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ドキュメント内 関西学院大学リポジトリ (ページ 38-50)

!or∫ξHomB(M.,N),m∈Mα棚8,尤∈3.肋θησ乞8αδ一づ80mo叩肋5m.

Pヅ。oヅStraightforward.口

Proposition2.4.12.工θ古B6θαηoe挽θれαηr伽gαηd N.α力η伽佃gεηem亡θ∂

ρη・畑伽θ(B,δ)一m・〃θ・れ㎝ん㎝・.砒η伽〃・ω伽gα・・舳㎝・ん・1   (1) Homδ(ノV,工)皇(ム⑭B」V−1)oαηd Ext芸(ノV,刀)皇乙⑳B/V−1/δ(ム図B

W−1)ω肋W 1=HomB(〃,B),ω肋。〜3αδ一mo仇τθ.

  (2) 伽挽θθ αc亡舵ψeηcθ(2.1),β、:Ext芸(ノV,工2)→Ext芸(ノV,L3).乞55ぴ一 プec左伽e.

  (3) 伽仇θθ αc右3eψeηcθ(2.2),α*:Ext芸(N2,L)→Ext芸(ノV1,工)台8則ツー

畑伽ぴW・,N。㎝dN・α・・伽的9㎝θm之・∂ρ吻θ舳・(B,δ)一m・〃…∫

ヅαγ乙ん0γ乙e.

Pヅ。oヅ(1) First we sha11show that HomB(N,Z)窒L⑱BW 1as B−modu1es.

Since W is a projective B−modu1e of rank one,there exists an a伍ne open covering{D(5{)}{of Spec B such that N[54■1]=到84■1]e{with e4∈W,

8乞∈B.Then W■1[84−1]=B[5{一1]吋with e麦(e乞):1.For anyづ,ゴ,there existsゐ乞∈B[3ゲ1,3ゴー1]such thatεゴ=ヵ4εづho1ds in/V[34−1,3ゴー1]、Then e才=ル書ho1ds in N−1[5{一1,8ゲ1].Take anye1ementψ∈HomB(N,ム).Then ψ(e4)=Z4∈工[8{一11.For any乞,ゴ,we have Zゴ=ψ(eゴ)=ψ(乃4e{)=カ山in ム[・1■1,・ゴー11・・dth…f…l1⑭ε1−l1叫1書=1ゴ⑳・ラi・加・W−1[ギ1,・ゴー11,

Hence the Z4⑳e㌻correspond to an e1ement of工⑳B W−1.Converse1y,any e1ement ofム⑭B N■1correspond−s to the Z{⑳e麦and−these e1ements deine ψ∈HomB(N,工)byψ(e乞)=Z4∈工[84−11.

2.4.THE HOMOLOG∫CAL PROPERTγOFδ一M ODσLES 37

  Next we show thatψδ=δψif and−on1y ifδ(Z{⑳e才)二0with the above notation.Writeδ(θ乞)=蝋wi曲。4∈B[84■1].Then we have

       δ(・麦)(・4)=δ(・才(θ1))一・芸(δ(・1))=一・芸(蜥)=一・1

in到8{■1]andthereforeδ(e才)=_c4e麦inN−1[5ゼー1].We a1sohav岬(δ(e{))=

ψ(c{e{)=c山and一δ(ψ(ε{))=δ(Z毛)、。Suppose thatψδ=δψ.Thenδ(Z壱)=c4Z{

ho1d−s in工[5乞一1].Hence we have

    δ(1{肺才)=δ(1{)⑭・才十1{⑧δ(引=・{1{⑭・才十1{⑭(一・{・麦)=0

inム⑱ノV−1[5ゲ1]as desired.Converse1y,the conditionδ(Z乞⑳θ才)=0for a11台 imp1ies thatδ(Z{)=c{Z{and−hence gδ(e{)=δψ(e{)for a11づ,which imp1ies that ψδ=δψ.Hence we conc1ud−e that Homδ(W,ム)皇(ム⑳BN−1)o asλ一modu1es.

