简单的Hom函子计算是同调代数的一项基本功,下面的运算表应该是同学们熟练掌握的:
HomZ(-,-) |
Z/n |
Z |
Q |
Z/m |
Z/(m,n) |
0 |
0 |
Z |
Z/n |
Z |
Q |
Q |
0 |
0 |
Q |
下面我们要算一下Hom(Q,Q/Z),看上去似乎不比上面的表格复杂多少,但是却得用一种另类的办法来计算。这个例子我是在Hilton&Stammbach的A
Course in Homological Algebra的习题中找到的,基本思想就是比较基数,暴力破解。
第一步是先证明Hom(Q,Q/Z)是Q上的向量空间,这可以通过如下推理得到:Hom(Q,Q/Z)是Q-向量空间←→Hom(Q,Q/Z)作为Z-模是无挠且可除的←→Hom(Q,Q/Z)上的算子f→rf,r≠0是单射且满射,后者是非常容易直接验证的。
然后开始比较基数,注意到Q的Z-基是可数无限的,每个Z-基的像对应一个挠系数ki≥2,因此Card(Hom(Q,Q/Z))≥Πki≥2^χ0,但作为集合映射只能Card(Hom(Q,Q/Z))≤2^χ0.因此,Card(Hom(Q,Q/Z))=2^χ0=Card(R),而向量空间的结构由基数决定,故Hom(Q,Q/Z)=R.
最后稍微做一点讨论:
1)由此结论不难算出Ext(Q,Z)=R,可见就算是如此简单Ext函子,也是很不容易处理的。
2)注意Q/Z=⊕Z/p^∞,它可以作为Hom(M,⊕Ni)≠⊕Hom(M,Ni)的反例,但实际上Hom(M,lim←Ni)=lim←Hom(M,Ni)是成立的。
其实,我对这样的暴力破解法是不甚满意的,它不但缺少美学上优雅,而且没有能够给出具体的同构。可反过来想,R作Q-向量空间本身就比较古怪,它的基可以视为传说中的不可测集,这样做似乎也是无可奈何。当然,如果你知道什么巧妙的算法,一定要记得告诉我哈!
看一下传说中的“半个有理数”哈,请看博文:关于反例“半个有理数”的指指点点
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