模论

投射模

投射模是几乎自由的模——在要紧的用途上自由得足够了。最干净的描述是:它是自由模的一个直和项,一块能干净地分裂出来的部分。这名字来自一个提升性质:从投射模出发的映射总能沿任何满射被『投射上去』,就像幻灯片透出的光能重新聚焦到选定的平面上。

对 R-模 P 有三种等价定义:(i) P 是某个自由模的直和项,即存在 Q 使 P ⊕ Q 自由;(ii) 每个映到 P 的满射都分裂,所以 P 是任何映满到它的模的直和项;(iii) 提升性质:对每个满射 g : M -> N 与每个映射 f : P -> N,存在提升 h : P -> M 使 g∘h = f。等价地,函子 Hom(P, -) 是正合的。

自由蕴含投射,而在许多环上逆命题也成立——在主理想整环、局部环、或域上的多项式环(奎伦–苏斯林定理)上,每个有限生成投射模都是自由的。但并非总是如此:在 Z/6Z 上理想 2Z/6Z 是投射的却非自由;在数域的整数环上,非主理想是投射且非自由的,它们不自由的程度由理想类群度量。

在 Z/6Z 上,中国剩余定理同构 Z/6Z ≅ Z/2Z ⊕ Z/3Z 把 Z/2Z 表为自由模 Z/6Z 的一个直和项。因此 Z/2Z 是投射的 Z/6Z-模,但它不自由(其大小 2 与 6 的任何幂都不相符)。

投射但非自由:自由模的一个干净直和项,自身却不自由。