  It is easy to see that Ext芸(ノV,刀)空Ex砧(B,工㊧B/V−1)via the correspon−

dence of(ルτ,∫,g)∈Extδ(ノV,ム)to(ハ∫⑳B W−1,∫⑭1,g⑳1)∈Extδ(B,工⑭B

/V・1).Let M ∈Ext芸(B,ム⑳B/V■1).Then M =(ム⑳B/V−1)㊥Bθ and δ(θ )∈工⑳M−1.Supposethat M =(ム⑳BW−1)㊥Bθ is isomorphicto M一 by a(B,δ)一isomorphismθ:M一 →M一 suchthatθ(e )=θ 十Z and一θIム酬一1=id、,

where〆∈L⑳B W 1.We haveδθ(e )=δ(e 十1 )=δ(e )十δ(1 )and θδ(e )=δ(eノ).Sinceδθ=θδ,we haveδ(e )=δ(e )十δ(Z ).Sinceδ(e )deteト mines theδ一modu1e structure on ,we conc1ude that Ext芸(B,乙⑳B W■1)室 工⑳B W−1/δ(ム⑳B N−1)aSλ一mOdu1eS.

  (2) The exact sequence(2.1)coincides with

    0一→(Z。晩W−1)。一÷(Z。⑳。W−1)。一→(ム。⑱。M−1)。

    一→工。⑭。W−1/δ(乙。蛎N一ユ)→工。⑱。N■1/δ(工。晩W−1)

    →工。⑳。N−1/δ(ム。晩W−1)→0

which fo11ows by the snake1emma app1ied to the fo11owing commutative di−

ag「am・

  0一一÷工。晩W 1一→工2⑭BW■1一一÷工3⑳BW−1一一→0

1↓

1⊥   l!

0一→ム。⑭BN■L一→ム。⑳BM−1一一÷ム3⑳BM■1一→0

(3)We have an exact sequence ofδ一modu1es

         0→N。一1一→N。一1→W。一1→0

38

CHAPTER2.M ODσLE DER工1岨nONS

and hence an exact sequence ofδ一modu1es

     0→^。N。一1→^。N。一1一→^。N。■1一→0.

App1ying the snake1emma to this exact sequence ofδ一modu1es,we obtain

the resu1t.      □

2.5 The re1ation betweenδ∈LND(B)andδ一     mOdu1eS

In this section,we consid−er the re1ation betweenδ∈LND(B)andδ一modu1es.

First,the existence of a s1ice can be characterized as fo11ows.

Lemma2.5.1.Foヅδ∈LND(B),伽∫o〃。ω吻。㎝d肋㎝8αヅeψωα1θ仇

  (1)δんα・α・1づ・・。

  (2)B=δ(B)

  (3)伽岬δ一m。〃θM,ωθんα。θM=δ(M).

  (4) ハ。ヅαηツδ一mo伽Ze Mフωeんα〃e Ext芸(B,ル7)=(0).

ProoヅThe conditions(3)and(4)are equiva.1ent in view of(1)of Proposition

2,4.12.

  (2)⇒(1)is c1ear.(1)⇒(2).Ifδhas a s1ice u∈B,then B=刈u].Hence any6∈B is written as6=∫(u)∈λ[u1.Then6=δ(わ )with6 =∫∫(u)仇.

  (3)⇒(2)is c1ear.(2)⇒(3).For anyδ一modu1e M,we have M=Mo⑳λB

(Lemma2.2.3,(2)).Hence any e1ement m∈M「is written as m二Σ{肌 with m乞∈Mo and6{∈B.Let肌 =Σ二つう {m{withδ(6 づ)=6{.Then we have η7=δ(η7 )and henceル∫=δ(M)。       □

  Even if there exists aδ一modu1e M satisfyingδ(M)=M,it d−oes not guaranteeδ(B)二B,which is shown by the fo11owing examp1e.

ExAMPLE2.5.2.Let B=たレ,μl be a po1ynomia1ring over a丘e1dん。f characteristic zero.Letδ∈LND(B)be de丘ned byδ( )=0andδ(μ)=1+ 、 Let M=B/ B.Then M is aδ一modu1e.SinceδM∈LND(B/ B)has a s1ice ず,we haveδM(M)=M.On the other ha.nd一,we haveδ(B)=(1+ )B≠B.

