Mathématiques · Glossaire

Qu'est-ce que « module de type fini » ?

Aussi appelé : module libre

Définition 3.3 Mathématiques universitaires — Licence 3 · Chapitre 3 — Modules sur un anneau principal

MM est de type fini si M=Ax1++AxnM = Ax_1 + \dots + Ax_n pour certains xix_i. MM est libre de rang nn si MAnM \cong A^n, i.e. s’il a une base (une famille génératrice AA-linéairement indépendante). Tout MM de type fini est un quotient d’un module libre : (a1,,an)aixi(a_1, \dots, a_n) \mapsto \sum a_ix_i envoie AnA^n sur MM.

Exemples

Exemple 3.10 (Une réduction de Smith, en entier)

Réduire M=(123456789)M = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 3\\ 4 & 5 & 6\\ 7 & 8 & 9 \end{pmatrix} sur Z\Z. Le coin 11 divise tout : nettoyer sa ligne et sa colonne (L2L24L1L_2 \leftarrow L_2 - 4L_1, L3L37L1L_3 \leftarrow L_3 - 7L_1, puis C2C22C1C_2 \leftarrow C_2 - 2C_1, C3C33C1C_3 \leftarrow C_3 - 3C_1) :

M(1000360612).M \sim \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0\\ 0 & -3 & -6\\ 0 & -6 & -12 \end{pmatrix} .

Dans le bloc intérieur, le coin 3-3 divise toutes les entrées : L3L32L2L_3 \leftarrow L_3 - 2L_2 et C3C32C2C_3 \leftarrow C_3 - 2C_2 le nettoient en diag(3,0)\operatorname{diag}(-3, 0). En ajustant les signes (multiplier une ligne par 1-1, opération légale) :

Mdiag(1,3,0),Z3/MZ3Z/3Z×Z.M \sim \operatorname{diag}(1, 3, 0), \qquad \Z^3/M\Z^3 \cong \Z/3\Z \times \Z .

Contrôle croisé par diviseurs déterminantaux : D1=gcd(entreˊes)=1D_1 = \gcd(\text{entrées}) = 1 ; tout mineur 2×22\times2 de MM est multiple de 33 (p.ex. det(1245)=3\det\bigl(\begin{smallmatrix}1 & 2\\ 4 & 5\end{smallmatrix}\bigr) = -3) et l’un vaut 3-3 : D2=3D_2 = 3 ; D3=detM=0D_3 = \det M = 0. D’où d1=1d_1 = 1, d2=3d_2 = 3, d3=0d_3 = 0 : même réponse. Deux leçons : un facteur invariant nul enregistre la chute de rang (le conoyau ramasse un facteur libre Z\Z), et la chaîne de divisibilité 1301 \mid 3 \mid 0 est le certificat de Smith — une réduction diagonale qui viole la chaîne (disons diag(2,3)\operatorname{diag}(2, 3), que l’imprudent peut produire de (2003)\bigl(\begin{smallmatrix}2 & 0\\ 0 & 3\end{smallmatrix}\bigr) en s’arrêtant trop tôt : forme de Smith correcte diag(1,6)\operatorname{diag}(1, 6), car D1=1D_1 = 1 ici !) n’est pas terminée.

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