弱Ding-投射模及相關(guān)維數(shù)

何東林，張金戰(zhàn)

（隴南師范高等?？茖W(xué)校數(shù)信學(xué)院，甘肅 隴南 742500）

引 言

Gorenstein同調(diào)理論是相對(duì)同調(diào)代數(shù)的重要研究課題之一.Auslander和Bridger[1]介紹了雙邊Noether環(huán)上有限生成模的G-維數(shù).Enochs和Jenda[2]給出了一般環(huán)上Gorenstein內(nèi)射模和Gorenstein投射模的定義.隨后，許多學(xué)者先后對(duì)其進(jìn)行了研究和推廣.特別地，Holm和J?rgensen[3]在交換Noether環(huán)上引入了C-Gorenstein內(nèi)射模和C-Gorenstein投射模，并研究了與它們相關(guān)的投射維數(shù).White[4]進(jìn)一步討論了一般Noether環(huán)上C-Gorenstein內(nèi)射模和C-Gorenstein投射模，并稱之為GC-內(nèi)射模和GC-投射模.Gillespie[5]介紹了Ding-投射模和Ding-內(nèi)射模的概念.Ding-投射模與強(qiáng)Gorenstein平坦模[6]是一致的，而Ding-內(nèi)射模與Gorenstein FP-內(nèi)射模[7]是一致的.為了研究Ding-投射模和Ding-內(nèi)射模的可數(shù)部分及相關(guān)模類，Zhang等[8]介紹了關(guān)于半對(duì)偶模的Ding-投射模，其概念與C-平坦模緊密相連.C-f-投射模[9]是介于C-投射模與C-平坦模之間的一類模.何東林等[10]引入關(guān)于半對(duì)偶模的弱Ding-投射模，它與C-f-投射模緊密相連，是關(guān)于半對(duì)偶模的Ding-投射模的一個(gè)重要推廣.本文將進(jìn)一步討論關(guān)于半對(duì)偶模的弱Ding-投射模的若干性質(zhì)，及與其相關(guān)的弱Ding-投射維數(shù)，研究模M的弱Ding-投射維數(shù)小于等于n的若干等價(jià)刻畫.

文中的環(huán)R均指有單位元的交換環(huán)，模均指酉R-模.如果R-模C滿足條件（1）C具有有限生成投射分解，（2）R?Hom（C，C）且則稱 C 是半對(duì)偶模.如果對(duì)R-模M的任意有限生成子模K，都存在有限生成自由模Rn及R-模同態(tài)α:Rn→M和β:K→Rn，使得i＝αβ，其中i:K→M是標(biāo)準(zhǔn)的包含同態(tài)，則稱M是f-投射模[11].記是投射模是平坦模是f-投射模}，分別稱其中的模為C-投射模、C-平坦模[12]和C-f-投射模[9].易知C-f-投射模類關(guān)于擴(kuò)張、滿同態(tài)的核、直和及直和因子封閉，且有稱模M是C-Gorenstein投射模[3]，如果存在HomR（-，PC（R））-正合的正合列…→P1→P0→其中Pi（i∈Z）是投射模，使得M?Coker（P1→P0）.用GPC（R）表示所有C-Gorenstein投射R-模組成的類.稱模U是DC-投射模[8]（即關(guān)于半對(duì)偶模C的Ding-投射模），如果存在HomR（-，F(xiàn)C（R））-正合的正合列其中P（ii∈Z）是投射模，使得U?Coke（rP1→P0）.用DPC（R）表示所有DC-投射模組成的類.設(shè)x是一個(gè)R-模類，稱x是投射可解的[13]，如果x包含所有投射模且關(guān)于擴(kuò)張和滿同態(tài)的核封閉.分別記對(duì)任意 X∈x有對(duì)任意X∈x有下文中的C均指固定的半對(duì)偶雙模RCR，其余未涉及的概念和記號(hào)參見[14-15].

1 定義和引理

先介紹一些概念和已知結(jié)論.