  However,we have the fo11owing resu1t.

2.5.THE RELAT工ON BETWEENδ∈lLND(B)ANDδ一M.ODσlLES  39

Lemma2.5.3.〃δ∈LND(B),㎝dM一αδ一mo〃θ。〃んθrθθ挑お㎝θ αc右 8eψ㎝Cθ0∫δ一m0〃θ8

      0一→W一→M一一→B一→0,

伽ηδ(M)::M伽伽・流α右δ(B) =B.∬θη・θ,ゲM1・α伽θB−m・〃θ㎝d δM乞・切㎝gu1αう1・,挽㎝δ(M)=Mlmψ・・物オδ(B)=B.

Prooゾ.By the snake1emmaapp1ied to the aboveexact sequence ofδ一modu1es,

we have an exact sequence of A−modu1es        0→N。→M。→λ→N/δ(W)

       →M/δ(M)→B/δ(B)→0.

Henceδ(M )=M imp1ies thatδ(B)=B.      口

   The丘xed−point freeness ofδ∈LND(B)can be characterized−as fo11ows.

:Lemma2.5.4.Foグδ∈LND(B)フ海∫o〃。ω伽g c㎝肋㎝3αrθ榊伽α1θ舳 ωδ1・伽d一ρ・舳伽・.

例月・グαη〃・θ一δ一m・伽M,ωθんα・θ〃=(0)乞アδ(M)=(0).

63ソバ・・αWδ一m・〃・M,胱んα・θM=(0)榊(M)=(0).

ωル〃η・一δ珊・〃θM4・g㎝θm右θ Vδ(M)α・αB−m・d仙1θ.

例λWδ一m・〃θMl・g㎝舳舌・れひδ(M)α・αB−m・∂仙1・。

Pグ。oヅ(1)⇒(2)、For6∈B and m∈M,we haveδ(6)m=δ(6m)_6δ(m)=0 by the assumption thatδ(M )=(0).On the other hand,the id−ea1of B generated byδ(B)is a unit idea1beca.use ofthe丘xed一一point freeness.Name1y,

there exist e1ements64and6 40f B for1≦乞≦グsuch thatΣ;=16 乞δ(6包)=1.

Then m:(Σ;=16 {δ(6づ))m=0.Hence M一:(0).

   (2)=>(3)and(4)=÷(5)are c1ear、

   (3)⇒(4).Let M「=M「/Bδ(M「)、Thenδハ4induces a modu1e derivation δπon M,which is zero.It fo11ows from(3)that M=(0).This imp1ies that M is generated as a B−mod−u1e byδ(M).

   (5)⇒(1).Obvious1y B is aδ一modu1e and therefore(5)imp1ies that the

idea1ofBgeneratedbyδ(B)isauni七id−ea1.口

40

CHAPTER2.一MODσLE DER工帆nONS

We have the fo11owing assertion,

皿emma2.5.5.〃Mろeαη㎝鮒。伽棚 舳m亡ed亡。r5づ㎝一価e(B,δ)一

m・〃θ.8W…伽舌M:BM。㎝dδ(M)=M.肋η伽伽乞・α君乞・ηδ㎝

Bづ8伽εd一ρ0乞η尤伽e。

。Prooヅ Since M = 一BMo,there exist η71ゾ..,η7、 ∈ ハ∫o such that ルτ = Σ二;=1Bm{.Further,sinceδ(ル∫)=ハ∫,there exist6幻 ∈B such that m{=

δ(Σ二=16幻m{)=Σ二=1δ(6包ゴ)m4for1≦づ≦r These re1ations are written as

・(ll)一(1),

where

      δ(6。。)一1 δ(6。。)   δ(6。、)

       δ(ろ。。) δ(6。。)一1  δ(6・、)

P=

      δ(う、。) δ(6、。) _δ(わ、、)一1

Mu1tipIying the adjoint matrix P*of P,we have(detP).m{=0for a11づ.

