Кіріспе

Математиканың саласы, хип-хоп тобы. Математикада K теориясы – топологиялық кеңістік немесе схема бойынша векторлық топтамалар арқылы жасалған сақинаны зерттеу. Алгебралық топологияда бұл топологиялық K теориясы деп аталатын когомология теориясы. Алгебра мен алгебралық геометрияда ол алгебралық K теориясы деп аталады. Бұл сондай-ақ операторлық алгебралар саласындағы маңызды құрал болып табылады. Оны ірі матрицалардың белгілі бір инварианттарын зерттеу ретінде қарастыруға болады. K теориясы топологиялық кеңістіктерге немесе схемаларға байланысты сақиналарға бейнелейтін K функторларының отбасын құруды қамтиды; бұл сақиналар бастапқы кеңістіктердің немесе схемалардың құрылымының кейбір аспектілерін көрсетеді. Алгебралық топологиядағы топтарға функторлар сияқты, осы функторлық бейнелеудің себебі – бейнеленген сақиналардан кейбір топологиялық қасиеттерді бастапқы кеңістіктерге немесе схемаларға қарағанда есептеу оңайрақ. K теориясы тәсілінен алынған нәтижелердің мысалдары: Гротендик–Риман–Рох теоремасы, Ботт периоды, Атия–Сингер индекстік теоремасы және Адамс операциялары. Жоғары энергиялық физикада K теориясы және әсіресе бұрылған K теориясы II типті жол теориясында пайда болды, онда олар D-браналарды, Рамонд–Рамонд өрісінің күшін және сондай-ақ жалпыланған кешенді көпқырлылықтардағы белгілі бір спинорларды жіктеуге арналған деп болжанады. Конденсатталған материя физикасында K теориясы топологиялық изоляторларды, суперөткізгіштерді және тұрақты Ферми беттерін жіктеу үшін қолданылды. Толығырақ ақпарат алу үшін K теориясын қараңыз.

Тоғыз үйлесімді Хаусдорф кеңістіктеріндегі Гротендик тобы

Компактты Хаусдорф кеңістігін қарастыра отырып, оның үстіндегі шекті өлшемді векторлық шоғырлардың изоморфизм кластары жиынына назар аударайық, ол арқылы белгіленеді, ал векторлық шоғырдың изоморфизм класы арқылы белгіленсін. Векторлық шоғырлардың изоморфизм кластары тікелей қосындыларға қатысты жақсы қасиеттерге ие болғандықтан, осы амалдарды изоморфизм кластары бойынша жазуға болады. Бұл абельдік моноид екендігі анық, онда бірлік тривиальдық векторлық шоғырмен берілген. Осы абельдік моноидқа Grothendieck толықтыруын қолданып, абельдік топ алуға болады. Бұл кеңістіктің K-теориясы деп аталады және арқылы белгіленеді. Серре-Сван теоремасы мен алгебраның көмегімен, үздіріссіз кешенді мәнді функциялар сақинасы бойынша проективті модульдер ретінде векторлық шоғырлардың баламалы сипаттамасын алуға болады. Содан кейін оларды кейбір матрицалар сақинасындағы идемпотентті матрицалармен сәйкестендіруге болады. Біз идемпотентті матрицалардың эквиваленттілік кластарын анықтап, абельдік моноид құра аламыз. Оның Grothendieck толықтыруы да солай аталады. Топологиялық кеңістіктер үшін Grothendieck тобын есептеудің негізгі әдістерінің бірі – Atiyah-Hirzebruch спектрлік тізбегі, ол оны өте қолжетімді етеді. Спектрлік тізбектерді түсіну үшін қажетті жалғыз есептеулер – сфералар үшін топты есептеу, 51-110 беттерде.

Алгебралық геометриядағы векторлық бундектердің Гротендик тобы

Алгебралық геометрияда векторлық бундельдерді қарастыру арқылы ұқсас құрылым бар. Нотер схемасы үшін, оның алгебралық векторлық бундельдерінің барлық изоморфизм кластарының жиыны бар. Бұрынғыдай, векторлық бундельдердің изоморфизм кластарының тікелей қосындысы дұрыс анықталған, нәтижесінде абельдік моноид пайда болады. Содан кейін, Гротендик тобы осы абельдік моноидқа Гротендик құрылымын қолдану арқылы анықталады.

