Категория бетона - Concrete category

В математика, а конкретная категория это категория который оснащен верный функтор к категория наборов (или иногда в другую категорию, увидеть Относительная конкретность ниже). Этот функтор позволяет рассматривать объекты категории как множества с дополнительными структура, и его морфизмы как структуросохраняющие функции. Многие важные категории имеют очевидную интерпретацию как конкретные категории, например категория топологических пространств и категория групп, и тривиально и сама категория множеств. С другой стороны, гомотопическая категория топологических пространств не является конкретизируемый, т.е. не допускает точного функтора в категорию множеств.

Конкретная категория, определяемая без ссылки на понятие категории, состоит из класс из объекты, каждый из которых оснащен базовый набор; и для любых двух объектов А и B набор функций, называемых морфизмы, из базового набора А к базовому набору B. Кроме того, для каждого объекта А, функция идентичности на нижележащем наборе А должно быть морфизм из А к А, а композиция морфизма из А к B за которым следует морфизм из B к C должно быть морфизм из А к C.^[1]

Определение

А конкретная категория пара (C,U) такие, что

• C это категория, а
• U : C → Набор (категория множеств и функций) является верный функтор.

Функтор U следует рассматривать как забывчивый функтор, который присваивает каждому объекту C его «основной набор», и каждому морфизму в C его «основная функция».

Категория C является конкретизируемый если существует конкретная категория (C,U), т.е. если существует точный функтор U: C → Набор. Все малые категории конкретизируемы: определите U так что его объектная часть отображает каждый объект б из C множеству всех морфизмов C чья codomain является б (т.е. все морфизмы вида ж: а → б для любого объекта а из C), а его часть морфизма отображает каждый морфизм г: б → c из C к функции U(г): U(б) → U(c), который отображает каждого члена ж: а → б из U(б) к составу gf: а → c, членом U(c). (Пункт 6 в Дальнейшие примеры выражает то же самое U на менее элементарном языке через предварительные пучки.) Контрпримеры В разделе представлены две большие категории, которые не поддаются конкретизации.

Замечания

Важно отметить, что, вопреки интуиции, конкретность не свойство которой категория может или не может удовлетворять, а структура, которой категория может быть или не может быть оснащена. В частности, категория C может допускать несколько верных функторов в Набор. Следовательно, может быть несколько конкретных категорий (C, U) все соответствуют одной категории C.

Однако на практике выбор точного функтора часто очевиден, и в этом случае мы просто говорим о «конкретной категории C". Например," конкретная категория Набор"означает пару (Набор, я) где я обозначает функтор идентичности Набор → Набор.

Требование, чтобы U быть верным означает, что он отображает разные морфизмы между одними и теми же объектами на разные функции. Однако, U может отображать разные объекты в один и тот же набор, и, если это произойдет, он также отобразит разные морфизмы в одну и ту же функцию.

Например, если S и Т две разные топологии на одном наборе Икс, тогда (Икс, S) и (Икс, Т) являются отдельными объектами в категории верхний топологических пространств и непрерывных отображений, но отображаются в одно и то же множество Икс забывчивым функтором верхний → Набор. Более того, тождественный морфизм (Икс, S) → (Икс, S) и тождественный морфизм (Икс, Т) → (Икс, Т) считаются различными морфизмами в верхний, но они имеют одну и ту же базовую функцию, а именно функцию идентичности на Икс.

Точно так же любому набору с четырьмя элементами могут быть даны две неизоморфные групповые структуры: одна, изоморфная ${\displaystyle \mathbb {Z} /2\mathbb {Z} \times \mathbb {Z} /2\mathbb {Z} }$, а другой изоморфен ${\displaystyle \mathbb {Z} /4\mathbb {Z} }$.