Since M is nonzero and B−torsion−free,we have d−et P=0,which imp1ies that1∈Bδ(B).Hence the derivationδon B is丘xed−point free.     □

2.6 Projective triangu1abi1ity

In this section,we sha11extend the notion of trianguユabi1ity ofδM0n a free B−mod−u1e M「in七he case where M is a丘nite1y generated一,torsion−free(B,δ)一

㎞odu1e with the restriction that B is an a冊ne norma1C−domain ofdimension tW0、

DEFINITI0N2.6.1.Let B be a d−omain and1et M be a丘nite1y generated一,

torsion−free(B,δ)一mod−u1e,Let r be the rank of M,which is by d−e丘nition equa1to dimQ(B)M⑭B Q(B)・We say thatδM isρ吻θc切吻亡れ㎝g砒励1e if there exists a sequence of projective(B,δ)一submodu1es0⊆M1⊆M;2⊆

   ⊆ ハ4、 = ルτsuch that for each 1 ≦ づ ≦ r,ルZ{十1/ル4 is a projective

(B,δ)一mod−u1e of rank one.

2.6.PROJEσT工VE TR工ANGσLAB几工TY

41

   Note that the triangu1abi1ity imp1ies the projective triangu1abi1ity for a modu1e d−erivation on a free modu1e.Furthermore,note that if払/払_1is a free B−modu1e of rank one for anyづ,then the projective trianguIabi1ity imp1iさs the triangu1abi1ity on a free modu1e−

   We consider the case where B is a norma1a伍ne C−domain of dimen−

sion two,δ∈LND(B)is丘xed−point free,and−M is a丘nite1y generated,

torsion−free(B,δ)一modu1e.Then we show thatδM is projective1y triangu1a−

b1e(Theorem2.6.7).

DEF1N1T10N2.6.2.Let M be a丘nite1y generated B−modu1e.We ca11〃*=

HomB(M ,B)the dua1」of M and M.**=Hom」B(M*,B)the bidua1of M「.

Deine a B−modu1e homomorphismα:M→M**byα(m)=而,where

而is de丘ned by而(∫)=∫(m)forプ∈M*.We say that M is re且exive if α:M→M**is an isomorphism.IfB is anoetherian ring,then M*and−M**

are a1so丘nite1y genera七ed.Hence if B is a noetherian ring,δ∈LND(B),and M is a丘nite1y generated一(B,δ)一modu1e,then M*and−M**are a1so丘nite1y generated一(B,δ)一modu1es.

:Lemma2.6.3.工θ舌Bうθαη舳θgml♂omα伽㎝〃θ舌M うεα伽伽妙ge胱m左e∂

r批痂eB−m0〃θ.r加ηM乞8む0ザ5乞㎝一価θ.

PηooヅWe have an exact sequence F→M→0for some free modu1e F.

The sequence0→M*→F*is exact.Since F*is isomorphic to.F,it fo11ows that M*is torsion−free.In a simi1ar fashion,M**is torsion−free.Hence M

istorsion−freeifMisre且exive1口

   In the subsequent arguments,we need the fo11owing resu1t,which is weI1 known but we give a short proof for the1ack of suitab1e references.

lLemma2.6.4.〃B6eαreg此rαが胱C−domα伽。ゾ励m舳乞㎝ωo。肋㎝

㎝V伽伽ψ9eηεm亡eれψε ωeB−m0〃θM48αρ吻eC痂eB−m0〃θ.

