Кіріспе
Математикалық категориялар, әлсіз эквиваленттер, фибрациялар және кофибрациялармен бірге. Математикада, әсіресе гомотопия теориясында, модельдік категория – бұл оларды байланыстыратын белгілі бір аксиомаларды қанағаттандыратын "әлсіз эквиваленттер", "фибрациялар" және "кофибрациялар" деп аталатын морфизмдердің ("жебелердің") ерекше кластары бар категория. Бұл топологиялық кеңістіктер немесе тізбекті кешендер санатынан (туынды категориялар теориясы) абстракцияланады. Бұл ұғымды енгізген – [автор аты]. Соңғы онжылдықтарда модельдік категориялар тілі алгебралық K-теориясының және алгебралық геометрияның кейбір бөлімдерінде қолданылды, онда гомотопиялық теориялық тәсілдер терең нәтижелерге алып келді.
In mathematics, particularly in homotopy theory, a model category is a category with distinguished classes of morphisms ('arrows') called 'weak equivalences', 'fibrations' and 'cofibrations' satisfying certain axioms relating them. These abstract from the category of topological spaces or of chain complexes (derived category theory). The concept was introduced by
In recent decades, the language of model categories has been used in some parts of algebraic K theory and algebraic geometry, where homotopy theoretic approaches led to deep results.
Мотивация
Модельдік категориялар гомотопия теориясы үшін табиғи ортаны қамтамасыз ете алады: топологиялық кеңістіктердің категориясы модельдік категория болып табылады, онда гомотопия дәстүрлі теорияға сәйкес келеді. Сол сияқты, кеңістіктер ретінде қарастырылатын объектілер көбінесе модельдік категория құрылымын қабылдайды, мысалы, симплициалды жиынтар категориясы. Тағы бір модельдік категория – коммутативті сақина R үшін R модульдерінің тізбекті кешендерінің категориясы. Бұл контексте гомотопия теориясы гомологиялық алгебра болып табылады. Гомологияны гомотопияның бір түрі ретінде қарастыруға болады, бұл гомологияны топтар және R алгебралары сияқты басқа объектілерге жалпылауға мүмкіндік береді, бұл теорияның алғашқы маңызды қолданыстарының бірі. Гомологияға қатысты жоғарыдағы мысалдың арқасында, жабық модельдік категорияларды зерттеу кейде гомотоптық алгебра деп аталады.
Анықтаманың алғашқы салдары
Аксиомалар карталардың үш класының кез келген екеуі үшіншісін анықтайтынын көрсетеді (мысалы, кофибрациялар мен әлсіз эквиваленттер фибрацияларды анықтайды). Сондай-ақ, бұл анықтама өзіне-өзі екілік: егер C модельдік категория болса, онда оның қарама-қарсы категориясы да модельдік құрылымға ие болады, онда әлсіз эквиваленттер олардың қарама-қарсыларымен сәйкес келеді, фибрациялардың қарама-қарсылары кофибрацияларға, ал кофибрациялардың қарама-қарсылары фибрацияларға сәйкес келеді.
Топологиялық кеңістіктер
Топологиялық кеңістіктер категориясы, Top, әдеттегі (Серре) фибрацияларымен және әлсіз гомотопиялық эквиваленттермен әлсіз эквиваленттер ретінде стандартты модельдік категория құрылымын қабылдайды. Кофибрациялар мұндағы әдеттегі түсінік емес, ациклді Серре фибрацияларына қатысты сол жақтан көтеру қасиетіне ие карталардың тар классы. Балама ретінде, олар Ховидің «Модельдік категориялар» еңбегінде түсіндірілгендей, салыстырмалы жасуша кешендерінің кері тартылулары болып табылады. Бұл құрылым бірегей емес; әдетте, берілген категорияда бірнеше модельдік категория құрылымы болуы мүмкін. Топологиялық кеңістіктер категориясы үшін тағы бір құрылым Хюревич фибрациялары мен стандартты кофибрациялармен беріледі, ал әлсіз эквиваленттер (күшті) гомотопиялық эквиваленттер болып табылады.
