Кіріспе

Категориялар теориясындағы гомологиялық құрылым. Математикада, кейбір функторлар бастапқы функторларға тікелей байланысты басқа функторларды алу үшін туындыланып (шығарылып) алуға болады. Бұл операция, абстрактілі болғанымен, математиканың көптеген құрылымдарын біріктіреді.

Мотивация

Әр түрлі жағдайларда қысқа дәл тізбектің "ұзақ дәл тізбекке" себеп болатыны байқалады. Туынды функторлар ұғымы осы байқауларды түсіндіреді және нақтылайды. Екі Абельдік санаттар А және В арасында F: A → B ковариантты сол жақты дәл функтор берілген деп есептейік. Егер 0 → A → B → C → 0 тізбегі A-дағы қысқа дәл тізбек болса, онда F-ті қолдану 0 → F(A) → F(B) → F(C) дәл тізбегін береді және бұл тізбекті оңға қарай қалай жалғастыруға болады деген сұрақ туындайды. Қатаң айтқанда, бұл сұрақ дұрыс қойылмаған, себебі берілген дәл тізбекті оңға қарай жалғастырудың көптеген әртүрлі жолдары бар. Бірақ (егер A жеткілікті "жақсы" болса) оны істеудің бір канондық жолы бар, ол F функторының оң жақтан туынды функторларымен берілген. Кез келген i≥1 үшін RiF: A → B функторы бар, және жоғарыдағы тізбек былай жалғасады: 0 → F(A) → F(B) → F(C) → R1F(A) → R1F(B) → R1F(C) → R2F(A) → R2F(B) → ... Осыдан F функторы дәл болса және тек қана R1F = 0 болғанда ғана екенін көреміз; сондықтан F функторының оң жақтан туынды функторлары F-нің дәл болуынан "қаншалықты алшақтау" екенін өлшейді. Егер жоғарыдағы қысқа дәл тізбектегі A нысаны инъективті болса, онда тізбек бөлінеді. Бөлінетін тізбекке кез келген аддитивті функторды қолдану бөлінетін тізбекке әкеледі, сондықтан R1F(A) = 0. Оң жақтан туынды функторлар (i>0 үшін) инъективті нысандарда нөлге тең: бұл төменде берілген құрылымның себебі.

Экстфункторлар

Егер сақина болса, онда барлық сол жақ модульдердің категориясы жеткілікті инъективтері бар абельдік категория болып табылады. Егер белгіленген сол жақ модуль болса, онда функтор сол жақтың дәлдігін сақтайды, ал оның оң жақ туындылары – Ext функторлары. Балама ретінде, оң жақтың дәлдігін сақтайтын функтордың сол жақ туындысы ретінде де алуға болады. Когомологияның әртүрлі ұғымдары Ext функторларының ерекше жағдайлары болып табылады, сондықтан олар да туынды функторлар болып табылады. Топтық когомология – инварианттар функторының оң жақ туындысы, ол (тривиалды модуль болғанда) -қа тең, сондықтан коммутативті сақинадағы Ли алгебрасының когомологиясы – инварианттар функторының оң жақ туындысы, ол (қайтадан тривиалды модуль және универсалды орау алгебрасы болғанда) -қа тең. Сондықтан, алгебраның Хокшильд когомологиясы – бимодульді оның центріне бейнелейтін инварианттардың оң жақ туындысы, оны инварианттар жиыны деп те атайды, ол (бұрынғы сол және оң көбейту арқылы бимодуль ретінде қарастырылады) -қа тең. Сондықтан:

