|
Размерности Гельфанда–Кириллова простых модулей над скрученными групповыми алгебрами k∗A
А. Гуптаa, У. Аруначаламb a Department of Mathematics, Ramakrishna Mission Vivekananda Educational and Research Institute (RKMVERI), India
b Harish-Chandra Research Institute, India
Аннотация:
Для n-мерной многопараметрической квантовой алгебры тора Λq над полем k, заданной мультипликативно антисимметричной матрицей q=(qij), мы показываем, что в случае, когда ранг без кручения подгруппы k×, порожденной qij, достаточно велик, есть характеристическое множество значений (возможно, с пробелами) от 0 до n, которые могут быть размерностями Гельфанда–Кириллова (ГК) простых модулей. Частный случай, когда K.dim(Λq)=n−1 и Λq простая, изученный в статье A. Gupta, "GK-dimensions of simple modules over K[X±1,σ]", Comm. Algebra, 41:7 (2013), 2593–2597, рассматривается без предположения простоты, и показано, что дихотомия продолжает выполняться для ГК-размерностей простых модулей.
Библиография: 35 наименований.
Ключевые слова:
размерность Гельфанда–Кириллова, простой модуль, квантовый тор, скрученная групповая алгебра, размерность Крулля.
Поступило в редакцию: 26.04.2021
Введение Пусть k – поле, а k× обозначает группу k∖{0}. Пусть q – мультипликативно антисимметричная (n×n)-матрица с элементами в k×. Это значит, что элементы qij матрицы q (так называемые мультипараметры) удовлетворяют условиям qii=1 и qji=q−1ij. Квантовый тор Λq ранга n – это ассоциативная алгебра, порожденная над полем k переменными X1,…,Xn вместе с их обратными с учетом соотношений Эти алгебры играют важную роль в некоммутативной геометрии [1] и нашли приложения в теории представлений нильпотентных групп без кручения [2]. Например, если H – конечно порожденная нильпотентная группа без кручения класса два с центром ζH, то центральная локализация kH(kζH∖{0})−1 – алгебра этого типа. Хотя много разных аспектов, включая неприводимые и проективные модули [3]–[9], автоморфизмы и дифференцирования [10]–[14], размерности Крулля и глобальные размерности [2], [15]–[17] и так далее, этих алгебр изучались в недавнем прошлом (обзор можно найти в [18]), настоящая статья посвящена размерностям Гельфанда–Кириллова (ГК-размерностям) простых модулей над квантовыми торами. Во всей статье под модулем мы понимаем правый модуль. ГК-размерность является фундаментальным инвариантом конечно порожденных модулей над аффинными алгебрами. Пусть M – конечно порожденный модуль над k-алгеброй A, снабженный конечномерным порождающим подпространством, скажем, M0. Пусть {a0,…,am−1,am (=1)} – конечный набор образующих (включающий 1) для алгебры A. Эта алгебра фильтруется с помощью последовательности конечномерных подпространств
A0=k,A1=m∑i=0kai,Al=Al1(l⩾2).
Эта возрастающая фильтрация алгебры A дает возрастающую фильтрацию {M0Al}l∈N модуля M. ГК-размерность модуля M является мерой роста M и определяется формулой Хотя на вид это определение зависит от выбора порождающего подпространства M, а именно, M_0, и набора множества порождающих алгебры \mathcal A, а именно, \{a_0,\dots, a_{m-1}, a_m\}, ГК-размерность фактически не зависит от этого выбора. Хотя определение носит несколько технический характер, ГК-размерность модулей оказывается полезным и важным инвариантом. Кроме того, известно, что для широкого круга алгебр, включая многие квантовые группы, ГК-размерность конечно порожденных модулей – это целое число [19]. Для модулей над алгебрами, которую мы изучаем, ГК-размерность связана с другим важным инвариантом для модулей, а именно, размерностью Крулля [16] (дополнительную информацию о ГК-размерности см. в [20], [21]). Вопрос о ГК-размерности простых модулей над алгебрами \Lambda_{\mathfrak q} был впервые рассмотрен в [16; разд. 6], где было показано, что любой простой модуль над наследственным (глобальной размерности один) квантовым тором \Lambda_{\mathfrak q} ранга n имеет ГК-размерность n-1. Данная проблема остается открытой и для других значений глобальной размерности \Lambda_{\mathfrak q}. Эта же проблема для некоторых других классов алгебр рассматривалась в [22]–[25]. Для D-модулей этот вопрос особенно важен [26], [27]. Таким образом, определение ГК-размерности простых модулей – существенный шаг в изучении различных классов алгебр, включающих квантовые группы и кольца дифференциальных операторов. Структура алгебры \Lambda_{\mathfrak q} и модулей над ней может меняться в существенной зависимости от матрицы мультипараметров \mathfrak q. Например, если \mathfrak q содержит элементы, порождающие подгруппу в k^\times максимального возможного ранга (без кручения), а именно, n(n-1)/2, то кольцо \Lambda_{\mathfrak q} – простая наследственная нётерова область [16], в то время как, если та же подгруппа имеет ранг нуль, то та же алгебра конечно порождена над своим центром. Отметим, что во всех этих случаях алгебра \Lambda_{\mathfrak q} имеет одну и ту же ГК-размерность. Следовательно, ситуация требует наличия дополнительного инварианта, который