代數K理論

穩定自由模

有些投射模並非自由,但只要給它們添上幾個自由方向就立刻變成自由——好比一塊形狀彆扭的區域,一旦與自身的一份拼合便能完美鋪滿空間。穩定自由模恰是如此:自身不自由,但在無害地添加一個自由直和項後即自由。這類模正是 K_0 讀取穩定同構而非真正同構的緣由,也是「投射未必自由」的第一個具體徵兆。

右 R 模 P 稱為穩定自由的,若存在非負整數 m 與 n 使 P ⊕ R^m 同構於 R^n。等價地,P 是有限生成投射模,且其在約化群 K_0 上加波浪號(R) 中的類 [P] 為零;亦即 [P] 落在自由模的像中。每個穩定自由模都是投射的,每個自由模都是穩定自由的,但一般而言兩個逆命題皆不成立。

真正非自由的穩定自由模的經典來源,是偶數維球面切叢的代數化:在 n 為偶數時 n 維球面的實坐標環 R = R[x_0, ..., x_n]/(x_0^2 + ... + x_n^2 - 1) 上,切向量場構成的模是穩定自由的(它是平凡 (n+1) 秩叢中補出法線的那個直和項),但由毛球定理它不是自由的。於是「穩定自由是否蘊涵自由」是個實質性的問題,受環的幾何制約,並由 K_0 探測。

在 2 維球面的實座標環上,滿射 R^3 -> R(將 (f, g, h) 送到 x f + y g + z h)的核 P 是穩定自由的:P ⊕ R 同構於 R^3。但 P 不是自由的,因為一個自由生成元將是處處非零的切場,而毛球定理在 S^2 上禁止其存在。

S^2 的切模是穩定自由的,但不是自由的。

在環 R 上,每個穩定自由模都自由當且僅當 R 在相應秩區間內具有消去性質。對克魯爾維數為 d 的交換諾特環,巴斯消去定理保證秩大於 d 的穩定自由模是自由的,故失效只發生在相對於維數較低的秩處。