ProoヅWe have on1y to show that M戸is a free Bグmodu1e for everyρ∈

Spec B.If htρ:1,then M拒is a free B月一modu1e since Bp is a discrete va1uation ring and−M拒is Bグtorsion−free by Lemma2.6.3.In the case htp=2,

we have an equa1ity

       proj.dim Mp+depth M拒:depth B拒

by a theorem ofAus1and−er−Buchsbaum(see[2,p.17,Theorem1.3.31),where we note that proj,d−im M草<○o since B is regu1ar(see[2,p.66,Theorem

42

CHAPTER2.MODσLE DER∫帆nONS

2.2.7]).Meanwhi1e,since耳is regu1ar,we have d−epth B拒=dim8炉=2.On the other hand,we know that d−epth仏=depthM言*≧min(2,d−epthB沖)=2

(see[2,p.26,Exercise1,4.19]).Hence we have proj.d−im M担:0,and−

therefore l拒is a free Bグmodu1e一      □

Eemma2.6.5.〃Bうθα3加工θmmα身.σ4フδ∈LND(B)㎝d Mα伽伽佃

g㎝θm古・dフ君・グ・1㎝一加θ(B,δ)一m・〃θ.3W・・θ伽亡δ帥〃一ρ・伽亡伽・。珊・η

M48αr枇 1ηeB−m0〃eαη^㎝㏄α川畑伽θB−m0〃θ.

Pグ。oヅLetα:M「→M **be a B−mod−u1e homomorphism as in De丘ni七ion 2.6.2.We c1aim thatαis aδ一isomorphism.First,we sha11show thatαis aδ一homomorphism,i.e、,αδ(m)=δα(m)for any m∈M「.Ind−eed,for any m∈M and∫∈M *,we have

      α(δ(m))(∫)=δ(m)(ア)=∫(δ(m)),

      δ(α(m))(∫)=δ(α(m)(ゾ))一α(η7)(δ(∫))=δ(プ(m))一(δ∫)(m)

      =δ(∫(m))一δ(∫(m))十∫(δ(m)):∫(δ(m)).

   Next we sha11show thatαis an isomorphism.We consider an exact sequence ofδ一modu1es

0一→K一一>Mr㌧M**一一〉0一→0,

where K=Kerαand0=Cokerα.Since bothκand O are丘nite1y genera七ed−

B−modu1es,we have Supp K=γ(A㎜K)and Supp0:γ(Am0).We

have on1y to show that K:0=(O).For this,it su伍。es to show that K早=0沖二(0)for any prime idea1p of B.Suppose丘rst that htρ=1.

Then叫is a free B拒一modu1e since B拒is a d−iscrete va1uation ring and M悼

is a丘nite1y generated.,torsion−free B拒一modu1e.HenceαパM沖→M芹*is an isomorphism,and therefore K疸=0戸:(0).Hence if Sppp K≠⑦,

then any p∈Supp K has height2and−therefore we have a minima1prime

d−ecomposition扁:肌1∩_∩m,with maxima1idea1s帆{、Since

Am K isムδ一idea1(Lemma2.2.10,(1)),the m乞are a1soδ一idea1s(Lemma 2.1.8,(1)),which contradicts the丘xed−point freeness ofδ(Lemma2,1.11).

Hence SupP K=・②and K=(0).In a simi1ar fashion,we have0=(0). □    In Theorem2.6.7,we need the fo11owing resu1t,which is obvious because the singu!ar1ocus is a丘nite G、一stab1e set for a two−d−imensiona1norma1va−

riety.

2.7. 工NVERT工BLEδ一M ODσlLES 43 Lemma2.6.6.〃B6εαηormα1α痂ηe C一∂omα伽。ゾd乞m㎝8乞㎝地。㎝d

Zθτδ∈LND(B).3u〃05e枕α亡δ45ガ e∂一ρo初む介eε一丁加ηBづ5αザegωαrヅ初g.

Theorem2.6.7.〃B,δうθα8加工θmmα2.6.6,㎝♂1θ右M6eα伽伽佃

9舳m¢θdフτ・ザ・1㎝一価・(B,δ)一m・〃・.砒ηδM帥・・ゴ・舳物納㎝〃αう1θ.

