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Définition 3Structures algébriques

Modules sur un anneau commutatif

Énoncé

Soit AA un anneau commutatif. Un AA-module est un groupe abélien (M,+)(M, +) muni d'une loi externe A×M→MA \times M \to M, (a,x)↦ax(a, x) \mapsto ax, telle que, pour tous a,b∈Aa, b \in A et x,y∈Mx, y \in M, a(x+y)=ax+ay,(a+b)x=ax+bx,(ab)x=a(bx),1x=x.\begin{aligned} a(x + y) &= ax + ay, \\ (a + b)x &= ax + bx, \\ (ab)x &= a(bx), \\ 1x &= x. \end{aligned} Un sous-module est un sous-groupe stable par la loi externe ; une application f:M→M′f : M \to M' est AA-linéaire si f(x+y)=f(x)+f(y)f(x + y) = f(x) + f(y) et f(ax)=af(x)f(ax) = af(x).

Si NN est un sous-module de MM, le groupe quotient M/NM/N est un AA-module pour a(x+N)=ax+Na(x + N) = ax + N.

Démonstration

Le quotient. Si x−x′∈Nx - x' \in N, alors ax−ax′=a(x−x′)∈Nax - ax' = a(x - x') \in N : la loi externe est bien définie sur les classes, par son graphe. Les quatre axiomes se lisent sur les représentants.

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Remarque

Les idéaux de AA, définis au nœud Idéal, seront exactement les sous-modules de AA, vu comme module sur lui-même ; le quotient A/IA/I sera ainsi à la fois un anneau, au nœud Anneau quotient, et un AA-module.

Remarque

Lorsque AA est un corps, au sens du nœud Corps, un AA-module s'appelle un espace vectoriel : c'est l'objet du nœud Algèbre linéaire. Sur l'anneau ℤ\mathbb Z, une structure de module sur un groupe abélien existe toujours, comme le montrera le nœud Groupes abéliens de type fini, et elle est unique, puisque les axiomes 1x=x1x = x et (a+b)x=ax+bx(a + b)x = ax + bx imposent 2x=x+x2x = x + x, puis, de proche en proche, la valeur de chaque multiple ; groupes abéliens et ℤ\mathbb Z-modules ne font qu'un.

Remarque

Un module engendré par une famille finie, c'est-à-dire tel qu'il existe x1,…,xn∈Mx_1, \dots, x_n \in M dont les combinaisons a1x1+⋯+anxna_1x_1 + \cdots + a_nx_n, ai∈Aa_i \in A, épuisent MM, sera dit de type fini. Cette notion demande les entiers, qui ne viennent qu'au nœud ℕ\mathbb N : elle n'est employée qu'après lui, et les nœuds Lemme de Nakayama et Modules libres la rappellent là où elle sert.

Repose sur

Sert à

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