). Nếu Kerf và Cokerf là R−môđun I−cofinite
thì M là R−môđun I−cofinite.
Chứng minh: Bởi vì f = Hom(u, M ) nên ta có thể viết f =
P
R(R/I, _), S = Exti−1
jk ajkfj,k với ajk ∈ I và fjk : Hom(F, M ) → Hom(G, M ). Với R (R/I, _). Do Kerf, Cokerf là I−cofinite nên T Kerf, SCokerf là hữu hạn sinh.
mỗi i > 0, kí hiệu T = Exti
Mặt khác, do tính cộng tính của hàm tử T nên:
R(R/I, f ) =
R(R/I, fjk) = 0
jk
X T f = Exti ajkExti
R(R/I, fjk) = 0 theo [[13], §7, Theorem
(ajk ∈ I với mọi j, k nên Exti
7.6] với mọi i).
R(R/I, M ) là hữu hạn sinh với (cid:3)
Áp dụng mệnh đề [2.1.8], T M = Exti
mọi i. Suy ra M là I−cofinite.
Mệnh đề 2.1.11. Cho M là R−môđun với Supp(M ) ⊂ V (I). Giả
27
sử tự đồng cấu f ∈ EndR(M ) thỏa phương trình đa thức:
f n + a1f n−1 + ... + an = 0 với aj ∈ I, 1 ≤ j ≤ n
Nếu Kerf và Cokerf là I−cofinite thì M là I−cofinite.
Chứng minh: Trước hết ta nhận xét rằng nếu u là một tự đồng
cấu của môđun X nào đó, thì Keru là hữu hạn sinh khi và chỉ khi
Kerun là hữu hạn sinh với mọi n, khi và chỉ khi Kerun là hữu hạn
sinh với một n nào đó. Tương tự với Cokeru. Từ:
f n + a1f n−1 + ... + an = 0
R(R/I, _), ta được:
n X
Do tính cộng tính của hàm tử Exti
R(R/I, f n) =
R(R/I, f n−j)
j=1
Exti −ajExti
R(R/I, _), S = Exti−1
R (R/I, _), do aj ∈ I nên T f n−j = 0 với mọi j [ [13], §7, Theorem 7.6], suy ra T f n = 0. Hơn
Kí hiệu T = Exti
nữa Kerf, Cokerf là I−cofinite nên T Kerf, SCokerf là hữu hạn
sinh. Từ đó T Kerf n, SCokerf n là hữu hạn sinh. Theo mệnh đề
R(R/I, M ) là hữu hạn sinh với mọi i. Vậy M là (cid:3)
[2.1.8], T M = Exti
I−cofinite.
Chúng ta có một số tính chất đặc trưng của môđun cofinite
Mệnh đề 2.1.12. Cho I = (x1, ...xk) là iđêan của R, M là R−môđun
sao cho Supp(M ) ⊂ V (I). Khi đó các khẳng định sau là tương
đương:
(i). M là I−cofinite.
28
(ii). M là J−cofinite với mọi iđêan J của R sao cho J ⊃ I.
R(N, M ) là hữu hạn sinh với mọi i và tất cả các R−môđun
(iii). Exti
hữu hạn sinh N thỏa I ⊂ ann(N ).
R(N, M ) là hữu hạn sinh với mọi i và tất cả các R−môđun
(iv). Exti
hữu hạn sinh N thỏa Supp(N ) ⊂ V (I).
(v). M là R−môđun I n-cofinite với mọi n ∈ N .
(vi). Với mọi ρ ∈ M in(I), R−môđun M là ρ-cofinite.
m(M ) và M/H 0
m(M ) là I−cofinite.
(vii). Với mọi iđêan tối đại m của R, H 0
m(M )
m(M ) và M/H 0
(viii). Tồn tại một iđêan tối đại m của R sao cho H 0
là I−cofinite.
(ix). Môđun đối đồng điều Koszul H i(x1, ..., xk, M ) là R−môđun hữu
hạn sinh với mọi i = 1, ..., n.
Chứng minh: (i) ⇒ (ii). Do bổ đề [2.1.6], (ii) ⇒ (vi), (v) ⇒ (i),
(iii) ⇒ (i), (vii) ⇒ (viii) : hiển nhiên.
(vi) ⇒ (i). R là Noether nên theo [ [27], §6, Exercises 9 ], M in(I)
R(R/ρj, M ) là hữu hạn sinh nên Exti
R(N, M ) =
R(R/ρj, M ) hữu hạn sinh với mọi i.
là hữu hạn, giả sử M in(I) = ρ1, ..., ρn, đặt N = R/ρ1 ⊕ A... ⊕ A/ρn
là R−môđun hữu hạn sinh do A/ρj hữu hạn sinh với mọi 1 ≤ j ≤ n. Vì Exti L 1≤j≤n Exti
Mặt khác, Supp(R/I) = Supp(N ) nên theo bổ đề [2.1.6] ta có
R(R/I, M ) hữu hạn sinh với mọi i.
Exti
29
(iii) ⇔ (iv). Gọi α = ann(N ), do N hữu hạn sinh nên từ mệnh
đề [1.2.13] suy ra Supp(N ) ⊂ V (I) ⇔ V (α) ⊂ V (I).
(i) ⇒ (iii). Ta chứng minh bằng qui nạp theo i. Vì I ⊂ ann(N )
nên N là R/I-môđun hữu hạn sinh, theo [[27], §2, Proposition 2.3]
N đẳng cấu với nhóm thương của (R/I)n với số nguyên dương n
nào đó. Ta có dãy khớp ngắn các R/I-môđun:
0 → K → (R/I)n → N → 0
Suy ra dãy sau khớp:
0 → Hom(N, M ) → Hom((R/I)n, M )
Do vậy
Hom(N, M ) ⊂ Hom((R/I)n, M ) ∼= (Hom(R/I, M )n : hữu hạn sinh.
R(X, M ) hữu hạn sinh với mọi R−môđun X thỏa I ⊂
Giả sử Exti
ann(X) và với mọi i ≤ k. Xét dãy khớp dài:
R(K, M ) → Extk+1
R (N, M ) → Extk+1
R ((R/I)n, M ) → ...
... → Extk
do, do đó Exti
R (N, M ) ∼= Extk
Extk+1 Vì R/I là R-môđun hữu hạn sinh nên (R/I)n là R−môđun tự R((R/I)n, M ) = 0 với mọi i. Từ dãy khớp trên ta có R(K, M ). Hơn nữa ann(K) ⊃ ann(R/I)n ⊃ I
nên Extk
R(K, M ) hữu hạn sinh theo giả thiết qui nạp. R (N, M ) là hữu hạn sinh.
Vậy Extk+1
(i) ⇒ (v). Chứng minh qui nạp theo n. Trường hợp n = 1 là hiển
nhiên. Giả sử M là môđun I n-cofinite, I n/I n+1 là R−môđun hữu
30
R(I n/I n+1, M ) hữu hạn với
hạn sinh và I ⊂ ann(I n/I n+1) nên Exti
mọi i theo (iii). Xét dãy khớp ngắn:
0 → I n/I n+1 → R/I n+1 → R/I n → 0
... → Exti
R(R/I n+1, M ) → Exti
R(R/I n, M ) → Exti
R(I n/I n+1, M ) → ...
Dãy khớp trên cảm sinh nên dãy khớp dài:
R(I n/I n+1, M ) hữu hạn sinh với mọi i ≥ 0
Vì Exti
R(R/I n, M ) và Exti R(R/I n+1, M ) hữu hạn với mọi i ≥ 0.
nên Exti
m(M ) là I−cofinite với mọi
(i) ⇒ (vii). Vì M là I−cofinite nên H 0
iđêan nguyên tố m của R. Dãy khớp ngắn các R−môđun:
m(M ) → M → M/H 0
m(M ) → 0
0 → H 0
... → Exti
m(M )) → Exti+1
m(M )) → ...
R(R/I, M ) → Exti
R(R/I, M/H 0
R (R/I, H 0
cảm sinh dãy khớp dài:
R (R/I, H 0
Vì Exti
R(R/I, M ) và Exti+1 R(R/I, M/H 0
có Exti
m(M )) hữu hạn sinh nên ta cũng m(M )) hữu hạn sinh. Hơn nữa từ dãy khớp ngắn m(M )) ∪ Supp(M/H 0 m(M )), từ đây
trên ta có Supp(M ) = Supp(H 0
m(M ) là I−cofinite.
suy ra M/H 0
... → Exti
m(M )) → Exti+1
m(M )) → ...
R(R/I, M/H 0
R(R/I, M ) → Exti
R (R/I, H 0
(viii) ⇒ (i). Có được từ dãy khớp dài:
(i) ⇔ (ix). Nhắc lại, phức Koszul tương ứng với dãy (x1, ..., xk):
d(x)j−−−→ K(x)j−1... −−→
K∗(x, M ) : 0 −−→ K(x)k... −−→ K(x)j
31
K(x)0 −−→ 0
d(x)∗ 1−−−→ ...
Với K(x)j = Vj(Rk), j = 1, ..., k và K(x)0 = 0. Tác động hàm tử Hom(_, M ) lên phức trên ta được phức:
d(x)∗ 0−−−→ Hom(K(x)1, M )
0 −−→ Hom(K(x)0, M )
Môđun đối đồng điều thứ i của phức Koszul:
j/Imd(x)∗
j−1.
H i(x1, ..., xk; M ) = Kerd(x)∗
Nhận xét, nếu ϕ : A → B là đồng cấu vành, khi đó M có cấu trúc B−môđun, hơn nữa H i(x1, ..., xk; M ) ∼= H i(ϕ(x1), ..., ϕ(xk); M ) với mọi i. Thật vậy, theo [[8], p. 95], với mọi R−môđun N có đẳng cấu
tự nhiên:
A
B
^ ^ (N ) ⊗A B ∼= (N ⊗A B)
∗ ^
∗ ^
Suy ra các đẳng cấu:
A
A
∗ ^
∗ ^
HomA( (An), M ) ∼= HomB( (An) ⊗A B, M )
B
B
(Bn), M ) ∼= HomB( (An ⊗A B), M ) ∼= HomB(
Từ đây:
H i(x1, ..., xk; M ) ∼= H i(ϕ(x1), ..., ϕ(xk); M )
Chứng minh (i) ⇔ (ix). Xét đồng cấu:
(2.1) ϕ : R[X1, ..., Xk] → R
(2.2) Xi 7→ xi
32
Do ϕ là đồng cấu nên M có cấu trúc R[X1, ..., Xk]-môđun. Vì dãy
X1, ..., Xk là chính qui trong R[X1, ..., Xk] nên với mỗi i có đẳng
cấu:
R[X1,...,Xk](R[X1, ..., Xk]/(X1, ..., Xk), M ) ∼= H i(X1, ..., Xk; M )
Exti
Theo nhận xét trên, ta có H i(x1, ..., xk; M ) ∼= H i(X1, ..., Xk; M ). Mặt khác, từ định lí chuyển đổi vành chính ta có
Exti
R[X1,...,Xk](R[X1, ..., Xk]/(X1, ..., Xk), M ) hữu hạn sinh khi và chỉ R(R/I, M ) hữu hạn sinh. Vậy H i(x1, ..., xk; M ) hữu hạn sinh (cid:3)
khi Exti
với mọi i khi và chỉ khi M là I−cofinite.
