Appendice. Objets quasi-projectifs. (Par Alberto Arabia.)
Soit Cune cat´egorie ab´elienne v´erifiant:
(C-a) Tout syst`eme inductif de Cposs`ede une limite inductive dans C.
(C-b) Pour tout ensemble partiellement ordonn´e et filtrant sup´erieurement A:=
(A,), le foncteur lim
−→ de la cat´egorie des syst`emes inductifs de Cparam´e-
tr´es par Avers la cat´egorie C, est exact.
(C-c) Les classes d’isomorphie des sous-objets de chaque objet de Cconstituent
un ensemble.
Remarques, notations et rappels
Les propri´et´es (C-) sont v´erifi´ees lorsque Cest une cat´egorie de modules.
La propri´et´e(C-a) est ´equivalente `a l’existence de sommes directes arbitraires.
La propri´et´e(C-b) concerne uniquement l’exactitude `a gauche du foncteur
lim
−→ qui est toujours exact `a droite. Les morphismes canoniques Mα
lim
−→ MAdes objets d’un syst`eme inductif filtrant de monomorphismes MA:=
{Mα
ϕβ,α
Mβ}αβAvers une limite inductive de MA, sont donc des mono-
morphismes.Demˆeme, une limite inductive d’un syst`eme inductif filtrant de
sous-objets d’un objet Mest un sous-objet de M.
Pour QOb(C), on notera EQ:= MorC(Q,Q)etMod-EQla cat´egorie des
EQ-modules `a droite. Le foncteur MorC(Q,):CMod -EQadmet un ad-
joint `a gauche que nous noterons ( )Q:Mod-EQC; c’est un foncteur
exact `a droite qui commute aux limites inductives et v´erifie EQQ=Q.
L’objet Qest dit de type fini dans Csi pour tout syst`eme inductif filtrant de
monomorphismes MA(cf. ci-dessus) l’application canonique
lim
−→ αMorC(Q,Mα)MorC(Q,lim
−→ αMα)
est bijective.
En particulier, αAMorC(Q,Mα)MorC(Q,αAMα), pour toute
famille {Mα}αAd’objets.
Un quotient d’un objet de type fini est de type fini.
A.1. Q-torsion
efinition. Soient Qet Mdeux objets de C. On dira que Mest de Q-torsion si
MorC(Q,M)=0;etqueMposs`ede de la Q-torsion, s’il existe un sous-objet non
nul de Mqui est de Q-torsion.
On notera T
Q{M}la famille des sous-objets de Q-torsion de Mordonn´ee par
la relation d’ordre partiel “sous-objet de”.
1
Proposition 1. Soit Qun objet de type fini dans C.
(a) Pour tout objet M, la famille T
Q{M}poss`ede des ´el´ements maximaux.
(b) Soit Nun ´el´ement maximal de T
Q{M}de conoyau ν:MM, alors M
est sans Q-torsion et MorC(Q)est injective.
Supposons que Qest un objet projectif d’une sous-cat´egorie pleine DQde C,
qui est stable par sommes directes et par sous-quotients dans C.
(c) Pour chaque objet Mde DQ, la famille T
Q{M}poss`ede un unique objet
maximal qu’on notera T
Q(M).
(d) Soient M1,M2Ob(DQ)et ϕMorC(M1,M2),onaϕ(T
Q(M1))
TQ(M2)d’o`u un morphisme induit T
Q(ϕ):T
Q(M1)T
Q(M2). La corre-
spondance T
Q:DQDQqui associe MT
Q(M)et ϕT
Q(ϕ)est
fonctorielle.
(e) Un conoyau LQde la transformation naturelle de foncteurs T
Q( ) idDQ
est un adjoint `a gauche du foncteur d’inclusion D
QDQ,o`uD
Qesigne
la sous-cat´egorie pleine de DQdes objets sans Q-torsion.
emonstration
(a) Lemme de Zorn.
(b) Pour RMde Q-torsion, on a une suite exacte courte:
0N
ν1(R)R0
o`u MorC(Q,) est bijectif. Par cons´equent, MorC(Q1(R)) = 0,etparla
maximalit´edeN,est un isomorphisme et R=0.
(c) La cat´egorie DQest ab´elienne et donc stable par limites inductives dans C.
Comme Qest projectif la somme de deux sous-objets de Q-torsion de M
est encore de Q-torsion, la famille TQ{M}est alors filtrante et sa limite est
le sous-objet de Mnot´e TQ(M).
(d) Il suffit de montrer que pour tout ´epimorphisme p:NNdans C,o`uN
est un objet de DQde Q-torsion, l’objet Nest encore de Q-torsion. Ceci
esulte du fait que DQest stable par quotient et que par la projectivit´ede
Qdans DQ, MorC(Q,p) est surjective.
(e) Pour tous NOb(D
Q)etMOb(DQ), on a l´epimorphisme ν:M
LQ(M) et l’application naturelle:
MorC(LQ(M),N)MorC(ν,N)
MorC(M,N)
est trivialement bijective.
2
A.2. Cat´egories CQ,et C
Q,
efinitions
On note CQla sous-cat´egorie pleine de Cdont les objets sont les quotients
des sommes directes de copies de Q. La cat´egorie CQest stable par limite
inductive et par quotients dans C. On note C
Qla sous-cat´egorie pleine de CQ
des objets sans Q-torsion.
Un objet Mde CQsera dit Q-fini, s’il est quotient d’une somme finie de copies
de Q. Plus g´en´eralement, MOb(CQ) sera dit Q-quasi-coh´erent (resp. Q-
coh´erent), s’il est le but d’un conoyau d’un morphisme entre sommes directes
(resp. finies) de copies de Q.
