Articulo de referencia

modelo acíclico

En topología algebraica , una disciplina dentro de las matemáticas , el teorema de los modelos acíclicos se puede utilizar para demostrar que dos teorías de homología son isomor...

En topología algebraica , una disciplina dentro de las matemáticas , el teorema de los modelos acíclicos se puede utilizar para demostrar que dos teorías de homología son isomorfas . El teorema fue desarrollado por los topólogos Samuel Eilenberg y Saunders MacLane . [ 1 ] Descubrieron que, cuando los topólogos escribían demostraciones para establecer la equivalencia de diversas teorías de homología, existían numerosas similitudes en los procesos. Eilenberg y MacLane descubrieron entonces el teorema para generalizar este proceso.

Se puede utilizar para demostrar el teorema de Eilenberg-Zilber ; esto lleva a la idea de la categoría modelo .

Enunciado del teorema

DejarK{\displaystyle {\mathcal {K}}}ser una categoría arbitraria ydo(R){\displaystyle {\mathcal {C}}(R)}ser la categoría de complejos de cadena deR{\displaystyle R}- módulos sobre algún anilloR{\displaystyle R}. DejarF,V:Kdo(R){\displaystyle F,V:{\mathcal {K}}\to {\mathcal {C}}(R)}sean functores covariantes tales que:

  • Fi=Vi=0{\displaystyle F_{i}=V_{i}=0}parai<0{\displaystyle i<0}.
  • HayMETROkK{\displaystyle {\mathcal {M}}_{k}\subseteq {\mathcal {K}}}parak0{\displaystyle k\geq 0}de tal manera queFk{\displaystyle F_{k}}tiene base enMETROk{\displaystyle {\mathcal {M}}_{k}}, entoncesF{\displaystyle F}es un functor libre .
  • V{\displaystyle V}esk{\displaystyle k}- y(k+1){\displaystyle (k+1)}-acíclico en estos modelos, lo que significa queHk(V(METRO))=0{\displaystyle H_{k}(V(M))=0}a pesar dek>0{\displaystyle k>0}y todoMETROMETROkMETROk+1{\displaystyle M\in {\mathcal {M}}_{k}\cup {\mathcal {M}}_{k+1}}.

Entonces se cumplen las siguientes afirmaciones: [ 2 ] [ 3 ]

  • Cada transformación naturalφ:H0(F)H0(V){\displaystyle \varphi:H_{0}(F)\to H_{0}(V)}induce un mapa de cadena naturalF:FV{\displaystyle f:F\to V}.
  • Siφ,ψ:H0(F)H0(V){\displaystyle \varphi ,\psi:H_{0}(F)\to H_{0}(V)}son transformaciones naturales,F,gramo:FV{\displaystyle f,g:F\to V}son mapas de cadena natural como antes yφMETRO=ψMETRO{\displaystyle \varphi ^{M}=\psi ^{M}}para todos los modelosMETROMETRO0{\displaystyle M\in {\mathcal {M}}_{0}}, entonces existe una homotopía de cadena natural entreF{\displaystyle f}ygramo{\displaystyle g}.
  • En particular, el mapa de la cadenaF{\displaystyle f}es único salvo homotopía de cadena natural .

Generalizaciones

Complejos proyectivos y acíclicos

Lo anterior es una de las versiones más antiguas del teorema. Otra versión es la que dice que siK{\displaystyle K}es un complejo de proyectivos en una categoría abeliana yL{\displaystyle L}es un complejo acíclico en esa categoría, entonces cualquier mapaK0L0{\ Displaystyle K_ {0} \ a L_ {0}}se extiende a un mapa de cadenaKL{\displaystyle K\to L}, único salvo homotopía.

Esto se reduce casi por completo al teorema anterior si se utiliza la categoría de funtores.do(R)K{\displaystyle {\mathcal {C}}(R)^{\mathcal {K}}}como la categoría abeliana. Los functores libres son objetos proyectivos en esa categoría. Los morfismos en la categoría de functores son transformaciones naturales, por lo que los mapas de cadena construidos y las homotopías son todos naturales. La diferencia es que en la versión anterior,V{\displaystyle V}La suposición de ser acíclico es más fuerte que la de ser acíclico solo en ciertos objetos.

Por otro lado, la versión anterior casi implica esta versión al dejarK{\displaystyle {\mathcal {K}}}una categoría con un solo objeto. Entonces el functor libreF{\displaystyle F}Es básicamente un módulo gratuito (y por lo tanto proyectivo).V{\displaystyle V}Ser acíclico en los modelos (solo hay uno) no significa otra cosa que el complejoV{\displaystyle V}es acíclico.

