diff --git a/chapters/chapter3.tex b/chapters/chapter3.tex index f3efd8a..576b9da 100644 --- a/chapters/chapter3.tex +++ b/chapters/chapter3.tex @@ -2,6 +2,9 @@ \label{cha:der-koszul-komplex} Im Folgenden sei $A$ ein kommutativer Ring. +\section{Der einfache Fall} +\label{sec:der-einfache-fall} + \begin{defn} \label{defn:koszul-komplex-einfach} Ist $x \in A$, so bezeichnen wir mit $K(x)$ folgenden Komplex: @@ -14,7 +17,7 @@ Im Folgenden sei $A$ ein kommutativer Ring. Aus Notationsgründen bezeichnen wir $1\in K_1(x)$ euch mit $e_x$. Ist $M$ ein $A$-Modul, dann bezeichnen wir den Tensorprodukt-Komplex $K(x)\otimes_A M$ mit $K(x,M)$. - Wir bezeichnen den $i$-ten Homologie-Modul von $K(x,M)$ mit $H^K_i(x, M)$ und, wenn klar ist um welchen Komplex es geht, auch mit $H_i(x, M)$. + Wir bezeichnen den $i$-ten Homologie-Modul von $K(x,M)$ mit $H_i(x, M)$. Ist $x \in A$ und $M$ ein $A$-Modul, so gilt: \begin{align*} {K(x,M)}_n &= 0 \qquad \text{falls } n \ne 0,1, \\ @@ -118,6 +121,9 @@ Im Folgenden sei $A$ ein kommutativer Ring. \end{proof} \end{kor} +\section{Der allgemeine Koszul-Komplex} +\label{sec:der-allgemeine-koszul-komplex} + \begin{defn} \label{defn:koszul-komplex} Sei $\bmx = (x_1,\ldots,x_r)$ eine Familie von Elementen aus $A$. @@ -221,6 +227,42 @@ Im Folgenden sei $A$ ein kommutativer Ring. \end{align*} \end{defn} +\begin{bem} + \label{bem:koszul-komplex-unabhaening-von-grundring} + Wenn wir den zu Grunde liegenden Ring $A$ nennen wollen, dann schreiben wir $K^A(\bmx)$, $H^A_p(\bmx)$, $K^A(\bmx, M)$ und $H^A_p(\bmx, M)$. Tatsächlich ist $K(\bmx, M)$ und damit auch $H_p(\bmx, M)$ aber nicht vom Grundring $A$ abhängig, sondern nur von der abelschen Gruppe $M$ und den Gruppenhomomorphismen $x_i\colon M \to M$, wie das folgende Lemma zeigt. +\end{bem} + +\begin{lem} + \label{lem:koszul-komplex-unabhaening-von-grundring} + Seien $A$ und $B$ kommutative Ringe und sei $M$ sowohl ein $A$-Modul, als auch ein $B$-Modul. + Weiter seien $\bmx = (x_1, \ldots, x_r)$ eine Familie von Elementen aus $A$ und $\bmy = (y_1, \ldots, y_r)$ eine Familie von Elementen aus $B$ mit der Eingeschaft, dass die Multiplikation mit $x_i$ und $y_i$ für alle $i \in \lbrace 1, \ldots, r \rbrace$ jeweils den gleichen Gruppenhomomorphismus $\psi_i$ auf $M$ liefert. + Dann gibt es einen Isomorphismus vom Komplexen von abelschen Gruppen + \begin{equation*} + K^A(\bmx, M) \cong K^B(\bmy, M), + \end{equation*} + der natürlich in $M$ ist. + \begin{proof} + Es gilt: + \begin{align*} + K^A_p(\bmx, M) &= K^A_p(\bmx) \otimes_A M \\ + &\cong A^{\binom{r}{p}} \otimes_A M \\ + &\cong M^{\binom{r}{p}} \\ + &\cong B^{\binom{r}{p}} \otimes_B M \\ + &\cong K^B_p(\bmy) \otimes_B M \\ + &= K^B_p(\bmy, M) + \end{align*} + Wir müssen also nur noch zeigen, dass diese Ismorphismen mit den Randabbildungen von $K^A(\bmx, M)$ und $K^B(\bmy, M)$ kompatibel sind. Es gibt eine Bijektive Abbildung \begin{equation*} + \phi_p \colon I_p \to \left\lbrace 1, \ldots, \binom{r}{p} \right\rbrace. + \end{equation*} + Die Randabbildungen von $K^A(\bmx, M)$ und $K^B(\bmy, M)$ liefern dann jeweils beide die Abbildung: + \begin{align*} + d\colon M^{\binom{r}{p}} &\to M^{\binom{r}{p - 1}} \\ + (0, \ldots, 0, \underbrace{m}_{\mathclap{\phi_p(\lbrace i_1, \ldots, i_p \rbrace)\text{-te Stelle}}}, 0, \ldots, 0) &\mapsto \sum_{j = 1}^p {(-1)}^{j + 1} (0, \ldots, 0, \underbrace{\psi_j(m)}_{\mathclap{\phi_{p - 1}(\lbrace i_1, \ldots, i_{j - 1}, \widehat{i_{j}}, i_{j + 1}, \ldots, i_p \rbrace)\text{-te Stelle}}}, 0, \ldots, 0) + \end{align*} + Die Natürlichkeit ist klar. + \end{proof} +\end{lem} + \begin{defn}[Reguläre Folge] \label{defn:regulaere-folge} Sei $M$ ein $A$-Modul. Eine Familie $\bmx = (x_1, \ldots, x_r)$ von Elementen aus $A$ heißt $M$\textbf{-reguläre} Folge, falls für alle $i \in \lbrace 1, \ldots, r \rbrace$ gilt, dass $x_i$ kein Nullteiler in $M / (x_1, \ldots ,x_{i - 1}) M$ ist. @@ -285,4 +327,49 @@ Im Folgenden sei $A$ ein kommutativer Ring. Da $K_p(\bmx)$ der freie $A$-Modul vom Rang $\binom{r}{p}$ ist, ist diese Auflösung frei. Insbesondere ist sie projektiv und damit folgt die Behauptung. \end{proof} -\end{kor} \ No newline at end of file +\end{kor} + +\begin{prop} + \label{prop:koszul-homologie-annihilator} + $\bmx = (x_1, \ldots, x_r)$ eine Familie von Elementen aus $A$ und $M$ ein $A$-Modul. + Für alle $p \in \Z$ gilt dann $\bmx \subset \Ann_A(H_i(\bmx, M))$ und $\Ann_A(M) \subset \Ann_A(H_i(\bmx, M))$. + \begin{proof} + Sei $B = A[X_1, \ldots, X_r]$. Wir definieren eine $B$-Modul-Struktur auf $A$ durch $X_i a = 0$ für alle $a \in A$ und und eine $B$-Modul-Struktur auf $M$ durch $X_i m = x_i m$ für alle $m \in M$. + Nach \cref{lem:koszul-komplex-unabhaening-von-grundring} sind außerdem $K^A(\bmx, M)$ und $K^B(X_1, \ldots, X_r; M)$ als Komplexe abelscher Gruppen isomorph. + Da $(X_1, \ldots, X_r)$ eine reguläre Folge auf $M$ ist, folgt also + \begin{equation*} + H_p(\bmx, M) \cong H_p(X_1, \ldots, X_r; M) \cong \Tor^B_p(B/(X_1, \ldots, X_R), M) \cong \Tor^B_p(A, M), + \end{equation*} + Die durch den Ringhomomorphismus $A \hookrightarrow B$ auf $\Tor^B_p(A, M)$ gegebene $A$-Modulstruktur stimmt offensichtlich mit der $A$-Modulstruktur von $H_p(\bmx, M)$ überein, also ist der obige Gruppenisomorphismus sogar ein Ismomorphismus von $A$-Moduln. + Insbesondere gilt für alle $a \in A$ mit $a \in \Ann_B(\Tor^B_p(A, M))$ auch $a \in \Ann_A(H_p(\bmx, M))$. + Nun gilt + \begin{align*} + \Ann_{B}(\Tor^B_p(A,M)) &\supset \Ann_B(A) + \Ann_B(M) \\ + &= (X_1, \ldots, X_r) + \Ann_B(M) \\ + &\supset (X_1, \ldots, X_r) + \Ann_A(M) + (X_1 - x_1, \ldots, X_r - x_r) + \end{align*} + und es folgt die Behauptung. + \end{proof} +\end{prop} + +\begin{bem} + \label{koszul-komplex-lokalisierung-und-vervollstaendigung} + Sei $M$ ein $A$-Modul und $\bmx = (x_1, \ldots, x_r)$ eine Familie von Elementen aus $A$. + + Ist $S \subset A$ eine multiplikative Menge, so gilt $K(\bmx, M_S) = {K(\bmx, M)}_S$, denn die Funktoren $\bullet_S\colon \Mod_A \to \Mod_{A_S}$ und $\bullet \otimes_A A_S \colon \Mod_A \to \Mod_{A_S}$ sind natürlich isomorph. + + Statten wir die $M$ und $K(\bmx, M)$ jeweils mit der $\bmx$-adischen Filtrierung aus, so gilt $K(\bmx, \widehat{M}) = \widehat{K(\bmx, M)}$, denn + \begin{equation*} + K_p(\bmx, \widehat{M}) \cong \bigoplus_{i = 1}^{\binom{r}{p}} \widehat{M} + = \prod_{i = 1}^{\binom{r}{p}} \widehat{M} + \cong \widehat{\prod_{i = 1}^{\binom{r}{p}} M} + \cong \widehat{\bigoplus_{i = 1}^{\binom{r}{p}} M} + \cong \widehat{K_p(\bmx, M)} + \end{equation*} + und dieser Isomorphismus ist offensichtlich kompatibel mit den Randabbildungen. +\end{bem} + +\section{Die Filtrierung eines Koszul-Komplexes} +\label{sec:die-filtrierung-eines-koszu-komplexes} + +Im Folgenden sei $A$ ein lokaler noetherscher Ring, das Ideal $\bmx = (x_1, \ldots, x_r)$ von $A$ sein im maximalen Ideal von $A$ enthalten und $M$ sei ein endlich erzeugter $A$-Modul mit $\length_A(M / \bmx M) < \infty$. \ No newline at end of file diff --git a/custom_commands.tex b/custom_commands.tex index 24b6876..ab0dfa0 100644 --- a/custom_commands.tex +++ b/custom_commands.tex @@ -13,6 +13,7 @@ \newcommand{\bmi}{\bm{i}} \newcommand{\bmx}{\bm{x}} +\newcommand{\bmy}{\bm{y}} \DeclareMathOperator{\Ann}{Ann} \DeclareMathOperator{\Ch}{Ch}