ProoヅLet{m1⑭1,...,m、⑭1}be a basis of the Q(・B)一vector spaceルτ⑳B Q(B).Let3=λ一(0).Then we have

        〃⑳B Q(B):〃図B8−1B⑳8−1B Q(B)

一8−1M・亭。(λ)3■1肋・一・・Q(B)一3 1M・⑳。(λ)Q(B)

        =必⑳〃(λ)⑳Q(λ)Q(B)=M・⑳λQ(B)・

Hence we can take a11the m{in Mo.Let W=Bm1+_十Bm、_1.Then

c1ear1y N is aδ一modu1e and−hence L:=(M/N)/(M「/N)t。、is aδ一mod−u1e by(2)of Lemma2.2.10,where(M「/W)七。、is the torsion part of M/N,In add−ition,ムis a丘nite1y generated,torsion−free B−mod−u1e.Henceムis a projective B−modu1e by Lemma2,6.5.Then we have an exact sequence of

(B,δ)一m・du1・・

       0一→〃→M→五一合0,

where Mソis the keme1of the natura1homomorhpism from M to刀.Since rank M=r and rankム=1,we have ra.nk M∫=r_1.If we use induction on rank M,we conc1ude thatδM is projec七ive1y triangu1abIe.       口

2.7 Invertib1eδ一modu1es

In this section,we consid−er an伽りer肋Ze(B,δ)一mod−u1e M,i.e.,aδ一mod−u1e wh三。h is a projective B−mod−u1e of rank one.If M=Be is a free B−mod−u1e

of rank one,thenδ〃(ε)二0and−henceルτ:BルZo(Proposition2.2.14)。The genera1case is not so simp1e.We give an examp1e of an invertib1e(B,δ)一

modu1e M such that M≠BMo.

ExAMPLE2.7.1.Let B=C[ ,μ,z1/(z2−2〃一2)、De丘neδ∈LND(B)

byδ( )=0,δ(μ)=z andδ(z)= .Then it is easi1y veri丘ed thatλ=

Kerδ=C同,and the quotient morphism元:Spec B→Specλhas a unique singu1ar丘ber over the point =0,which is a disjoin七sum of two a伍ne1ines

Spec(B/( ,z+〉り)B),Spec(3/( ,z一〉り)B).LetM= B+(z一〉O)B,

which is aδ一id−ea1of B.It is easy to show that M is a non−free,projective

44 CHAPTER2.MIODσLE DER工帆nONS

B−modu1e ofrankone.We can a1so show easi1ythat Mo=M∩λ=汕and

M

bRMo.

   Now consider an invo1utionσon B(1e丘ned−by

      σ(・,μ,・)=(一 ,一μ,一・).

Let B=Bσ=C[ 2,ひ2,榊,肌,脾],where we denote the residue c1asses of π,μ,z by ,μ,z respective1y for simp1icity.Wri七e X= 2,γ:μ2,Z= μ,

σ: z andγ=脾.Thenδd−escends to a1oca11y ni1potent derivationδon B…hth・tδ(X)=0,δ(γ):2γ,δ(Z)=ひ,δ(σ)=X・・dδ(γ)=2+3Z.

Furthermore,it is easy to see thatλ=Kerδ=qX]and the quotient morphismπ:Spec B→Spec A has a unique;ingu1ar mu1tip1e丘ber dver the point X=0,which is a non−reduced 奄窒窒?р浮モ奄bPe scheme.Let邪be the id−ea1 of3generated by X,Z,σ.Set M=準,which is an invertibIeδ一modu1e with

Mo二M ∩λ=XA Hence〃≠BMo.

   The above two examp1es imp1y that an invertib1e(B,δ)一modu1e M is re1ated to irreducib1e components of the singu1ar丘bers of the quotient mor−

phism7r:Spec B→Specλ.The fo11owing resu1t shows,in the case of

d−imension two with some ad−d−itiona1cond−itions,that this is true.

Proposition2.7.2.8ψρ05θ挽α亡B乞8αZocα吻∫αc左0れαZ,η0ヅmαZαがηe C−

domα初一工θ左X:Spec B.8他〃05e加グ抗θr抗α左B*=C*αη∂Pic(X)づ5α

励8cηe老e gro刎p,んeηce eりerμθZθme械。∫pic(X)乞5G、一切りαれα枇.Tんe肌θηθザμ 伽〃e竹泌Ze5んeα!∠二∈Pic(X)45ザeρザθ5θ枇edうμα0αグ切θr砺切50r D=・Σ二づηづγ;

舳Cん妨α左Xづ3α0α一3肋1θかη幽C伽θ3伽α伽左40∫C0流mθη84㎝0ηθ∫0ヅθ㏄ん

4.