достаточно удобен для работы и в то же время хорошо подходит для нашей цели изучения простых модулей квантовых алгебр тора. Этот инвариант обеспечивается размерностью Крулля некоммутативных колец, которая в нашем случае совпадает с другим размерностным инвариантом, а именно, с глобальной размерностью [16]. Как отмечалось выше, простые модули над квантовым тором в случае, когда тор имеет размерность Крулля, равную единице, изучалась в [16], а также в [5], [8] (для квантового тора общего положения). В [28] и [29] центр внимания был перенесен на случай, когда размерность Крулля на единицу меньше максимально возможной, т. е. n-1. В [28] дихотомия для ГК-размерностей простых \Lambda_{\mathfrak q}-модулей была установлена в предположении, что \Lambda_{\mathfrak q} имеет размерность Крулля n-1 и сама проста. В настоящей статье мы показываем, что эта дихотомия сохраняется, даже когда предположение простоты снято. Теорема 1. Пусть \Lambda_{\mathfrak q} – n-мерная квантовая алгебра тора размерности Крулля n-1. Для ГК-размерности простого \Lambda_{\mathfrak q}-модуля M справедлива следующая дихотомия:
\begin{equation*}
\mathscr{GK}(M)=1 \quad \textit{или} \quad \mathscr{GK}(M)= \mathscr{GK}(\Lambda_{\mathfrak q})-\mathscr{GK}(\mathcal Z(\Lambda_{\mathfrak q}))-1,
\end{equation*}
\notag
где \mathcal Z(\Lambda_{\mathfrak q}) – центр \Lambda_{\mathfrak q}. Замечание 1. В дополнительном предположении, что \Lambda_{\mathfrak q} – простое кольцо, в [28] было показано, что для простого \Lambda_{\mathfrak q}-модуля M либо \mathscr{GK}(M)=1, либо \mathscr{GK}(M)=n-1. Отметим, что эта гипотеза простоты означает, что центр \mathcal Z(\Lambda_{\mathfrak q}) кольца \Lambda_{\mathfrak q} равен k [16]. Вообще говоря, из [2; теорема A] и [14; лемма 1.1] следует, что квантовый тор \Lambda_{\mathfrak q} ранга n, имеющий размерность Крулля n-1, может иметь центр, изоморфный (обычному) кольцу многочленов Лорана над k вплоть до n-2 переменных. Таким образом, предположение, что \Lambda_{\mathfrak q} проста, недостаточно общее. Это было частично исправлено в [29], где было показано, что если \Lambda_{\mathfrak q} имеет размерность Крулля n-1, но необязательно является простым кольцом, и если M является простым \Lambda_{\mathfrak q}-модулем, то \mathscr{GK}(M)=1 или \mathscr{GK}(M) \geqslant \mathscr{GK}( \Lambda_{\mathfrak q})- \mathscr{GK}(\mathcal Z(\Lambda_{\mathfrak q}))-1. В теореме 1 мы даем точное определение ГК-размерности всех возможных простых \Lambda_{\mathfrak q}-модулей для квантового тора \Lambda_{\mathfrak q} с размерностью Крулля (или глобальной) n -1. При изучении простых модулей над квантовыми многочленами часто оказывается полезным наложить некоторое предположение независимости на мультипараметры q_{ij}. Например, при рассмотрении простых модулей в [5], [8] предполагается, что мультипараметры находятся в общем положении, т. е. порождают в k^\times подгруппу максимального ранга. Очевидно, n-мерный квантовый тор \Lambda_{\mathfrak q} можно представить как косое кольцо многочленов Лорана над подкольцом \Lambda', порожденным переменными X_1^{\pm 1},\dots, X_{n -1}^{\pm 1}. Таким образом, \Lambda_{\mathfrak q} = \Lambda'[X_n^{\pm 1}; \sigma], где \sigma – скалярный автоморфизм \Lambda', заданный формулой X_i \mapsto p_iX_i для p_i \in k^\times. В дальнейшем мы будем обозначать набор ГК-размерностей простых модулей над данной квантовой алгеброй тора \Lambda_{\mathfrak q} символом \mathscr V(\Lambda_{\mathfrak q}). Наша следующая теорема выражает \mathscr V(\Lambda_{\mathfrak q}) через \mathscr V(\Lambda') в предположении независимости мультипараметров (см. теорему 2). Определение 1. (i) \lambda-группа \mathscr G(\Lambda_{\mathfrak q}) квантовой алгебры тора \Lambda_{\mathfrak q} определяется как подгруппа в k^\times, порожденная мультипараметрами q_{ij}. (ii) Для данного скалярного автоморфизма \sigma алгебры \Lambda_{\mathfrak q} определим \mathscr H_\sigma как подгруппу в k^\times, порожденную скалярами p_i (i=1, \dots, n). Теперь мы можем сформулировать нашу вторую теорему. Теорема 2. Пусть \Lambda_{\mathfrak{q}} – n-мерная квантовая алгебра тора; рассмотрим косое расширение Лорана
\begin{equation*}
\Lambda^\ast_{\mathfrak q, \sigma}=\Lambda_{\mathfrak q}[Y^{\pm 1}; \sigma],
\end{equation*}
\notag
где \sigma \in \operatorname{Aut} (\Lambda_{\mathfrak{q}}) – скалярный автоморфизм, определяемый формулой \sigma(X_i)=p_i X_i. Предположим, что подгруппы \mathscr G(\Lambda_{\mathfrak q}) и \mathscr H_\sigma в k^\times из определения 1 пересекаются тривиально. Пусть \mathscr V(\Lambda_\mathfrak q) – (конечное) множество ГК-размерностей простых \Lambda_{\mathfrak q}-модулей и, аналогично, \mathscr V(\Lambda^\ast_{\mathfrak q,\sigma}) – множество ГК-размерностей простых \Lambda^\ast_{\mathfrak q,\sigma}-модулей. Тогда
\begin{equation*}
\mathscr V(\Lambda^\ast_{\mathfrak q, \sigma}) \subseteq \{\operatorname{rk}(\mathscr H_\sigma), \dots, n\} \cup (\mathscr V(\Lambda_\mathfrak q)+1).
