Функтор Tor

У математиці, функтор Tor є похідним функтором тензорного добутку модулів над кільцем. Разом із функтором Ext, функтор Tor є одним із основних понять гомологічної алгебри.

У випадку абелевих груп, Tor був введений Едуардом Чехом у 1935 році. Сучасну назву функтора дав Самуель Ейленберг у 1950. Для модулів над довільним кільцем, означення Tor вперше дали Картан і Ейленберг у книзі Homological Algebra.

Означення

Нехай R — кільце. Позначимо R-Mod категорію лівих R-модулів і Mod-R — категорію правих R-модулів. (Якщо R є комутативним, дві категорії можна ідентифікувати.) Для деякого лівого R-модуля B, позначимо T(A) = A ⊗_R B для модуля A з категорії Mod-R. T є правим точним функтором із Mod-R у категорію абелевих груп Ab, і тому для нього існує лівий похідний функтор L_iT. Групи Tor є абелевими групами заданими як:

$\operatorname {Tor} _{i}^{R}(A,B)=(L_{i}T)(A),$

для цілого числа i. Більш детально: для довільної проективної резольвенти

$\cdots \to P_{2}\to P_{1}\to P_{0}\to A\to 0,$

відкинувши елемент A можна одержати ланцюговий комплекс:

$\cdots \to P_{2}\otimes _{R}B\to P_{1}\otimes _{R}B\to P_{0}\otimes _{R}B\to 0$

Для кожного цілого числа i, Tor^R_i(A, B) є гомологією цього комплекса на позиції i. Для від'ємного i група вважається рівною тривіальній. Наприклад, Tor^R₀(A, B) є коядром відображення P₁ ⊗_R B → P₀ ⊗_R B, яке є ізоморфним A ⊗_R B.

Еквівалентно, можна дати означення Tor зафіксувавши A і взявши ліві похідні функтори правого точного функтора G(B) = A ⊗_R B. У цьому випадку береться тензорний добуток A із проективною резольвентою B і тоді гомологічні групи, як і вище. Всі ці побудови є незалежними від вибору конкретних проективних резольвент і дають в результаті однакові групи.

Загалом, для некомутативного кільця R, Tor^R_i(A, B) є лише абелевою групою. якщо R є алгеброю над кільцем S (що означає, зокрема, що S є комутативним), тоді Tor^R_i(A, B) є S-модулем. Якщо R є комутативним то Tor^R_i(A, B) є R-модулем (використовуючи факт, що A ⊗_R B теж є R-модулем у цьому випадку).

Властивості

Нижче подані основні властивості і обчислення для груп Tor.

• Tor^R₀(A, B) ≅ A ⊗_R B для будь-якого правого R-модуля A і лівого R-модуля B.

• Tor^R
  _i(A, B) = 0 для всіх i > 0 якщо або A або B є плоским (наприклад, вільним) R-модулем. Tor можна обчислити використовуючи плоску резольвенту A або B; плоска резольвента є більш загальною ніж проективна (чи вільна) резольвента.

• Для попереднього твердження справедливими є обернені:
  • Якщо Tor^R
    ₁(A, B) = 0 для всіх B, тоді A є плоским (і тому Tor^R
    _i(A, B) = 0 для всіх i > 0).
  • Якщо Tor^R
    ₁(A, B) = 0 для всіх A, тоді B є плоским (і тому Tor^R
    _i(A, B) = 0 для всіх i > 0).

• Згідно загальних властивостей похідних функторів, кожна коротка точна послідовність 0 → K → L → M → 0 правих R-модулів породжує довгу точну послідовність виду

$\cdots \to \operatorname {Tor} _{2}^{R}(M,B)\to \operatorname {Tor} _{1}^{R}(K,B)\to \operatorname {Tor} _{1}^{R}(L,B)\to \operatorname {Tor} _{1}^{R}(M,B)\to K\otimes _{R}B\to L\otimes _{R}B\to M\otimes _{R}B\to 0,$

для будь-якого лівого R-модуля B. Аналогічна точна послідовність також є для Tor стосовно другої змінної.

• Симетричність: для комутативного кільця R, існує природний ізоморфізм Tor^R
  _i(A, B) ≅ Tor^R
  _i(B, A). (Для комутативного R немає потреби розрізняти ліві і праві R-модулі.)

