Đến nội dung

vutuanhien nội dung

Có 75 mục bởi vutuanhien (Tìm giới hạn từ 16-05-2020)



Sắp theo                Sắp xếp  

#725322 Học gì ở Toán phổ thông

Đã gửi bởi vutuanhien on 12-04-2021 - 21:14 trong Kinh nghiệm học toán

Em thấy bài viết của anh rất hay. Tuy nhiên em chỉ muốn anh giải đáp một chút thắc mắc của em về điều này:

 

 

Cho em hỏi là điều anh đang nói đến sự 'vô dụng' của phương trình hàm ở đây là anh đang nói đến thực tiễn của chúng, hay anh đang nói đến sự áp dụng của nó trong nghiên cứu toán học, hoặc là cái khác? Và em cũng muốn hỏi là tại sao anh lại mặc định vào phương trình hàm là 'nghiệm thu được lại tầm thường hoặc toàn là những hàm quen thuộc'? Em cảm thấy phương trình hàm có những cái vẻ đẹp riêng thuộc về nó, phương pháp rất đa dạng chứ không phải ở việc là chỉ đưa về các bài toán quen thuộc nhưng anh vẫn thường nghĩ. 

 

Mong anh giải đáp giúp, 'from pcoVietnam02 from Vietnam and Patrick in Paris'.

Trong khuôn khổ của toán sơ cấp (hay toán olympic, tùy tên gọi) thì các phương trình hàm chỉ có những đáp số là những hàm rất cơ bản như kiểu $f(x)=x + a$. Những hàm này không cần đến mô tả phức tạp lắt léo như các bài toán trong đề thi olympic, và do đó nó không có ý nghĩa gì nhiều ngoại trừ thỏa mãn trí tò mò. Đối với nghiên cứu Toán học và các vấn đề trong thực tiễn thì thường người ta chỉ dùng phương trình hàm để mô tả những hàm đặc biệt và khó tính toán, chẳng hạn như một $L$-hàm là phải thỏa mãn phương trình hàm \[L(1-s, \chi) = f(s, \chi)\overline{L(s, \chi)}, \] 

ở đây thậm chí $f$ là một hàm chưa biết và phải chọn $f$ sao cho nó có ý nghĩa và tương đối đơn giản. Khái niệm $L$-hàm là khái niệm rất quan trọng, liên quan trực tiếp đến giả thuyết Birch & Swinnerton-Dyer, một trong bảy bài toán thiên niên kỷ. 

 

Còn trong tự nhiên, chẳng hạn như các hiện tượng Vật Lý, thì việc hàm khả vi hay liên tục đều là những thứ gần như không xảy ra. Do đó mà người ta phải có khái niệm nghiệm yếu và hội tụ yếu. Cái này liên quan trực tiếp đến phương trình Navier-Stokes, cũng là một trong bảy bài toán thiên niên kỷ. Hy vọng cái này sẽ giúp bạn có thể hiểu những gì anh Bách đang diễn đạt trong bài. 




#725356 Học gì ở Toán phổ thông

Đã gửi bởi vutuanhien on 13-04-2021 - 13:16 trong Kinh nghiệm học toán

Anh không nhớ rõ lắm, nhưng hình như giải tích ở phổ thông khi học về dãy số cũng được dạy định nghĩa sử dụng $\epsilon.$ Không hiểu sao thay vì đi tiếp theo hướng thuần túy giải tích hơn thì lại chỉ tập trung vào tìm giới hạn của dãy số. Anh đang có ý tưởng là nếu giải tích đủ tốt như vậy thì học sinh thay vì đi tìm giới hạn dãy số có thể học được hình học vi phân của đường cong và mặt nhúng trong $\mathbb{R}^3$. Vì định nghĩa của tập mở trong $\mathbb{R}^3$ dễ nói, sau đó định nghĩa được tập mở của các tập con của nó và như vậy có thể đi tiếp được như bình thường. Anh đang nghĩ tới nội dung như quyển sách của do Carmo. Nhưng hiện tại code trên diễn đàn không cho phép sử dụng môi trường và ref nên không thể viết được gì dài hơi hay tổng hợp lại được.

Nhắc đến chuyện giải tích thì hồi cấp 3 em cũng may mắn vì thầy chủ nhiệm dạy cho bọn em lý thuyết giải tích rất đầy đủ chứ ít dạy mấy cái tính giới hạn dãy số, gần như giống hệt chương 1, 3 và 4 trong sách của thầy Tiến cho nên vào đại học em không bị ngợp quá. Thầy cũng từng học khoa Toán-Cơ trường mình, lúc tốt nghiệp chỉ đứng sau thầy Vĩnh (GS. Phan Chí Vĩnh).

 

Thêm một câu chuyện nữa là hồi em học đội tuyển thì có một thầy ở Đà Nẵng bảo với bọn em rằng thực ra cách dạy giải tích ở Việt Nam hơi nhùng nhằng vì không định hướng rõ ràng xem cấp 3 nên dạy cái gì và đại học nên dạy cái gì, thành ra có nhiều lúc người ta vác hết mấy thứ đại học xuống dạy theo kiểu thủ thuật, cuối cùng kết quả cũng không khả quan lắm (theo nghĩa là học sinh lên ĐH học giải tích thì vẫn cứ như mới). Điển hình nhất là đề thi HSG quốc gia năm 2019, họ nhồi định lý giá trị trung gian vào đó khiến cho năm đó học sinh gần như bỏ hết vì chỉ được dạy giải tích ở mức độ thấp.




#725403 Sử dụng định nghĩa, xét sự hội tụ đều của $\sum_{n=1}^...

Đã gửi bởi vutuanhien on 14-04-2021 - 17:00 trong Giải tích

Sử dụng định nghĩa xét sự hội tụ đều của chuỗi hàm sau:

$\sum_{n=1}^{+\infty} \frac{1}{(x+n)(x+n+1))}$

 

Mọi người giải chi tiết giúp e câu này với ạ

Ở đây mình chỉ gợi ý để bạn thử tự làm. Ta có:

\[ \sum_{n=1}^{N} \frac{1}{(x+n)(x+n+1)} = \dfrac{1}{x+1} - \dfrac{1}{x+N+1}.\]

Như vậy chuỗi hàm này sẽ hội tụ điểm đến hàm nào? Từ đó áp dụng định nghĩa của hội tụ đều là bạn sẽ thấy được nó có hội tụ đều không.




#725413 Học gì ở Toán phổ thông

Đã gửi bởi vutuanhien on 14-04-2021 - 18:48 trong Kinh nghiệm học toán

Vutuanhien và nmlinh16 có thấy chủ đề nào trong số học cấp 3 cần thêm vào? Anh thấy lý thuyết số bây giờ so với số học sơ cấp khoảng cách rất lớn. Những thứ như chương trình Langlands, hình số học cái cần là hình đại số, giải tích,... Nên anh mới nghĩ là có khi thà không học gì số học từ sau lớp 9 còn hơn.

Em thấy có nhiều đề thi lớp 9 người ta còn cho giải phương trình đường cong elliptic. Vậy thì có thể thêm chủ đề giới thiệu về mật mã chẳng hạn. Cái này em nghĩ phải suy nghĩ cẩn thận.




#725425 Học gì ở Toán phổ thông

Đã gửi bởi vutuanhien on 15-04-2021 - 03:31 trong Kinh nghiệm học toán

Sẽ rất tuyệt nếu nói được đường cong elliptic. Anh thấy khá khả quan là ta có thể phát triển được lý thuyết về đường cong xấp xỉ mấy chương đầu của Fulton bằng cách thừa nhận Hilber's basis theorem. Không biết liệu thế này có đủ với vutuanhien?

Ý anh là những cái này sẽ đưa vào chuyên đề cho học sinh chuyên Toán? Em nghĩ là có thể được, ví dụ như ở VN thì em thấy đã có MaSSP cũng làm được điều này. Có điều nội dung phải xem xét kĩ, vì Hình học Đại số đòi hỏi khá nhiều chi tiết. Ở cấp 3 thì em nghĩ nắm được trực giác và ứng dụng là ổn.




#725464 Học gì ở Toán phổ thông

Đã gửi bởi vutuanhien on 15-04-2021 - 23:12 trong Kinh nghiệm học toán

Anh hi vọng nói được về đường cong hoặc mặt sử dụng hình đại số. A nghĩ phần này quan trọng vì học sinh tìm tất cả các nghiệm của hệ phương trình mà lúc nào cũng ra hữu hạn nghiệm là việc vô lý, cần cho thấy khía cạnh liên quan đến hình học của hệ phương trình. Nói hình đại số hiện đại thì không thể nói được rồi, nên mình chỉ nói về đường, mặt. Về ứng dụng a ngó qua sách Fulton thì thấy có định lý Bézout. Vutuanhien có bổ sung ứng dụng nào không?