定義1[10]稱模U是弱DC-投射模，如果存在正合的正合列

其中Pi（i∈Z）是投射模，使得U?Coker（P1→P0）.用wDPC（R）表示所有弱DC-投射模組成的類，且稱正合列（*）為弱Ding PPC-分解.

引理1[8]設(shè)P是投射模，則P∈DP（CR）且

例1因?yàn)槊總€(gè)R-模都具有投射分解，由引理1易知，每個(gè)R-模都具有DC-投射分解，即存在正合列…→D1→D0→M→0，其中Di（i≥0）是DC-投射模.又因?yàn)镈C-投射模一定是弱DC-投射模，所以每個(gè)R-模都具有弱DC-投射分解.

引理2[10]弱DC-投射模類wDPC（R）是投射可解的，且關(guān)于任意直和因子均封閉.

引理3[10]設(shè)M是R-模，則以下條件等價(jià)：

（1）M是弱DC-投射模；

定義2設(shè)M是R-模，稱M的弱DC-投射維數(shù)小于等于n，如果存在正合列

其中Wi（0≤i≤n）是弱DC-投射模，并記為wDPC-pd（M）≤n.稱wDPC-pd（M）＝inf{n wDPC-pd（M）≤n}為模M的弱DC-投射維數(shù).

2 主要結(jié)果

下面給出關(guān)于半對(duì)偶模C的弱Ding-投射模的若干性質(zhì).

命題1弱Ding PPC-分解的每個(gè)核都是弱DC-投射模.

下證Ki（i≤－2）是弱DC-投射模.根據(jù)引理3可知，只需證對(duì)任意由且知，用函子作用于正合列后可得如下長正合列又因?yàn)檎系?，所以由的任意性可知，再考慮短正合列依次類推可得Ki（i≤－2）是弱DC-投射模.

綜上所述，弱Ding PPC-分解的每個(gè)核都是弱DC-投射模.

命題2設(shè)M是R-模，則以下條件等價(jià)：

（1）M是弱DC-投射模；

證明 （1）?（2）由命題1易證.

（2）?（1）由M1是弱DC-投射模及引理3可得，且存在正合的正合列

命題3設(shè)0→L→M→N→0是R-模正合列，如果L和M都是弱DC-投射模，那么以下條件等價(jià)：

（1）M是弱DC-投射模；

證明 由文獻(xiàn)[8]中推論1.5的證明過程易證.

定理1設(shè)0→H→W1→W0→M→0是R-模正合列，其中W0和W1是弱DC-投射模，則存在正合列0→H→W→Q→M→0和其中Q和Q′是投射模，且W和W′是弱DC-投射模.

證明 由W0是弱DC-投射模及定義1知，存在正合列其中Q是投射模且是弱DC-投射模.令K＝Ke（rW0→M）.考慮正合交換圖，如圖1和圖2.

圖1 K→W0與Q→W0的拉回圖

圖2 W1→K與U→K的拉回圖

由W1是弱DC-投射模及定義1知，存在正合列其中Q′是投射模且是弱DC-投射模.考慮推出圖，如圖3和圖4.

圖3 的推出圖

圖4 K→W0與K→V的推出圖

定理 2 設(shè) 0→H→Wn－1→Wn－2→…→W1→W0→M→0是 R-模正合列，其中Wi（0≤i≤n－1）是弱DC-投射模，則以下結(jié)論成立：

（2）存在正合列 0→V→Pn－1→Pn－2→…→P1→P0→M→0和 0→X→V→H→0，其中Pi（0≤i≤n－1）是投射模且X是弱DC-投射模.

證明（1）對(duì)n用數(shù)學(xué)歸納法.當(dāng)n＝1時(shí)，0→H→W0→M→0正合，其中W0是弱DC-投射模.由命題2和引理3可知，存在正合的正合列0→W0→其中Q0是投射模且W是弱DC-投射模.考慮推出圖，如圖5.

圖5 的推出圖

圖5中間行和第三列就是滿足要求的正合列.