\end{equation*}
\notag
Здесь \mathscr V(\Lambda_\mathfrak q)+1 – множество \{u+1 \mid u \in \mathscr V(\Lambda_\mathfrak q)\}. Замечание 2. Теорема 2 необязательно означает, что для каждого значения d из множества
\begin{equation*}
\{\operatorname{rk}(\mathscr H_\sigma), \dots, n\} \cup ( \mathscr V(\Lambda_\mathfrak q)+ 1)
\end{equation*}
\notag
существует простой \Lambda^\ast_{\mathfrak q, \sigma}-модуль ГК-размерности d. Скорее, это указывает на общий факт, что в случае, когда достаточно много мультипараметров независимы, в множестве 1, \dots, n есть определенные характеристические значения (возможно, с пробелами), которые могут быть ГК-размерностями простых модулей над квантовой алгеброй тора (пример 1). В конце п. 3.2 мы приводим несколько примеров, иллюстрирующих наши две теоремы. Эта статья, завершает цикл работ о ГК-размерностях простых модулей над квантовым тором \Lambda_{\mathfrak q} в случае, когда \mathrm{K}.\dim(\Lambda_{\mathfrak q})=n-1, начатый в [28] и продолженный в [29]. В [16] соответствующая задача была рассмотрена для \mathrm{K}.\dim(\Lambda_{\mathfrak q})=1, и получен ответ. Таким образом, наша работа естественно приводит к следующему вопросу. Вопрос. Пусть \Lambda_{\mathfrak q} – n-мерная квантовая алгебра тора, размерность Крулля которой равна либо 2, либо n-2. Существует ли неголономный простой \Lambda_{\mathfrak q}-модуль с ГК-размерностью n-1? Если да, то как можно построить такой простой модуль? Каковы возможные значения ГК-размерности простых \Lambda_{\mathfrak q}-модулей?
§ 1. n-мерный квантовый тор В этом параграфе мы напомним некоторые известные факты о квантовых алгебрах тора, нужные для развития наших последующих результатов. 1.1. Структура скрученной групповой алгебры Как уже отмечалось, алгебры \Lambda_{\mathfrak q} имеют структуру скрученной групповой алгебры k \ast A свободной абелевой группы ранга n над k. Мы вкратце напоминаем, что это за структура, и отсылаем читателя к [30] за подробностями. Для данной группы G k-алгебра R называется скрученной групповой алгеброй группы G над k, если R содержит в качестве k-базиса такую копию \overline{G}:=\{ \overline{g} \mid g \in G \} группы G, что умножение в R удовлетворяет условиям
\begin{equation}
\overline g_1 \overline g_2=\gamma(g_1, g_2)\overline{g_1g_2},
\end{equation}
\tag{2}
где \gamma\colon G \times G \to k^{\times}. Ассоциативность умножения означает, что скручивающая функция \gamma является 2-коциклом, т. е.
\begin{equation*}
\gamma(x,y)\gamma(xy, z)=\gamma(y, z)\gamma(x, yz).
\end{equation*}
\notag
Для подгруппы H группы G k-линейная оболочка множества \overline{H}:=\{\overline{h}\mid h\in H\} – подалгебра в R, которая является скрученной групповой алгеброй группы H над k, причем определяющим коциклом является ограничение коцикла \gamma на H\times H. Обозначим эту подалгебру k\ast H. В случае абелевой группы G известно, что центр k\ast G имеет вид k\ast Z для подходящей подгруппы Z\leqslant G (см., например, [14; лемма 1.1]). 1.2. Коммутативные скрученные групповые (под-)алгебры и размерность Крулля В случае квантовых торов \Lambda_q=k \ast A подгруппы B, для которых подалгебра k\ast B коммутативна, играют важную роль. Например, следующий факт был предположен в [16] и доказан в [31]. Теорема 3. Для квантовой алгебры тора k \ast A верхняя грань рангов подгрупп B\leqslant A таких, что соответствующая скрученная групповая (под)алгебра k \ast B является коммутативной, равна как размерности Крулля, так и глобальной размерности алгебры k \ast A . Следующий факт представляет собой переформулировку [31; теорема 3]. Предложение 1. Предположим, что квантовая алгебра тора k \ast A имеет конечно порожденный модуль ГК-размерности m; тогда в A есть подгруппа B с рангом, равным \operatorname{rk}(A)-m, для которой соответствующая скрученная групповая (под)алгебра k\ast B коммутативна. Приводимое далее следствие 1 очевидно вытекает из объединения двух последних результатов, если напомнить [16], что ГК-размерность конечно порожденного k \ast A-модуля – целое неотрицательное число (см. [16]). Следствие 1. ГК-размерность конечно порожденного k \ast A-модуля M удовлетворяет условию
\begin{equation*}
\mathscr{GK}(M) \geqslant \operatorname{rk}(A)-\mathrm{K.dim}(k \ast A),
\end{equation*}
\notag
где \mathrm{K.dim}(k \ast A) – размерность Крулля алгебры k \ast A. 1.3. Подмножества Оре и подгруппы конечного индекса в A Используя тот факт, что A \cong \mathbb Z^n – упорядоченная группа (с лексикографическим порядком), нетрудно показать, что k \ast A не имеет делителей нуля, и каждая единица в этом кольце имеет вид \mu \overline a для \mu \in k^{\times} и a \in A. Пусть M – конечно порожденный k \ast A-модуль. Если A_0 – подгруппа A конечного индекса, то M – конечно порожденный k \ast A_0-модуль. Напомним, что в кольце R элемент r\in R нормализует подкольцо S, если rS=Sr. Алгебра k \ast A является конечным нормализующим расширением своей подалгебры k \ast A_0, т. е. порождается над k \ast A_0 конечным числом нормализующих элементов, а именно, образами в k\ast A трансверсали T к A_0 в A. Известно (см., например, [16]), что для подгруппы B \leqslant A ненулевые элементы скрученной групповой (под)алгебры k \ast B образуют подмножество Оре в k \ast A. 1.4. Скрещенные произведения, получаемые из локализации Оре Более общая структура, чем скрученная групповая алгебра, – это скрещенное произведение R \ast G группы G над кольцом R. Здесь основное кольцо R необязательно должно быть полем, и скаляры в R необязательно должны быть центральными в R\ast G. Как и в случае скрученной групповой алгебры, копия \overline G группы G, содержащаяся в R \ast G, является базисом R-модуля, а умножение базисных элементов определяется точно так же, как в (2). Однако, как уже отмечалось, скаляры в R не обязаны коммутировать с базисными элементами \overline g, но соотношение \overline g r= \sigma_g(r)\overline g выполняется для r \in R и \sigma_g \in \operatorname{Aut}(R) (дополнительную информацию о скрещенных произведениях см. в [32]). Помимо обобщения скрученных групповых алгебр, скрещенные произведения также возникают как подходящие локализации исходных колец. Именно в этой последней форме скрещенное произведение возникнет в нашей статье. Например, локализация Оре (k \ast A)(k \ast B \setminus \{0\})^{-1} – это скрещенное произведение D \ast A/B, где B \leqslant A и D – тело частных нётеровой области k \ast B.