Tiện thể tóm tắt ý kiến của mọi người. Các nội dung mà các thành viên nghĩ cần thay đổi hoặc bổ sung trên vmf
- Lịch sử toán học: Mr handsome ugly
- Số học cổ điển: Mr handsome ugly, bangbang1412, tritanngo99
- Đại số tuyến tính: bangbang1412
- Toán rời rạc/tổ hợp: perfectstrong, tritanngo99
- Giải tích: Nxb, vutuanhien, nmlinh16
- Xác suất: Nxb
- Đường cong và mặt theo giải tích: Nxb
- Đường cong theo và mặt đại số: Nxb
Ngoài ra có một số ý kiến về việc định hướng hoặc phát triển diễn đàn, nhưng các thành viên đều không thống nhất được với nhau. Anh Nesbit và bangbang1412 đề nghị mình viết thử. Chắc giờ chỉ có anh Nesbit là cho ý kiến cuối cùng được (không thấy ai cấp cao hơn ở đây).

Em nghĩ nếu đã nói về đường cong elliptic thì có thể nói thêm về nguyên lý Hasse (local-global principle). Nguyên lý này quan trọng ở tư tưởng chứ không hẳn chỉ có ích với mỗi phương trình Diophante. Chẳng hạn em lấy ví dụ về phiên bản ở các lĩnh vực khác:

  1. Hình học vi phân: Định lý Gauss-Bonet liên hệ về độ cong (địa phương) và đặc trưng Euler (toàn cục).
  2. Giải tích: Các định lý cơ bản như Green's, Stokes', Divergence theorem (liên hệ tích phân trên đường/mặt với biên).
  3. Tổ hợp: Một đồ thị có chu trình Euler (toàn cục) nếu các đỉnh đều có bậc chẵn (địa phương).
  4. Lý thuyết trường các lớp: Các kết quả địa phương dẫn đến toàn cục. Định lý Kronecker-Weber cho $\mathbb{Q}_{p}$ sẽ suy ra kết quả cho $\mathbb{Q}$.
  5. Hình học Đại số: Một hàm trên $\mathbb{A}_{k}^{n}$ không có kỳ dị thì nó phải là hàm đa thức. Tổng quát chính là định lý $A = \bigcap_{\mathfrak{p}} A_{\mathfrak{p}}$.
  6. Đại số giao hoán: Nghiên cứu các tính chất của vành địa phương sẽ trả lại tính chất của vành ban đầu (injective, surjective morphism, reduced ring,...)
  7. Các loại đối đồng điều về cơ bản có thể hiểu là mô tả các obstruction (cản trở) giữa kết quả ở địa phương và kết quả ở toàn cục.
  8. Còn gì nhờ mọi người bổ sung nốt...



#725470 Học gì ở Toán phổ thông

Đã gửi bởi vutuanhien on 16-04-2021 - 01:47 trong Kinh nghiệm học toán

Ý anh là nói cho phổ thông thôi. Có lẽ 1,2,3 có thể nói được.

À em đang minh họa cho việc vì sao ý tưởng địa phương-toàn cục quan trọng. Còn nói cho phổ thông thì không thể quá khó. Có điều em chưa nghĩ ra chủ đề gì để gợi ý học sinh thử tập suy nghĩ theo ý tưởng này. Anh có ý kiến gì không ạ?




#725533 Học gì ở Toán phổ thông

Đã gửi bởi vutuanhien on 16-04-2021 - 23:14 trong Kinh nghiệm học toán

Dạ e có một chút ý tưởng như này nhé: Em thấy ECC nó xuất phát từ cái phương trình: $y^2=x^3+ax+b$, tuy nó chỉ xuất phát từ phương trình đơn giản này mà lại mở ra biết bao ứng dụng trong mật mã học 

 

Em có xem trên youtube:  [Geometry of Elliptic Curve] và em thấy bài này nó thể hiện rõ giữa đại số và hình học (mặc dù em xem nhưng em không hiểu nhiều lắm đâu, vì nó có nhiều cái cao cấp quá).

 

Nên em đề xuất là các anh có thể dựa trên đây để viết một post về nó được không ạ ! 

 

Ngoài ra em có search được một file pdf về ECC:https://ocw.mit.edu/...cts/asarina.pdf

 

Nên em share ở đây luôn ạ !

Được nhé, có thể anh sẽ viết một bài về đường cong elliptic và mật mã.




#725558 Học gì ở Toán phổ thông

Đã gửi bởi vutuanhien on 17-04-2021 - 18:42 trong Kinh nghiệm học toán

E có thêm một đề xuất nữa là : Sau khi đọc paper này : https://arxiv.org/pdf/2104.06741.pdf [DIOPHANTINE PROBLEMS OVER Z ab MODULO PRIME NUMBERS]

 

Em thấy là họ định nghĩa lại định lý thặng dư Trung Hoa theo một cách khác, có vẻ cao cấp. Nên e mong là có các post để làm cầu nối giữa những thứ sơ cấp và cao cấp như thế này ạ ! 

Cái đó không khác gì định lý thặng dư Trung Hoa mà em vẫn biết, có điều tổng quát hơn thôi (thay vành $\mathbb{Z}$ bởi một vành bất kỳ). Tất nhiên sẽ có những bài về mối liên hệ giữa những thứ cao cấp và sơ cấp.




#725620 Học gì ở Toán phổ thông

Đã gửi bởi vutuanhien on 19-04-2021 - 03:13 trong Kinh nghiệm học toán

Em cám ơn anh ạ. Nmlinh với Vutuanhien có thời gian thì viết vào box toán đại cương nhé, nhưng mình nên nghĩ đối tượng đọc là học sinh lớp 9. Anh sẽ thử viết phần tập hợp trước, nhưng anh nghĩ có thể nmlinh16 viết phần này tốt hơn (nếu viết được thì bảo anh).

Vâng anh, sắp tới có thể em sẽ thử viết về số học hoặc đường cong đại số. Như thế có ổn không ạ?




#725687 Tìm D thỏa với $x\in \mathbb{Z}[\sqrt{-D...

Đã gửi bởi vutuanhien on 21-04-2021 - 01:49 trong Đại số đại cương

Tìm D nguyên dương sao cho với $x\in \mathbb{Z}[\sqrt{-D}]$ thì luôn có thể phân tích x thành dạng $x=\prod_{k=1}^{n}p_{i}^{a_{i}}$ biết $i=1;2...;n$ ( n nguyên dương)  một cách duy nhất nếu bỏ đi thứ thự sắp xếp của $p_{i}^{a_{i}}$ với $p_{i}$ là số nguyên tố thuộc vành  $\mathbb{Z}[\sqrt{-D}]$

P/S: ý em là tìm D sao cho nó có thể phân tích giống như định lý cơ bản của số học trong vành số nguyên 

Câu hỏi của bạn tương đương với việc khi nào thì $\mathbb{Z}[\sqrt{-D}]$ là một vành nhân tử hóa (UFD). Câu trả lời là mọi $D \ge 3$ đều không thỏa mãn. Chỉ có $D=1, 2$ là thỏa mãn thôi. Nếu bạn đã quen làm việc với các vành kiểu này thì chứng minh kết quả trên không khó, dựa vào công thức của chuẩn (norm) là được.
 

P/S: Những bài kiểu này lần sau nên đăng vào box Toán Đại học nhé.




#725739 Tìm D thỏa với $x\in \mathbb{Z}[\sqrt{-D...

Đã gửi bởi vutuanhien on 21-04-2021 - 17:18 trong Đại số đại cương

Em có một thắc mắc là liệu có thể tổng quát hóa  bài toán lên cho $\mathbb{Z}[\sqrt[n]{-D}]$  với n nguyên dương lớn hơn 2 và D là số nguyên được không ạ ?

 

P/S: Anh có thể move giúp em bài này ra box đại học được không ạ.

Đó là một câu hỏi hay, nhưng theo mình biết thì đến nay chưa có câu trả lời. Ở đây mình chỉ đưa ra một số bình luận.

 

1) Đối với các vành số nguyên, vì điều kiện nhân tử hóa gần như không có nên các nhà Toán học đưa ra một khái niệm yếu hơn là phân tích duy nhất của ideal

\[ (\mathfrak{p}) = \prod_{i}(\mathfrak{p_{i}})^{k_{i}}.\]

Những vành có tính chất như vậy được gọi là vành Dedekind, và "may mắn" là tất cả các vành số nguyên của một mở rộng hữu hạn trên $\mathbb{Q}$ đều là vành Dedekind.

 

2) Việc xác định một vành số nguyên (rings of integers) có phải vành nhân tử hóa không là một việc rất khó. Điều này tương đương với việc chứng minh rằng nhóm các lớp (class group) là tầm thường. Ngay cả trường hợp $n=2$ thì việc xác định số lớp của $\mathbb{Q}(\sqrt{-D})$ có phải $1$ không đã là một giả thuyết lâu đời và mới chỉ được chứng minh gần đây (1967, xem định lý Stark-Heegner). Với $D<0$ thì giả thuyết là tồn tại vô hạn $D$ như vậy nhưng cũng chưa chứng minh được.