Từ mệnh đề trên ta có hệ quả trực tiếp:
Hệ quả 2.1.13. Lấy I là iđêan của vành R, x1, ..., xn là các phần
tử sinh của I, R−môđun M là I−cofinite khi và chỉ khi SuppRM ⊂ V (I) và tất cả các môđun đối đồng điều Koszul H i(x1, ..., xn; M ) là
hữu hạn sinh.
Hệ quả 2.1.14. Cho I là iđêan của vành Noether R. Nếu R−môđun
M là I−cofinite thì M/IM là R−môđun hữu hạn sinh.
Chứng minh: Vì M/IM ∼= H n(x1, ..., xn; M ) với I = (x1, ..., xn).
(cid:3)
Hệ quả 2.1.15. Cho (R, m) là vành địa phương với iđêan tối đại m
và I là một iđêan của R với số chiều một hoặc là iđêan chính. Cho
A là một R−môđun Artin và M là một R−môđun hữu hạn sinh.
R(A, H j
I (M )) là hữu hạn sinh với mọi i ≥ 0 và j ≥ 0.
Thì Exti
33
Nhắc lại, một môđun không chứa một tổng trực tiếp vô hạn của
các môđun con khác không được gọi là có chiều Godie hữu hạn. Nếu
M là R−môđun có chiều Godie hữu hạn trên vành R thì bao nội
xạ E(M ) của M có thể phân tích thành tổng trực tiếp của hữu hạn
r M
các môđun nội xạ không thể phân tích:
i=1
E(M ) = E(R/ρi)ni
Với ni là các số nguyên dương, ρ1, ..., ρr là các iđêan nguyên tố liên
kết khác nhau của M .
Mệnh đề 2.1.16. Nếu M là môđun I−cofinite thì M có chiều
Goldie hữu hạn.
Chứng minh: Ta có 0 :M I ∼= HomR(R/I.M ) và do đó 0 :M I là môđun con hữu hạn của M. Lấy x là phần tử khác 0 cùa M ,
vì SuppR(M ) ⊂ V (I) nên có một số n > 0 sao cho I nx = 0 và I n−1x 6= 0 . Từ đó 0 6= I n−1x ⊂ Rx ∩ 0 :M I. Ngược lại mọi môđun
con của M có một môđun con có giao khác rỗng với 0 :A I thì là (cid:3) môđun con hữu hạn của M , cốt yếu trong M .
R(R/J, M ) là I−cofinite với mọi i thì M là I−cofinite.
Mệnh đề 2.1.17. Nếu SuppRM ⊂ V (I), J là iđêan của R, J ⊂ I và Exti
Chứng minh: Lấy I là ảnh của I trong R = R/J. Áp dụng định
R(R/J, M )
lý chuyển đổi vành chính (mệnh đề 2.1.7), R−môđun Exti
δ0
δ1
δ2
là I−cofinite. Xét phép giải nội xạ của M :
0 −−→ M −−→ E0 −−→ E1 −−→ E2 −−→ ...
34
Ta chẻ phức trên thành các dãy khớp ngắn như sau:
0 → M i → Ei → Ei+1 → 0 với M i = Kerδi, i = 0, 1, ...
Suy ra với mỗi i 6= 0 ta có:
R(R/I, M )
R (R/I, M ) ∼= Exti
Exti+1
R(R/J, M )
R (R/J, M ) ∼= Exti
Exti+1
Ta chứng minh bằng qui nạp theo i rằng Extj (R/I, 0 :M i J) là R R−môđun hữu hạn sinh với mọi j ≥ 1. Vì M 0 ∼= M và 0 :M J là I-môđun nên khẳng định là đúng với i = 0. Giả sử đúng với i nào
đó. Xét đồng cấu R−môđun sau:
E J → 0 :i+1
M J
fi : 0 :i
R(R/J, M i) ∼= Exti+1
M J và Cokerfi
R (R/J, M ).
∼= Ext1
R
(R/I, Cokerfi) (R/I, Kerfi) và Extj R
(R/I, fi) Ta có: Kerfi = 0 :i Suy ra các R−môđun Extj+1 là hữu hạn sinh với mọi j ≥ 0. Theo hệ quả 2.1.4 CokerExtj R
là R-môđun hữu hạn sinh với mọi j ≥ 0. Với j = 0 ta có:
R(R/I, M i) ∼= Exti+1
R (R/I, M ) hữu hạn sinh.
Ext1
E J là R−môđun nội xạ nên Extj
E J) = 0 với mọi
R
Vì 0 :i (R/I, 0 :i
j ≥ 1. Từ đây:
M J) với j ≥ 1
(R/I, 0 :1+1 CokerExtj R (R/I, fi) ∼= Extj R
R(R/J, M ) là hữu hạn sinh với mọi j ≥ 1. Trường hợp j = 0 thì dễ dàng kiểm tra được. Vì HomR(R/I, M ) ∼= HomR(R/I, HomR(R/J, M )) nên ta suy ra (cid:3) được M là I−cofinite.
Dùng qui nạp tương tự ta chứng minh được Extj
35
Sau đây chúng ta có mệnh đề thể hiện mối liên hệ giữa tính Artin
và môđun cofinite:
Mệnh đề 2.1.18. Cho M là một R-môđun Artin, I là iđêan thực
sự của R. Khi đó các khẳng định sau là tương đương:
(i) M là I-cofinite.
(ii) 0 :M I có độ dài hữu hạn, và khi R đầy đủ thì
(iii) Với mỗi iđêan nguyên tố liên kết ρ của M , iđêan I + ρ là m-
nguyên sơ.
Chứng minh: Kí hiệu bR tương ứng là m-đầy đủ của R. Vì M là Artin nên theo [[33], Lemma 2.1], R có cấu trúc bR-môđun và M ∼= M ⊗R bR. Ta có ánh xạ R → bR là phẳng trung thành, áp dụng mệnh
đề [2.1.5(ii)] ta có thể giả sử ngay từ đầu R là đầy đủ. Lấy ρ1, ..., ρr là iđêan nguyên tố liên kết của M . Vì pAnnA(M ) = Tr i=1 ρi nên iđêan I + ρi là m-nguyên sơ với mọi i khi và chỉ khi tồn tại số n sao cho mn ⊂ I + Ann(M ).
(i) ⇒ (ii). Vì M là I-cofinite nên 0 :M I ∼= HomA(A/I, M ) hữu hạn sinh, từ đó là Noether theo [[11],§1, Theorem 3.1 (ii)], và là
Artin do M là Artin. Suy ra 0 :M I có độ dài hữu hạn.
(ii) ⇒ (iii). Lấy D(M ) = HomR(M, E) là đối ngẫu Matlis của
M , vì M là Artin, R là đầy đủ nên theo [[26], §10, Matlis Duality
Theorem 10.2.12], D(M ) là Noether, từ đó hữu hạn sinh. Hơn nữa
36
AnnR(D(M )) = AnnR(M ) theo [[26], §10, Remarks 10.2.2 (ii)]. Áp dụng [[26], §10, 10.2.15 (ii)], ta có D(0 :R I) ∼= D(M )/ID(M ). Vì (0 :R I) có độ dài hữu hạn nên D(0 :R I) có độ dài hữu
hạn theo [[26], §10, 10.2.13], suy ra D(M )/ID(M ) có độ dài hữu
hạn. Từ đó Supp(D(M )/ID(M )) ⊂ m. Theo mệnh đề 1.2.13 ta
có Supp(D(M )/ID(M )) = V (I + D(M )), suy ra có số n sao cho
mn ⊂ I + AnnRD(M ). Theo nhận xét bên trên, ta có (iii).
mọi j, môđun Artin Extj
(iii) ⇒ (i). Giả sử có n sao cho mn ⊂ I + AnnR(N ), khi đó với R(R/I, M ) được linh hóa bởi mn và do đó (cid:3) có độ dài hữu hạn. Từ đó M là I-cofinite.
Hệ quả 2.1.19. Nếu M là Artin và I-cofinite thì Γm(M ) là Artin
và I-cofinite.
Chứng minh: Đặt L = Γm(M ), do M là Artin và I-cofinite nên
0 :M I có độ dài hữu hạn theo mệnh đề 2.1.18. Vì 0 :L I ⊂ 0 :M I
nên cũng có độ dài hữu hạn. Theo [[11], Theorem 6.10], L là Artin,
(cid:3) và từ đó là I-cofinite theo mệnh đề 2.1.18.
Hệ quả 2.1.20. Cho I là iđêan của R, M là R-môđun với SuppRM ⊂
V (I). M là Artin và I-cofinite khi và chỉ khi 0 :M I có độ dài hữu
hạn. Nếu có x ∈ I sao cho 0 :R x là Artin và I-cofinite thì M là
Artin và I-cofinite.
Chứng minh: Nếu 0 :M I là Artin và Supp(M ) ⊂ V (I) thì M
là Artin theo [[20], Theorem 1.3]. Từ đây theo mệnh đề 2.1.18 ta có
khẳng định thứ nhất của mệnh đề.
37
Nếu L = 0 :M x là Artin và I-cofinite thì 0 :L I là tập hữu hạn. Mặt (cid:3) khác 0 :M I = 0 :L I nên ta suy ra M là Artin và I-cofinite.
2.2 FA and AF môđun
Trong mục này chúng ta xét (R, m) là vành địa phương với iđêan
tối đại là m và I là một iđêan của R với số chiều 1 hoặc là iđêan
chính.
Định nghĩa 2.2.1. R-môđun M được gọi là FA môđun nếu tồn
tại R-môđun con hữu hạn sinh N của M sao cho M/N là Artin.
R-môđun M được gọi là AF môđun nếu tồn tại R-môđun con Artin
R(K, H j
A của M sao cho M/A là hữu hạn sinh.
Bổ đề 2.2.2. Nếu K là FA môđun sao cho SuppR(K) ⊆ V (I) và M là R-môđun hữu hạn sinh thì Exti I (M )) là hữu hạn sinh
R(K, H j
với mọi i ≥ 0 và j ≥ 0.
Nếu K là AF môđun sao cho SuppR(K) ⊆ V (I) và M là R-môđun hữu hạn sinh thì Exti I (M )) là hữu hạn sinh với mọi i ≥ 0 và
j ≥ 0.
Chứng minh:
Giả sử K là FA môđun khi đó ta có dãy khớp ngắn
0 −→ N −→ K −→ A −→ 0
... −→ Exti
R(A, H j
R(K, H j
R(N, H j
I (M )) −→ Exti
I (M )) −→ Exti
I (M )) −→ ...
trong đó N là hữu hạn sinh và A là R-môđun Artin. Từ đây ta thu được dãy khớp dài
38
R(N, H j
R(A, H j
I (M )) là hữu hạn sinh. Vì N I (M )) là (cid:3)
Theo hệ quả [2.1.15] ta có Exti là hữu hạn và SuppR(N ) ⊆ V (I) chúng ta có Exti hữu hạn sinh. Từ đây chúng ta có điều cần chứng minh.