Pヅ。oヅIt su伍。es to show the case where D≧0.For eachλ∈C,since λD〜D,there exists〈such thatλD=D+(〈).Then for eachλ,μ∈C,

we have

       λ十μD=μ(λD)=μ(D+(∫λ))=μD+(μム)

      =D+(∫μ)十(μム)=D+(∫パμ∫λ)一

Hence(∫λ十μ)=(∫μ.μ∫入)on X and there exists c(λ,μ)∈F(X,0x*)=C*

such that∫人十μ=c(λ,μ)∫μ.μ∫λ.Note that the morphism c:A2→C*:A圭 is constant.Hence there exists c∈C*such that∫人十μ:c∫μ.μ∫λ一Then c∫λ十μ=(c∫μ).μ(c∫λ)and therefore we may assume that

      ∫λ十μ:∫パμム・      (2.3)

2.7.工NVERnBLEδ一MIODσlLES

45 If we write D=Σ〃山,then each篶。orresponds to an idea1∫篶。f3.

SinceλD:D+(〈),we have欧入(∫篶)例=∫λ⑭乞∫篶η{.This i㎞p1ies that

∫入=F(λ)/6for some F(λ),6∈B.Write F(左)=ろ。+61士十…十6mtm∈B[t1 with6{∈B.Then the equa1ity(2.3)imp1ies the re1ation

       F(亡十u) F(伽) ψ仙(F(左))

       b   6 ψ。(6)

i耳ρ(B[亡,u]),whereψ刎:B[t]→B[亡,u]is de丘ned by

灼(シ)一シ(㍍)が・

This gives rise to

   ψ伽(6)(6。十6。(t+u)十…十ろ、、(亡十u)m)

   =(う。十わ。u+…十わmum)(9 (6。)十9 (6。)十…十ψω(6m)亡m).

The comparison of the constant terms imp1ies6o:6.Now compare the top

乏一termS:

        ψ、(う)6m:(ろ十61u+… 十らmum)ψu(6m)。

Hence we have

      牝(6)  6  61     らm m        =一十一u+…  十一u .       牝(6m) 6m  うm     うm On the other hand,we have

        甜)一イ∴)一言去・(÷)・

Hence we deduce

Hlて÷)

for0≦乞≦m.Then F(亡)=6+61f+… 十6m亡m=6m帖(6/6m)and therefore

      F(亡)イ缶)

       6   ⊥

       ろm

ThusλD_D=(F(λ)/6)=(軌(6/6m))_(6/6m).This imp1ies thatλ(D_

(6/6m))=D一(6/6m).      □

Chapter3

The14th prob1em of Hi1bert

3.1  Su舐icient conditions f;or inite generation

In this section we give some su舐。ient conditions for the丘nite generation of MO.

  In the beginning of§2.3,we investigate how the torsion of a丘nite1y gener−

ated一(B,δ)一modu1e M a丘ec七s the丘nite generation of Mo in the case where B is a po1ynomia1ring刈μ]over a noetherian domain A Arguing as in Lemma 2.3.1,we can prove the fo11owing.

lLemma3.1.1.〃B=0kμ],6eαρo伽。m乞α1ヅ初g oりeヅαた一αlg伽α0 αηd dφηεδ∈LNDo(B)吻δ( )=0フδ(μ)二∫αηdδ(z)=g,ω加ヅθプ乞5 αη㎝・θη・θ1θm㎝亡・!0[ 1αηdg乞・川㎝鮒・θ1θm・械・μ[μ1.Zθ右〃6θα

伽的9㎝εm古・∂(B,δ)一m・〃θ.舳〃…亡んα影θθ1舳θηけんα ・古・ヅ・乞㎝

伽M .肋㎝Mo乞5α伽伽佃9㎝舳亡e∂んmo〃θ.