 

3) Ngay cả khi vành số nguyên của $\mathbb{Q}(\sqrt[n]{-D})$ là UFD thì cũng chưa chắc nó đã bằng $\mathbb{Z}[\sqrt[n]{-D}]$.

 

4) Về những vấn đề này bạn có thể đọc cuốn Algebraic Number Theory của James Milne để biết thêm chi tiết trong một số trường hợp cụ thể.




#725975 Giải thích thay tương đương tổng (hiệu). Tìm miền hội tụ của $\sum_...

Đã gửi bởi vutuanhien on 26-04-2021 - 03:38 trong Giải tích

Anh chị giải thích cho em chỗ thay tương đương của tổng (hiệu) với, sao chỗ thay được chỗ không được ạ ?

Bài toán. Tìm miền hội tụ của chuỗi

Bạn không đăng tài liệu hay ảnh kèm theo thì làm sao mọi người có thể giúp bạn được.




#726138 Tìm $x$ nguyên dương và 2 số nguyên $a$ và $b$...

Đã gửi bởi vutuanhien on 28-04-2021 - 23:36 trong Đại số đại cương

Tìm $x$ nguyên dương và 2 số nguyên $a$ và $b$ sao cho $a^{x}=b^{2}+2$

 

Tổng quát hơn: Tìm $x;y$ nguyên dương và 2 số nguyên $a$ và $b$ sao cho $a^{x}=b^{y}+2$

 

P/S: Mong mọi người giải bài đầu bằng $\mathbb{Z}[\sqrt{-2}]$ giúp em còn bài "tổng quát" chỉ là thắc mắc của riêng em thôi ạ.

Từ phương trình ban đầu ta có 

\[a^{x}=(b-\sqrt{-2})(b+\sqrt{-2}). \]

Nếu $2\mid b$ thì $2\mid a^{x}$ nên $2\mid a$. Trong trường hợp $x\ge 2$ thì $4\mid a^{x}$ nhưng $4\not\mid b^{2}+2$, do đó $x=1$ và $(k^{2}+2, k)$ là nghiệm. Nếu $2\not\mid b$ thì 

\[(b-\sqrt{-2}, b+\sqrt{-2}) = 1 \]

nên $b+\sqrt{2}=(m+n\sqrt{-2})^{x}$. Khai triển ra ta sẽ có

\[ 1 = \sum \binom{x}{2k+1}(-2)^{k}m^{x-2k-1}n^{2k+1}\]

nên $n=\pm 1$. Nếu $x$ chẵn thì từ phương trình ban đầu ta có 

\[(a^{k}-b)(a^{k}+b)=2\]

vô lý vì cả hai nhân tử đều phải có cùng tính chẵn lẻ. Nếu $x$ lẻ thì

\[\pm 1 =\sum \binom{x}{2k+1}(-2)^{k}m^{x-2k-1}. \]

Đến đây việc giải nói chung là phức tạp, thậm chí trong trường hợp $x=3$ đã phức tạp và liên quan đến đường cong elliptic (phương trình Mordell). Lâu rồi mình không giải mấy cái này nên cũng không rõ có giải được tiếp không. 




#727249 Giải phương trình $x+x^2+x^3+x^4- b = 0$

Đã gửi bởi vutuanhien on 18-05-2021 - 17:48 trong Phương trình - hệ phương trình - bất phương trình

x+x2+x3+x4- b = 0   (b là Hằng số)

Bạn chú ý đặt tiêu đề đúng quy định. Ngoài ra bạn phải đăng đề bài rõ ràng chứ không thể viết mỗi thế kia được. 




#727253 Giải phương trình $x+x^2+x^3+x^4- b = 0$

Đã gửi bởi vutuanhien on 18-05-2021 - 19:20 trong Phương trình - hệ phương trình - bất phương trình

Giải phương trình $x+x^2+x^3+x^4- b = 0$   (b là Hằng số)

Đây là phương trình bậc 4 nên có cách giải tổng quát và nghiệm có thể biểu diễn dưới dạng căn thức. Bạn có thể xem ở đây Quartic function - Wikipedia (phần Solution method). Còn nếu bạn muốn tìm một lời giải ngắn gọn nhanh chóng hơn thì có lẽ nhường cho các bạn khác thảo luận. 




#729178 Chứng minh rằng $\pi (n)<\frac{1}{3}n...

Đã gửi bởi vutuanhien on 27-07-2021 - 19:24 trong Số học

Cho n là số nguyên dương ( n>37) và $\pi (n)$ là hàm đếm số nguyên tố. Chứng minh rằng $\pi (n)<\frac{1}{3}n$

*Liệu có tồn tại một số nguyên dương k sao cho tồn tại một số hữu tỉ r $(r<\frac{1}{3})$ để $\pi (n)<rn$ với mọi n nguyên dương (n>k)

Em có thể tham khảo định lý số nguyên tố (Prime number theorem) nhé. Kết quả nói rằng $\pi(n)\sim n/\log(n)$ khi $n\to \infty$. 




#730336 Chứng minh:$$\frac{4}{\frac{\lef...

Đã gửi bởi vutuanhien on 12-09-2021 - 19:52 trong Bất đẳng thức - Cực trị

Cho các số thực dương $a, b, c,$ và $d$ sao cho $abcd= 1.$ Chứng minh:

$$\frac{4}{\frac{\left ( a+ 2b+ 3c \right )^{2}}{6}+ 10}\leq\frac{5a+ 3b+ c+ 7d}{16\left ( a+ b+ c+ d \right )}$$

River Li

Anh không nghĩ đây là box thích hợp để đăng những cái này nhé. Em nên hạn chế lại. 




#731028 Chia sẻ kinh nghiệm và sách hay nên đọc bộ môn giải tích ở đại học

Đã gửi bởi vutuanhien on 07-10-2021 - 17:55 trong Kinh nghiệm học toán

Em chào mọi người ạ! Mọi người có thể chia sẻ cho em 1 số kinh nghiệm để học môn giải tích ở bậc đại học không ạ? Và một số cuốn sách mọi người nghĩ là nên đọc, dễ đọc, nội dung hay, tốt nhất là tiếng việt vì tiếng anh của em không được tốt ạ. Em xin cảm ơn mọi người ạ!

Em nên chia sẻ thêm mục đích học giải tích của em là gì (phục vụ cho các ngành công nghệ, toán ứng dụng... hay toán lý thuyết) để mọi người có thể chia sẻ tài liệu phù hợp. 




#731042 Chia sẻ kinh nghiệm và sách hay nên đọc bộ môn giải tích ở đại học

Đã gửi bởi vutuanhien on 08-10-2021 - 16:23 trong Kinh nghiệm học toán

Trong một topic khác Nxb có giới thiệu bộ sách của Trần Đức Long. Mình không biết bộ này nhưng tin tưởng Nxb. Không biết vutuanhien thấy thế nào?

Em mới chỉ đọc qua 1 cuốn trong bộ này nhưng em thấy sách tập trung vào các chủ đề cơ bản và có nhiều bài tập tính toán, phù hợp với các bạn học các chuyên ngành ứng dụng ạ. 




#731044 Đối đồng điều: Lý thuyết về các cản trở

Đã gửi bởi vutuanhien on 08-10-2021 - 17:48 trong Toán học hiện đại

4. Các đối đồng điều bậc cao và một số tính chất cơ bản của đối đồng điều (phần 1)

 

Ở các bài viết trên, anh Linh đã giới thiệu về đối đồng điều thứ nhất và thứ hai của một nhóm và các ý nghĩa của chúng. Việc định nghĩa đối đồng điều thông qua các khái niệm như đối chu trình có ưu điểm là đơn giản và dễ tính toán, song trong các vấn đề tổng quát hóa hay nghiên cứu tính chất thì ta nên có một cách tiếp cận khác. Ở đây mình sẽ giới thiệu qua về đối đồng điều nói chung và các tính chất cơ bản của nó theo cách Grothendieck khởi xướng trong bài báo Tohoku năm 1957 (xem [1]). Những kiến thức liên quan có thể tham khảo trong cuốn sách của Weibel ([2]). Các tính chất quan trọng mà mình sẽ trình bày gồm có bổ đề Shapiro, định lý Hilbert 90, tính tuần hoàn của đối đồng điều của nhóm cyclic và định lý Tate-Nakayama. Bài này sẽ vừa viết vừa chỉnh sửa sao cho phù hợp với góp ý của mọi người nên mong mọi người góp ý.  

