Кіріспе

Категориялар теориясында коммутативтік диаграммалар туралы лемма. Математикада, әсіресе гомологиялық алгебрада және абельдік категориялар теориясының басқа да қолданбаларында, бес лемма – коммутативтік диаграммаларға қатысты маңызды және кеңінен қолданылатын лемма. Бес лемма абельдік категориялар үшін ғана емес, мысалы, топтар категориясында да қолданылады. Бес лемманы екі басқа теореманың – бірін-біріне дуал болатын төрт лемманың – комбинациясы ретінде қарастыруға болады.

Дәлел

Біз қолданатын дәлелдеу әдісі диаграмманы қуып шығу деп аталады. Біз бес лемманы әрқайсысының жеке-жеке дәлелдеуі арқылы дәлелдейміз. Диаграмманы қуып жету үшін біз кейбір сақиналардағы модульдер санатындамыз деп ойлаймыз, сондықтан диаграммадағы объектілердің элементтері туралы айта аламыз және диаграмманың морфизмдерін сол элементтерге әсер ететін функциялар (әрине, гомоморфизмдер) ретінде қарастырамыз. Олай болса, морфизм инъективті болса, онда және тек қана мономорфизм болып табылады, ал егер ол сюрективті болса, онда эпиморфизм болып табылады. Дәл осылай, дәлдікпен айналысу үшін біз ядролар мен суреттерді функция теориясы тұрғысынан қарастыра аламыз. Дәлел кез келген (кіші) абельдік категорияға әлі де қолданылады, өйткені Митчеллдің кіріктіру теоремасы кез келген кіші абельдік категорияны кейбір сақиналардағы модульдер категориясы ретінде көрсетуге болады. Топтар санаты үшін төмендегі барлық қосымша жазуды көбейтуші жазуға айналдырыңыз және Абель тобының коммутативтілігі ешқашан қолданылмайтынын ескеріңіз. Сонымен, (1) дәлелдеу үшін m және p сюрективті, ал q инъективті деп қабылдайық. C′ элементі c′ болсын. p сюрективті болғандықтан, D-де p(d) = t(c′) болатын d элементі бар. Диаграмманың коммутативтілігі бойынша u(p(d)) = q(j(d)). Im t = ker u дәлдік бойынша болғандықтан, 0 = u(t(c′)) = u(p(d)) = q(j(d)). q инъективті болғандықтан, j(d) = 0, сондықтан d ker j = im h-де жатыр. Демек, C-де h(c) = d болатын c элементі бар. Содан кейін t(n(c)) = p(h(c)) = t(c′). t гомоморфизм болғандықтан, t(c′ − n(c)) = 0 болады. Дәлдік бойынша, c′ − n(c) s бейнесінде жатыр, сондықтан B′-де s(b′) = c′ − n(c) болатын b′ элементі бар. m сюрективті болғандықтан, B-де b′ = m(b) болатын b-ні таба аламыз. Коммутативтілік бойынша n(g(b)) = s(m(b)) = c′ − n(c). n гомоморфизм болғандықтан, n(g(b) + c) = n(g(b)) + n(c) = c′ − n(c) + n(c) = c′. Сондықтан n сюрективті. (2) дәлелдеу үшін m және p инъективті, ал l сюрективті деп қабылдайық. C-де n(c) = 0 болатын c болсын. Онда t(n(c)) = 0. Коммутативтілік бойынша, p(h(c)) = 0. p инъективті болғандықтан, h(c) = 0. Дәлдік бойынша, g(b) = c болатын B-нің b элементі бар. Коммутативтілік бойынша s(m(b)) = n(g(b)) = n(c) = 0. Дәлдік бойынша, r(a′) = m(b) болатын A′ элементі a′ бар. l сюрективті болғандықтан, l(a) = a′ болатын A-да a бар. Коммутативтілік бойынша 1 = m(f(a)) = r(l(a)) = m(b). m инъективті болғандықтан, f(a) = b. Сонымен c = g(f(a)). g және f құрамасы тривиальді болғандықтан, c = 0. Сондықтан n инъективті. Екі төрт лемманы біріктіру қазір бес лемманың толықтығын дәлелдейді.

Қолданбалар

Бес лемма көбінесе ұзын дәл тізбектерге қолданылады: берілген объектінің гомологиясын немесе кохомологиясын есептеу кезінде, әдетте, гомологиясы/кохомологиясы белгілі бір қарапайым субобъект пайдаланылады, нәтижесінде бастапқы объектінің белгісіз гомологиялық топтарын қамтитын ұзын дәл тізбек құрылады. Мұның өзі ғана белгісіз гомологиялық топтарды анықтау үшін көбінесе жеткіліксіз, бірақ егер бастапқы объект пен субобъект морфизмдер арқылы жақсы зерттелген объектілермен салыстырылса, онда тиісті ұзын дәл тізбектер арасында морфизм туындайды, содан кейін бес лемма белгісіз гомологиялық топтарды анықтау үшін қолданылуы мүмкін.