§ 2. ГК-размерность конечно порожденных \Lambda_{\mathfrak q}-модулей ГК-размерность является особенно хорошей размерностью для конечно порожденных модулей над изучаемыми нами алгебрами. Одна из причин в том, что аппарат Гильберта–Самуэля, который работает для почти коммутативных алгебр, может быть адаптирован также для алгебр \Lambda_{\mathfrak q} (см. [16; разд. 5]). Например, справедливо следующее предложение. Предложение 2. Пусть
\begin{equation*}
0 \to L \to M \to N \to 0
\end{equation*}
\notag
есть точная последовательность \Lambda_{\mathfrak q}-модулей. Тогда
\begin{equation*}
\mathscr{GK}(M)= \max\{\mathscr{GK}(L),\mathscr{GK}(N)\}.
\end{equation*}
\notag
Доказательство следует из [16; лемма 5.5]. В [31] конечно порожденные модули над скрещенными произведениями свободной абелевой группы конечного ранга над кольцом с делением D изучались с точки зрения теоретико-групповых приложений. Была введена и изучена размерность для конечно порожденных модулей, которая, как было показано, совпадает с ГК-размерностью (измеренной относительно D). Мы стремимся использовать эту размерность в исследованиях простых модулей над рассматриваемыми нами алгебрами, которые являются частными случаями вышеупомянутых скрещенных произведений. Сформулируем далее определение этой размерности и некоторые ее ключевые свойства, которые были установлены в [31]. Эта размерность используется в сочетании с соответствующим понятием критического модуля (обсуждение см. ниже). Определение 2 (см. [31]). Пусть M – конечно порожденный \Lambda_{\mathfrak{q}}-модуль. Размерность \dim M модуля M – это максимум таких r, 0 \leqslant r \leqslant n, что для некоторого подмножества \mathcal I := \{i_1, \dots, i_r\} индексирующего множества \{1, \dots, n\} модуль M не является модулем кручения как \Lambda_{\mathfrak q, \mathcal I}-модуль, где \Lambda_{\mathfrak q, \mathcal I} обозначает подалгебру в \Lambda_{\mathfrak q}, порожденную переменными X_i для i \in \mathcal I и их обратными. Замечание 3. В [31] показано, что размерность \dim M модуля M в смысле последнего определения совпадает с ГК-размерностью M. Более того, понятие размерности в определении 2 было введено в [31] в более общем случае для конечно порожденных модулей над скрещенными произведениями свободной абелевой группы над кольцом с делением. Эти скрещенные произведения включают локализации Оре алгебр \Lambda_{\mathfrak{q}}, обсужденные в п. 1.4. Следующие факты из [31], которые мы формулируем для алгебр \Lambda_{\mathfrak q}, были доказаны для более общих скрещенных произведений. Лемма 1. Пусть M – конечно порожденный \Lambda_{\mathfrak{q}}-модуль ГК-размерности d, и \Lambda_1 – подалгебра \Lambda_{\mathfrak{q}}, порожденная переменными \{ X_{i_i}, \dots, X_{i_d} \} и их обратными. Тогда в M нельзя вложить свободный \Lambda_1-подмодуль бесконечного ранга. Доказательство. С учетом замечания 3 это следует из [31; лемма 2.3]. Определение 3. Ненулевой \Lambda_{\mathfrak q}-модуль M называется критическим, если для любого ненулевого подмодуля N в M выполняется неравенство
\begin{equation*}
\mathscr{GK}(M/N)<\mathscr{GK}(M).
\end{equation*}
\notag
Предложение 3 (см. [31; предложение 2.5]). Любой ненулевой \Lambda_{\mathfrak{q}}-модуль содержит конечно порожденный критический подмодуль.