 

I. Khái niệm đối đồng điều. Bổ đề Shapiro và Định lý Hibert 90.

Nhắc lại ở trên rằng ta có khái niệm $G$-module là một nhóm abel $A$ cùng với tác động $G\times A\to A$ của $G$ lên $A$ giống như một tác động của vành lên module. Chẳng hạn, nếu $K/\mathbb{Q}$ là một mở rộng Galois thì $K$ là một $\text{Gal}(K/\mathbb{Q})$-module. Với $G$ là một nhóm và $A$ là một nhóm abel bất kỳ thì ta luôn có tác động tầm thường của $G$ lên $A$ cho bởi $g.a=a$. Đây là một ví dụ ta thường hay gặp khi $G=\mathbb{Z}, \mathbb{Q}, \mathbb{Q}/\mathbb{Z}$... Ta có phạm trù $G$-Mod với các vật là các $G$-module và cấu xạ là các đồng cấu $G$-module. Chú ý rằng một $G$-module cũng có thể xem như một $\mathbb{Z}[G]$-module (theo nghĩa module trên một vành thông thường), và do đó ta có thể sử dụng các khái niệm trong lý thuyết module trên một vành cho các $G$-module (module tự do, xạ ảnh, nội xạ...)

 

Định nghĩa 1. Một $G$-module $I$ được gọi là nội xạ nếu $\text{Hom}_{G}(\bullet, I)$ là một hàm tử khớp.

 

Ta nói một phạm trù $\mathcal{C}$ là có đủ nội xạ nếu mọi vật đều có thể nhúng vào trong một vật nội xạ. Nói cách khác, ta có một dãy khớp

\[0\to A\to I^{0}\xrightarrow{d^{1}}I^{1}\xrightarrow{d^{2}}\dots\]

mà $I^{0}, I^{1}, \dots$ đều là nội xạ. Phạm trù $G$-Mod mà ta đang xét là một phạm trù có đủ nội xạ, như ta sẽ thấy dưới đây.

 

Định nghĩa 2 (Module cảm sinh). Một $G$-module $A$ được gọi là cảm sinh nếu nó có dạng $\mathbb{Z}[G]\otimes_{\mathbb{Z}}A_{0}$ với $A_{0}$ là một nhóm abel nào đó (tác động của $G$ lên $A_{0}$ là tác động tầm thường). Ta ký hiệu $A=\text{Ind}^{G}A_{0}$. 

 

Mệnh đề 3. Hàm tử $\text{Ind}^{G}(\bullet)$ từ phạm trù $Ab$ các nhóm abel sang phạm trù $G$-Mod là một hàm tử khớp. 
 
Chứng minh. Trước tiên nhận thấy rằng ta có một đẳng cấu tự nhiên
\[\mathbb{Z}[G]\otimes A\longrightarrow \text{Hom}_{\text{Set}}(G, A)\cong \text{Hom}_{Ab}(\mathbb{Z}[G], A),\quad \left(\sum n_{i}g_{i} \right)\otimes a \mapsto (g_{i}\mapsto n_{i}g_{i}\cdot a)\]
Do đó hàm tử $\text{Ind}^{G}$ là một hàm tử khớp phải. Ta sẽ chứng minh nó khớp trái bằng cách chỉ ra rằng $\text{Ind}^{G}$ là hàm tử liên hợp phải của hàm tử quên từ $G$-Mod vào $Ab$. Điều này có nghĩa là ta cần chứng minh rằng
\[ \text{Hom}_{G}(M, \text{Ind}^{G}(N))\cong \text{Hom}_{Ab}(M, N) \]
với mọi $G$-module $M$ và nhóm abel $N$. Với mỗi đồng cấu $\alpha: M\to \text{Ind}^{G}(N)$, ta xét $\beta: M\to N$ cho bởi
\[ \beta(m)=\alpha(m)(1_{G}), \quad \forall m\in M \]
Ngược lại, với mỗi $\beta: M\to N$, xét $\alpha: M\to \text{Ind}^{G}(N)$ cho bởi
\[ \alpha(m)(g)=\beta(gm), \quad \forall m\in M, g\in G. \]
Dễ dàng kiểm tra các tương ứng này cho ta đẳng cấu ta đang cần.  $\square$
 
Mệnh đề 4. Phạm trù $G$-Mod là phạm trù có đủ nội xạ (enough injective).
 
Chứng minh. Giả sử $A$ là một $G$-module. Ta thừa nhận rằng phạm trù các nhóm abel là có đủ nội xạ. Ký hiệu $A_{0}$ là $A$ xem như một nhóm abel. Ta có một phép nhúng $A_{0}\hookrightarrow I$ với $I$ là một nhóm abel nội xạ nào đó. Tác động hàm tử $\text{Ind}^{G}$ vào phép nhúng này ta thu được một phép nhúng $\text{Ind}^{G}(A_{0})\hookrightarrow \text{Ind}^{G}(I)$. Mặt khác, ta cũng có một phép nhúng
\[ A\hookrightarrow \text{Ind}^{G}(A_{0}),\quad a\mapsto (g\mapsto ga).\]
Do đó ta có một phép nhúng $A\hookrightarrow \text{Ind}^{G}(I)$. Ta lại có $\text{Ind}^{G}(I)$ là một $G$-module nội xạ vì 
\[\text{Hom}_{G}(\bullet, \text{Ind}^{G}(I)\cong \text{Hom}_{Ab}(\bullet, I)\]
và do đó hàm tử $\text{Hom}_{G}(\bullet, \text{Ind}^{G}(I)$ là khớp. $\square$
 
Bây giờ ta sẽ định nghĩa khái niệm đối đồng điều. Với mỗi $G$-module $A$, ta xét tập hợp:
\[A^{G}=\left\{a\in A|g.a=a \forall g\in G\right\}.\]
Với mỗi dãy khớp
\[0\longrightarrow A\longrightarrow B\longrightarrow C\longrightarrow 0\]
ta có một dãy khớp 
\[0\longrightarrow A^{G}\longrightarrow B^{G}\longrightarrow C^{G}\]
Như vậy hàm tử $A\mapsto A^{G}$ từ phạm trù $G$-mod vào phạm trù $Ab$ là một hàm tử khớp trái nên ta có thể lấy hàm tử dẫn xuất phải, đây chính là hàm tử đối đồng điều. Cụ thể hơn, vì $G$-Mod có đủ nội xạ nên với mỗi dải nội xạ bất kỳ
\[ 0\rightarrow A\rightarrow I^{0}\xrightarrow{d^{1}} I^{1}\xrightarrow{d^{2}} \dots\]
tác động hàm tử nói trên vào ta có dãy 
\[ 0\xrightarrow{d^{-1}} (I^{0})^{G}\xrightarrow{d^{0}} (I^{1})^{G}\xrightarrow{d^{1}} \dots\]
Dãy này không nhất thiết phải là dãy khớp, nhưng nó là một phức (chain complex), và do đó ta có thể định nghĩa nhóm đối đồng điều ở vị trí thứ $n$, ký hiệu là $H^{n}(G, A)$.
 
Định nghĩa 5 (Đối đồng điều). Ta định nghĩa nhóm đối đồng điều thứ $n$ của $G$ với hệ số trong $A$ là \[H^{n}(G, A)=\text{Ker}(d^{n})/\text{Img}(d^{n-1}). \]
 
Ví dụ. Từ định nghĩa ta thấy ngay rằng $H^{0}(G, A)=A^{G}$. 
 
Mệnh đề 6. Định nghĩa này là định nghĩa tốt, tức là nhóm $H^{n}(G, A)$ không phụ thuộc vào dải nội xạ của $A$ (sai khác một đẳng cấu).
 
Hai kết quả sau đây đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán đối đồng điều. 
 
Định lý 7 (Bổ đề Shapiro). Nếu $A$ là một $G$-module dẫn xuất thì các nhóm đối đồng điều của $G$ với hệ số trong $A$ đều là tầm thường.
 
Chứng minh. Giả sử $A=\text{Ind}^{G}(A_{0})$. Xét một dải các nhóm abel nội xạ $A_{0}\hookrightarrow I^{\bullet}$. Tác động hàm tử $\text{Ind}^{G}$ vào dải này, ta thu được một dải nội xạ $A\hookrightarrow \text{Ind}^{G}(I^{\bullet})$. Lấy hàm tử dẫn xuất và chú ý rằng $A^{G}=A_{0}$, ta có
\[H^{r}(G, A)=H^{r}(\text{Ind}^{G}(I^{\bullet})^{G})\cong H^{r}((I^{\bullet})^{1})=H^{r}(I^{\bullet})=0. \]
 
Định lý 8 (Hibert 90). Giả sử $L/K$ là một mở rộng Galois hữu hạn với nhóm $G=\text{Gal}(L/K)$. Khi đó $H^{r}(G, L)=0$ với mọi $r>0$. 
 