Тор функторлары

Сол модульдер санатында да жеткілікті проективтер бар. Егер белгілі бір оң модуль болса, онда -мен тензорлық көбейтінді оңға дәл ковариантты функтор береді; Модульдер санаты жеткілікті проективтерге ие, сондықтан солдан туынды функторлар әрқашан болады. Тензорлық функтордың солдан туынды функторлары – Tor функторлары. -ны солдан туынды функторлар ретінде симметриялық түрде анықтауға болады. Шындығында, екі анықтаманы біріктіріп, -ны солдан туынды ретінде анықтауға болады. Бұл гомологияның бірнеше түсініктерін ерекше жағдайлар ретінде қамтиды. Бұл көбінесе Ext функторлары мен кохомология жағдайына ұқсас. Топтық гомология – монеталық инварианттарды алудың солдан туынды функторы, ол өзгеше жағдайдағы Lie алгебрасы гомологиясымен, ал одан кейін Hochschild гомологиясымен бірдей, ол да монеталық инварианттарды алудың солдан туынды функторы болып табылады. Жеке солдан туынды функторларды алудың орнына, тензорлық функтордың толық туынды функторын да алуға болады. Бұл туынды тензорлық көбейтіндіге алып келеді, мұнда – туынды категория.

Жалпылау

Алынған функторларға қатысты заманауи (және жалпылама) тәсіл алынған категориялар тілін қолданады. 1968 жылы Куиллен модельдік категориялар теориясын жасады, ол фибрациялардың, кофибрациялардың және әлсіз эквиваленттердің абстрактілі категориялық теориялық жүйесін ұсынады. Әдетте, әлсіз эквиваленттерге қатысты локализациялау арқылы алынған гомотопиялық категорияға қызығушылық танытылады. Куиллен қосымшасы – модельдік категориялар арасындағы қосымша, ол гомотопиялық категориялар арасындағы қосымшаға дейін төмендейді. Мысалы, топологиялық кеңістіктер санаты және симплициалды жиындар санаты екеуі де Куиллен модельдік құрылымдарын қабылдайды, олардың нерв және іске асыру қосымшасы Куиллен қосымшасын береді, бұл гомотопиялық категориялардың эквиваленттілігі болып табылады. Модельдік құрылымдағы нақты объектілердің «жақсы қасиеттері» (белгілі бір морфизмдерге қатысты көтерілімдердің болуына байланысты), «фибративті» және «кофибративті» объектілерге ие, және әрбір объект әлсіз тең болатын фибративті кофибративті «шешімге» ие. Бастапқыда топологиялық кеңістіктер санатын өңдеу үшін жасалған Куиллен модельдік құрылымдары математиканың көптеген салаларында кездеседі; әсіресе, кез келген абелдік санаттағы тізбектік кешендер санаты (модульдер, топологиялық кеңістіктегі немесе схемадағы модульдер шоғыры және т.б.) модельдік құрылымды қабылдайды, оның әлсіз эквиваленттері – гомологияны сақтайтын тізбектік кешендер арасындағы морфизмдер. Көбінесе бізде екі мұндай модельдік категориялар арасындағы функтор болады (мысалы, абелдік топтардың кешенін абелдік топтардың айқын кешеніне жіберуші жаһандық қималар функторы), ол «жақсы» (фибративті немесе кофибративті) объектілердің ішкі санатында * әлсіз эквиваленттерді сақтайды. * Біріншіден, объектінің фибративті немесе кофибративті шешімін алып, содан кейін осы функторды қолдану арқылы біз оны бүкіл категорияға сәтті кеңейтеміз, сондықтан әлсіз эквиваленттер әрқашан сақталады (және де ол гомотопиялық категориядан функторға төмендейді). Бұл – «шығарылған функтор». Мысалы, саптық когомологияның «шығарылған функторлары» – осы шығарылған функтордың нәтижесінің гомологиясы. Оларды гомологияда шоғырланған кешен ретінде қарастырылатын абелдік топтар шоғырына қолданғанда, олар жаһандық қималар функторының мұндай әлсіз эквиваленттерді сақтап қалмауын өлшейді, оның «дәлдігінің» жетіспеушілігін. Модельдік құрылымдардың жалпы теориясы осы құрылымның бірегейлігін көрсетеді (ол фибративті немесе кофибративті шешімді таңдаудан тәуелді емес және т.б.).