Prooゾ.Let cヅbe the highest degree term ofg.We have

l・/l(・)一

¥・茅。・・1・・(、土1)、(サ1・(一)1一・

Note thatδ(ψ1/∫(z))=0withδextended natura11y to B[∫一1コ.The coe田一

・i・・t・}十1i・ルーリ/∫(・)i・・q・・1t・

/誉(一1)小一1)、一(卜z+2)ト、11・・

46

3.ユ.SσFF工C工ENTσOND∫丁工ONS FOR F工NITE GENERAT工ON 47

Thus we haveλ⊃ん[ ,ヅ十1+.、、]and−hence B=刈z]十λ[z]μ十_十λ[z]ヅ.

We c1aim that B必=(㊥二〇ハん)㊥…①(㊥二〇カ肌必).Indeed since μ(μ)=1andμ(z):η十1,we haveμ(ぴzゴ)=乞十(η十1)ゴ.For0≦乞≦〆≦η andゴ,ア≧0such that(づ,ゴ)≠(〆,ゴ ),we have〃(ψzゴ)≠レ(〆ノ)It fo11ows easi1y thatΣ乏。/mo{十_十ΣZoメゾmη乞=0with m者ゴ∈Mo imp1ies that m幻=0for a11乞,ゴ,where we use the assumption that the e1ement∫has no

t…i・ninM・ndth・f・・tth・tifδ「(〃)∈λ,th・nδ「(ψ)=・戸f・…m・

5∈Q and一方∈N.Hence we have BMo=(㊥二〇ノMo)θ...㊥(㊥二〇ノガM;o)

and Mo:BMo/(μ,z)BMo is a丘nite1y generatedλ一mod−u1e.      □

   In the rest of this section,we consid−er the case where M is a torsion−free B−modu1e.

lLemma3.1.2.〃δ∈LNDん(B)α〃1θ左Mろeα伽伽1 舳m亡θ〃。ヅ5乞㎝一 価θ(B,δ)一m・〃θ.切ρ・・θ伽1δ1川㎝・θ・・㎝〃1・㎝棚θgm㍑・mα伽.

肋・η伽・θθ洲・α伽・(B,δ)一m・〃・F=B∫。㊥…θB∫ηω肋九∈昂α棚

F C0η。左α乞η一3ノレ∫ α3αδ_5伽うη70d砒Zθ、

Pヅ。oヅSinceδ≠0,there exists a nonzero eIementαi叫λ∩δ(B)so that the derivation on B[α■1]induced−byδhas a s1ice.Hence we have Mo[α一1]

is a丘nite1y genera七ed.4[α一1]一modu1e by Lemma2.2.3.Since M;o⑳λρ(λ)

is a freeρ(λ)一modu1e,there exists c∈λsuch that Mlo[c−1]is a丘nite1y generated−free刈。■1]一modu1e and the derivation on B[c 1]induced byδhas a s1ice.Then we have M mc−1]=B[c−1]⑭刈、_。]Mo[c−1].Let{e1ゾ..,e、}be a free basis of M;o[c−11.Suppose that m1,...,m,generate M「as a3−modu1e

and−that m{=c η{Σ仁16切eゴwith non−negative integers〜and6打∈B Let W=max乞(η壱).Then we have M⊂(D二1B(θづ/cw).       □

   In the above1emma,if the rank of F is one,then we can regard〃as a

δ一id−ea1.Indeed,if we write F=Bθ,then M「is isomorphic to∫:={6∈B1 6e∈M}as aδ一mod−u1e.In particu1ar,M is a free B−modu1e of rank one if and on1y if∫is principa1.

   Next we consider the case whereλis a noetherian domain.In this case we have the positive answer to Prob1em1.1.2.

Theorem3.1.3.〃δ∈LNDん(3)α棚Ze6Mろεα伽伽1〃舳ηα6θ〃。グ3台。η一 価θ(B,δ)一m・ωθ.8W・・θ伽立山・αη・肋θれ㎝d・mα伽.Tん・ηM。乞・α 伽伽佃9㎝em亡εdλ一m0〃e.

ドキュメント内 関西学院大学リポジトリ (ページ 38-50)

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