§ 3. Результат о дихотомии3.1. Доказательство теоремы 1 Как и в § 1, мы можем записать \Lambda_\mathfrak q как скрученную групповую алгебру \Lambda_\mathfrak q :=k \ast A свободной абелевой группы A ранга n. Кроме того, пусть \overline {a} обозначает образ a \in A в \Lambda_\mathfrak q. Заметим, что \mathcal Z(\Lambda_{\mathfrak q}) имеет вид k \ast Z для подходящей подгруппы Z в A (см., например, [14; лемма 1.1]). Поскольку
\begin{equation*}
\mathscr{GK}(k \ast \mathbb Z^l)=l
\end{equation*}
\notag
(см., например, [16]), последняя альтернатива в утверждении теоремы имеет вид
\begin{equation*}
\mathscr{GK}(M)=\operatorname{rk}(A)-\operatorname{rk}(Z)-1.
\end{equation*}
\notag
Пусть P – аннулятор M в k \ast Z. Действие k \ast Z на M дает вложение
\begin{equation*}
k \ast Z)/P \hookrightarrow \operatorname{End}_{\Lambda_{\mathfrak q}}(M).
\end{equation*}
\notag
Поскольку \operatorname{End}_{\Lambda_{\mathfrak q}}(M) является кольцом с делением, то P является простым идеалом в k \ast Z. Известно (см., например, [16; предложение 9.4.21]), что квантовая алгебра тора k \ast A удовлетворяет теореме о нулях (Nullstellensatz) и, в частности, \operatorname{End}_{\Lambda_{\mathfrak q}}(M) алгебраичен над k. Следовательно, то же верно для (k \ast Z)/P. Поскольку коммутативная аффинная алгебраическая область является полем [33], следовательно, P – максимальный идеал в k \ast Z. Положим K=(k \ast Z)/P и Q=P\Lambda_{\mathfrak q}. Ясно, что M – простой \Lambda_{\mathfrak q}/Q-модуль. Согласно [32; гл. 1, леммы 1.3, 1.4] k-алгебра \Lambda_{\mathfrak q}/Q является скрученной групповой алгеброй K \ast A/Z группы A/Z над K с трансверсалью T для Z в A, дающей K-базис в виде множества \{ \overline t+Q \mid t \in T\}. Кроме того, элементы \zeta+Q, где \zeta \in k \ast Z, образуют копию K в \Lambda_{\mathfrak q}/Q. Отметим, что теоретико-групповой коммутатор [\overline{t_1}+Q , \overline{t_2}+Q] со значениями в группе единиц \Lambda_{\mathfrak q}/Q для любых t_1, t_2 \in T удовлетворяет условию
\begin{equation}
[\overline{t_1}+Q , \overline{t_2}+Q]=[\overline{t_1},\overline{t_2}\,]+Q \in k^\times+Q.
\end{equation}
\tag{3}
Теперь, учитывая [20; предложение 5.1, (c)], имеем
\begin{equation*}
\mathscr{GK}_{k \ast A}(M) = \mathscr{GK}_{K \ast A/Z}(M),
\end{equation*}
\notag
где \mathscr{GK}_R(M) для подходящего кольца R означает ГК-размерность M, рассматриваемого как (правый) R-модуль. В последнем уравнении как в левой, так и в правой частях ГК-размерность измеряется относительно k. Поскольку K конечно порождена и алгебраична над k, то [K:k]<\infty и, ввиду [34; лемма 2, (ii)], достаточно определить возможные значения ГК-размерности простого K \ast A/Z-модуля M, измеренной относительно K. Главное для нас при переходе к алгебре K\ast A/Z в том, что она центральна как K-алгебра, т. е. имеет центр K. В самом деле, было показано в § 1, центр группы K \ast A/Z имеет вид K\ast Y для подгруппы Y группы A/Z. Если образ \overline t+Q некоторого смежного класса tZ \in Y централизовал все элементы K \ast A/Z , то, используя (3), получаем
\begin{equation*}
[\overline t, \overline {t_1}\,]+Q=1+Q \quad \forall\, t_1 \in T.
\end{equation*}
\notag
Поскольку [\overline t, \overline{t_1}\,] \in k^\times, то [\overline t, \overline{t_1}\,]=1. Таким образом, если \overline t+Q лежит в центре K \ast A/Z, то \overline t должен лежать в центре k \ast Z алгебры k \ast A. Поскольку t \in T, это возможно только, если t=1. Как уже отмечалось в § 1, по теореме Брукса [2] размерность k \ast A равна верхней грани рангов таких подгрупп B\leqslant A, что подалгебра k \ast B коммутативна. В нынешней ситуации это означает существование такой подгруппы B в A ранга n-1, что k \ast B коммутативна. При переходе к K \ast A/Z, хотя центр становится равным основному полю, возникает небольшая трудность, а именно, A/Z не обязана быть группой без кручения. Чтобы преодолеть это, мы можем заменить A на такую подгруппу A_0 конечного индекса, что A_0/Z – группа без кручения. Тогда B_0:=A_0 \cap B – подгруппа A_0 ранга n-1, и ясно, что k \ast B_0 – коммутативная подалгебра в k \ast A_0. Очевидно, k\ast B_0Z коммутативна и, следовательно, согласно предыдущему абзацу \operatorname{rk}(B_0Z) = \operatorname{rk}(B_0). Заменяя при необходимости B_0 на B_0Z, мы можем считать, что B_0 \geqslant Z. Ввиду (3), подалгебра K \ast B_0/Z в K \ast A_0/Z коммутативна. Очевидно,
\begin{equation*}
\operatorname{rk}(B_0/Z)=n-1-\operatorname{rk}(Z)=\operatorname{rk}(A_0/Z)-1= \operatorname{rk}(A/Z)-1.