Ерте тарих

Бұл тақырыпты Александр Гротендик (1957) бастады деп айтуға болады, ол оны өзінің Гротендик–Риман–Рох теоремасын формулирлеу үшін пайдаланды. Ол өзінің атын неміс тіліндегі Klasse сөзінен алды, яғни "сынып" деген мағынаны білдіреді. Гротендикке алгебралық X сортындағы когерентті қаптамалармен жұмыс істеу қажет болды. Ол қаптамалармен тікелей жұмыс істеместен, қаптамалардың изоморфизм кластарын топтың генераторлары ретінде пайдаланды, екі қаптаманың кез келген кеңейтуін олардың қосындысымен байланыстыратын қатынасқа сәйкес топты анықтады. Нәтижедегі топ, егер тек жергілікті бос қаптамалар қолданылса K(X) деп, ал барлық когерентті қаптамалар қолданылса G(X) деп аталады. Бұл екі құрылымның кез келгені Гротендик тобы деп аталады; K(X) кохомологиялық қасиеттерге, ал G(X) гомологиялық қасиеттерге ие. Егер X тегіс сорт болса, екі топ та бірдей болады. Егер ол тегіс аффинді сорт болса, онда жергілікті бос қаптамалардың барлық кеңейтулері бөлінеді, сондықтан топтың баламалы анықтамасы бар. Топологияда, осы құрылымды векторлық бундельдерге қолдану арқылы Майкл Атиях және Фридрих Хирцебрук 1959 жылы топологиялық кеңістік X үшін K(X) деп анықтады және Ботттың периодтық теоремасын пайдаланып, оны ерекше кохомология теориясының негізіне айналдырды. Ол Атия–Сингер индексі теоремасының екінші дәлелінде (шамамен 1962 жылы) маңызды рөл атқарды. Бұдан әрі, бұл тәсіл C* алгебралары үшін коммутативті емес K теориясына әкелді. Әлдеқашан 1955 жылы Жан-Пьер Серр векторлық бундельдер мен проективті модульдердің аналогиясын Серрдің болжамын формулирлеу үшін пайдаланды, онда полиномдық сақинадағы әрбір шекті түрде жасалған проективті модуль бос екені айтылады; бұл тұжырым дұрыс, бірақ 20 жылдан кейін ғана шешілді. (Сван теоремасы – осы аналогияның тағы бір жағы.)

Даму

Алгебралық K-теориясының тағы бір тарихи бастауы – кейін Уайтхед бұрылысы деп аталған Ж.Х.С. Уайтхед және басқалардың жұмысы болды. Содан кейін жоғары K-теориясы функторларының әртүрлі толық емес анықтамаларының пайда болу кезеңі келді. Ақырында, 1969 және 1972 жылдары Дэниел Куиллен гомотопия теориясын қолданып, екі пайдалы және эквивалентті анықтама берді. Фридхельм Вальдхаузен псевдоизотопияларды зерттеуге байланысты кеңістіктердің алгебралық K-теориясын зерттеу үшін де бір нұсқасын ұсынды. Жоғары K-теориясы бойынша қазіргі зерттеулердің көп бөлігі алгебралық геометриямен және мотивтік когомологияны зерттеумен байланысты. Қосалқы квадраттық форманы қолданатын сәйкес құрылымдар жалпы L-теориясы деп аталды. Ол хирургия теориясының маңызды құралы болып табылады. Ішек теориясында, Рамонд-Рамонд өріс күштерінің және тұрақты D-браналардың зарядының K-теориялық жіктелуі алғаш рет 1997 жылы ұсынылды.

Егістік K0

Гротендик тобының ең қарапайым мысалы – өріс үшін нүктенің Гротендик тобы. Бұл кеңістіктегі векторлық бундель – тек шекті өлшемді векторлық кеңістік болғандықтан, когерентті бумалар санатындағы бос объекті болып табылады, демек, проективті. Изоморфизм кластарының моноиді векторлық кеңістіктің өлшеміне сәйкес келеді. Гротендик тобының осы жағдайда тең болатынын көрсету оңай жаттығу.

Артиний алгебрасының K0 өрісі

Ноэтер схемасының Гротендик тобының маңызды қасиеті – ол азайту кезінде өзгермейді, сондықтан кез келген Артиния алгебрасының Гротендик тобы, оның спектрінің әрбір байланысқан компоненті үшін бір данасынан тұратын тікелей қосынды болып табылады. Мысалы:

К0 проективті түйіннің

Гротендиктің тобы үшін тағы бір маңызды формула – проективті шоғыр формуласы: егер Нётер схемасындағы рангі r векторлық шоғыр берілген болса, онда проективті шоғырдың Гротендиктің тобы – рангі r еркін модуль, оның базасы . Бұл формула Гротендиктің тобын есептеуге мүмкіндік береді. Бұл, сондай-ақ, немесе Хирцебрух беттерін есептеуге де мүмкіндік береді. Қосымша, бұл Гротендиктің тобын есептеу үшін пайдаланылуы мүмкін, оны өріс үстіндегі проективті шоғыр ретінде қарастыру арқылы.

Бірлік кеңістіктер мен оқшауланған үлестік бірліктері бар кеңістіктердің K0

Жақында пайда болған Grothendieck тобын есептеудің бір әдісі, мен арасындағы айырмашылықты бағалаудан туындайды, себебі кез келген векторлық шоғырды эквивалентті түрде когерентті шоғыр ретінде сипаттауға болады. Бұл, турастырылған коммутативті емес алгебралық геометриядан, сингулярлық категорияның Гротендик тобын қолдану арқылы жасалады. Ол жоғары K-теориядан туындайтын жоғары мүшелерден басталатын ұзақ дәл тізбек береді. Ескеріңіз, сингулярлық кеңістіктегі векторлық шоғырлар, тегіс локустағы векторлық шоғырлармен беріледі. Бұл, ауырланған проективті кеңістіктердегі Гротендик тобын есептеуге мүмкіндік береді, себебі олар көбінесе оқшауланған бөлімді сингулярлықтарға ие. Атап айтқанда, егер осы сингулярлықтардың изотропиялық топтары болса, онда бейнелеу инъективті болады және кокернел алгебралық K-теориясының 72-бетінде жойылған болады. Шекті типтегі өріс үстіндегі тұрақты схема үшін, кодименсиясы нүктелер жиыны, яғни кодименсиясы бар субсхемалар жиыны және субсхеманың алгебралық функциялық өрісі үшін конвергентті спектрлік тізбек бар. Бұл спектрлік тізбекке тән қасиет –