Chứng minh. Theo định lý cơ sở chuẩn tắc (Normal Basis Theorem), tồn tại một cơ sở của $L$ có dạng $(\sigma(x))_{\sigma\in G}$. Ta có một đẳng cấu
\[ \sum a_{\sigma}\sigma\mapsto \sum a_{\sigma}\sigma(x),\quad K[G]\longrightarrow L\]
và do đó $L\cong K[G]\cong \text{Ind}^{G}(K)$. Từ bổ đề Shapiro ta có điều phải chứng minh. 
 
TÀI LIỆU THAM KHẢO.

[1]. Alexander Grothendieck. Sur quelques points d'algèbre homologique, Tôhoku Mathematical Journal, 119-221, 1957. Có bản dịch tiếng Anh miễn phí trên Internet.

[2]. Charles A.Weibel. An Introduction to Homological Algebra, Cambridge University Press, 1994.




#731051 Đối đồng điều: Lý thuyết về các cản trở

Đã gửi bởi vutuanhien on 08-10-2021 - 19:42 trong Toán học hiện đại

4. Các đối đồng điều bậc cao và một số tính chất cơ bản của đối đồng điều (phần 2)

 

II. Tính $\delta$-hàm tử và dãy inflation-restriction

 

Trong các phần 1, 2 và 3, ta đã thấy sự xuất hiện của dãy khớp đối đồng điều. Đây là một tính chất cực kỳ quan trọng của đối đồng điều và có nhiều ứng dụng, chẳng hạn nó cho phép ta sử dụng kỹ thuật "dimensional shifting". Với mỗi $G$-module $A$, ta có một $G$-module cảm sinh $A_{*}=\text{Ind}^{G}(A)$ và $A_{\dagger}=A_{*}/A$. Như vậy ta có dãy khớp

\[0\longrightarrow A\longrightarrow A_{*}\longrightarrow A_{\dagger}\longrightarrow 0\]
Xét dãy đối đồng điều cảm sinh từ dãy khớp này và chú ý $H^{n}(G, A_{*})=0$ với mọi $n>0$, ta thu được các đẳng cấu
\[H^{n}(G, A_{\dagger})\cong H^{n+1}(G, A). \]
Sử dụng các đẳng cấu này và kết hợp với quy nạp, ta có thể chứng minh nhiều mệnh đề liên quan đến đối đồng điều. 

 

Mệnh đề 1. Với mỗi dãy khớp ngắn 
\[0\to A\xrightarrow{i} B\xrightarrow{j} C\to 0\] 
các $G$-module, ta có một họ các đồng cấu chính tắc (còn gọi là đồng cấu chuyển, connecting homomorphisms) $\delta^{n}:H^{n}(G, C)\to H^{n+1}(G, A)$ sao cho dãy đối đồng điều cảm sinh
\[0\to H^{0}(G, A)\to \dots\to H^{n}(G, A)\to H^{n}(G, B)\to H^{n}(G, C)\xrightarrow{\delta^{n}} H^{n+1}(G, A)\to \dots\quad (2.1)\]  
là dãy khớp.
 
Chứng minh.Để xây dựng các ánh xạ $\delta$, ta xét biểu đồ giao hoán
2021-10-08 (1).png
với $A_{n}$, $B_{n}$, $C_{n}$ là các nhóm đối chuỗi thu được từ dải nội xạ của $A$, $B$, $C$. Giả sử $\bar{c}_{n}\in H^{n}(G, C)$ đến từ đối xích $c_{n}$ và $dc_{n}=0$. Chọn $b_{n}$ sao cho $c_{n}=j(b_{n})$. Vì \[j(db_{n})=d(j(b_{n}))=0\] nên $db_{n}\in \text{Ker}(j)=\text{Img}(i)$. Do đó tồn tại $a_{n+1}\in A_{n+1}$ sao cho $db_{n}=a_{n+1}$. Vì $da_{n+1}=d(d(b_{n}))=0$ nên $a_{n+1}$ là một đối xích và ta định nghĩa
\[ \delta(\bar{c}_{n})=\bar{a}_{n+1} \] 
Việc kiểm tra định nghĩa này không phụ thuộc cách chọn đại diện $c_{n}$ và dãy (2.1) là dãy khớp không khó.  
 
Định nghĩa 2. Một $\delta$- hàm tử đối đồng điều (cohomological $\delta$-functor) từ phạm trù abel $\mathcal{A}$ vào phạm trù abel $\mathcal{B}$ là một họ các hàm tử cộng tính $T^{n}: \mathcal{A}\to \mathcal{B}$ (với mọi $n\ge 0$) cùng với các cấu xạ $\delta^{n}: T^{n}(C)\to T^{n+1}(A)$ được xác định bởi mỗi dãy khớp $ 0\to A\to B\to C\to 0$ trong $\mathcal{A}$, thỏa mãn đồng thời hai tính chất:
1) Với mỗi dãy khớp như trên, ta có một dãy khớp dài:
\[\dots \rightarrow T^{n}(A)\rightarrow T^{n}(B)\rightarrow T^{n}(C)\xrightarrow{\delta_{n}} T^{n+1}(A)\rightarrow \dots\] 
2) Với mỗi cấu xạ
Diagram 1.png
giữa hai dãy khớp ngắn  các cấu xạ $\delta$ cho ta biểu đồ giao hoán
2021-10-08.png
 
Ví dụ. Hàm tử $T^{n}(A):=H^{n}(G, A)$ là một $\delta$-hàm tử đối đồng điều từ phạm trù $\mathcal{A}=G$-mod vào phạm trù $\mathcal{B}=Ab$. 
 
Định nghĩa 3. Một $\delta$-hàm tử đối đồng điều $T$ được gọi là phổ dụng nếu với mỗi $\delta$- hàm tử đối đồng điều $S$ và với mỗi cấu xạ $f^{0}: T^{0}\to S^{0}$, tồn tại duy nhất một cấu xạ $T\to S$ các $\delta$-hàm tử là mở rộng của $f^{0}$.
 
Định lý 4. Giả sử $\mathcal{A}$ là một phạm trù có đủ nội xạ và $F:\mathcal{A}\to \mathcal{B}$ là một hàm tử khớp trái giữa hai phạm trù abel. Khi đó hàm tử dẫn xuất phải $R^{n}F$ là một $\delta$-hàm tử đối đồng điều phổ dụng. 
 
Đã có tính phổ dụng của hàm tử đối đồng điều, giờ ta có thể xem xét các tính chất hàm tử của nó. Ở đây ta định nghĩa các khái niệm inflation, restriction, correstriction map dựa trên tính phổ dụng của hàm tử đối đồng điều. Giả sử $G$ là một nhóm hữu hạn và $g$ là một nhóm con chuẩn tắc của $G$. Nếu $A$ là một $G$-module thì $A$ cũng là một $g$ và $A^{G}$ là một $G/g$-module. Câu hỏi đặt ra là liệu có mối liên hệ gì giữa các nhóm đối đồng điều $ H^{n}(G, A)$, $H^{n}(g, A)$, $ H^{n}(G/g, A)$?
 
Định nghĩa 5 (Ánh xạ hạn chế - Restriction map). Giả sử $H$ là một nhóm và $ \rho:H\to G$ là một đồng cấu nhóm. Ta có hàm tử quên $\rho^{\bullet}$ từ phạm trù $G$-mod vào phạm trù $H$-mod là khớp. Theo tính chất phổ dụng của hàm tử đối đồng điều, đơn cấu $A^{G}\to (\rho^{\bullet}A)^{H}$ cảm sinh duy nhất một cấu xạ $\rho^{*}=\text{Res}_{H}^{G}$ của các $\delta$-hàm tử
\[\text{Res}_{H}^{G}: H^{*}(G, A)\to H^{*}(H, \rho^{\bullet}A).\]
Chú ý rằng ở đây ta xem $S^{n}(A)=H^{n}(H, \rho^{\bullet}A)$ như một hàm tử từ phạm trù $G$-mod vào phạm trù $Ab$. Đây là một $\delta$-hàm tử vì hàm tử $\rho^{\bullet}$ là hàm tử khớp.  
 
Định nghĩa 6 (Ánh xạ dãn - Inflation map). Giả sử $H$ là một nhóm con chuẩn tắc của $G$, $ A$ là một $G$-module. Ánh xạ 
\[\text{Inf}:H^{*}(G/H, A^{H})\xrightarrow{\text{Res}} H^{*}(G, A^{H})\rightarrow H^{*}(G, A)\]
được gọi là ánh xạ dãn.
 
