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Proyectivas pero no libre (ejercicio de Adkins - Weintraub)

Esto es ejercicio 38 del capítulo 3 (módulos y espacios vectoriales) en álgebra por Adkins y Weintraub (GTM). ¿Cómo resuelves este problema?

\begin{equation*} R = \lbrace f : [0, 1] \to \Re : f \;\text{ is continuous and} \; f (0) = f (1) \rbrace \end{Ecuación *} y que\begin{equation*} M = \lbrace f : [0, 1]\to \Re : f \;\text{is continuous and} \; f (0) = - f (1) \rbrace. \end{ecuación *} entonces $R$ es un anillo bajo la adición y la multiplicación de funciones, y $M$ es un $R$-módulo. Mostrar que $M$ es un proyectivo $R$-módulo que no es libre.

6voto

Xetius Puntos 10445

Voy a considerar el intervalo de $[0,2\pi]$ por simplicidad de notación. Considere la matriz $$ A = \left( \begin{array}{cc} \sin ^2\tfrac{\theta }{2} & - \sin \tfrac{\theta }{2} \cos \tfrac{\theta }{2} \\ -\sin \tfrac{\theta }{2}\cos \tfrac{\theta }{2} & \cos ^2\tfrac{\theta }{2} \end{array} \right), $$ que define una $R$-lineal mapa de $p:R^2\to R^2$. Computación $A^2$ vemos que $p^2=p$, lo $p$ es idempotente, y su núcleo es un proyectiva $R$-módulo de $P$.

Ahora, considere el mapa $$ \phi : f\M \mapsto(f(\theta)\cos \tfrac{\theta }{2},f(\theta)\pecado \tfrac{\theta }{2}) \in R^2. $$ Se trata claramente de un $R$-lineal inyectiva mapa, cuya imagen es, precisamente, el núcleo de $P$$p$. De ello se desprende que $M\cong P$, y esto se muestra projectivity.

La no-libertad es más sutil...

Hay un morfismos de anillos de $\varepsilon:R\to\mathbb R$ dado por la evaluación en $0$. Uno puede ver que $P\otimes_R\mathbb R$ es de dimensión$1$$\mathbb R$, por lo que si $P$ es libre, es libre de rango $1$. En ese caso, $M$ estaría libre de rango $1$: supongamos que es así, y vamos a $h\in M$ ser un generador. Es inmediato luego de que cada elemento de a $M$ tiene que desaparecer donde $h$ se desvanece. Pero uno puede encontrar fácilmente un elemento de $M$ cuyo único cero no es un cero de $h$.

3voto

Bryan Roth Puntos 3592

Hice un comentario similar en MO donde esta pregunta fue publicado por primera vez. Aquí es una elaboración:

Desde el círculo de $S^1$ puede ser considerado como la unidad de intervalo de $[0,1]$ con los dos extremos identificados, $R$ puede ser visto como el anillo de todos los verdaderos valores de funciones continuas en $S^1$.

Mi sugerencia es ver $M$ como el módulo de global secciones de la banda de Möbius. Para esto, pensar en la construcción de la banda de Möbius como un espacio de identificación de $[0,1] \times \mathbb{R}$: pegar los dos extremos juntos con la mitad de un giro.

Es justo mencionar que tengo implícitamente en mente el célebre teorema de Richard Cisne que da una equivalencia entre el vector de paquetes de más de un compacto de base y los módulos a través del anillo de funciones continuas sobre la base de: ver, por ejemplo, el Capítulo 6 de estas notas. Tal vez es posible dar una más elementales de la solución de este problema: yo estaría feliz de ver a uno mismo.

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