Giả sử K là AF môđun khi đó ta có dãy khớp ngắn
0 −→ A −→ K −→ N −→ 0
... −→ Exti
R(N, H j
R(K, H j
R(A, H j
I (M )) −→ Exti
I (M )) −→ Exti
I (M )) −→ ...
R(N, H j
R(A, H j
I (M )) là hữu hạn sinh. Vì N I (M )) là (cid:3)
trong đó A là R-môđun Artin và N là hữu hạn sinh. Từ đây ta thu được dãy khớp dài
Theo hệ quả [2.1.15] ta có Exti là hữu hạn và SuppR(N ) ⊆ V (I) chúng ta có Exti hữu hạn sinh. Từ đây chúng ta có điều cần chứng minh.
I (M ) là I-
Định lí 2.2.3. Nếu M là FA hoặc AF môđun thì H j
cofinite môđun với mọi j > 0.
Chứng minh:
Nếu M là AF môđun thì tồn tại dãy khớp ngắn
I (A) = 0 với mọi j > 0, do vậy chúng ta thu được dãy I (M ) ∼=
0 −→ A −→ M −→ N −→ 0
I (N ) với mọi j > 0. Từ đây ta có điều cần chứng minh.
trong đó A là Artin và N là R-môđun hữu hạn sinh. Do A là Artin chúng ta có H j khớp dài của các môđun đối đồng điều địa phương với H j H j
Nếu M là FA môđun thì ta có phép chứng minh của R. Belshoff,
(cid:3) S.-P. Slattery and C.Wickham trong [[2], Theorem 2].
Hệ quả 2.2.4. Nếu A là một R-môđun Artin và M là FA hoặc
39
R(A, H j
I (M )) là hữu hạn sinh với mọi i ≥ 0 và
AF môđun thì Exti
j > 0.
(cid:3) Chứng minh: Dựa vào định lý [2.2.3] và hệ quả [2.1.15]
Định lí 2.2.5. Chúng ta có các khẳng định sau
R(K, H j
I (M ))
(i). Nếu M và K là FA môđun và SuppR(K) ⊆ V (I) thì Exti
là môđun hữu hạn sinh với mọi i ≥ 0 và j > 0.
R(K, H j
I (M ))
(ii). Nếu M và K là AF môđun và SuppR(K) ⊆ V (I) thì Exti
là môđun hữu hạn sinh với mọi i ≥ 0 và j > 0.
Chứng minh:
(i). Chúng ta có dãy khớp ngắn sau đây
0 −→ N −→ K −→ A −→ 0
... −→ Exti
R(A, H j
R(K, H j
R(N, H j
I (M )) −→ Exti
I (M )) −→ Exti
I (M )) −→ ...
R(N, H j
R(A, H j
I (M )) là hữu hạn sinh. Vì N I (M )) là (cid:3)
trong đó N là hữu hạn sinh và A là R-môđun Artin. Từ đây chúng ta thu được dãy khớp dài
Theo hệ quả [2.1.15] ta có Exti là hữu hạn và SuppR(N ) ⊆ V (I) chúng ta có Exti hữu hạn sinh. Từ đây chúng ta có điều cần chứng minh.
(ii). Chúng ta có dãy khớp ngắn sau đây
0 −→ A −→ K −→ N −→ 0
... −→ Exti
R(N, H j
R(K, H j
R(A, H j
I (M )) −→ Exti
I (M )) −→ Exti
I (M )) −→ ...
trong đó N là hữu hạn sinh và A là R-môđun Artin. Từ đây chúng ta thu được dãy khớp dài
40
R(N, H j
R(A, H j
I (M )) là hữu hạn sinh. Vì N I (M )) là (cid:3)
Theo hệ quả [2.1.15] ta có Exti là hữu hạn và SuppR(N ) ⊆ V (I) chúng ta có Exti hữu hạn sinh. Từ đây chúng ta có điều cần chứng minh.
I (M )
Định lí 2.2.6. Nếu M là FA môđun thì Bass numbers của H j
là hữu hạn với mọi j > 0.
R(R/m, H j
m(M )) là hữu hạn sinh. Bây giờ nếu p không phải là iđêan tối đại thì Mp là
Chứng minh: Theo định lý [2.2.5] ta có Exti
FA môđun.
Khi đó với mỗi I ⊆ p chúng ta có (theo [[26], 4.3.3])
R(R/p, H j
I (M )))p
IRp
Rp
I (M )) = 0.
(Exti (k(p), H j ∼= Exti (Mp))
I (M ) là hữu hạn với mọi j > 0.
(cid:3) Bây giờ nếu I 6⊆ p thì ta có µi(p, H j Trong cả hai trường hợp trên chúng ta đều có Bass numbers của H j
2.3 Tính cofinite của môđun đối đồng điều địa phương
I(M ) là I-cofinite khi và
√ I = Mệnh đề 2.3.1. Cho I, J là các iđêan của vành R sao cho √ J, khi đó với mỗi số nguyên dương i, H i
J (M ) là J-cofinite.
chỉ khi H i
Chứng minh: Từ định nghĩa các hàm tử ΓI(_), ΓJ (_), ta có
n∈N (0 :M J n). Suy ra:
n∈N
[ ΓI(M ) = (0 :M I n) và ΓJ (M ) = S
√ √ I = J ⇐⇒ ΓI(M ) = ΓJ (M )
J (_) là các hàm tử dẫn xuất phải thứ i của ΓI(_), ΓJ (_)
I(_), H i
Do H i
41
L(_) = H i
J (_)
nên: √ √ I = J ⇐⇒ H i
Mệnh đề 2.3.2. Cho I là iđêan của R, M là R-môđun. Nếu H i
I(M ) R(R/I, M )
là I-cofinite với mọi i (tương ứng với mọi i ≤ n) thì Exti
là R-môđun hữu hạn sinh với mọi i (tương ứng với mọi i ≤ n).
I(M ) ∼=
I(M ) nếu i > 0
0 nếu i = 0 Chứng minh: Đặt M = M/ΓI(M ), ta có đẳng cấu: H i H i
Xét dãy khớp ngắn các R-môđun:
0 → ΓI(M ) → M → M → 0
... → Exti−1
R (R/I, ΓI(M )) → Exti−1
R (R/I, M ) → Exti−1
R (R/I, M ) → ...
I (M ) là I-cofinite nên Exti−1
Suy ra dãy khớp dài:
R(R/I, ΓI(M ) là hữu hạn sinh. Suy ra Exti
Ta có ΓI(M ) = H 0 Exti
R (R/I, ΓI(M ) và R(R/I, M ) hữu hạn R(R/I, M ) hữu hạn sinh. Vậy không mất
sinh khi và chỉ khi Exti
tính tổng quát, ta có thể giả sử ngay từ đầu là ΓI(M ) = 0.
Ta chứng minh mệnh đề bằng qui nạp theo n. Trường hợp n = 0
I(M ) là I- cofinite với mọi i ≤ k+1. Lấy E là bao nội xạ của M , đặt L = E/M .
là hiển nhiên. Giả sử mệnh đề đúng với mọi i ≤ k và H i
Từ dãy khớp ngắn:
0 → M → E → L → 0
... → Extk
R(R/I, M ) → Extk
R(R/I, E) → Extk
R(R/I, L) → Extk+1
R (R/I, M ) → ...
Ta có các dãy khớp dài:
42
I (M ) → H k
I (E) → H k
I (L) → H k+1
I
... → H k (M ) → ...
A(A/I n, E) = 0 nên từ dãy khớp trên,
I(E) = lim −−−→ n∈N
Exti Với i ≥ 1, H i
I (L) ∼= H k+1
I
(M ). Suy ra H i H k
Áp dụng giả thiết qui nạp, Exti
i ≤ k. Mặt khác, E là nội xạ nên Extk
R(R/I, L) ∼= Extk+1
A (A/I, M ). Suy ra Extk+1
I(L) là I-cofinite với mọi i ≤ k. I(R/I, L) hữu hạn sinh với mọi R(R/I, E) = 0, ∀k, suy ra R (R/I, M ) hữu hạn (cid:3)
Extk
sinh.
Từ chứng minh mệnh đề trên ta có hệ quả sau:
Hệ quả 2.3.3. Cho I là iđêan của R, M là R-môđun sao cho
I(M ) là I-cofinite với mọi i. Khi đó M
Supp(M ) ⊂ V (I) và H i
là I-cofinite.
Mệnh đề 2.3.4. Cho I là iđêan của R, M là R-môđun sao cho
Exti
I(R/I, M ) là hữu hạn sinh với mọi i và s là một số nguyên I (M )
I(M ) là I-cofinite với mọi i 6= s. Khi đó H s
dương sao cho H i
cũng là I-cofinite.
Chứng minh: Ta chứng minh bằng qui nạp theo k. Đặt M =
M/ΓI(M ), ta có:
I(M ) ∼=
I(M ) nếu i > 0
0 nếu i = 0 H i H i
I(M ) là I-cofinite với mọi i. Từ đó Exti
I(R/I, M ) hữu hạn sinh với mọi i theo mệnh đề 2.3.2. Từ dãy khớp dài cảm
Nếu s = 0 thì H i
I(R/I, ΓI(M )) hữu hạn sinh với mọi i. Vậy ΓI(M ) là I-cofinite. Giả sử mệnh đề đúng với mọi R-môđun N và mọi s > 0. Bởi vì
sinh bởi dãy khớp ngắn 0 → ΓI(M ) → M → M → 0, suy ra Exti
43
I(R/I, ΓI(M )) hữu hạn sinh với mọi i. Tương tự trên, từ dãy khớp dài cảm sinh bởi 0 → ΓI(M ) → M → M → 0, ta suy ra Exti
ΓI(M ) là I-cofinite nên Exti
I(R/I, M ) hữu hạn sinh với mọi i khi và chỉ I(R/I, M ) hữu hạn sinh với mọi i. Từ đây ta có thể giả sử
khi Exti
ΓI(M ) = 0.
Kí hiệu E là bao nội xạ của M , M1 = E/M . Do E là mở rộng cốt
yếu của M nên nếu ΓI(E) 6= 0 thì có x 6= 0, x ∈ ΓI(E) ∩ M . Suy ra
I
(A/I, M ) và H i
x ∈ ΓI(M ) (mâu thuẩn). Vậy ΓI(E) = 0 do đó HomI(R/I, E) = 0. I(M1) ∼= I(A/I, M1) ∼= Exti+1 Suy ra các đẳng cấu Exti (M ) với mọi i ≥ 0 (bao gồm cả trường hợp i = 0). Áp dụng giả
I
I (M ) (cid:3)
H i+1 I thiết qui nạp cho M1 ta có H s−1 (M1) là I-cofinite. Suy ra H s
là I-cofinite.
Hệ quả 2.3.5. Cho I là iđêan của R và M là R-môđun hữu hạn
I(M ) = 0 với mọi i 6= s thì H s
I (M ) là I-cofinite.
sinh sao cho H i
Chứng minh: Vì M là hữu hạn sinh nên Exti
I(R/I, M ) là hữu I(M ) là I-cofinite với mọi i 6= s nên áp dụng (cid:3)
hạn sinh với mọi i. H i
mệnh đề 2.3.4 ta có ngay kết quả.
