Đến nội dung


Hình ảnh

Giới thiệu về lý thuyết đơn hình


  • Please log in to reply
Chủ đề này có 2 trả lời

#1 bangbang1412

bangbang1412

    Độc cô cầu bại

  • Phó Quản trị
  • 1554 Bài viết
  • Giới tính:Không khai báo
  • Đến từ:Dốt nhất khoa Toán
  • Sở thích:Algebraic Topology
    Algebraic Geometry
    Recently trying to grasp derived functors of non-additive functors on abelian categories.

Đã gửi 27-05-2021 - 19:08

Bài viết giới thiệu về lý thuyết đơn hình (simplicial theory), một lý thuyết "tổ hợp" của tôpô đại số. Kí hiệu $\mathbf{Top},\mathbf{Sets},\mathbf{Ab}$ lần lượt là phạm trù các không gian tôpô, phạm trù các tâp hợp, phạm trù các nhóm abel.

 

Giới thiệu

H. Poincaré lần đầu định nghĩa đồng điều theo nghĩa tam giác phân một không gian và thực hiện các tính toán tổ hợp với định nghĩa này. Tuy nhiên cách định nghĩa này không hiệu quả ở điểm nó cần chứng minh các cách tam giác phân đều cho ta một nhóm đồng điều.


simplex.png

Tiếp đó, không phải mọi không gian đều có thể tam giác phân. Sau này, các định nghĩa trừu tượng cho phép ta hiểu một tam giác là một ánh xạ liên tục $\left |\Delta^n \right| \to X$, trong đó $\left |\Delta^n \right|^n$ định nghĩa bởi

\begin{equation} \left|\Delta^n \right|=\left \{ (x_0,...,x_n) \in \mathbb{R}^{n+1} \mid x_i \in [0,1], x_0 + \cdots + x_n = 1 \right \}.\end{equation}

Các ánh xạ này cho ta một họ
\begin{equation} \mathrm{Sing}(X)_n = \left \{ \sigma: \left|\Delta^n \right| \to X \mid \sigma \ \text{liên tục} \ \right\}. \end{equation}
Tuy nhiên các tập $\mathrm{Sing}(X)_n$ không đứng riêng lẻ do bản thân các đơn hình hình học $\left|\Delta^n \right|$ có liên hệ với nhau, ví dụ một tam giác sẽ có ba đỉnh. Ngoài ra, do tính affine ta hoàn toàn có thể đồng nhất các đơn hình hình học với các đỉnh của nó. Ví dụ $\left|\Delta^n \right|$ có $(n+1)$-đỉnh $v_0,...,v_n$ ($v_i$ có tất cả các vị trí là $0$ ngoài $1$ ở vị trí $i$) có thể đồng nhất với tập $\left \{0,1,...,n \right \}$. Như vậy một tam giác có thể xem là "tập" $\left \{0,1,2\right \}$ với ba đỉnh $\left \{0 \right \}, \left \{1\right \}, \left \{2 \right \}$ và ba cạnh $\left \{0,1\right \}, \left \{1,2\right \}, \left \{0,2\right \}$. Đây là sự xuất hiện của phạm trù $\Delta$ với vật là các tập $[n]=\left \{0,1,...,n \right \}$, nó được gọi là \textit{phạm trù số}. Trong khi $\mathrm{Sing}(X)$ là một \textit{tập đơn hình} theo nghĩa nó gửi mỗi $[n]$ đến $\mathrm{Sing}(X)_n$ (nó cũng là một $\infty$-phạm trù). Như vậy, tóm gọn lại ta có một quy trình
\begin{equation} X  \rightarrow (\text{phức kì dị}) \ \mathrm{Sing}(X) \rightarrow (\text{hàm tử tự do}) \ \mathbb{Z}\mathrm{Sing}(X) \rightarrow (\text{phức+ đồng điều}) \  H_{\bullet}(X).\end{equation}
Thực chất đây là một loạt các hàm tử giữa các phạm trù
\begin{equation} \mathbf{Top} \to s\mathbf{Sets} \to s\mathbf{Ab} \to \mathbf{Ch}_{\geq 0}(\mathbf{Ab}),\end{equation}
trong đó $s\mathbf{Sets},s\mathbf{Ab}$ lần lượt là phạm trù các tập đơn hình và phạm trù các nhóm abel đơn hình. Như vậy thực chất ta đang làm đại số đồng điều trong $\mathbf{Ch}_{\geq 0}(\mathbf{Ab})$. Sau này ta sẽ biết rằng  $\mathrm{Sing}: \mathbf{Top} \to s\mathbf{Sets}$ có liên hợp là hàm tử hình học hóa trong khi đó định lý tương ứng Dold-Kan nói rằng $s\mathbf{Ab}$ tương đương với $\mathbf{Ch}_{\geq 0}(\mathbf{Ab})$, như vậy bước khó khăn có lẽ nằm ở phép lấy hàm tử nhóm abel tự do.