Дальнейшие примеры

1. Любая группа г можно рассматривать как «абстрактную» категорию с одним произвольным объектом, ${\displaystyle \ast }$, и по одному морфизму для каждого элемента группы. Это не будет считаться конкретным в соответствии с интуитивным представлением, описанным в верхней части этой статьи. Но каждый верный г-набор (эквивалентно, каждое представление г как группа перестановок ) определяет точный функтор г → Набор. Поскольку каждая группа добросовестно действует сама по себе, г могут быть включены в конкретную категорию по крайней мере одним способом.
2. Аналогично любой посеть п можно рассматривать как абстрактную категорию с уникальной стрелкой Икс → у всякий раз, когда Икс ≤ у. Это можно конкретизировать, определив функтор D : п → Набор который отображает каждый объект Икс к ${\displaystyle D(x)=\{a\in P:a\leq x\}}$ и каждая стрелка Икс → у к карте включения ${\displaystyle D(x)\hookrightarrow D(y)}$.
3. Категория Rel чьи объекты наборы и чьи морфизмы связи можно сделать бетонным, взяв U сопоставить каждый набор Икс к его мощности ${\displaystyle 2^{X}}$ и каждое отношение ${\displaystyle R\subseteq X\times Y}$ к функции ${\displaystyle \rho :2^{X}\rightarrow 2^{Y}}$ определяется ${\displaystyle \rho (A)=\{y\in Y\mid \exists \,x\in A:xRy\}}$. Отмечая, что силовые установки полные решетки при включении функции между ними, возникающие из некоторого отношения р таким образом именно карты, сохраняющие супремум. Следовательно Rel эквивалентна полной подкатегории категории Sup из полные решетки и их суп-сохраняющие карты. Наоборот, исходя из этой эквивалентности, мы можем восстановить U как составной Rel → Sup → Набор забывчивого функтора для Sup с этим вложением Rel в Sup.
4. Категория Набор^op может быть встроен в Rel представляя каждый набор как себя и каждую функцию ж: Икс → Y как отношение от Y к Икс формируется как набор пар (ж(Икс), Икс) для всех Икс ∈ Икс; следовательно Набор^op конкретизируется. Возникающий таким образом забывчивый функтор - это контравариантный функтор степеней Набор^op → Набор.
5. Из предыдущего примера следует, что противоположность любой конкретизируемой категории C снова конкретизируется, так как если U точный функтор C → Набор тогда C^op может быть укомплектован композитом C^op → Набор^op → Набор.
6. Если C - любая малая категория, то существует точный функтор п : Набор^Cop → Набор который отображает предпучок Икс к побочному продукту ${\displaystyle \coprod _{c\in \mathrm {ob} C}X(c)}$. Составив это с Йонеда вложение Y:C → Набор^Cop получается точный функтор C → Набор.
7. По техническим причинам категория Запретить₁ из Банаховы пространства и линейные сокращения часто снабжается не "очевидным" забывчивым функтором, а функтором U₁ : Запретить₁ → Набор который отображает банахово пространство в его (замкнутое) единичный мяч.
8. Категория Кот объекты которых являются небольшими категориями, а морфизмы - функторами, можно конкретизировать, отправив каждую категорию C к множеству, содержащему его объекты и морфизмы. Функторы можно рассматривать просто как функции, действующие на объекты и морфизмы.

Контрпримеры

Категория hTop, где объекты топологические пространства и морфизмы гомотопические классы непрерывных функций, является примером не конкретизируемой категории. Хотя объекты являются наборами (с дополнительной структурой), морфизмы - это не фактические функции между ними, а скорее классы функций. Дело в том, что не существует Любые верный функтор от hTop к Набор был впервые доказан Питер Фрейд. В той же статье Фрейд цитирует более ранний результат, согласно которому категория «малых категорий и естественная эквивалентность -классы функторов »также не могут быть конкретизированы.

Неявная структура конкретных категорий

Учитывая конкретную категорию (C, U) и количественное числительное N, позволять U^N быть функтором C → Набор определяется по U^N(c) = (U (c))^N.Затем подфункция из U^N называется N-арный предикат и естественная трансформация U^N → U ан N-арная операция.

Класс всех N-арные предикаты и N-арные операции конкретной категории (C,U), с участием N простираясь по классу всех кардинальных чисел, образует большой подпись. Категория моделей для этой подписи затем содержит полную подкатегорию, которая эквивалент к C.

Относительная конкретность

В некоторых частях теории категорий, в первую очередь теория топоса, обычно заменяют категорию Набор с другой категорией Икс, часто называемый базовая категория. По этой причине имеет смысл назвать пару (C, U) где C это категория и U верный функтор C → Икс а конкретная категория выше ИксНапример, может быть полезно подумать о моделях теории. с участием N сортирует как образующие конкретную категорию над Набор^N.

В этом контексте конкретная категория выше Набор иногда называют строить.

Примечания

1. Мак-Лейн, Сондерс; Биркофф, Гарретт (1999), Алгебра (3-е изд.), AMS Chelsea, ISBN  978-0-8218-1646-2

использованная литература

• Adámek, Jiří, Herrlich, Horst, & Strecker, George E .; (1990). Абстрактные и конкретные категории (4,2 МБ PDF). Первоначально опубл. Джон Вили и сыновья. ISBN  0-471-60922-6. (теперь бесплатная онлайн-версия).
• Фрейд, Питер; (1970). Гомотопия не конкретна. Первоначально опубликовано в: The Steenrod Algebra and its Applications, Springer Lecture Notes in Mathematics Vol. 168. Публикуется в бесплатном интерактивном журнале: Reprints in Theory and Applications of Categories, № 6 (2004), с разрешения Springer-Verlag.
• Росицки, Иржи; (1981). Конкретные категории и бесконечные языки. Журнал чистой и прикладной алгебры, Том 22, Выпуск 3.