Hệ quả 2.3.6. Cho M là R-môđun hữu hạn sinh, I là iđêan của R
I (M ) là I-cofinite với mọi i.
sinh bởi một M -dãy chính qui thì H s
Chứng minh: Giả sử I sinh bởi M -dãy chính qui x1, ..., xn.
I(M ) = 0, ∀i > n theo [[26], §3, Theorem 3.3.1]. Mặt khác x1, ..., xn là M -dãy chính qui nên H i
I(M ) = 0, ∀i < n theo [[26], §1, 1.3.9 (iv)]. Từ đó H s
I (M ) là (cid:3)
Khi đó I sinh bởi n phần tử nên H i
I-cofinite theo hệ quả 2.3.5.
44
Mệnh đề 2.3.7. Cho I là iđêan của R, M là R-môđun hữu hạn
I(M ) là
I (M ) Artin và H i
sinh, s là số nguyên dương bất kì, nếu H s
I (M ) là I-cofinite.
I-cofinite với mọi i < s thì H s
I (M ))
Chứng minh: Theo hệ quả 2.1.20 ta chỉ cần chứng minh 0 :H t
I có độ dài hữu hạn. Xét dãy phổ Grothendieck:
2 = Exti
R(R/I, H j
R (R/I, M )
I (M )) −−→
i
I(M )) = E0,t
Exti+j Ei,j
r−1
∼= E0,t ) nên Kerd0,t r−1
Khi đó 0 :H t với r đủ lớn, E0,t nữa Kerd0,t r−1 = Ker(E0,t mọi r 6= 3. Suy ra Kerd0,t ∼= E0,t 2 . Vì E0,t I (M )) I = HomR(R/I, H t r ∞ ∞ đẳng cấu với nhóm con của Extt R(R/I, M ) và hơn r−1 → Er−1,t−r+2 ∞ với r−1 hữu hạn sinh với r đủ lớn. Với mọi r 6= 3
ta có dãy khớp:
r−1 → E0,t
r−1 → Er−1,t−r+2
r−1
0 → Kerd0,t
2
r−1 hữu hạn là hữu hạn
2 ⊂ (cid:3)
⊂ Er−1,t−r+2 , từ giả thiết suy ra rằng E0,t
H t Vì Er−1,t−r+2 r−1 sinh với r đủ lớn. Tiếp tục quá trình trên ta thấy E0,t 2 cũng là Noether, E0,t sinh. Mặt khác, R là Noether nên E0,t 2 I(M ) nên là Artin. Từ đây suy ra E0,t 2 có độ dài hữu hạn.
Hệ quả 2.3.8. I là iđêan của R sao cho R/I là Artin, R là R-
I(M ) là I-cofinite với mọi i.
môđun hữu hạn sinh. Khi đó H i
I(M ) là Artin với mọi i theo [[26], §7, 7.1.4]. Vì H 0
Chứng minh: Trước hết ta có chú ý là Supp(H i
I(M )) ⊂ V (I), ∀i I (M ) = n∈N (0 :M I n) ⊂ M nên hữu hạn sinh, từ đó là Noether I (M ) I có độ dài hữu hạn. Theo hệ
và H i ΓI(M ) = S do R là Noether. Suy ra 0 :H 0
45
I (M ) là I-cofinite. Áp dụng 2.3.4 ta được H i
I(M ) là (cid:3)
quả 2.1.20, H 0
I-cofinite với mọi i.
Hệ quả 2.3.9. Cho (R, m) là vành địa phương, M là R-môđun
m(M ) là m-cofinite với mọi i.
Artin và hữu hạn sinh. Khi đó H i
Chứng minh: H i
m(M ) là Artin với mọi i theo [[26], §7, 7.1.3] và m(M ) = Γm(M ) là m-cofinite theo hệ quả 2.1.20. Áp dụng mệnh (cid:3)
H 0
đề 2.3.4 ta có ngay kết quả cần chứng minh.
Sau đây chúng ta có mối liên hệ giữa môđun F A và tính cofinite:
Mệnh đề 2.3.10. Cho M là R-môđun hữu hạn sinh và I là iđêan
của R, s là số nguyên dương sao cho H i
I(M ) là I-cofinite với mọi i < s và HomR(R/I, H s
I(M ) là F A với mọi i < s. I (M ))
Khi đó H i
là hữu hạn sinh.
Chứng minh: Vì R là Noether, M là hữu hạn sinh nên theo
I (M )) và H i
I (M ) I ⊂ H i
[[17], Theorem 2.5], HomR(R/I, H s
I(M ) là hữu hạn sinh I(M ) nên cũng hữu hạn sinh I(M )) ⊂ V (I), ∀i, do đó các F A (cid:3)
với mọi i < s. Lại vì 0 :H i với mọi i < s. Mặt khác, Supp(H i
I(M ) là I-cofinite với mọi i < t theo mệnh đề 2.1.9
môđun H i
Định lí 2.3.11. Cho I là một iđêan của vành Noether R. Cho s là
R(R/I, M ) là R- môđun hữu hạn với mọi i ≤ s, chẳn hạng M phải là R-môđun hữu
số nguyên không âm. M là R-môđun sao cho Exti
I(M ) là I-cofinite với mọi i < s thì HomR(R/I, H s
I (M ))
hạn. Nếu H i
là hữu hạn.
Với s = 0 thì H 0 Chứng minh: Chúng ta chứng minh định lý bằng quy nạp theo s. I (M ) ∼= ΓI(M ) và HomR(R/I, ΓI(M )) là hữu hạn
46
như là R-môđun HomR(R/I, M ).
R(R/I, ΓI(M )) là hữu hạn với mọi i. Sử dụng dãy khớp ngắn 0 −→ ΓI(M ) −→ M −→ M/ΓI(M ) −→ 0 chúng ta có được Exti
Giả sử s > 0 và định lý đúng cho trường hợp s − 1. Từ ΓI(M ) là I-cofinite chúng ta có Exti
I (M/ΓI(M )) = 0 và H i
R(R/I, ΓI(M )) là hữu hạn với mọi i ≤ s. I(M/ΓI(M )) ∼= H i I(M ) với mọi i > 0. Do vậy chúng ta có thể giả thiết rằng ΓI(M )) = 0. Gọi
R(R/I, N ) ∼= Exti+1
Mặt khác H 0
R (R/I, M ) (M ) với mọi i ≥ 0. Theo giả thiết quy nạp ta có
I(N ) ∼= H i+1
I
E là bao nội xạ của M và lấy N = E/M thì ta có ΓI(E) = 0 và HomR(R/I, E) = 0. Từ đó suy ra Exti và H i
I (M )) cũng (cid:3)
HomR(R/I, H s−1(N )) là hữu hạn vì vậy HomR(R/I, H s
là hữu hạn.
R(R/I, M ) và
Mệnh đề 2.3.12. Giả sử M là R-môđun sao cho Ext1
R(R/I, ΓI(M )) là các môđun hữu hạn. Khi đó HomR(R/I, H 1
I (M ))
Ext2
là hữu hạn.
Chứng minh: Bằng cách sử dụng dãy khớp
0 −→ ΓI(M ) −→ M −→ M/ΓI(M ) −→ 0
chúng ta có dãy khớp
R(R/I, M ) −→ Ext1
R(R/I, M/ΓI(M )) −→ Ext2
R(R/I, ΓI(M ))
Ext1
R(R/I, M/ΓI(M )) là hữu hạn. Mặt khác ta có
Do vậy môđun Ext1
dãy khớp
I (M ) −→ 0
0 −→ M/ΓI(M ) −→ DI(M ) −→ H 1
HomR(I n, −) từ đây ta thu được dãy khớp
I (M )) −→ Ext1
R(R/I, M/ΓI(M ))
trong đó DI(−) ∼= lim −→ HomR(R/I, DI(M )) −→ HomR(R/I, H 1
47
Ta có thành phần bên trái là 0 và thành phần bên phải là hữu hạn
I (M )) là hữu hạn.
(cid:3) cho ta HomR(R/I, H 1
R(R/I, M ) là hữu hạn với mọi i. Khi đó môđun đối đồng điều đầu tiên của M
Hệ quả 2.3.13. Giả sử M là R-môđun sao cho Exti
theo iđêan I mà không I-cofinite chỉ có một số hữu hạn các iđêan
nguyên tố liên kết.
Hệ quả 2.3.14. Giả sử M là R-môđun hữu hạn. Gọi s là số nguyên
I(M ) là hữu hạn với mọi i < s. Khi đó tập
không âm sao cho H i
I (M )) là hữu hạn.
AssR(H s
Trong phần tiếp theo này chúng ta xét (R, m) là vành
Noether địa phương. Cho I là một iđêan của R. Một R-môđun
M được gọi là m-cofinite nếu và chỉ nếu Supp(M ) ⊆ V (m) và
HomR(R/m, M ) là không gian vectơ hữu hạn chiều. Tập các m−cofinite
môđun như là một phạm trù abel ổn định dưới tác động của môđun
con, môđun thương và các mở rộng của nó, với dãy khớp T1 −→
T −→ T2 của các R-môđun, nếu T là m−cofinite thì ta có T1 và T2
cũng là m−cofinite.
Định nghĩa 2.3.15. Cho M là một R-môđun hữu hạn và I là một
iđêan của R. Chúng ta kí hiệu q(I, M ) là cận trên bé nhất i sao cho
I(M ) không là m-cofinite.
môđun H i
Định lí 2.3.16. Cho I là một iđêan thực sự của R và M, N là các
R-môđun hữu hạn sao cho SuppN ⊆ SuppM . Khi đó q(I, N ) ≤
q(I, M ).
48
I(M ) là m−cofinite
Chứng minh: Chúng ta chỉ cần chứng minh rằng H i
với mọi i > q(I, M ). Bây giờ chúng ta chứng minh bằng qui nạp
lùi theo i với q(I, M ) < i ≤ dim(M ) + 1. Bởi vì với i = dim(M ) +
1, dim(M ) + 2, ... chúng ta không cần chứng minh.
Bây giờ giả sử rằng q(I, M ) < i ≤ dim(M ) theo định lý Gruson’s
có một dây chuyền
0 = N0 ⊆ N1 ⊆ N2 ⊆ ... ⊆ Nt = N
sao cho môđun thương Nj/Nj−1 đẳng cấu với tổng trực tiếp các bản
sao của M . Bằng cách sử dụng dãy khớp ngắn thích hợp chúng ta
có thể giả sử t = 1. Do vậy với số nguyên dương n và R-môđun hữu
hạn L ta có dãy khớp ngắn
0 −→ L −→ M n −→ N −→ 0
Từ đây chúng ta thu được dãy khớp dài dưới đây
I(L) −→ H i
I(M ) −→ H i
I(N ) −→ H i+1
I
... −→ H i (L) −→ ...
I(M n) là m−cofinite
Theo giả thiết qui nạp H i+1 (L) là m−cofinite. Vì H i
I nên chúng ta cũng có H i I(N ) là m-cofinite.