 

Định lý tương ứng Dold-Kan là một tương đương giữa hai phạm trù các phức không âm và các vật đơn hình. Để hiểu định lý Dold-Kan do đó ta bắt buộc phải hiểu các vật đơn hình, và để hiểu các vật đơn hình ta phải hiểu phạm trù $\Delta$. Để định nghĩa phạm trù số ta sẽ định nghĩa các đối mặtđối suy biến (ta gọi như vậy để thuận tiện thay vì gọi là phép đối mặt và phép đối suy biến). Sau đó chúng ta chứng minh các đẳng thức đối đơn hình và chứng minh mọi cấu xạ trong phạm trù số có một phân tích rất đặc biệt gọi là phân tích đơn-toàn cấu.


Bài viết đã được chỉnh sửa nội dung bởi bangbang1412: 27-05-2021 - 19:21

Declare to yourself that, from now on, your life is dedicated to one and only one woman, the greatest mistress of your life, the tenderest woman you have ever encountered, Mathematica.


#2 bangbang1412

bangbang1412

    Độc cô cầu bại

  • Phó Quản trị
  • 1554 Bài viết
  • Giới tính:Không khai báo
  • Đến từ:Dốt nhất khoa Toán
  • Sở thích:Algebraic Topology
    Algebraic Geometry
    Recently trying to grasp derived functors of non-additive functors on abelian categories.

Đã gửi 27-05-2021 - 19:19

Phạm trù số

 

Định nghĩa. $\Delta$ là phạm trù mà các vật là các tập sắp thứ tự toàn phần $[n] = (0 \leq 1 \leq ... \leq n)$, các cấu xạ là các ánh xạ bảo toàn thứ tự $\alpha: [m] \to [n]$, điều này có nghĩa $\alpha(i) \leq \alpha(j)$ nếu $i \leq j$.  Một đơn cấu (tương ứng, toàn cấu) trong $\Delta$ được định là ánh xạ bảo toàn thứ tự và là đơn ánh trên tập hợp (tương ứng, toàn ánh).

 

Định nghĩa. Đối mặt là các cấu xạ $d^i: [n-1] \to [n]$, $0 \leq i \leq n$ cho bởi
\begin{equation}
    d^i(k) = \begin{cases}
        k, & k < i\\
        k+1, & k \geq i+1
    \end{cases}
\end{equation}
Về ý nghĩa, các cấu xạ $d^i$ là các đơn cấu duy nhất $[n-1] \to [n]$, nó khuyết phần tử $i \in [n]$. Các cấu xạ $s^i: [n+1] \to [n], 0 \leq i \leq n$ cho bởi
\begin{equation}
    s^i(k) = \begin{cases}
        k, & k < i \\
        k-1, & k \geq i+1
    \end{cases}
\end{equation}
là các toàn cấu duy nhất $[n+1] \to [n]$, chúng được gọi là các đối suy biến. $s^i$ lặp phần tử $i \in [n]$ hai lần.

 

Định lý. Mọi cấu xạ $\alpha: [m] \to [n]$ có thể viết thành hợp một số đối mặt và một số đối suy biến.

 

Chứng minh. Ta chứng minh bằng quy nạp theo $n$. Nếu $n=0$ thì $\alpha$ hoặc là ánh xạ đồng nhất hoặc là hợp một số đối mặt. Giả sử khẳng định đúng tới $n$ và $\alpha: [n+1] \to [m]$ là một cấu xạ. Nếu $\alpha$ là đơn cấu thì $\alpha$ là hợp một số đối mặt. Nếu $\alpha$ không là đơn cấu thì tồn tại $k \in [n+1]$ mà $\alpha(k) = \alpha(k+1)$ (lưu ý điều này không xảy ra với một ánh xạ tổng quát mà chỉ đúng khi $\alpha$ bảo toàn thứ tự). Xét cấu xạ $\alpha':[n] \to [m]$ xác định bởi $\alpha'(i) = \alpha(i)$ nếu $i \leq k$ và $\alpha'(i) = \alpha(i+1)$ nếu $i>k$. Khi đó $\alpha = \alpha' s^k$ và ta thu được điều phải chứng minh khi áp dụng giả thiết quy nạp cho $\alpha'$.