\end{equation*}
\notag
Последнее уравнение означает, что K \ast A_0/Z является n-\operatorname{rk}(Z)-мерным квантовым тором над K размерности (Крулля или глобальной) n-\operatorname{rk}(Z)-1. Как модуль над подалгеброй K \ast A_0/Z, простой K \ast A/Z-модуль M может перестать быть простым. Однако, поскольку K \ast A/Z является конечным нормализующим расширением для K \ast A_0/Z (см. § 1), то K \ast A/Z-модуль M распадается в конечную прямую сумму простых K \ast A_0/Z-модулей (см., например, [35; упражнение 15A.3]). Таким образом,
\begin{equation*}
M=N_1 \oplus N_2 \oplus \dots \oplus N_s
\end{equation*}
\notag
как K \ast A_0/Z-модули. Согласно [31; лемма 2.7]
\begin{equation*}
\mathscr{GK}_{K \ast A/Z}(M)=\mathscr{GK}_{K \ast A_0/Z}(M).
\end{equation*}
\notag
Более того, ГК-размерность конечной прямой суммы модулей является максимумом ГК-размерностей слагаемых (см. [20; предложение 5.1]). С учетом этих замечаний для доказательства теоремы достаточно показать, что если F – поле и F \ast \mathbb Z^r – скрученная групповая алгебра с центром F и размерности, равной r-1, то для любого простого F \ast \mathbb Z^r-модуля N выполняется следующая дихотомия:
\begin{equation}
\mathscr{GK}(N)=1 \quad \text{или} \quad \mathscr{GK}(N)=r-1.
\end{equation}
\tag{4}
Но именно это и утверждает [28; теорема 2.1]. 3.2. Доказательство теоремы 2 Будем писать \Lambda^\ast вместо {\Lambda^\ast}_{\mathfrak{q}, \sigma} и \Lambda вместо \Lambda_{\mathfrak{q}}. Учтем предложение 3, и пусть N – конечно порожденный критический \Lambda-подмодуль M. Рассмотрим \Lambda^\ast-подмодуль N' в M, порожденный N:
\begin{equation}
N^\prime :=N\Lambda^\ast=\sum_{i \in \mathbb{Z}} N Y^i.
\end{equation}
\tag{5}
Поскольку N – критический по предположению, то N \ne 0 и N^\prime=M. Если сумма в (5) прямая, то N \Lambda^\ast \cong N \otimes_{\Lambda} \Lambda^\ast, и по [31; лемма 2.4]
\begin{equation}
\mathscr{GK}(M)=\mathscr{GK}(N)+1.
\end{equation}
\tag{6}
Более того, поскольку (левый) \Lambda-модуль \Lambda^\ast свободен, то он строго плоский, и отсюда следует, что N должен быть простым \Lambda-модулем. Принимая во внимание уравнение (6), получаем, что
\begin{equation}
\mathscr{GK}(M) \in \mathscr V (\Lambda_\mathfrak q)+1.
\end{equation}
\tag{7}
В этом случае утверждение теоремы верно. Остается возможность, когда сумма \sum_{i \in \mathbb{Z}} NY^i не является прямой. Согласно [31; лемма 2.4] в этом случае
\begin{equation}
\mathscr{GK}(N)=\mathscr{GK}(M),
\end{equation}
\tag{8}
имея в виду, что размерность, о которой идет речь в лемме, совпадает с ГК-размерностью, измеренной относительно основного поля k. Обозначим через d общее значение в последнем уравнении. Ввиду определения 2 и последующего замечания, существует такое подмножество I=\{i_1, \dots, i_d\} множества индексов \{1, \dots, n \}, что N (и, следовательно, M) не является модулем S:=\Lambda_{\mathfrak q}(I)\setminus \{0\}-кручения, где \Lambda_{\mathfrak q}(I) обозначает подалгебру в \Lambda, порожденную неизвестными X_i^{\pm 1} для i \in I. Рассмотрим локализацию Оре \Lambda^\ast S^{-1}. По определению S мы знаем, что M не является модулем S-кручения и, следовательно, соответствующая локализация MS^{-1} ненулевая. Заметим, что кольцо \Lambda^\ast S^{-1} содержит тело частных \mathscr D:=\Lambda_{\mathfrak q}(I)S^{-1}. Используя лемму 1, видим, что MS^{-1} – конечномерное \mathscr D-пространство. Положим s=\dim_{\mathscr D} M S^{-1}. Введем
\begin{equation*}
J :=\{ 1, \dots , n \} \setminus I,
\end{equation*}
\notag
и пусть \mathscr G(I) обозначает следующую подгруппу в \mathscr G(\Lambda_\mathfrak q):
\begin{equation*}
\mathscr G(I) := \langle q_{kl} \mid k, l \in I \rangle.
\end{equation*}
\notag
Далее для любого j \in J введем
\begin{equation*}
\mathscr G(I, j) := \langle q_{kj} \mid k \in I \rangle.
\end{equation*}
\notag
Нам также нужно будет использовать подгруппу \mathscr H( I) в \mathscr H_\sigma, определенную следующим образом:
\begin{equation*}
\mathscr H( I) :=\langle p_i \mid i \in I \rangle.
\end{equation*}
\notag
Как следует из условия теоремы,
\begin{equation*}
YX_j=p_jX_jY\quad \forall\, j \in J.
\end{equation*}
\notag
Это в точности ситуация из [16; разд. 3.9] (где “нелокализованные” порождающие – это порождающие, индексированные элементами J): точно так же должны выполняться отношения зависимости
\begin{equation}
p_j^s \in \langle \mathscr G(I), \mathscr G( I, j), \mathscr H( I) \rangle \quad \forall\, j \in J.
\end{equation}
\tag{9}
По условию теоремы \mathscr G(\Lambda_{\mathfrak q}) \cap \mathscr H_\sigma=1 и, следовательно, p_j^s \in \mathscr H(I). Но это означает, что
\begin{equation*}
\operatorname{rk}(\mathscr H_\sigma) \leqslant |I|=d=\mathscr{GK}(M).