(cid:3)
Hệ quả 2.3.17. Cho dãy khớp ngắn 0 −→ L −→ M −→ N −→ 0
các R-môđun hữu hạn. Khi đó
q(I, M ) = max{q(I, L), q(I, N )}
Chứng minh:
Theo mệnh đề 1.2.10 ta có SuppM = SuppN ∪ SuppL do vậy
SuppN ⊆ SuppM và SuppL ⊆ SuppM
49
Theo định lí 2.3.16 ta có
q(I, M ) ≥ q(I, L) và q(I, M ) ≥ q(I, N )
Vậy
q(I, M ) ≥ max{q(I, L), q(I, N )}
Mặt khác từ dãy khớp 0 −→ L −→ M −→ N −→ 0 ta có dãy khớp
I(L) −→ H i
I(M n) −→ H i
I(N ) −→ H i+1
I
... −→ H i (L) −→ ...
I(N ) cũng không m-
I(M ) không m-cofinite thì H i
suy ra, nếu H i
cofinite, do đó
q(I, M ) ≤ q(I, N )
(cid:3) Từ đây ta có q(I, M ) = max{q(I, L), q(I, N )}.
Bây giờ ta có hệ quả trực tiếp sau:
Hệ quả 2.3.18. Cho I là iđêan của R. Khi đó phát biểu dưới đây
là đúng
q(I, R) = sup{q(I, N )|N là R − môđun hữu hạn}
Định lí 2.3.19. Cho M là R-môđun hữu hạn. Khi đó phát biểu
dưới đây đúng
q(I, M ) = sup{q(I, R/p)|p ∈ SuppM }
Chứng minh:
Theo hệ quả 2.3.18 ta có q(I, R/p) ≤ q(I, M ) với mọi p ∈ Supp(M ).
Giả thiết phản chứng rằng dấu bằng không xảy ra ∀p ∈ Supp(M ).
Ta có dây chuyền
0 = M0 ⊆ M1 ⊆ M2 ⊆ ... ⊆ Mn = M
50
các môđun con của M sao cho với mỗi i ta có Mi/Mi−1 pi ∈ Supp(M ). Đặt t = q(I, M ) chúng ta có H t ∼= R/pi với I(R/pi) là m−cofinite
với mọi 1 ≤ i ≤ n. Do vậy từ các dãy khớp ngắn
I(Mi−1) −→ H t
I(Mi) −→ H t
I(R/pi), i = 1, 2, ..., n
H t
Từ đây ta có q(I, M1) ≥ t, đây là điều mâu thuẫn.
Vậy dấu bằng xảy ra, hay
q(I, M ) = sup{q(I, R/p)|p ∈ SuppM }
Định lí 2.3.20. Cho I là iđêan của R và i ≥ 0 là số nguyên sao cho
I(R/J) là m−cofinite với mọi iđêan J của R. Khi đó q(I, R/p) < i với mọi p ∈ Supp(R). Đặc biệt q(I, M ) < i với mọi R−môđun hữu
H i
hạn M .
Chứng minh: Chúng ta chứng minh bằng qui nạp.
I (R/p) là m−cofinite với mọi p ∈ Supp(R). (R/p) không là m−cofinite
I
Với j ≥ i + 1 ta có H j Ta giả sử rằng, với j = i + 1, thì H i+1
với p ∈ Supp(R) nào đó, giả thiết rằng I 6⊆ p. Trước hết chúng ta
I
chỉ ra rằng Supp(H i+1 (R/p)) ⊆ V (m).
I
Giả sử ngược lại tồn tại phần tử x 6= 0 sao cho x ∈ H i+1 (R/p)
mà giá của nó không thuộc về V (m). Vì x linh hóa tử một lũy thừa
của I do đó tồn tại y ∈ I \ p sao cho yx = 0. Bây giờ chúng ta xem
-
-y
-
-
xét dãy khớp ngắn
R/p R/p R/(p + yR) 0 0
-
-y
cảm sinh ra dãy khớp ngắn
I(R/(p + yR))
(R/p) (R/p) H i H i+1 I H i+1 I
51
I(R/(p + yR)) = 0, suy ra (R/p) là đơn cấu. Mà yx = 0 suy ra x = 0 (mâu
Vì V (p + yR) ⊂ Supp(R) nên H i
I thuẫn). Do đó ta có Supp(H i+1
(R/p) → H i+1 H i+1 I
I
(R/p)) ⊆ V (m).
I
Tiếp theo ta chứng minh H i+1 (R/p) là m−cofinite, nghĩa là phải
I
(R/p)) là không gian vectơ hữu hạn chiều. chỉ ra HomR(R/m, H i+1
Gọi K là hạt nhân của đồng cấu bằng cách nhân y vào trong
-
-
-y
(R/p) và xét dãy khớp H i+1 I
(R/p) (R/p) 0 K H i+1 I H i+1 I
I
(R/p)),
Do y ∈ m nên ta có HomR(R/m, K) = HomR(R/m, H i+1 lại vì K là môđun thương của H i
I(R/(p + yR)) do đó là m−cofinite theo giả thiết quy nạp, do vậy K cũng là m−cofinite. Điều đó nghĩa là HomR(R/m, H i+1
I
(cid:3) (R/p)) là có số chiều hữu hạn.
2.4 Về Iđêan Nguyên Tố Liên Kết và Tính Cofinite Của
Môđun Đối Đồng Điều Địa Phương
Bổ đề 2.4.1. Cho R là vành Noether và M là R-môđun. Khi đó
tập hợp
{x ∈ R|Mx là Rx − môđun hữu hạn sinh}
là một iđêan của R.
Chứng minh: Chúng ta chỉ cần chỉ ra rằng nếu Mx, My là các
Rx, Ry môđun hữu hạn sinh tương ứng thì Mx+y là Rx+y-môđun.
Lấy A, B là hai R-môđun con hữu hạn sinh của M sao cho Ax =
Mx và By = My. Chúng ta cần chỉ ra rằng (A + B)x+y = Mx+y.
52
Giả sử m ∈ M từ Rxm ⊂ Ax ta suy ra x ∈ p(A : m). Trong đó (A : m) = {r ∈ R|rm ∈ A}. Tương tự ta có y ∈ p(B : m), vì vậy x + y ∈ p(A + B : m).
(cid:3) Do vậy Rx+ym ⊂ (A + B)x+y.
Định nghĩa 2.4.2. Cho R là vành địa phương với số chiều d, I là
iđêan của R và M là R-môđun hữu hạn sinh. Với mỗi i = 0, 1, 2, ...
ta ký hiệu
I(M )x là Ix − cofinite}
Di(I, M ) := {x ∈ R|H i
Theo bổ đề trên ta có ngay Di(I, M ) là một iđêan của R. Hơn thế
d \
ta có
i=0
Di(I, M ) D(I, M ) :=
Chúng ta chú ý rằng nếu p là iđêan và p 6⊃ Di = Di(I, M ) thì
I(M )p là Ip−cofinite.
H i
Nhận xét 2.4.3. Cho R là vành Noether địa phương, I là iđêan
của R và M là R-môđun hữu hạn sinh có số chiều là n. Đặt Di =
Di(I, M ). Ta có
I(M ) là I-cofinite nếu và chỉ nếu Di = R;
(i). H i
(ii). Di là radical iđêan chứa I;
(iii). D0 = R;
(iv). dim R/Dn ≤ 0;
(v). dim R/Dn−1 ≤ 1.
53
I
(M ) là hữu hạn theo [[40], Corollary 2.5]. Chứng minh: Các ý (i) − (iv) là rỏ ràng, còn với (v) thì chúng ta biết rằng SuppRH n−1
Mệnh đề 2.4.4. Cho R là vành Noether, I là iđêan của R và M là
R-môđun hữu hạn sinh. Giả sử rằng tồn tại số nguyên h ≥ 0 sao cho
I(M ) là I−cofinite
I(M ) là I−cofinite với mọi i 6= h. Khi đó H i
H i
với mọi i.
Chứng minh: Chúng ta xem xét dãy sau
2 = Extp
R(R/I, H q
I (M )) =⇒ Extp+q
R (R/I, M )
Ep,q
2 với mọi r ≥ 2, chúng ta giả thiết
Vì Ep,q là môđun thương của Ep,q
r rằng Ep,q
r
là hữu hạn sinh với mọi r ≥ 2, p ≥ 0 và q 6= h.
Với mỗi r ≥ 2 và p, q ≥ 0 lấy
r = ker(Ep,q Z p,q
r −→ Ep+r,q−r+1 r
r = Im(Ep−r,q+r+1 r
) và Bp,q −→ Ep,q r )
là hữu hạn sinh với mọi p, q và r ≥ 2, do đó hoặc Chú ý rằng Bp,q
r hoặc Ep,q
r
r
là hữu hạn sinh. Từ đây với mỗi r ≥ 2 và p ≥ 0 Ep−r,q+r+1
ta có hai dãy khớp
r −→ Z p,h
r −→ Ep,h
r+1 −→ 0
0 −→ Bp,h
và
r −→ Ep,h
r −→ Ep+r,q−r+1 r
0 −→ Z p,h −→ 0
∞ đẳng cấu với môđun thương của Extp+h
R (R/I, M ) do
Bây giờ Ep,h
đó là hữu hạn sinh với mọi p.
r = Ep,h
∞ với r đủ lớn suy ra Ep,h
r
Từ Ep,h là hữu hạn sinh với mọi p
r+1 là hữu hạn sinh. Từ dãy khớp thứ
và r đủ lớn. Cố định p và r giả sử rằng Ep,h
54
r
nhất chúng ta thu được Z p,h là hữu hạn sinh. Từ dãy khớp thứ hai ta
r
r
là hữu hạn sinh. Tiếp tục quá trình này ta có Ep,h là hữu hạn
2 = Extp
R(R/I, H R
i (M )) (cid:3)
có Ep,h sinh với mọi r ≥ 2 và với mọi p. Đặc biệt Ep,h
là hữu hạn sinh với mọi p.
Hệ quả 2.4.5. Cho R là vành Noether và I là iđean của R, M là R-môđun hữu hạn sinh và h ∈ Z.
I(M ) là I−cofinite
(i). Nếu R là vành địa phương và dim R ≤ 2 thì H i
với mọi i ≥ 0.
I(M ) là hữu hạn sinh với mọi i < h và H i
(ii). Giả sử H i
I(M ) = 0 I(M ) là I−cofinite với mọi i. Đặc biệt, nếu
với mọi i > h thì H i
I(M ) = 0 với mọi i > 1 thì H i
I(M ) là I−cofinite với mọi i.
H i
I(M ) = 0 với mọi i 6= h, h + 1 thì H h
I (M ) là
(iii). Giả sử rằng H i
I
I−cofinite nếu và chỉ nếu H h+1 (M ) là I−cofinite.
Chứng minh:
I (M ) và H d
I (M ) đều là I-cofinite theo
(i). Với d = dim R ta có H 0
[[5], Theorem 3].
(cid:3) (ii). và (iii). được suy ra trực tiếp từ mệnh đề 2.4.4.
