代数K理论

稳定自由模

有些投射模并非自由,但只要给它们添上几个自由方向就立刻变成自由——好比一块形状别扭的区域,一旦与自身的一份拼合便能完美铺满空间。稳定自由模恰是如此:自身不自由,但在无害地添加一个自由直和项后即自由。这类模正是 K_0 读取稳定同构而非真正同构的缘由,也是“投射未必自由”的第一个具体征兆。

右 R 模 P 称为稳定自由的,若存在非负整数 m 与 n 使 P ⊕ R^m 同构于 R^n。等价地,P 是有限生成投射模,且其在约化群 K_0 上加波浪号(R) 中的类 [P] 为零;亦即 [P] 落在自由模的像中。每个稳定自由模都是投射的,每个自由模都是稳定自由的,但一般而言两个逆命题皆不成立。

真正非自由的稳定自由模的经典来源,是偶数维球面切丛的代数化:在 n 为偶数时 n 维球面的实坐标环 R = R[x_0, ..., x_n]/(x_0^2 + ... + x_n^2 - 1) 上,切向量场构成的模是稳定自由的(它是平凡 (n+1) 秩丛中补出法线的那个直和项),但由毛球定理它不是自由的。于是“稳定自由是否蕴涵自由”是个实质性的问题,受环的几何制约,并由 K_0 探测。

在 2 维球面的实坐标环上,满射 R^3 -> R(将 (f, g, h) 送到 x f + y g + z h)的核 P 是稳定自由的:P ⊕ R 同构于 R^3。但 P 不是自由的,因为一个自由生成元将是处处非零的切场,而毛球定理在 S^2 上禁止其存在。

S^2 的切模是稳定自由的,但不是自由的。

在环 R 上,每个稳定自由模都自由当且仅当 R 在相应秩区间内具有消去性质。对克鲁尔维数为 d 的交换诺特环,巴斯消去定理保证秩大于 d 的稳定自由模是自由的,故失效只发生在相对于维数较低的秩处。