• Якщо R є комутативним кільцем і елемент u не є дільником нуля, тоді для будь-якого R-модуля B маємо:

$\operatorname {Tor} _{i}^{R}(R/(u),B)\cong {\begin{cases}B/uB&i=0\\B[u]&i=1\\0&{\text{otherwise}}\end{cases}}$ де

$B[u]=\{x\in B:ux=0\},$

є підгрупою u-кручення у B. Цей факт пояснює назву Tor. Для $R=\mathbb {Z} ,$ цей результат можна використати для обчислення $\operatorname {Tor} _{1}^{\mathbb {Z} }(A,B)$ для будь-якої скінченнопородженої абелевої групи A.

• $\operatorname {Tor} _{i}^{\mathbb {Z} }(A,B)=0$ для всіх i ≥ 2 оскільки кожна абелева група A має вільну резольвенту довжини 1, оскільки кожна підгрупа вільної абелевої групи є вільною абелевою групою.

• Для будь-якого кільця R, Tor зберігає прямі суми (можливо нескінченні) і фільтровані кограниці. Наприклад, по першій змінній це означає

${\begin{aligned}\operatorname {Tor} _{i}^{R}\left(\bigoplus _{\alpha }M_{\alpha },N\right)&\cong \bigoplus _{\alpha }\operatorname {Tor} _{i}^{R}(M_{\alpha },N)\\\operatorname {Tor} _{i}^{R}\left(\varinjlim _{\alpha }M_{\alpha },N\right)&\cong \varinjlim _{\alpha }\operatorname {Tor} _{i}^{R}(M_{\alpha },N)\end{aligned}}$

• Для комутативного кільця R, Tor комутує з операцією локалізації. Тобто для мультиплікативно замкнутої множини S у R, R-модулів A і B, і цілого числа i,

$S^{-1}\operatorname {Tor} _{i}^{R}(A,B)\cong \operatorname {Tor} _{i}^{S^{-1}R}\left(S^{-1}A,S^{-1}B\right).$

Важливі окремі випадки

• Гомологія груп є рівною $H_{*}(G,M)=\operatorname {Tor} _{*}^{\mathbb {Z} [G]}(\mathbb {Z} ,M),$ де G є групою, M є представленням G над цілими числами, і $\mathbb {Z} [G]$ є груповим кільцем G.

• Для алгебри A над кільцем R і A-бімодуля M, гомологія Хохшильда є рівною

$HH_{*}(A,M)=\operatorname {Tor} _{*}^{A\otimes _{R}A^{\text{op}}}(A,M).$

• Гомологія алгебр Лі є рівною $H_{*}({\mathfrak {g}},M)=\operatorname {Tor} _{*}^{U{\mathfrak {g}}}(R,M),$ де ${\mathfrak {g}}$ є алгеброю Лі над комутативним кільцем R, M є ${\mathfrak {g}}$-модулем, і $U{\mathfrak {g}}$ є універсальною обгортуючою алгеброю.

• Для комутативного кільця R із гомоморфізмом на поле k, $\operatorname {Tor} _{*}^{R}(k,k)$ має структуру градуйовано-комутативної алгебри Гопфа над k. Якщо k має характеристику 0, вона є вільною градуйовано-комутативноо алгеброю на гомології Андре — Квіллена $D_{*}(k/R,k).$

Див. також

• Плоский модуль
• Похідний функтор
• Функтор Ext

Література

• Cartan, Henri; Eilenberg, Samuel (1999) [1956], Homological algebra, Princeton: Princeton University Press, ISBN 0-691-04991-2, MR 0077480
• Čech, Eduard (1935), Les groupes de Betti d'un complexe infini, Fundamenta Mathematicae, 25: 33—44, doi:10.4064/fm-25-1-33-44, JFM 61.0609.02
• Quillen, Daniel (1970), On the (co-)homology of commutative rings, Applications of categorical algebra, Proc. Symp. Pure Mat., т. 17, American Mathematical Society, с. 65—87, MR 0257068*Weibel, Charles A (1994), An introduction to homological algebra, Cambridge Studies in Advanced Mathematics, т. 38, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-55987-4, MR 1269324
• Weibel, Charles A (1994), An introduction to homological algebra, Cambridge Studies in Advanced Mathematics, т. 38, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-55987-4, MR 1269324
• Weibel, Charles (1999), History of homological algebra, History of topology (PDF), Amsterdam: North-Holland, с. 797—836, MR 1721123