Bổ đề 2.4.6. Cho R là vành địa phương và là ảnh đồng cấu của
một vành Cohen − M acaulay, I là iđêan của R và M là R-môđun
hữu hạn sinh. Đặt n = dim M và r = dim M/IM . Giả sử rằng
(i). M là đẳng chiều và
(ii). M thỏa điều kiện Serre0s Sl với l ≤ n − r − 1.
55
I(M ) là hữu hạn sinh với i < l + 1.
Thì H i
Chứng minh: Không mất tính tổng quát ta giả sử rằng annR(M ) =
0, với M là một R−môđun đẳng chiều và có annR(M ) = 0. Do R là
đẳng chiều nên R là vành thương của một vành Cohen−M acaulay.
Bây giờ chúng ta giả sử rằng R hoàn toàn tốt. Lấy p ∈ SpecR.
Nếu htp ≤ l thì
depthMp+ht(I+p)/p = htp+ht(I+p)/p = ht(I+p) ≥ htI = n−r ≥ l+1
Nếu htp > l và I 6⊂ p thì
depthMp + ht(I + p)/p ≥ l + 1
Do vậy
min{depthMp + ht(I + p)/p|p 6∈ V (I)} ≥ l + 1
I(M ) là hữu hạn sinh với mọi i < l + 1.
(cid:3) Từ đây ta có H i
Bổ đề 2.4.7. Cho (R, m) là một vành địa phương dây chuyền và
M là một R−môđun hữu hạn sinh không phân tích được thỏa mãn
điều kiện serre0s S2. Thì M là đẳng chiều.
Chứng minh: Không mất tính tổng quát ta giả sử annR(M ) = 0.
Giả thiết phản chứng rằng M không phải là đẳng chiều, chúng ta
đặt các tập
X := {P ∈ MinR| dim R/P = dim R}
Y := {P ∈ MinR| dim R/P < dim R}
Xét
P ∈X
P ∈Y
\ \ I = P và J = P
56
Ta có I + J ⊆ m và ht(I + J) ≥ 1. Chúng ta cần phải chỉ ra rằng
ht(I + J) ≥ 2. Giả sử tồn tại Q chứa trong I + J thì nhất thiết
tồn tại P1 ∈ X và P2 ∈ Y sao cho P1 + P2 ⊆ Q. Do R là vành địa
phương dây chuyền và htQ/P1 = htQ/P2 = 1, vì vậy chúng ta có
dim R/P1 = dim R/Q + htQ/P1 = dim R/Q + htQ/P2 = dim R/P2
Từ đây chúng ta có mâu thuẫn.
Lại vì ht(I + J) ≥ 2 và M thỏa S2 suy ra
I+J (M ) = H 1
I+J (M ) = 0
H 0
Vì vậy theo dãy M ayer − V ietoris chúng ta thu được
I∩J
I (M ) ⊕ H 0
J (M )
M = H 0 ∼= H 0
I (M ) và H 0
J (M ) là khác 0 mâu thuẫn với M là không (cid:3)
Nhưng mà H 0
phân tích được. Bổ đề đã được chứng minh.
Nhận xét 2.4.8. Điều kiện M không phân tích được trong bổ đề là
rất cần thiết. Ta lấy thí dụ R = k[[u, v, w, x, y]] là vành các chuổi
lũy thừa trên trường k. Khi đó ta có M = R/(u, v) ⊕ R/(w, x, y) là
S2 nhưng không là đẳng chiều.
Mệnh đề 2.4.9. Cho R là một vành địa phương và là ảnh đồng cấu
của một vành Cohen − M acaulay, M là R−môđun hữu hạn sinh
có số chiều là n, I là iđêan của R sao cho dim M/IM ≤ 2. Giả
sử rằng n ≤ 4 hoặc M thỏa điều kiện Sn−3. Kí hiệu D = D(I, M ).
Chứng minh rằng
dim R/D ≤ 1
57
Chứng minh: Chúng ta xem xét trường hợp thứ nhất n ≤ 4.
Nếu n ≤ 3 lúc đó kết quả đúng theo định lý [2.4.12(i)]. Ta có thể
I(M ) là hữu hạn sinh với mọi i < 2 theo bổ đề [2.4.6]. Ta đặt
giả sử rằng dim R/p = 4, với mọi p ∈ AssR(M ) thì M thỏa S1 và H i
J = D3(I, M ) ∩ D4(I, M )
thì ta có dim R/J ≤ 1 theo nhận xét [2.4.3]. Bây giờ với mọi x ∈ J
ta có H i
I(M )x là Ix−cofinite với mọi i 6= 2, theo hệ quả [2.4.5] thì I(M )x là Ix−cofinite với mọi i và với mọi x ∈ J. Do đó J ⊂ D và
H i
dim R/D ≤ 1.
Nếu M là một R−môđun hữu hạn sinh tùy ý 4 chiều. Gọi N là
R−môđun con lớn nhất của M thỏa mãn dim N ≤ 3 lúc đó ta có
dim R/p = 4 với mọi p ∈ AssRM/N . Do vậy dim R/D(I, M/N ) ≤ 1
bằng lập luận tương tự. Ta đặt
I (N ) ∪ SuppRH 3
I (N ) và J = J1 ∩ D(I, M/N )
V (J1) = SuppRH 2
Theo nhận xét [2.4.3] ta có dim R/J ≤ 1.
I(M/N )x = 0 với mọi i > 1 và H i ∼= H i
I(M )x
Với mọi x ∈ J và H i
I(M/N )x là I(M/N )x với mỗi i > 1 do I(M )x là Ix-cofinite với mọi i > 1. Theo mệnh đề [2.4.4] ta có
Ix-cofinite với mọi i. Vì H i đó H i
I(M )x là Ix-cofinite với mọi i và x ∈ J, Vì vậy J ⊆ D.
H i
Bây giờ chúng ta xét trường hợp n ≥ 5 và M thỏa điều kiện Sn−3.
Không mất tính tổng quát có thể giả sử rằng M là không phân tích
được. Từ R là vành dây chuyền suy ra M là đẳng chiều theo bổ đề
I(M ) là hữu hạn sinh với mọi
[2.4.7], do vậy theo bổ đề [2.4.6] thì H i
i < n − 2. Đặt
J = Dn−1(I, M ) ∩ Dn(I, M )
58
ta có dim R/J ≤ 1 và với mọi x ∈ J, i 6= n − 2 do vậy H i
I(M )x là I(M )x là Ix−cofinite với (cid:3)
Ix−cofinite. Từ đây theo mệnh đề [2.4.4] H i
mọi i ≥ 0 và x ∈ J.
Mệnh đề 2.4.10. Cho R là vành U F D địa phương và dim R = 4, I
là iđêan của R và M là R−môđun hữu hạn sinh. Gọi D = D(I, M ),
khi đó dim R/D ≤ 1.
Chứng minh:
Xét trường hợp thứ nhất htI ≥ 2.
Giả sử rằng M là một R−môđun không xoắn. Do R là miền nguyên
nên tồn tại R−môđun C và dãy khớp ngắn sau đây
0 −→ M −→ Rn −→ C −→ 0
I(R) = 0 với i = 0, 1. Bởi vậy H 1
I (M ) ∼= H 0
I (M ) là các R−môđun hữu hạn sinh. Đặt J = D3(I, M ) ∩ D4(I, M ) thì ta có dim R/J ≤ 1
trong đó n = rankM . Từ R thỏa mãn điều kiện S2 chúng ta có H i
và H i
I(M )x là Ix-cofinite với x ∈ J và i 6= 2. Theo mệnh đề [2.4.4] I(M )x là Ix−cofinite với mọi i và x ∈ J, Vì vậy J ⊆ D.
suy ra H i
Bây giờ lấy M là R−môđun tùy ý, gọi T là môđun con xoắn của
M khi đó ta biết rằng M/T là không xoắn và dim T ≤ 3. Đặt
J = J1 ∩ J2, trong đó
I (T ) ∪ SuppRH 3
I (T )
J1 = D(I, M/T ) và V (J2) = SuppRH 2
Thì ta có dim R/J ≤ 1. Với mỗi x ∈ J từ dãy khớp ngắn
0 −→ Tx −→ Mx −→ (M/T )x −→ 0
I(M )x
chúng ta thu được H i
I(M/T )x với mỗi i ≥ 2. Do vậy I(M )x
H i ∼= H i I(M )x là Ix-cofinite với mọi i 6= 1. Theo mệnh đề [2.4.4] H i
59
là Ix−cofinite với mọi i. Vì vậy dim R/D ≤ 1.
Xét trường hợp thứ hai htI = 1. √ I, với R là U F D, I = K ∩ (f ) Chúng ta có thể giả sử rằng I =
trong đó htK ≥ 2 và ht(K + (f )) ≥ 3. Đặt
J = D(K, M ) ∩ (K + (f ))
ta có dim R/J ≤ 1 theo trường hợp một. Với mỗi x ∈ J ta có
Kx + (f )x = Rx và (R/I)x ∼= (R/K)x ⊕ (R/(f ))x
Theo dãy M ayer − V ietoris chúng ta thu được
K(M )x ⊕ H i
I(M )x
(f )(M )x
H i ∼= H i
với mọi i. Hơn thế nữa ta còn có
R(R/(f ), H j
R(R/K, H j
K(M ))x
(f )(M ))x = 0 = Exti
Exti
với mọi i, j, với bất kỳ iđêan nguyên tố nào trong giá của chúng
chứa Kx + (f )x = Rx.
Từ tất cả các điều trên với mọi x ∈ J và mọi i, j ta có
R(R/I, H j
R(R/K, H j
R(R/(f ), H j
I (M ))x
K(M ))x⊕Exti
(f )(M ))x
Exti ∼= Exti
Hạng tử thứ nhất là hữu hạn sinh với x ∈ D(K, M ) và hạng tử
thứ hai là hữu hạn sinh theo hệ quả [2.4.5]. Vì vậy J ⊆ D(I, M ) và
(cid:3) dim R/D(I, M ) ≤ 1.
Mệnh đề 2.4.11. Cho R là vành địa phương không rẽ nhánh, I là
iđêan của R và M là R−môđun trung thành hữu hạn sinh. Giả sử
rằng dim R/I ≤ 3 và M thỏa điều kiện Sd−3 với d = dim R. Gọi
D = D(I, M ), khi đó dim R/D ≤ 1.
60
I(M ) là hữu hạn sinh với i < d−3. Ta lại giả (M )
I
I
Chứng minh: Theo mệnh đề [2.4.9] chúng ta giả sử rằng dim R/I =
3, vì theo bổ đề [2.4.6] H i sử rằng R/I là đẳng chiều lúc đó ta cần chỉ ra rằng SuppRH d−2 là hữu hạn sinh. Lấy Q ∈ SuppRH d−2 (M ) ta có htQ ≥ d − 2. Thật vậy theo định lý Hartshorne−Lichtenbaum V anishing T heorem
I
(R), vì Q là tối tiếu trong
I
I
I
(R) là tập hữu (R) nên Q ∈ AssRH d−2 (R). Mà AssRH d−2
thì ta có htQ ≥ d − 1 cũng như là dim RQ/IQ > 0. Nếu htQ = d − 1 thì Q ∈ SuppRH d−2 SuppRH d−2 hạn, do vậy lúc này chúng ta cần chỉ ra rằng dim R/Dd−2(I, M ) ≤ 1.