假設(shè)結(jié)論對(duì)于n－1（n≥2）成立，下面討論對(duì)于n的情形.在正合列0→H→Wn－1→Wn－2→…→W1→W0→M→0中，Wi（0≤i≤n－1）是弱DC-投射模，不妨令I(lǐng)＝Im（Wn－2→Wn－3），則該正合列可分為如下兩個(gè)正合列

和

根據(jù)定理1及正合列（5）可得，存在正合列

其中Qn－1是投射模且是弱DC-投射模.取將正合列0→K→與序列（6）拼接可得正合列

由歸納假設(shè)可知，存在正合列

和

其中Qi（0≤i≤n－2）是投射模且W是弱DC-投射模.將序列與（9）拼接可得正合列

易知正合列（10）和（11）就是滿足要求的正合列.從而結(jié)論對(duì)于n也成立.

綜上所述，結(jié)論成立.

（2）證明過程與（1）對(duì)偶.

命題4設(shè)M是R-模，如果存在正合列

和

證明 由引理2和文獻(xiàn)[1]中引理3.12易證.

基于以上結(jié)論，下面給出模M的弱Ding-投射維數(shù)wDPC-pd（M）小于等于n的若干等價(jià)刻畫.

定理3設(shè)M是R-模，n為非負(fù)整數(shù)且wDPC-pd（M）＜＋∞，則以下條件等價(jià)：

（1）wDPC-pd（M）≤n；

（2）存在 R-模正合列 0 → Kn→ Wn－1→ Wn－2→…→ W1→ W0→ M → 0，其中 Wi（0≤i≤n－1）是弱DC-投射模且Kn也是弱DC-投射模；

證明（1）?（2）顯然成立.

（2）?（3）設(shè)N是任意C-f-投射模R-模，根據(jù)引理3得，對(duì)任意0≤i≤n－1有等式成立.用函子HomR（-，N）作用于正合列0→Kn→Wn－1→Wn－2→…→W1→W0→M→0，由維數(shù)轉(zhuǎn)移公式可得，對(duì)任意j≥n＋1有

其中Qi（0≤i≤m）是C-f-投射模.由（2）知，對(duì)任意0≤i≤m有用函子HomR（M，-）作用于序列0→Qm→Qm－1→Im－1→0，其中Im－1＝Im（Qm－1→Qm－2），得長正合列

（4）?（1）因?yàn)?wDPC-pd（M）＜＋∞，不妨令 wDPC-pd（M）＝k＜＋∞.若 k≤n，則結(jié)論顯然成立.若k≥n＋1，則存在正合列

其中Wi（0≤i≤k）是弱DC-投射模.取Ii＝Im（Wi→Wi－1），由（4）和維數(shù)轉(zhuǎn)移公式知，對(duì)任意 C-f-投射模 N 和整數(shù) j≥n＋1，有從而有等式成立.又由維數(shù)轉(zhuǎn)移公式可知，對(duì)任意整數(shù) n≤i≤k，有根據(jù)命題3可得，Ii（n≤i≤k）是弱DC-投射模.因此結(jié)論wDPC-pd（M）≤n成立.

定理4設(shè)0→X′→X→X″→0是R-模正合列，n為非負(fù)整數(shù)，則以下結(jié)論成立：

（1）若 wDPC-pd（X′）≤n 且 wDPC-pd（X″）≤n，則 wDPC-pd（X）≤n.

（2）若 wDPC-pd（X″）≤n 且 wDPC-pd（X）≤n，則 wDPC-pd（X′）≤n.

（3）若 wDPC-pd（X′）≤n 且 wDPC-pd（X）≤n，則 wDPC-pd（X″）≤n＋1.

證明對(duì)任意C-f-投射模N，用函子HomR（-，N）作用于序列0→X′→X→X″→0可得長正合列.

（1）若 wDPC-pd（X′）≤n 且 wDPC-pd（X″）≤n，則由引理 2 知，

（2）若 wDPC-pd（X″）≤n 且 wDPC-pd（X）≤n，則由引理 2 知，

（3）若 wDPC-pd（X′）≤n 且 wDPC-pd（X）≤n，則由引理 2 知，