 

Từ định lý trên ta thấy chỉ nên hạn chế sự tập trung xuống các đối mặt và các đối suy biến. Cụ thể, ta có một loạt các đẳng thức liên hệ trong định lý dưới đây.

 

Bổ đề. Trong phạm trù số các đẳng thức sau, gọi là các đẳng thức đối đơn hình, thỏa mãn

\begin{matrix}
       d^j d^i = d^i d^{j - 1}  & i < j \\
       s^j d^i = d^i s^{j-1}  &  i < j\\
       s^j d^j = \mathrm{id} = s^j d^{j+1} & \\
       s^j d^i = d^{i-1} s^j & i > j+1 \\
       s^j s^i = s^i s^{j+1} & i \leq j \\
\end{matrix}

Chứng minh. Ta chỉ chứng minh đẳng thức đầu tiên, tất cả các đẳng thức còn lại chứng minh tương tự. Lấy $i < j$ và $k \in [n]$. Ta có
\begin{equation}
    d^j d^i(k) = d^j\left(\begin{cases} k, & k < i \\ k + 1, & k \geq i \end{cases} \right) =
    \begin{cases}
        k, & k < i\\
        k+1,& i \leq k, k+1 < j \\
        k+2, &j \leq k+1
    \end{cases}
\end{equation}

\begin{equation}
    d^i d^{j-1}(k) = d^i\left(\begin{cases} k, & k < j -1 \\ k+ 1, & k \geq j-1 \end{cases} \right) = \begin{cases}
        k, & k < i \\
        k+1, & i \leq k, k+1 < j \\
        k+2, & j \leq k+1
    \end{cases}
\end{equation}
Do đó $d^j d^i = d^i d^{j-1}$ nếu $i < j$.

 

Định lý (phân tích đơn-toàn cấu). Với mọi ánh xạ bảo toàn thứ tự $\varphi: [n] \to [m]$, tồn tại và duy nhất một phân tích $\varphi = \mu \sigma$ trong đó $\mu, \sigma$ lần lượt là các toàn cấu, đơn cấu bảo toàn thứ tự.

 

Chứng minh. Trước tiên ta chứng minh sự tồn tại, gọi $i_s <...<i_1$ là các phần tử của $[m]$ không nằm trong ảnh của $\varphi$ và $j_1 < ... <j_t$ là các phần tử của $[n]$ mà $\alpha(j) = \alpha(j+1)$. Nếu $p = n-t = m-s$ thì ta có một phân tích
\begin{equation}
    [n] \overset{\sigma}{\twoheadrightarrow} [p] \overset{\mu}{\hookrightarrow} [m]
\end{equation}
trong đó $\mu=d^{i_1}...d^{i_s}$ và $\sigma = s^{j_1}...s^{j_t}$. Để minh hoạ cho chứng minh, ta xét một cấu xạ $[4] \to [5]$ được cho bởi hình sau


1.png

Như vậy tập ảnh của cấu xạ này là $(0<1<4)$, ta nhúng $(0<1<2)$ vào $[5]$ bởi $0\mapsto 0, 1 \mapsto 1, 2 \mapsto 4$ sẽ thu được phân tích  


2.png

Dễ thấy $[4] \twoheadrightarrow [2]$ và $[2] \hookrightarrow [5]$.

Bây giờ ta chứng minh tính duy nhất, lấy hai đơn cấu $\mu_i:[k_1] \to [m]$ và hai toàn cấu $\sigma:[n] \to [k_i]$ ($i = 1,2$) thỏa mãn $\varphi = \mu_1\sigma_1 = \mu_2\sigma_2$. Đếm số lượng phần tử của ảnh $\mathrm{Im}(\mu_i \sigma_i)$ ta suy ra $k_1=k_2$ và do $\mu_1,\mu_2$ là các đơn cấu với cùng tập ảnh ta suy ra $\mu_1=\mu_2=\mu$, điều này cũng suy ra $\sigma_1=\sigma_2$ do $\mu$ là đơn cấu.


Bài viết đã được chỉnh sửa nội dung bởi bangbang1412: 27-05-2021 - 19:19

Declare to yourself that, from now on, your life is dedicated to one and only one woman, the greatest mistress of your life, the tenderest woman you have ever encountered, Mathematica.