\end{equation*}
\notag
Осталось показать, что \mathscr{GK}(M)<n + 1. Для этого предположим, что \mathscr{GK}(M)=n+1. Поскольку \Lambda^\ast – скрученная групповая алгебра, из определения 2 и замечания 3 следует, что в M можно вложить копию правого регулярного модуля \Lambda^\ast. Поскольку M прост, имеем M \cong \Lambda^\ast. Но это значит, что \Lambda^\ast – кольцо с делением, что явно не так. Доказательство завершено. Рассмотрим пример, иллюстрирующий теорему. Пример 1. Пусть F – поле, и пусть \mathfrak q \in \mathrm{M}_n(F) – мультипликативно антисимметричная матрица, заданная формулой
\begin{equation*}
\mathfrak q := \begin{pmatrix} 1 & 1 & 1 & q_1 \\ 1& 1& 1 & q_2 \\ 1& 1& 1 & q_3 \\ q_1^{-1} & q_2^{-1} & q_3^{-1} & 1 \end{pmatrix},
\end{equation*}
\notag
где предполагается
\begin{equation}
\operatorname{rk}(Q)=3 \quad \text{для} \quad Q := \langle q_1, q_2, q_3 \rangle.
\end{equation}
\tag{10}
Пусть \Lambda:=\Lambda_{\mathfrak q} – квантовая алгебра тора, определяемая матрицей \mathfrak q. Пусть \sigma – скалярный автоморфизм \Lambda, определенный вектором (p_1, p_2, p_3, p_4), где предполагается
\begin{equation}
\operatorname{rk}(P)=4 \quad \text{для} \quad P := \langle p_1, p_2, p_3, p_4 \rangle.
\end{equation}
\tag{11}
Мы также предполагаем, что P \cap Q=1. (Эти условия могут быть реализованы, например, в поле рациональных чисел \mathbb Q, если выбрать различные простые числа для мультипараметров q_i и p_j.) Тогда квантовая алгебра тора \Lambda^\ast в теореме 2 определяется матрицей \mathfrak q^\ast, которая имеет вид
\begin{equation*}
\mathfrak q^\ast := \begin{pmatrix} 1 & 1 & 1 & q_1 & p_1^{-1} \\ 1& 1& 1 & q_2 & p_2^{-1} \\ 1& 1& 1 & q_3 & p_3^{-1} \\ q_1^{-1} & q_2^{-1} & q_3^{-1} & 1 & p_4^{-1} \\ p_1 & p_2 & p_3 & p_4 & 1 \end{pmatrix}.
\end{equation*}
\notag
Алгебра \Lambda удовлетворяет условиям теоремы 1. Кроме того, условие (10) влечет равенство \mathcal Z(\Lambda)=k (см. [ 16; предложение 1.3]). Теперь из теоремы 1 следует, что \mathscr V(\Lambda)=\{1, 3 \}. С учетом (11) теорема 2 теперь дает
\begin{equation*}
\mathscr V(\Lambda^\ast)=\{ 4 \} \cup \{ 2, 4 \}=\{ 2, 4 \}.
\end{equation*}
\notag
Таким образом, для простого \Lambda^\ast-модуля
\begin{equation*}
\mathscr{GK}(M) \notin \{1,3,5\}.
\end{equation*}
\notag
Авторы благодарны рецензенту за предложения, которые помогли значительно улучшить рукопись.
|
|
|
Список литературы
|
|
|
1. |
Y. Manin, Topics in non-commutative geometry, M. B. Porter Lectures, Princeton Univ. Press, Princeton, NJ, 1991, viii+164 pp. |
2. |
C. J. B. Brookes, “Crossed products and finitely presented groups”, J. Group Theory, 3:4 (2000), 433–444 |
3. |
В. А. Артамонов, “Строение модулей над квантовыми полиномами”, УМН, 50:6(306) (1995), 167–168 ; англ. пер.: V. A. Artamonov, “Construction of modules over quantum polynomials”, Russian Math. Surveys, 50:6 (1995), 1256–1257 |
4. |
В. А. Артамонов, “Проективные модули над квантовыми алгебрами полиномов”, Матем. сб., 185:7 (1994), 3–12 ; англ. пер.: V. A. Artamonov, “Projective modules over quantum polynomial algebras”, Sb. Math., 82:2 (1995), 261–269 |
5. |
В. А. Артамонов, “Неприводимые модули над квантовыми полиномами”, УМН, 51:6(312) (1996), 189–190 ; англ. пер.: V. A. Artamonov, “Irreducible modules over quantum polynomials”, Russian Math. Surveys, 51:6 (1996), 1191–1192 |
6. |
В. А. Артамонов, “Модули над квантовыми полиномами”, Матем. заметки, 59:4 (1996), 497–503 ; англ. пер.: V. A. Artamonov, “Modules over quantum polynomials”, Math. Notes, 59:4 (1996), 356–360 |
7. |
В. А. Артамонов, “Квантовая проблема Серра”, УМН, 53:4(322) (1998), 3–76 ; англ. пер.: V. A. Artamonov, “Serre's quantum problem”, Russian Math. Surveys, 53:4 (1998), 657–730 |
8. |
В. А. Артамонов, “Общие квантовые многочлены: неприводимые модули и Морита-эквивалентность”, Изв. РАН. Сер. матем., 63:5 (1999), 3–36 ; англ. пер.: V. A. Artamonov, “General quantum polynomials: irreducible modules and Morita equivalence”, Izv. Math., 63:5 (1999), 847–880 |
9. |
V. A. Artamonov, “On projective modules over quantum polynomials”, J. Math. Sci. (N.Y.), 93:2 (1999), 135–148 |
10. |
J. Alev, M. Chamarie, “Dérivations et automorphismes de quelques algèbres quantiques”, Comm. Algebra, 20:6 (1992), 1787–1802 |
11. |
