Le produit tensoriel de deux applications linéaires est une construction qui à deux applications linéaires entre A-modules, u de E1 dans F1 et v de E2 dans F2, associe une application linéaire u⊗v entre produits tensoriels, de E1⊗AE2 dans F1⊗AF2.
Définition
On suppose dans cette partie que l'anneau A est commutatif. Avec les notations de l'introduction, l'application
est A-bilinéaire. D'après la propriété universelle du produit tensoriel, il existe une unique application linéaire
telle que
De plus, l'application
de l'espace
dans le module
est bilinéaire ; il existe donc une application linéaire canonique
telle que
pour toutes applications A-linéaires
,
.
L'application
de
dans
s'appelle le produit tensoriel de u et v, et il se note dans la pratique u⊗v. Attention, cette notation est abusive, car elle peut désigner deux objets de nature différente :
- l'élément du produit tensoriel
(qui n'est pas une application linéaire), - son image par ψ dans
(l'application A-linéaire
).
D'autant plus que ψ n'est pas toujours un isomorphisme, si bien qu'il est impossible d'identifier les deux « u⊗v ».
Néanmoins, lorsque E1 et E2 sont des modules libres de rang fini (par exemple des espaces vectoriels de dimension finie), ψ est un isomorphisme, et cela a bien un sens de confondre les deux notations u⊗v. En particulier, ψ fournit, sous cette hypothèse, des isomorphismes canoniques de E1*⊗AE2* dans (E1⊗AE2)* et de E1*⊗AF2 dans HomA(E1, F2).
Démonstration du dernier résultat
Tout A-module libre de rang p est isomorphe (via le choix d'une base) à Ap, et pour tout A-module F, HomA(Ap, F) est (canoniquement) isomorphe à Ap⊗AF. Il suffit donc de vérifier que pour tous entiers m et n, l'application canonique suivante, correspondant à ψ via ces identifications, est un isomorphisme :
Par associativité et commutativité de ⊗A et par l'isomorphisme entre Am⊗AAn et Amn, il s'agit simplement d'un troisième cas
de l'isomorphisme canonique invoqué au début.
Propriétés
- Si
sont six modules, et si on se donne des applications linéaires
,
, alors![{\displaystyle (v_{1}\circ u_{1})\otimes (v_{2}\circ u_{2})=(v_{1}\otimes v_{2})\circ (u_{1}\otimes u_{2}).}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/04fb033befb4234b41a6820b1709c30b6330526e)
- Si
est un isomorphisme de
sur
et
est l'isomorphisme réciproque, alors
est inversible et son inverse est
.
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