Định nghĩa 7 (Ánh xạ đối hạn chế - Correstriction map). Giả sử $H$ là một nhóm con của $G$ có tập biểu diễn lớp kề $S$, tức là $G=\bigcup_{s\in S}sH$. Ta có một ánh xạ chuẩn được định nghĩa bởi \[A^{H}\longrightarrow A^{G}, a\mapsto \sum_{g\in G}ga\]
và do đó nó cảm sinh một cấu xạ giữa các $\delta$-hàm tử, gọi là ánh xạ đối hạn chế
\[ \text{Cor}: H^{*}(H, A)\longrightarrow H^{*}(G, A).\]
 
 
Chú ý (Tính hàm tử của $H^{*}$ và ánh xạ hạn chế) Giả sử $\mathcal{D}$ là phạm trù các cặp $(G, A)$ với $G$ là một nhóm còn $A$ là một $G$-module, cùng với các cấu xạ $(H, B)\to (G, A)$ là một cặp $\rho:H\to G, \varphi:\rho^{\bullet}A\to B$. Mỗi cặp $(\rho, \varphi)$ như vậy sẽ cảm sinh một ánh xạ $\varphi\circ \text{Res}_{H}^{G}:H^{*}(G, A)\to H^{*}(H, B)$. Nói riêng, ánh xạ hạn chế cảm sinh từ $(\rho, \rho^{\bullet}A=B)$. 
 
Chú ý. Vì các ánh xạ dãn và ánh xạ hạn chế thỏa mãn tính chất phổ dụng nên ta có các biểu đồ giao hoán
 
Mệnh đề 8. Giả sử $G$ là một nhóm hữu hạn, $g$ là một nhóm con của $G$ và $A$ là một $G$-module. Ta có dãy khớp
\[H^{n}(G/g, A^{g})\xrightarrow{\text{Inf}} H^{n}(G, A)\xrightarrow{\text{Res}} H^{n}(g, A).\]
 
Chứng minh. Ta dễ dàng thấy rằng dãy này khớp từ tính chất hàm tử của $H^{*}$. $\square$
 
Mệnh đề 9. Giả sử $H$ là một nhóm con của $G$. Khi đó ánh xạ hợp
\[ \text{Cor}\circ \text{Res}: H^{r}(H, A)\to H^{r}(H, A)\]
chính là ánh xạ $[G:H]$. 
 
Chứng minh. Ta thấy rằng ánh xạ $\text{Cor}$ bậc $0$ chính là $a\mapsto (\sum g)a=[G:H]a$ nên tính phổ dụng của $\delta$-hàm tử đối đồng điều cho ta biết mở rộng của $\text{Cor}$ lên mọi bậc cũng chính là ánh xạ $[G:H]$. $\square$
 
Hệ quả 10. Ta có $mH^{r}(G, A)=0$ với mọi $r>0$ và $m=[G:1]$. 
 
Hệ quả 11. Giả sử $G$ là một nhóm hữu hạn và xét $G$-module $\mathbb{Q}$ cho bởi tác động tầm thường. Ta có $H^{r}(G, \mathbb{Q})=0$ với mọi $r>0$. 
 
Chứng minh. Với mỗi số nguyên dương $n$, phép nhân $n:\mathbb{Q}\to \mathbb{Q}$ là một đẳng cấu. Do đó nó cảm sinh một đẳng cấu $n:H^{*}(G, \mathbb{Q})\to H^{*}(G, \mathbb{Q})$. Tuy nhiên với $n=[G:1]$, ta biết rằng ảnh của ánh xạ $n:H^{r}(G, \mathbb{Q})\to H^{r}(G, \mathbb{Q})$ là $\left\{0\right\}$. Do đó ta phải có $H^{r}(G, \mathbb{Q})=0$ với mọi $r>0$.  $\square$
 

 




#731053 Đối đồng điều: Lý thuyết về các cản trở

Đã gửi bởi vutuanhien on 09-10-2021 - 00:30 trong Toán học hiện đại

4. Các đối đồng điều bậc cao và một số tính chất cơ bản của đối đồng điều (phần 3)

 

III. Sơ lược về lý thuyết trường các lớp (Class Field Theory).

 

Trong phần này mình giới thiệu hai kết quả cơ bản khác của đối đồng điều của nhóm là tính tuần hoàn của đối đồng điều của nhóm cyclic và định lý Tate-Nakayama. Các kết quả này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển lý thuyết trường các lớp. Một trong những ý tưởng khởi nguồn của lý thuyết trường các lớp (CLT) bắt nguồn từ lý thuyết Galois, cụ thể là câu hỏi về tính giải được bằng căn thức của một đa thức. Với mỗi một đa thức $f(x)\in \mathbb{Q}[x]$, Galois gắn với đa thức này một nhóm $G_{f}$ và chứng minh được rằng $f$ là giải được khi và chỉ khi $G_{f}$ là một nhóm giải được, i.e. $G_{f}$ có một dãy chuẩn tắc các nhóm con abel và trường phân rã của $f$ chứa một chuỗi các mở rộng abel, chẳng hạn như $$\mathbb{Q}\subseteq \mathbb{Q}(\zeta_{3})\subseteq \mathbb{Q}(\zeta_{3}, \sqrt[3]{2}).$$ Do đó một việc rất tự nhiên là ta cần nghiên cứu và phân loại các mở rộng abel của một trường.

 
Định lý 1 (Kronecker-Weber). Mọi mở rộng abel của $\mathbb{Q}$ đều chứa trong một mở rộng cyclotomic $\mathbb{Q}(\zeta_{n})$ với $n$ là một số nguyên dương nào đó.
 
Đây có thể xem như một trong những kết quả tốt nhất mà ta có thể có về việc mô tả cụ thể các mở rộng Abel. Kronecker và Weber phát biểu định lý nhưng chứng minh của cả hai người đều có chỗ thiếu sót. Chứng minh đúng đắn đầu tiên cho định lý này là của Hilbert (1896). Hilbert sau đó cố gắng mở rộng kết quả cho một trường số (number field) nhưng đến nay vẫn là một bài toán mở.
 
Giả thuyết 2 (Bài toán thứ 12 của Hilbert). Mở rộng kết quả của định lý Kronecker-Weber cho một trường số bất kỳ.
 
Thay $\mathbb{Q}$ bởi một trường địa phương, ta có một phiên bản "tương tự" của định lý Kronecker-Weber và cũng là kết quả chính của toàn bộ lý thuyết trường các lớp địa phương.
 
Định lý 3 (Luật thuận nghịch địa phương). Giả sử $K$ là một trường địa phương phi acsimet (nonarchimedean local field). Tồn tại duy nhất một đồng cấu $$\phi_{K}:K^{\times}\to \text{Gal}(K^{ab}/K)$$ thỏa mãn các tính chất sau 
a) với mọi phần tử đơn trị hóa $\omega$ của $K$, $\phi_{K}(\omega)$ tác động lên $K^{ur}$ (mở rộng không rẽ nhánh lớn nhất của $K$) như $\text{Frob}_{K}$;
b) với mọi mở rộng Abel hữu hạn $L/K$, nhóm $\text{Nm}_{L/K}(L^{\times})$ nằm trong hạt nhân của ánh xạ $x\mapsto \phi_{K}(x)\big|_{L}$ và $\varphi_{K}$ cảm sinh một đẳng cấu $$\phi_{L/K}:K^{\times}/\operatorname{Nm}_{L/K}(L^{\times})\to \text{Gal}(L/K).$$
Ánh xạ $\phi_{K}$ thường hay được gọi là ánh xạ thuận nghịch địa phương (local reciprocity map) hoặc ánh xạ Artin địa phương (local Artin map). Định lý này được Artin chứng minh vào năm 1927 và là kết quả trung tâm của lý thuyết trường các lớp địa phương, như ta sẽ thấy ở hệ quả dưới đây.
 

Hệ quả 4. Giả sử $K$ là một trường địa phương phi acsimet. Khi đó ánh xạ

\[L\mapsto Nm_{L/K}(L^{\times})\]

là một song ánh từ tập các mở rộng Abel hữu hạn của $K$ sang tập các nhóm con chuẩn của $K^{\times}$ (tức là các nhóm con của $K^{\times}$ có dạng $Nm(L^{\times})$ với một mở rộng abel hữu hạn $L/K$ nào đó.

 

Như vậy việc phân loại các mở rộng Abel của một trường địa phương được đưa về việc mô tả các nhóm con chuẩn (norm groups). Điều này đã được hoàn tất thông qua kết quả sau đây.

 

Định lý 5 (Local Existence Theorem). Các nhóm con chuẩn của $K^{\times}$ chính là các nhóm con mở có chỉ số hữu hạn.