On notera CQ,coh ,CQ,q-coh ,CQ,f.,C
Q,f.les sous-cat´egories pleines de CQ
des objets respectivement Q-coh´erents, Q-quasi-coh´erents, Q-finis et Q-finis
sans Q-torsion.
Les notations Mod coh-EQ,Mod
t.f.-EQesigneront, les sous-cat´egories pleines
de Mod -EQdes EQ-modules respectivement coh´erents et de type fini.
On a les ´egalit´es d’image essentielle:
CQ,q-coh =Mod -EQQ;
CQ,coh =Mod coh-EQQ.
Proposition 2
1) Si CQest stable par “sous-objets dans C”, on a
CQ=CQ,q-coh =C
Q.
2) Lorsque Qde type fini dans C,ilya´equivalence entre:
(a) Les quotients de Qdans Csont sans Q-torsion.
(b) CQ=C
Q.
emonstration
1) Lorsque les sous-objet dans Cdes objets de CQsont dans CQ, le noyau de
tout ´epimorphisme AQMest un quotient d’une somme de copies de Q
et CQ=CQ,q-coh ; d’autre part, tout sous-objet Nde Q-torsion de Mest quo-
tient d’une somme de copies de Qce qui n’est possible que si N=0, donc
CQ=C
Q.
2) (a)(b). Soit un ´epimorphisme p:AQM, et supposons qu’il existe
un sous-objet NMnon nul de Q-torsion. Il existe alors une partie finie
FAtelle que p(FQ) rencontre N. En effet, autrement pour tout conoyau
ν:MRde NM, les restrictions de νaux images p(FQ) seraient
des monomorphismes et comme Mest la limite inductive du syst`eme (filtrant)
3
efini par ces images, il en r´esulterait que νest lui-mˆeme un monomorphisme
et alors N=0. Soit donc FAde cardinal minimum tel que p(FQ)
rencontre N; notons F:= {1,...,r}et µ:MMun conoyau pour
p(i=2,...,r Q)M. Comme p(i=2,...,r Q) ne rencontre pas N, la restric-
tion de µ`a Nest un monomorphisme et MorC(Q(N)) = 0. Le morphisme
µp:i=1,...,r QMse restreint au premier facteur de la somme en ques-
tion, d’o`u un morphisme QMdont l’image rencontre µ(N) et comme
µ(N)=0, l’objet Q`a un quotient qui poss`ede de la Q-torsion.
L’implication (b)(a) est triviale.
A.3. Objets quasi-projectifs. Un objet Qsera dit quasi-projectif si pour tout
´epimorphisme p:QM, l’application
MorC(Q,p):EQMorC(Q,M)
est surjective. Il sera dit quasi-projectif de type fini,sideplusQest de type fini
dans C.
Cat´egorie DQ
Pour tout objet Q, on note DQla sous-cat´egorie pleine de Cdes objets M
tels que, pour tout ´epimorphisme p:MM, l’application canonique:
MorC(Q,p) : MorC(Q,M)MorC(Q,M)
est surjective.
Proposition 3. Pour tout objet Q,ona:
1) Tout sous-quotient dans Cd’un objet de DQest un objet de DQ.
2) DQest une sous-cat´egorie ab´elienne de Cet l’inclusion DQCest un foncteur
exact.
Supposons en plus Qde type fini dans C, alors:
3) DQest stable par limites inductives et sommes directes dans C.
emonstration
1) Soit Mun objet de DQet consid´erons une suite exacte courte dans C:
0Nα
Mβ
L0.
Pour LL, notons M=β1(L). Le morphisme βinduit alors un isomor-
phisme β:M/ML/Let chaque morphisme ϕ:QL/LM/Mse
rel`eve en un morphisme ψ:QM. Le morphisme ˜ϕ:= βψ:QLrel`eve
ϕ. Donc LOb(DQ).
4
Pour chaque NNon a un diagramme commutatif de lignes et colonnes
exactes: 00
↓↓
N=
N
0Nα
Mβ
L0
0N
N
α
M
Ncoker(α)0
↓↓
00
d’o`u un morphisme de suites exactes `a gauche:
0MorC(Q,N)MorC(Q)
MorC(Q,M)MorC(Q)
MorC(Q,L)
0MorCQ,N
NMorC(Q)
MorCQ,M
NMorC(Q,coker(α))
dans lequel le morphisme vertical central est surjectif puisque MOb(DQ);
la surjectivit´e de la premi`ere fl`eche verticale en d´ecoule et NOb(DQ).
2) Soient M1,M2Ob(DQ). Pour chaque NM1M2on a un diagramme
de lignes et colonnes exactes:
000
↓↓
0i1
1(N)i
1
Nπ
2
π2(N)0
0M1i1
M1M2π2
M20
0M1
i1
1(N)
ı1
M1M2
N
π2
M2
π2(N)0
↓↓
000
o`ui1est l’injection canonique sur M10,etπ2est la projection canonique
sur le second facteur de M1M2.Onanot´eπ
2la restriction de π2`a N
et i
1la restriction de i1`a i1
1(N). Le foncteur MorC(Q,), appliqu´e au deux
derni`eres lignes, donne un diagramme commutatif de lignes exactes `a gauche:
0MorC(Q,M1)MorC(Q,M1M2)MorC(Q,M2)0
0MorCQ,M1
i1
1(N)MorCQ,M1M2
NMorCQ,M2
π2(N)0
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