Đặt
J = Dd−2(I, M ) ∩ Dd−1(I, M ) ∩ Dd(I, M )
Thì ta có dim R/J ≤ 1 và với mọi x ∈ J, H i
I(R)x là hữu hạn sinh I(R)x là Ix−cofinite với mọi i ≥ 0 và
với mọi i 6= d − 3. Vì vậy H i
x ∈ J, theo mệnh đề [2.4.4]. Do đó J ⊆ D(I, M ).
Bây giờ ta giả sử rằng R/I không là đẳng chiều và giả thiết I = √ I và xét I = K ∩ L trong đó R/K là đẳng chiều. Chúng ta có
dim R/K = 3, dim R/L ≤ 2 và dim R/(K + L) ≤ 1. Bây giờ ta đặt
J = D(K, M ) ∩ D(L, M ) ∩ (K + L)
I(M ) ∼= H i
Thì ta có dim R/J ≤ 1 theo lập luận trước và mệnh đề [2.4.9]. Với
mỗi x ∈ J chúng ta có Kx + Lx = Rx và H i H i
K(M )x ⊕ L(M )x với mọi i. Lập luận theo trường hợp 2 của mệnh đề [2.4.10] I(M )x là Ix−cofinite với mọi i và x ∈ J. Do (cid:3)
chúng ta thu được H i
vậy J ⊆ D(I, M ) và dim R/D(I, M ) ≤ 1.
Từ nhận xét 2.4.3 và các mệnh đề 2.4.9, 2.4.10, 2.4.11 chúng ta có
định lý sau:
61
Định lí 2.4.12. Cho R là vành địa phương, I là iđêan của R và M
là R-môđun hữu hạn sinh có số chiều là n. Đặt D := D(I, M ) và
giả sử rằng một trong các điều kiện dưới đây đúng:
(i). dim M ≤ 3;
(ii). dim R = 4 và R là miền nguyên chính;
(iii). R là vành thương của vành Cohen−M acaulay, dim M/IM ≤ 2
và hoặc là dim M ≤ 4 hoặc thỏa mãn điều kiện Serre0s Sn−3;
(iv). R là vành địa phương không rẽ nhánh, dim R/I ≤ 3 và M thỏa
Sd−3 ở đây d = dim R = dim M .
thì dim R/D ≤ 1.
Nhận xét 2.4.13. Cho (R, m) là vành địa phương, I là iđêan của
R và M là R−môđun. Đặt bR là m − adic đầy đủ của R.
bR(M ⊗R bR) là hữu hạn thì AssRM cũng hữu hạn.
(i). Nếu Ass
(ii). Nếu SuppRM ⊆ V (I) thì AssRM = HomR(R/I, M ).
Bổ đề 2.4.14. Giả sử rằng (R, m) là vành hoàn toàn địa phương
và {pi}i∈Z+ là tập đếm được các iđêan nguyên tố của R không chứa
trong I. Khi đó tồn tại phần tử x ∈ I sao cho nó không thuộc về pi
với mọi i.
Chứng minh: Không mất tính tổng quát chúng ta cần giả thiết
không có mối quan hệ bao hàm giữa các pi. Bằng quy nạp chúng ta
xây dựng dãy cauchy {x1, x2, x3, ...} ⊆ I như sau
Chọn x1 ∈ I sao cho x1 6∈ p1.
62
Giả sử rằng đã chọn được dãy x1, x1, x3, ..., xr−1 ∈ I sao cho với mỗi i, s mà i ≤ s ≤ r − 1 thì ta có xs 6∈ pi và xs − xi ∈ pi ∩ I i.
Nếu xr−1 6∈ pr chúng ta đặt xr = xr−1.
Nếu xr−1 ∈ pr chúng ta chọn yr sao cho
yr 6∈ pr nhưng yr ∈ p1 ∩ p2 ∩ ... ∩ pr−1 ∩ I
r
Khi đó đặt xr = xr−1 + yr−1 ta có xr ∈ I mà xr 6∈ pi, ∀i ≤ r. Rỏ
ràng ta có
r ∈ p1 ∩ p2 ∩ ... ∩ pr−1 ∩ I r−1
xr − xr−1 = yr−1
Hơn thế nữa với mọi i ≤ r − 1 ta có
xr − xi = xr − xr−1 + xr−1 − xi ∈ pi ∩ I i
r=1 là dãy cauchy trong R, vì R là hoàn toàn địa phương nên dãy trên có giới hạn x. Do các iđêan là đóng trong
Ta có dãy {xr}∞
m − adic tôpô suy ra x ∈ I. Tương tự như vậy, cố định một i ≥ 1
s=i cũng là dãy cauchy trong pi. Vì vậy x − xi ∈ pi (cid:3)
thì dãy {xs − xi}∞
với mọi i và rõ ràng x 6∈ pi.
Định lí 2.4.15. Cho R là vành địa phương, I là iđêan của R và M
là R−môđun hữu hạn sinh n chiều. Giả sử rằng một trong các điều
kiện dưới đây được thỏa mãn:
(i). dim M ≤ 3;
(ii). dim R = 4 và m − adic đầy đủ của R là một U F D;
(iii). R là vành thương của vành Cohen − M acaulay, dim R/I ≤ 2
và hoặc dim M ≤ 4 hoặc M thỏa mãn điều kiện Sn−3;
63
(iv). R là vành chính quy địa phương không rẽ nhánh, dim R/I ≤ 3
và M thỏa điều kiện Sd−3 trong đó d = dim R = dim M .
R(N, H j I(M ) là tập hữu hạn với mọi i.
Lúc đó với mọi R−môđun hữu hạn sinh N sao cho SuppRN ⊆ V (I). Tập AssRExti I (M )) là hữu hạn với mọi i, j. Đặc biệt AssRH i
Chứng minh Theo nhận xét [2.4.13] chúng ta cần giả thiết rằng
R(N, H j
I (M )) là tập vô hạn với i, j nào đó. Theo định lý [2.4.12] dim R/D ≤ 1
R là đầy đủ. Giả thiết phản chứng rằng AssRExti
trong đó D = D(I, M ). Do vậy tồn tại tập con vô hạn đếm được
R(N, H j
I (M )) sao cho D 6⊂ pl với mọi l. Theo bổ đề [2.4.14] tồn tại x ∈ D sao cho x 6∈ pl với mọi l. Do x ∈ D, Extp
R(R/I, H q
các pl của AssRExti
R(N, H j
R(N, H j
I (M ))x là một tập vô hạn, điều này dẫn đến mâu (cid:3)
I (M ))x là một Rx−môđun hữu hạn sinh với mọi I (M ))x là một Rx−môđun hữu hạn sinh. Nhưng vì x 6∈ pi với mọi i do đó AssRxExti thuẫn.
p, q. Vì vậy theo [[3], Lemma 4.2] chúng ta có Exti
Định lí 2.4.16. Cho (R, m) là vành địa phương, I là iđêan của R,
M là R−mođun hữu hạn sinh n chiều. Giả sử rằng một trong các
điều kiện dưới đây được thỏa mãn
(i). dim M ≤ 3;
(ii). dim R/I ≤ 2;
(iii). dim R = 4 và R là một U F D;
(iv). R là vành chính quy địa phương không rẽ nhánh, dim R/I ≤ 3
64
và M thỏa điều kiện Sd−3 trong đó d = dim R = dim M .
Lúc đó H i
I(M )p là Ip−cofinite với mọi p iđêan nguyên tố p của R. I(M )) là hữu hạn với mọi i, j và mọi iđêan
Hơn thế nữa cơ sở µi(p, H i
nguyên tố p của R.
Chứng minh:
Trường hợp (ii)
Theo [[5], Theorem 1] ta có dim RQ/IQ ≤ 1 với mọi Q 6= m.
Trường hợp (i), (iii), (iv)
Theo định lý [2.4.12] chúng ta có dim R/D ≤ 1 với D = D(I, M ).
I(M )p là
Vì vậy V (D) là tập hữu hạn và với mọi p 6∈ V (D), H i
I(M )) (cid:3)
Ip−cofinite với mọi i. Từ đây kết hợp với [[3], Lemma 4.2] chúng ta có được µi(p, H i
là hữu hạn với mọi i, j và mọi iđêan nguyên tố p của R.
Bổ đề 2.4.17. Cho Cho (R, m) là vành hoàn toàn địa phương, I
R(R/I, N ) có độ dài hữu hạn
là một iđêan của R, và N là R−môđun sao cho SuppRN ⊆ {m}. Giả sử rằng HomR(R/I, N ) là hữu hạn sinh. Khi đó N là Artin, I + annRN là m−nguyên sơ và Exti
với mọi i.
Chứng minh: Từ HomR(R/m, N ) là đẳng cấu với một môđun con
của HomR(R/I, N ) chúng ta có HomR(R/m, N ) là hữu hạn sinh. Do đó SuppRN ⊆ {m}, N là Artin và môđun đối ngẫu N ∗ của N là R−môđun hữu hạn sinh.
R(R/I, N )∗ ∼= T orR
i (R/I, N ∗). Như vậy HomR(R/I, N ) là hữu hạn sinh và Artin và nó có độ dài
Bây giờ theo [[13], Theorem 11.57] Exti
65
hữu hạn. Do đó R/I ⊗R N ∗ có độ dài hữu hạn và I + annR(N ∗) i (R/I, N ∗) là có độ dài là m−nguyên sơ. Điều đó cho chúng ta T orR (cid:3) hữu hạn với mọi i.
Mệnh đề 2.4.18. Cho (R, m) là miền nguyên Cohen − M acaulay
địa phương, chuẩn giải tích, có d−chiều. Giả sử
(i). dim R/I ≥ 2, và
(ii). dim R/Q = 1 với Q ∈ MinRR/I.
I
(R)) không là hữu hạn sinh. Khi đó HomR(R/I, H d−1
Chứng minh: Chúng ta có thể giả thiết rằng R là miền nguyên
I
J (R) = H d
(R)) là hữu hạn sinh. Cohen − M acaulay chuẩn đầy đủ. Giả sử phản chứng rằng HomR(R/I, H d−1 √ Với I = I và đặt I = J ∩ K với dim R/J = 1 và dim R/p ≥ √ J + K = m. Theo Hartshorne −
2 với mọi p ∈ MinRR/K và Lichtenbaum V anishing T heorem thì ta có H d K(R) = 0. Vì thế SuppRH h−1 K (R) ⊆ {m}, vì với mọi iđêan nguyên tố một chiều p chứa trong K đều có dim(R/K)p và Rp bất khả quy. Theo dãy
M ayer − V ietoris chúng ta có
m(R) −→ 0
J
K (R) −→ H d−1
I
0 −→ H d−1 (R) ⊕ H d−1 (R) −→ H d
Từ đây chúng ta có dãy khớp dài
K (R)) −→
J
0 −→ HomR(R/J, H d−1 (R)) ⊕ HomR(R/J, H d−1
m(R)) −→
I
HomR(R/J, H d−1 (R)) −→ HomR(R/J, H d
R(R/J, H d−1
R(R/J, H d−1
K (R)) −→ ...