Қосымша мысалдар
Модель құрылымын қабылдайтын категориялардың басқа мысалдарының ішінде барлық кішкентай категориялардың санаты, кез келген кішкентай Гротендик сайтындағы симплициалды жиынтықтардың немесе симплициалды прешефтердің санаты, топологиялық спектрлер санаты және кішкентай Гротендик сайтындағы симплициалды спектрлердің немесе симплициалды спектрлердің прешефтерінің санаттары бар. Категориядағы симплициалды объектілер модельдік категориялардың көбінесе көзі болып табылады; мысалы, симплициалды коммутативті сақиналар немесе симплициалды R модульдер табиғи модельдік құрылымдарға ие. Бұл симплициалды жиынтықтар мен симплициалды коммутативті сақиналар арасында (ұмыту және еркін функторлар арқылы берілетін) қосымша бар болғандықтан, және жақсы жағдайларда қосымша астында модельдік құрылымдарды көтеруге болады. Симплициалды модельдік категория – симплициалды құрылыммен үйлесімді модельдік құрылымы бар симплициалды категория. Кез келген C категориясы және M модельдік категориясы берілген жағдайда, белгілі бір қосымша гипотезалар бойынша Fun(C, M) функторлардың санаты (M-дегі C диаграммалары деп те аталады) сонымен қатар модельдік категория болып табылады. Шындығында, әрқашан екі түрлі модельдік құрылымға үміткерлер бар: біреуі, проективті модельдік құрылым деп аталатын, фибрациялар мен әлсіз эквиваленттер – бұл функторлардың бейнелеулері, олар C-тің әрбір объектісінде бағаланғанда фибрациялар мен әлсіз эквиваленттер болып табылады. Двойлі, инъективті модельдік құрылым кофибрациялар мен әлсіз эквиваленттермен ұқсас. Екі жағдайда да морфизмдердің үшінші класы көтеру шартымен беріледі (төменде қараңыз). Кейбір жағдайларда, егер C категориясы Риди категориясы болса, проективті және инъективті арасында үшінші модельдік құрылым болады. Белгілі бір бейнелеулерді жаңа модельдік категория құрылымында әлсіз эквиваленттерге айналдыру процесі Боусфилд локализациясы деп аталады. Мысалы, симплициалды шейлер категориясы симплициалды прешейлер модельдік категориясының Боусфилд локализациясы ретінде алынуы мүмкін. Денис Чарльз Сисински прешейф категориялары бойынша модельдік құрылымдардың жалпы теориясын жасады (симплициалды жиынтықты жалпылайды, олар симплекс категориясындағы прешейфтер болып табылады). Егер C модельдік категория болса, онда C-дегі Pro(C) про-объектілердің категориясы да модельдік категория болып табылады. Алайда, Pro(C) бойынша модельдік құрылымды C-ге аксиомалардың әлсіз жиынтығын қосу арқылы да құруға болады.
Кейбір құрылыстар
Әрбір жабық модель категориясында толықтығына байланысты соңғы объект және кокомплестігіне байланысты бастапқы объект болады, себебі бұл объектілер сәйкесінше бос диаграмманың лиміті мен колиміті болып табылады. Егер модель категориясындағы X объектісі берілген болса, егер бастапқы объектіден X-ке дейінгі жалғыз бейнелеу кофибрация болса, онда X кофибрант деп аталады. Сол сияқты, егер X-тен соңғы объектіге дейінгі жалғыз бейнелеу фибрация болса, онда X фибрант деп аталады. Егер Z және X модель категориясының объектілері болса, Z кофибрант болып табылады және Z-ден X-ке әлсіз эквиваленттілік болса, онда Z, X үшін кофибрант алмастырушы деп аталады. Үшінші жағдайда, егер Z фибрант болып табылады және X-тен Z-ге әлсіз эквиваленттілік болса, онда Z, X үшін фибрант алмастырушы деп аталады. Жалпы, барлық объектілер фибрант немесе кофибрант емес, бірақ кейде осылай болады. Мысалы, симплициалды жиынтардың стандартты модель категориясында барлық объектілер кофибрант, ал топологиялық кеңістіктер үшін стандартты модель категориясының жоғарыда берілген құрылымында барлық объектілер фибрант. Сол жақ гомотопия цилиндрлік объектілерге қатысты, ал оң жақ гомотопия жол кеңістігі объектілеріне қатысты анықталады. Бұл ұғымдар домен кофибрант және кодомен фибрант болған кезде сәйкес келеді. Осы жағдайда гомотопия модель категориясындағы гоможинақтарда гомотопиялық кластарды тудыратын эквиваленттілік қатынасын анықтайды.
Көтергіш қасиеттері бойынша фибрацияларды және кофибрацияларды сипаттау
Кофибрацияларды ациклді фибрацияларға қатысты сол жаққа көтеру қасиетіне ие карталар ретінде сипаттауға болады, ал ациклді кофибрацияларды фибрацияларға қатысты сол жаққа көтеру қасиетіне ие карталар ретінде сипаттауға болады. Сол сияқты, фибрацияларды ациклді кофибрацияларға қатысты оң жаққа көтеру қасиетіне ие карталар ретінде сипаттауға болады, ал ациклді фибрацияларды кофибрацияларға қатысты оң жаққа көтеру қасиетіне ие карталар ретінде сипаттауға болады.
Гомотопия және гомотопия санаты
Модельдік санат C-нің гомотопиялық санаты – C-нің әлсіз эквиваленттер класына қатысты локализациясы. Гомотопиялық санатының бұл анықтамасы фибрациялар мен кофибрациялардың таңдалуына тәуелді емес. Дегенмен, фибрациялар мен кофибрациялар кластары гомотопиялық санатты басқаша сипаттау үшін және әсіресе категориялардың жалпы локализациясында туындайтын теориялық мәселелерді болдырмау үшін пайдалы. Нақтырақ айтқанда, "модельдік санаттардың негізгі теоремасы" C-нің гомотопиялық санаты фибративті және кофибративті болатын C-нің объектілерінен тұратын, ал морфизмдері жоғарыда анықталғандай карталардың сол гомотопиялық кластары (немесе эквивалентті түрде, карталардың оң гомотопиялық кластары) болатын санатқа тең екенін көрсетеді. (Мысалы, Hovey, Thm 1.2.10, Модельдік санаттар) Мұны жоғарыда берілген модельдік құрылыммен жабдықталған топологиялық кеңістіктер санатына қолданғанда, алынған гомотопиялық санат CW кешендері мен үздіксіз карталардың гомотопиялық кластарынан тұратын санатқа тең болады, содан аталған атау да осыдан шыққан.
Applying this to the category of topological spaces with the model structure given above, the resulting homotopy category is equivalent to the category of CW complexes and homotopy classes of continuous maps, whence the name.