 

Chìa khóa cho chứng minh luật thuận nghịch địa phương bằng đối đồng điều là các kết quả sau:

1) Với mọi mở rộng abel hữu hạn $L/K$, nhóm $H^{2}(\text{Gal}(L/K), L^{\times})$ là một nhóm con cyclic của $\mathbb{Q}/\mathbb{Z}$ cấp $[L:K]$. Nhóm này có một phần tử sinh chính tắc. Hơn thế nữa, ta có một đẳng cấu (gọi là ánh xạ bất biến)

\[\text{inv}_{K}:H^{2}(\text{Gal}(K^{ur}/K), (K^{ur})^{\times})\to \mathbb{Q}/\mathbb{Z}\]

2) Vì $H^{2}(\text{Gal}(L/K), L^{\times})$ là cyclic và $H^{1}(\text{Gal}(L/K), L^{\times})=0$ theo định lý Hilbert 90, từ định lý Tate-Nakayama ta có một đẳng cấu $H^{-2}(\text{Gal}(L/K), L^{\times})\cong H^{0}(\text{Gal}(L/K), L^{\times})$. Các kết quả về đối đồng điều Tate cho ta biết rằng

$H^{-2}(\text{Gal}(L/K), L^{\times})\cong \text{Gal}(L/K)^{ab}$ và $H^{0}(\text{Gal}(L/K), L^{\times})\cong K^{\times}/\text{Nm}(L^{\times})$.

Lấy ánh xạ ngược của đẳng cấu trên ta có một đẳng cấu 

\[\phi_{L/K}:K^{\times}/\text{Nm}(L^{\times})\to \text{Gal}(L/K)^{ab}\]

và lấy giới hạn, ta thu được ánh xạ $\phi_{K}:K^{\times}\to \text{Gal}(K^{ab}/K)$ chính là ánh xạ cần tìm (còn gọi là ánh xạ Artin địa phương).  

 

IV. Đối đồng điều Tate (Tate cohomology) và định lý Tate-Nakayama.

Giống như việc đối đồng điều được định nghĩa thông qua hàm tử khớp trái $A^{G}$ và một dải nội xạ, ta có thể định nghĩa đồng điều $A_{G}$ thông qua hàm tử khớp phải và một dải xạ ảnh (projective resolution). Đối đồng điều Tate là một cách để kết nối hai khái niệm đồng điều và đối đồng điều với nhau. 

 

Định nghĩa 6. Một $G$-module $P$ được gọi là xạ ảnh nếu $\text{Hom}_{G}(P, \bullet)$ là một hàm tử khớp. 

 
Ta nói một phạm trù abel $\mathcal{C}$ là có đủ xạ ảnh nếu với mọi vật $A$ đều có thể xem như thương của một vật xạ ảnh. Nói cách khác, ta có một dãy khớp
\[\dots\to P_{1}\xrightarrow{d_{1}}P_{0}\xrightarrow{d_{0}} A\to 0\]
mà $P_{0}, P_{1}, \dots$ đều là xạ ảnh. 
 
Mệnh đề 7. Phạm trù $G$-Mod là phạm trù có đủ xạ ảnh (enough projective).
 
Với mỗi $G$-module $A$, ta xét tập hợp:
\[A_{G}=A/\langle ga-a\rangle, \quad g\in G, a\in A.\]
Với mỗi dãy khớp
\[0\longrightarrow A\longrightarrow B\longrightarrow C\longrightarrow 0\]
ta có một dãy khớp 
\[A_{G}\longrightarrow B_{G}\longrightarrow C_{G}\longrightarrow 0.\]
Như vậy hàm tử $A\mapsto A_{G}$ từ phạm trù $G$-mod vào phạm trù $Ab$ là một hàm tử khớp phải nên ta có thể lấy hàm tử dẫn xuất trái, đây chính là hàm tử đồng điều. Cụ thể hơn, vì $G$-Mod có đủ xạ ảnh nên với mỗi dải nội xạ bất kỳ
\[\dots\to P_{1}\xrightarrow{d_{1}}P_{0}\xrightarrow{d_{0}} A\to 0\]
tác động hàm tử nói trên vào ta có dãy 
\[ \dots\to (P_{1})_{G}\xrightarrow{d_{1}}(P_{0})_{G}\xrightarrow{d_{0}} A_{G}\to 0 \]
Dãy này không nhất thiết phải là dãy khớp, nhưng nó là một phức (chain complex), và do đó ta có thể định nghĩa nhóm đồng điều ở vị trí thứ $n$, ký hiệu là $H_{n}(G, A)$.
 
Định nghĩa 8 (Đồng điều). Ta định nghĩa nhóm đồng điều thứ $n$ của $G$ với hệ số trong $A$ là \[H_{n}(G, A)=\text{Ker}(d_{n})/\text{Img}(d_{n+1}). \]
 
Chú ý. Vì đồng điều là một hàm tử dẫn xuất nên nó cũng là một $\delta$-hàm tử phổ dụng và có đủ các tính chất như hàm tử đối đồng điều.  
 
Ví dụ. Giả sử $G$ là một nhóm hữu hạn và xét $\mathbb{Z}$ là một $G$-module với tác động tầm thường. Ta có một đẳng cấu 
\[H_{1}(G, \mathbb{Z})\cong G^{ab}\]
với $G^{ab}$ là abel hoá của nhóm $G$, tức là thương của $G$ bởi nhóm giao hoán tử $[G, G]$. 
 
Chứng minh. Xét ánh xạ mở rộng 
\[\epsilon: \mathbb{Z}[G]\longrightarrow \mathbb{Z}, \quad \sum n_{g}g\mapsto \sum n_{g}\]
và ký hiệu $I_{G}$ là hạt nhân của ánh xạ này. Đây là một $\mathbb{Z}$-module tự do với cơ sở $\set{g-1| g\in G}$ và ta có
\[A/I_{G}A\cong A_{G}\cong H_{0}(G, A).\]
Nói riêng, ta có $H_{0}(G, \mathbb{Z}[G])=\mathbb{Z}[G]/I_{G}$ và $H_{0}(G, I_{G})=I_{G}/I_{G}^{2}$. Xét dãy khớp
\[ 0\longrightarrow I_{G}\longrightarrow \mathbb{Z}[G]\longrightarrow \mathbb{Z}\longrightarrow 0.\]
Dãy khớp đồng điều cảm sinh từ dãy này là 
\[ 0\longrightarrow H_{1}(G, \mathbb{Z})\longrightarrow I_{G}/I_{G}^{2}\longrightarrow \mathbb{Z}[G]/I_{G}\longrightarrow \mathbb{Z}\longrightarrow 0.\]
Vì ánh xạ $I_{G}/I_{G}^{2}\to \mathbb{Z}[G]/I_{G}$ là ánh xạ tầm thường nên ta có đẳng cấu
\[H_{1}(G, \mathbb{Z})\cong I_{G}/I_{G}^{2}.\]
Bây giờ ta cần xây dựng một đẳng cấu giữa $G^{ab}$ và $I_{G}/I_{G}^{2}$. Ta có một đồng cấu tự nhiên cho bởi $g+[G, G]\mapsto (g-1)+I_{G}^{2}$, đồng cấu này là định nghĩa tốt vì $I_{G}/I_{G}^{2}$ là nhóm abel và do đó mọi đồng cấu từ $G$ vào $I_{G}/I_{G}^{2}$ phân tích qua $G^{ab}$. Ta lại xét đồng cấu từ $I_{G}$ vào $G^{ab}$ cho bởi $g-1\mapsto [g]$. Vì
\[(g-1)(g'-1)=(gg'-1)-(g-1)-(g'-1)\]
nên $I_{G}^{2}$ nằm trong hạt nhân của đồng cấu này và ta có một đồng cấu cảm sinh chính là đồng cấu ngược. 
 
Ta đã thấy rằng khái niệm đối đồng điều được xây dựng dựa trên dải nội xạ còn đồng điều được xây dựng dựa trên dải xạ ảnh. Trong phần này ta xây dựng đối đồng điều Tate cùng với dải tự do xem như một cách nối hai dải nội xạ và xạ ảnh với nhau. Với $n\ge 1$, xét các module $X_{n}=X_{-n-1}$ là các $G$-module tự do sinh bởi tập $G^{n}$ còn với $n=0$ thì ta đặt $X_{0}=X_{-1}=\mathbb{Z}[G]$. Xét các ánh xạ
\[\epsilon: \mathbb{Z}[G]\longrightarrow \mathbb{Z}, \quad \sum n_{g}g\mapsto \sum n_{g}\]
\[\mu: \mathbb{Z}\longrightarrow \mathbb{Z}[G],\quad n\mapsto n\cdot \sum_{g\in G} g\]
 
Ngoài ra ta cũng định nghĩa các ánh xạ $d_{n}:X_{n}\to X_{n-1}$ như sau
\[d_{0}(1)=\text{Nm}_{G}\]
\[d_{1}(g)=g-1\]
\[d_{n}(g_{1},\dots, g_{n})=g_{1}(g_{2}, \dots, g_{n})+\sum_{i=1}^{n-1}(-1)^{i}(g_{1},\dots, g_{i-1}, g_{i}g_{i+1},\dots, g_{n})+(-1)^{n}(g_{1},\dots, g_{n-1}),\quad n>1\]
\[d_{-1}1=\sum_{g\in G}(g^{-1}(g)-(g))\]
\[d_{-n-1}(g_{1},\dots, g_{n})=\sum_{g\in G}g^{-1}(g, g_{2}, \dots, g_{n})+\sum_{g\in G}\sum_{i=1}^{n}(-1)^{i}(g_{1},\dots, g_{i-1}, g_{i}g_{i+1}, g^{-1}\dots, g_{n})+\sum_{g\in G}(-1)^{n+1}(g_{1},..., g_{n}, g)\]
 