В. А. Артамонов, “Алгебры квантовых многочленов”, Алгебра – 4, Итоги науки и техн. Сер. Соврем. мат. и ее прил. Темат. обз., 26, ВИНИТИ, М., 2002, 5–34 ; англ. пер.: V. A. Artamonov, “Quantum polynomial algebras”, J. Math. Sci. (N.Y.), 87:3 (1997), 3441–3462 |
12. |
V. A. Artamonov, R. Wisbauer, “Homological properties of quantum polynomials”, Algebr. Represent. Theory, 4:3 (2001), 219–247 |
13. |
K.-H. Neeb, “On the classification of rational quantum tori and the structure of their automorphism groups”, Canad. Math. Bull., 51:2 (2008), 261–282 |
14. |
J. M. Osborn, D. S. Passman, “Derivations of skew polynomial rings”, J. Algebra, 176:2 (1995), 417–448 |
15. |
E. Aljadeff, Y. Ginosar, “On the global dimension of multiplicative Weyl algebras”, Arch. Math. (Basel), 62:5 (1994), 401–407 |
16. |
J. C. McConnell, J. J. Pettit, “Crossed products and multiplicative analogues of Weyl algebras”, J. London Math. Soc. (2), 38:1 (1988), 47–55 |
17. |
A. Gupta, “The Krull and global dimension of the tensor product of quantum tori”, J. Algebra Appl., 15:9 (2016), 1650174, 19 pp. |
18. |
V. A. Artamonov, “Quantum polynomials”, Advances in algebra and combinatorics, World Sci. Publ., Hackensack, NJ, 2008, 19–34 |
19. |
J. C. McConnell, “Quantum groups, filtered rings and Gelfand–Kirillov dimension”, Noncommutative ring theory (Athens, OH, 1989), Lecture Notes in Math., 1448, Springer, Berlin, 1990, 139–147 |
20. |
G. R. Krause, T. H. Lenagan, Growth of algebras and Gelfand–Kirillov dimension, Grad. Stud. Math., 22, Rev. ed., Amer. Math. Soc., Providence, RI, 2000, x+212 pp. |
21. |
J. C. McConnell, J. C. Robson, Noncommutative Noetherian rings, Grad. Stud. Math., 30, Rev. ed., Amer. Math. Soc., Providence, RI, 2001, xx+636 pp. |
22. |
S. C. Coutinho, A primer of algebraic D-modules, London Math. Soc. Stud. Texts, 33, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1995, xii+207 pp. |
23. |
A. Gupta, A. D. Sarkar, “A dichotomy for the Gelfand–Kirillov dimensions of simple modules over simple differential rings”, Algebr. Represent. Theory, 21:3 (2018), 579–587 |
24. |
J. C. McConnell, “Representations of solvable Lie algebras. V. On the Gelfand–Kirillov dimension of simple modules”, J. Algebra, 76:2 (1982), 489–493 |
25. |
J. T. Stafford, “Non-holonomic modules over Weyl algebras and enveloping algebras”, Invent. Math., 79:3 (1985), 619–638 |
26. |
J. Bernstein, V. Lunts, “On non-holonomic irreducible D-modules”, Invent. Math., 94:2 (1988), 223–243 |
27. |
S. C. Coutinho, “On involutive homogeneous varieties and representations of Weyl algebras”, J. Algebra, 227:1 (2000), 195–210 |
28. |
A. Gupta, “GK dimensions of simple modules over K[X^{\pm 1}, \sigma]”, Comm. Algebra, 41:7 (2013), 2593–2597 |
29. |
A. Gupta, “Representations of the n-dimensional quantum torus”, Comm. Algebra, 44:7 (2016), 3077–3087 |
30. |
D. S. Passman, The algebraic structure of group rings, Corr. reprint of the 1977 original, R. E. Krieger Publishing Co., Inc., Melbourne, FL, 1985, xiv+734 pp. |
31. |
C. J. B. Brookes, J. R. J. Groves, “Modules over crossed products of a division ring by a free Abelian group. I”, J. Algebra, 229:1 (2000), 25–54 |
32. |
D. S. Passman, Infinite crossed products, Pure Appl. Math., 135, Academic Press, Inc., Boston, MA, 1989, xii+468 pp. |
33. |
L. H. Rowen, Graduate algebra: commutative view, Grad. Stud. Math., 73, Amer. Math. Soc., Providence, RI, 2006, xviii+438 pp. |
34. |
Quanshui Wu, “Gelfand–Kirillov dimension under base field extension”, Israel J. Math., 73:3 (1991), 289–296 |
35. |
L. H. Rowen, Graduate algebra: noncommutative view, Grad. Stud. Math., 91, Amer. Math. Soc., Providence, RI, 2008, xxvi+648 pp. |
Образец цитирования:
А. Гупта, У. Аруначалам, “Размерности Гельфанда–Кириллова простых модулей над скрученными групповыми алгебрами k \ast A”, Изв. РАН. Сер. матем., 86:4 (2022), 103–115; Izv. Math., 86:4 (2022), 715–726
Образцы ссылок на эту страницу:
https://www.mathnet.ru/rus/im9182https://doi.org/10.4213/im9182 https://www.mathnet.ru/rus/im/v86/i4/p103
|
Статистика просмотров: |
Страница аннотации: | 434 | PDF русской версии: | 37 | PDF английской версии: | 151 | HTML русской версии: | 148 | HTML английской версии: | 199 | Список литературы: | 106 | Первая страница: | 15 |
|