#3 bangbang1412

bangbang1412

    Độc cô cầu bại

  • Phó Quản trị
  • 1554 Bài viết
  • Giới tính:Không khai báo
  • Đến từ:Dốt nhất khoa Toán
  • Sở thích:Algebraic Topology
    Algebraic Geometry
    Recently trying to grasp derived functors of non-additive functors on abelian categories.

Đã gửi 27-05-2021 - 19:31

Lý thuyết đồng luân trong phạm trù vật đơn hình

 

Định nghĩa. Một vật đơn hình trong một phạm trù $\mathscr{C}$ là một hàm tử $X: \Delta^{op} \to \mathscr{C}$. Phạm trù $s\mathscr{C}=\mathscr{C}^{\Delta^{op}}=\mathrm{Fun}(\Delta^{op},\mathscr{C})$ có vật là các vật đơn hình và cấu xạ là các biến đối tự nhiên giữa chúng. Hơn nữa ta viết, $X_n = X([n]), d_i = X(d^i)$ là \textit{mặt} và $s_j = X(s^j)$ là suy biến của $X$. Nếu $\alpha$ là một cấu xạ trong $\Delta$, ta viết $X(\alpha) = X_{\alpha}$.

 

Ví dụ. Một tập đơn hình trong phạm trù tập hợp $\mathbf{Sets}$ được gọi là một tập đơn hình, một trong các tập đơn hình thú vị nhất là $\Delta^n= \mathrm{Hom}_{\Delta}(\square,[n]): \Delta^{op} \to \mathbf{Sets}$ - ta gọi đây là đơn hình chuẩn $n$-chiều. Theo bổ đề Yoneda ta có
\begin{equation}
    X_n = X([n]) \cong \mathrm{Hom}(\mathrm{Hom}(\square,[n]),X).
\end{equation}
Phép nhúng Yoneda
\begin{equation}
    \begin{split}
        \Delta &\hookrightarrow \mathbf{Sets}^{\Delta^{op}} \\
        [n] & \mapsto \Delta^n
    \end{split}
\end{equation}
là trung thành, đầy đủ, hơn nữa nó còn \textit{trù mật} theo nghĩa nếu $\mathscr{C}$ là một phạm trù có đối giới hạn với tập chỉ số bất kỳ thì mọi hàm tử $u:\Delta \to \mathscr{C}$ đều có thể nâng lên thành một hàm tử $u_{!}:\mathbf{Sets}^{\Delta^{op}} \to \mathscr{C}$. Nói cách khác, ta có một biểu đồ giao hoán


3.png

Cụ thể với mỗi $X \in \mathrm{Obj}(\mathbf{Sets}^{\Delta^{op}})$ thì theo ta biết $X \cong \underset{\Delta^n \to X}{\mathrm{colim}} \ \Delta^n$ (chứng minh sau!) nên ta có thể định nghĩa
\begin{equation}
    u_{!}(X) = \underset{\Delta^n \to X}{\mathrm{colim}} \ u([n]).
\end{equation}
Ngược lại ta cũng có một hàm tử $u^{\star}: \mathscr{C} \to \mathbf{Sets}^{\Delta^{op}}$ là liên hợp của $u_{!}$ định nghĩa bởi
\begin{equation}
    (u^{\star}(C))_n = \mathrm{Hom}_{\mathscr{C}}(u([n]),C) \ \forall \ C \in \mathrm{Obj}(\mathscr{C}).
\end{equation}

Về sau ta sẽ thấy cặp liên hợp $(\mathrm{Sing}(\square),\left | \square \right|)$ là một hệ quả của ý tưởng vừa phân tích.

 

Bổ đề. Với mọi vật đơn hình $X$ thì các đẳng thức sau, gọi là các đẳng thức đơn hình, thỏa mãn

\begin{matrix}
      d_i d_j = d_{j-1} d_i & i < j\\
       d_i s_j= s_{j-1}d_i &  i < j\\
       d_j s_j = \mathrm{id} = d_{j+1}s_j & \\
       d_i s_j =  s_j d_{i-1} & i > j+1 \\
       s_i s_j = s_{j+1}s_i & i \leq j
\end{matrix}

 

Chứng minh. Hệ quả hiển nhiên của các đẳng thức đối đơn hình.


Bài viết đã được chỉnh sửa nội dung bởi bangbang1412: 27-05-2021 - 19:32

Declare to yourself that, from now on, your life is dedicated to one and only one woman, the greatest mistress of your life, the tenderest woman you have ever encountered, Mathematica.





1 người đang xem chủ đề

0 thành viên, 1 khách, 0 thành viên ẩn danh