J
(R)) ⊕ Ext1 Ext1
66
J
J
(R)) là hữu hạn sinh và đẳng cấu như là môđun
J
K (R)) cũng là hữu hạn sinh và K (R) ⊆ {m}, áp dụng bổ đề 2.4.17 ta có được
K (R)) có độ dài hữu hạn với mọi i.
m(R)) là hữu hạn sinh. Cũng theo bổ đề 2.4.17 m(R) là m−nguyên sơ. Điều này dẫn đến (cid:3)
(R)) là hữu hạn sinh với (R)), theo định lý [[5], Theorem 1] ta R(R/J, H d−1
m(R) = 0.
Do HomR(R/J, H d−1 con của HomR(R/I, H d−1 được dim R/J = 1 và Ext1 mọi i. Hơn thế HomR(R/J, H d−1 ta có SuppRH d−1 R(R/J, H d−1 Exti Vì vậy HomR(R/J, H d chúng ta có J + annRH d mâu thuẫn do annRH d
I (R)) không là hữu I(R) không là I−cofinite với i = 1, 2 theo mệnh
Ví dụ: Cho R = k[x, y, z](x,y,z) với k là trường. Đặt I = ((x) ∩ (y, z))R. Khi đó HomR(R/I, H 2 hạn sinh. Vì vậy H i
đề [2.4.4].
Ví dụ: Cho R = k[x, y, z, u, v](x,y,z,u,v) với k là trường.
I(R))P không là RP -môđun hữu hạn sinh theo mệnh đề [2.4.18]. Vì vậy HomR(R/I, h2
I(R))Q không là RQ-môđun hữu hạn sinh với bất kỳ
Đặt I = ((x)∩(y, z))R và P = (x, y, z)R. Khi đó HomR(R/I, h2
iđêan nguyên tố Q của R chứa trong P .
Định lí 2.4.19. Cho (R, m) là miền nguyên Cohen − M acaulay
I
(R)) địa phương, chuẩn giải tích. I là iđêan của R sao cho dim R/I ≥ 2. Nếu SpecR/I − {m/I} là không rời rạc thì HomR(R/I, H d−1
không là hữu hạn sinh.
67
Chứng minh: Chúng ta có thể giả thiết rằng R là miền nguyên
I ⊆ {m}. Vì mọi iđêan nguyên tố p có độ cao d − 1 chứa
Cohen − M acaulay chuẩn đầy đủ. Theo mệnh đề [2.4.18] chúng
ta có thể giả sử dim R/Q ≥ 2 với mọi Q ∈ MinRR/I. Do vậy SuppRH d−1 trong I ta đều có dim(R/I)p > 0 và Rp bất khả quy.
Lại vì SpecR/I − {m/I} là không rời rạc và theo dãy M ayer −
m(R). (R) = 0. Vì vậy
V ietoris ta thu được toàn cấu H d−1
I −→ H d m(R) = 0 chúng ta có annRH d−1
I
Từ annRH d
I
(R)) HomR(R/I, H d−1
(cid:3) không là hữu hạn sinh theo bổ đề [2.4.17].
Ví dụ: Cho k là trường và R = (k[x, y, u, v]/(xu − yv))(x,y,u,v).
I (R)) không là hữu
Đặt I = (x, y)R ∩ (u, v)R. Khi đó HomR(R/I, H 2
hạn sinh.
Kết Luận
Trong luận văn này, chúng tôi trình bày được một số kết quả chủ
yếu như sau:
♦ Định nghĩa và một số tính chất của môđun cofinite được trình
bày trong các mệnh đề 2.1.2, 2.1.5, 2.1.7, 2.1.12, 2.1.16,2.1.17.
♦ Định nghĩa và một số tính chất cơ bản của F A và AF môđun
được trình bày trong các định lý 2.2.3, 2.2.5.
♦ Một số đặc trưng của tính cofinite của môđun đối đồng điều địa
phương được trình bày trong các mệnh đề 2.3.4, 2.3.7, 2.3.10,
2.3.12 định lý 2.3.11, 2.3.19.
♦ Xét về iđêan nguyên tố liên kết và tính cofinite của môđun đối
đồng điều địa phương được trình bày trong các định lý 2.4.12
và 2.4.15.
I
(R)) ♦ Luận văn cũng chỉ ra một số trường hợp tập HomR(R/I, H d−1
không là hữu hạn sinh.
Vì thời gian và khả năng có hạn nên luận văn không tránh khỏi
những thiếu sót. Tôi rất mong những ý kiến đóng góp, phê bình và
68
bổ sung của quý Thầy cô và các bạn để luận văn được hoàn chỉnh.
Tài liệu tham khảo
[1] Bourbaki, Commutative Algebra, Hermann, Publishers in Arts
and Science, 1972.
[2] R. Belshoff, S. -P. Slattery and C.Wickham, The local coho-
mology modules of Matlis reflexive modules are almost cofinite,
Proc. Amer. Math. Soc., 124 (1996), 2649Ọ2654.
[3] C. Huneke, J. Koh, Cofiniteness and vanishing of local cohomol-
ogy modules, Math. Proc. Cambridge Philos. Soc. 110 (1991)
421-429.
[4] C. U. Jensen, Les functeurs Dérivés de lim et leurs Applica-
tions en Théories des Modules, Springer-Verlag Berlin Heidel-
berg New York, 1972.
[5] D. Delfino, T. Marley, Cofinite modules and local cohomology,
J.Pure Appl.Algebra 121 (1997) 45-52.
[6] D. G. Northcott, Introduction to Homological Algebra, Cam-
bridge University Press, 1966.
[7] D. G. Northcott, Homological Algebra, Cambridge University
69
Press, 1973.
70
[8] D. G. Northcott, Multilinear algebra, Cambridge University
Press, 1984.
[9] E. Matlis, Injective modules over Noertherian rings, Pac. J.
Math. 8, 511-528 (1958).
[10] H. Cartan, S. Eilenberg, Homological Algebra, Princeton Uni-
versity Press, Princeton, 1956.
[11] H. Matsumura, Commutative ring theory, Cambridge Univer-
sity Press 1986.
[12] H. Matsumura, Commutative Algebra-Second Edition, The Ben-
jamin/Cummings Publishing Company, Inc. 1980.
[13] J. Rotman, An introduction to Homological Algebra, Academic
Press, San Diego, 1979.
[14] Jan R. Strooker, Homological Questions in Local Algebra, Cam-
bridge University Press, 1990.
[15] K-I. Kawasaki, Cofiniteness of local cohomology modules for
principal ideals, Bull. London Math. Soc. 30 (1998) 241-246.
[16] K-I. Yoshida, Cofiniteness of local cohomology modules for ide-
als of dimension one, Nagoya Math. J. 147 (1997) 179-191.
[17] K. Bahmanpour, R. Naghipour, On the cofiniteness of local co-
homology modules, Proc. Amer. Math. Soc. 136 (2008) 2359-
2363.
71
[18] K. Bahmanpour, R. Naghipour, Cofiniteness of local cohomol-
ogy modules for ideals of small dimension, Journal of Algebra
321 (2009) 1997Ọ2011.
[19] L. Melkersson, P. Schenzel The co-localization of artinian mod-
ules, Proceedings of Edinburgh Mathematical Society (1995)
38, 121-131.
[20] L. Melkersson, On asymptotic stability for sets of prime ideals
connected with the powers of an ideal, Math. Proc. Cambridge
Philos. Soc. 107 (1990) 267-271.
[21] L. Melkersson, Some applications of a criterion for artinianess
of a modules, J. Pure Appl. Algebra 101 (1995) 291-303.
[22] L. Melkersson, Properties of cofinite modules and applications
to local cohomology, Math. Proc. Cambridge Philos. Soc. 125
(1999) 417-423.
[23] L. Melkersson, Modules cofinite with respect to an ideal, J. Al-
gebra 285 (2005) 649-668.
[24] M.T. Dibaei, S. Yassemi, Associated primes and cofiniteness of
local cohomology modules, arXiv:math.AC/0405499 v3 31 May
2004.
[25] T.Marley and J.C. Vassilev, Cofiniteness and Associ-
ated primes and cofiniteness of local cohomology modules,
arXiv:math.AC/0209216 v1 17 Sep 2002.
72
[26] M. Brodmann, R. Y. Sharp, Local cohomoly: An introduc-
tion with Geometric Applications, Cambridge University Press,
Cambridge, UK, 1998.
[27] M. F. Atiyah, I. G. Macdonald, Introduction to Commutative
Algebra, Addison-Wesley Publishing Company, Inc. 1969.
[28] Nguyen Tu Cuong, Tran Tuan Nam, The I -adic completion
and local homology for Artinian modules, Math. Proc. Camb.
Phil. Soc. (2001), 131, 61.
[29] Nguyen Tu Cuong, Tran Tuan Nam, A local homology theory
for linearly compact modules, Journal of Algebra 319 (2008)
4712Ọ4737.
[30] R. Hartshorne, Cohomological dimension of algebra varieties,
Ann. of Math. 88 ( 1996) 403-450.
[31] R. Hartshorne, Affine duality and cofiniteness, Invent. Math. 9
(1970) 145-164.
[32] R. Hartshorne, Algebraic Geometry, Springer-Verlag New York
Inc, 1977.
[33] R. Y. Sharp, On the attached prime ideals of certain artinian
local cohomology modules.....
[34] S. D. Mac Lane, Homology, Academic Press, New York 1963.
[35] S. Greco, P. Salmon, Topics in m-adic Topologies, Springer-
Verlag Berlin Heidelberg New York, Inc. 1971.
[36] S. Lang, Algebra, Springer-Verlag New York, Inc. 2002.
73
[37] S. T. Hu, Homology theory, Holden-Day, San Francissco, 1964.
[38] S. Yassemi, Coassociated primes, Comm. Algebra 23 (4) (1995)
1473-1498.
[39] S. Yassemi, Cofinite modules, Comm. Algebra 29 (6) (2001)
2333-2340.
[40] T. Marley, The associated primes of local cohomology modules
over rings of small dimension, Manuscripta Math. 104, 519-525
(2001).
[41] T. Marley, J. Vassilev, Cofiniteness and associated primes of
local cohomology modules, J. Algebra 256 (2002) 180-193.
[42] Tran Tuan Nam, Ideal co-transforms of linearly compact mod-
ules, East-West J. of Mathematics: Vol. 6, No 2 (2004) pp.173-
183.
[43] Tran Tuan Nam, On the finiteness of co-associated primes of
local cohomology modules, J. Math. Kyoto Univ. (JMKYAZ)
00-0 (2008), 000-000.
[44] Tran Tuan Nam, Co-support and Coartinian Modules, Algebra
Colloquium 15 : 1 (2008) 83Ọ96.
[45] W. Vasconcelos, Divisor Theory in Module Categories, Noth-
Holland, Amsterdam, 1974.