Từ đây ta có một dãy khớp, gọi là dải tự do đầy đủ
2021-10-09.png
Có thể thấy ngay rằng dải này là kết hợp của hai dải
\[0\rightarrow \mathbb{Z}\xrightarrow{\mu}X_{-1}\xrightarrow{d_{-1}}X_{-2}\xrightarrow{d_{-2}}\dots\]
\[\dots\rightarrow X_{2}\xrightarrow{d_{2}}X_{1}\xrightarrow{d_{1}}X_{0}\xrightarrow{\epsilon}\mathbb{Z}\rightarrow 0\]
Về cơ bản, đồng điều được lấy từ dãy thứ nhất và đối đồng điều được lấy từ dãy thứ hai. Chú ý rằng các $G$-module $X_{i}$ là tự do nên lấy đối ngẫu ta có một phức
\[\dots\xrightarrow{d_{-1}}\text{Hom}(X_{-1}, A)\xrightarrow{d_{0}}\text{Hom}(X_{0}, A)\xrightarrow{d_{1}}\text{Hom}(X_{1}, A)\xrightarrow{d_{2}}\dots\]
 
Định nghĩa 9 (Đối đồng điều Tate). Ta định nghĩa nhóm đối đồng điều Tate thứ $n$ với hệ số trong $A$ là
\[H_{T}^{n}(G, A)=\text{Ker}(d_{n+1})/\text{Img}(d_{n}).\]
Cụ thể hơn, ta có
\[H_{T}^{n}(G, A)=\left\{\begin{matrix} H^{n}(G, A), & n\ge 1\\ A^{G}/\text{Nm}_{G}(A), & n=0\\ \text{Ker}(\text{Nm}_{G})/I_{G}A, & n=-1\\ H_{-n-1}(G, A), & n< -1 \end{matrix}\right.\]
 
Mệnh đề 10. Nếu $A$ là một $G$-module cảm sinh thì $H_{T}^{n}(G, A)=0$ với mọi $n$. 
 
Chứng minh. Với $n>0$, các nhóm đối đồng điều Tate chính là nhóm đối đồng điều thông thường và kết quả này đã được chứng minh ở phần trước. Với $n=0, -1$, việc tính toán cụ thể không khó. Với $n<-1$, giả sử $A=\mathbb{Z}[G]\otimes_{\mathbb{Z}}X$ và gọi $X_{0}$ là một nhóm abel tự do sao cho $X$ là thương của $X_{0}$. Hạt nhân $X_{1}$ của đồng cấu $X_{0}\longrightarrow X$ cũng là một nhóm abel tự do. Do đó từ dãy khớp
\[0\longrightarrow X_{1}\longrightarrow X_{0}\longrightarrow X\longrightarrow 0\]
ta có dãy khớp
\[0\longrightarrow  A_{1}\longrightarrow A_{0}\longrightarrow A\longrightarrow 0\]
bằng cách tensor dãy khớp ban đầu với $\mathbb{Z}[G]$. Tuy nhiên, vì $A_{0}$, $A_{1}$ là các $G$-module tự do nên chúng vừa là module nội xạ và đồng thời cũng là xạ ảnh. Do đó $H_{n}(G, A_{1})=H_{n}(G, A_{0})=0$ với mọi $n>0$ và từ dãy khớp đồng điều ta có điều phải chứng minh.  $\square$
 
Mệnh đề 11. Giả sử $G$ là một nhóm cyclic hữu hạn và $A$ là một $G$-module. Với mỗi cách chọn phần tử sinh của $G$, ta có đẳng cấu
\[H_{T}^{n}(G, A)\xrightarrow{\cong} H_{T}^{n+2}(G, A)\]
với mọi $n\in \mathbb{Z}$. 
 
Chứng minh. Giả sử $\sigma$ là một phần tử sinh của $G$ và $|G|=m$. Xét ánh xạ $\text{Nm}:G\to G$ cho bởi $\sigma\mapsto 1+\sigma+\dots+\sigma^{m-1}$. Dễ thấy rằng $(\sigma-1)\circ \text{Nm}=1$ nên ta có một dãy khớp
\[\dots\xrightarrow{\text{Nm}}\mathbb{Z}[G]\xrightarrow{\sigma-1}\mathbb{Z}[G]\xrightarrow{\text{Nm}}\mathbb{Z}[G]\longrightarrow \mathbb{Z}\longrightarrow 0\]
Lấy đối ngẫu $\text{Hom}(\bullet, A)$ ta thu được một phức
\[\dots\xleftarrow{\text{Nm}}A\xleftarrow{\sigma-1}A\xleftarrow{\text{Nm}}A\xleftarrow{\sigma-1} A\longleftarrow 0 (4.1)\]
và do đó ta có 
\[H^{2r}(G, A)=A^{G}/\text{Nm}_{G}(A), H^{2r+1}=\text{Ker}(\text{Nm}_{G})/I_{G}A, \quad r> 0.\]
Để tính các nhóm đồng điều, ta sử dụng trực tiếp định nghĩa. Lấy dãy khớp ban đầu tensor với $A$ ta thu được một dải
\[\dots\xrightarrow{\text{Nm}}\mathbb{Z}[G]\otimes A\xrightarrow{\sigma-1}\mathbb{Z}[G]\otimes A\xrightarrow{\text{Nm}}\mathbb{Z}[G]\otimes A\longrightarrow \mathbb{Z}\otimes A\longrightarrow 0\]
Tác động hàm tử $A\mapsto A_{G}$ vào dải này ta có
\[\dots\xrightarrow{\text{Nm}}(\mathbb{Z}[G]\otimes A)_{G}\xrightarrow{\sigma-1}(\mathbb{Z}[G]\otimes A)_{G}\xrightarrow{\text{Nm}}(\mathbb{Z}[G]\otimes A)_{G}\longrightarrow 0\]
Tuy nhiên, vì $(\mathbb{Z}[G]\otimes A)_{G}=A$ nên ta lại thu được dải (4.1). Do đó ta có
\[H_{T}^{2r}(G, A)=A^{G}/\text{Nm}_{G}(A), H_{T}^{2r+1}=\text{Ker}(\text{Nm}_{G})/I_{G}A, \quad r< -1.\]
Từ đây ta có điều phải chứng minh. $\square$
 
Cuối cùng, ta có 
 
Định lý 12 (Tate-Nakayama). Giả sử $G$ là một nhóm hữu hạn và $M$ là một $G$-module. Giả sử rằng với mọi nhóm con $H$ của $G$,
a) $H_{T}^{1}(H, M)=0$ và
b) $H_{T}^{2}(H, M)$ là một nhóm cyclic cấp $[H:1]$.
Khi đó với mọi $r$, tồn tại một đẳng cấu
\[ H_{T}^{r}(G, \mathbb{Z})\to H_{T}^{r+2}(G, M)\]
chỉ phụ thuộc vào cách chọn phần tử sinh của $H_{T}^{2}(G, M)$.



#731618 Chứng minh hai ma trận đồng dạng khi và chỉ khi chúng cùng hạng.

Đã gửi bởi vutuanhien on 13-11-2021 - 19:29 trong Đại số tuyến tính, Hình học giải tích

Em có đọc tài liệu, sau khi định nghĩa hai ma trận đồng dạng, tới phần tính chất có nói: " Hai ma trận đồng dạng khi và chỉ khi chúng cùng hạng". 
Xin Anh chị chỉ giáo giùm. Em xin cảm ơn! 

Mình nghĩ phát biểu đúng phải là hai ma trận tương đương khi và chỉ khi có cùng hạng, chứ đồng dạng thì không chính xác. 




#731630 Chứng minh hai ma trận đồng dạng khi và chỉ khi chúng cùng hạng.

Đã gửi bởi vutuanhien on 14-11-2021 - 14:27 trong Đại số tuyến tính, Hình học giải tích

Dạ đúng rồi, do em đọc phần này là ma trận vuông ạ. Nếu có thể chứng minh giùm em hoặc hướng dẫn giùm em. Em xin cảm ơn!!!

Sử dụng phép biến đổi Gauss-Jordan thì mọi ma trận đều có thể đưa về ma trận có dạng $\begin{pmatrix} I_{r} & 0\\ 0 & 0 \end{pmatrix}$ thông qua các phép biến đổi sơ cấp. Từ đây suy ra kết quả mà ta đang cần.