Clases acíclicas

Existe un gran teorema que unifica ambos puntos anteriores. [ 4 ] [ 5 ] SeaA{\displaystyle {\mathcal {A}}}ser una categoría abeliana (por ejemplo,do(R){\displaystyle {\mathcal {C}}(R)}odo(R)K{\displaystyle {\mathcal {C}}(R)^{\mathcal {K}}}). Una claseΓ{\displaystyle \Gamma }de complejos de cadena sobreA{\displaystyle {\mathcal {A}}}Se considerará una clase acíclica siempre que:

  • El complejo 0 está enΓ{\displaystyle \Gamma }.
  • El complejodo{\displaystyle C}pertenece aΓ{\displaystyle \Gamma }si y solo si la suspensión dedo{\displaystyle C}hace.
  • Si los complejosK{\displaystyle K}yL{\displaystyle L}son homotópicos yKΓ{\displaystyle K\in \Gamma }, entoncesLΓ{\displaystyle L\in \Gamma }.
  • Cada complejo enΓ{\displaystyle \Gamma }es acíclico.
  • SiD{\displaystyle D}es un complejo doble, cuyas filas están todas enΓ{\displaystyle \Gamma }, entonces el complejo total deD{\displaystyle D}pertenece aΓ{\displaystyle \Gamma }.

Existen tres ejemplos naturales de clases acíclicas, aunque sin duda existen otros. El primero es el de los complejos homotópicamente contraíbles. El segundo es el de los complejos acíclicos. En las categorías de funtores (por ejemplo, la categoría de todos los funtores de espacios topológicos a grupos abelianos), existe una clase de complejos que son contraíbles en cada objeto, pero donde las contracciones podrían no estar dadas por transformaciones naturales. Otro ejemplo también se encuentra en las categorías de funtores, pero en este caso los complejos son acíclicos solo en ciertos objetos.

DejarΣ{\displaystyle \Sigma }denotamos la clase de mapas de cadena entre complejos cuyo cono de mapeo pertenece aΓ{\displaystyle \Gamma }. A pesar deΣ{\displaystyle \Sigma }No necesariamente posee un cálculo de fracciones derechas o izquierdas, sino propiedades más débiles de tener clases de homotopía de fracciones izquierdas y derechas que permiten formar la clase.Σ1do{\displaystyle \Sigma ^{-1}C}obtenido invirtiendo las flechas enΣ{\displaystyle \Sigma }. [ 4 ]

DejarGRAMO{\displaystyle G}ser un endofunctor aumentado endo{\displaystyle C}, lo que significa que se da una transformación natural ϵ:GRAMOId{\displaystyle \epsilon :G\to Id}(el functor identidad endo{\displaystyle C}Decimos que el complejo de cadenaK{\displaystyle K}esGRAMO{\displaystyle G}- presentable si para cadanorte{\displaystyle n}, el complejo de cadena

KnorteGRAMOmetro+1KnorteGRAMOmetroKnorte{\displaystyle \cdots K_{n}G^{m+1}\to K_{n}G^{m}\to \cdots \to K_{n}}

pertenece aΓ{\displaystyle \Gamma }El operador de frontera viene dado por

(1)iKnorteGRAMOiϵGRAMOmetroi:KnorteGRAMOmetro+1KnorteGRAMOmetro{\displaystyle \sum (-1)^{i}K_{n}G^{i}\epsilon G^{mi}:K_{n}G^{m+1}\to K_{n}G^{m}}.

Decimos que el functor complejo de cadenaL{\displaystyle L}esGRAMO{\displaystyle G}- acíclico si el complejo de cadena aumentada LH0(L)0{\displaystyle L\to H_{0}(L)\to 0}pertenece aΓ{\displaystyle \Gamma }.

Teorema . SeaΓ{\displaystyle \Gamma }ser una clase acíclica yΣ{\displaystyle \Sigma }la clase correspondiente de flechas en la categoría de complejos de cadena. Supongamos queK{\displaystyle K}esGRAMO{\displaystyle G}-presentable yL{\displaystyle L}esGRAMO{\displaystyle G}-acíclico. Entonces cualquier transformación naturalF0:H0(K)H0(L){\displaystyle f_{0}:H_{0}(K)\to H_{0}(L)}se extiende, en la categoríaΣ1(do){\displaystyle \Sigma ^{-1}(C)}a una transformación natural de functores de cadenaF:KL{\displaystyle f:K\to L}y esto es único enΣ1(do){\displaystyle \Sigma ^{-1}(C)}hasta homotopías de cadena. Si suponemos, además, queL{\displaystyle L}esGRAMO{\displaystyle G}-presentable, esoK{\displaystyle K}esGRAMO{\displaystyle G}-acíclico, y queF0{\displaystyle f_{0}}es un isomorfismo, entoncesF{\displaystyle f}es equivalencia homotópica.

Ejemplo

Aquí tenemos un ejemplo de este último teorema en acción. Seaincógnita{\displaystyle X}ser la categoría de espacios triangulares ydo{\displaystyle C}sea ​​la categoría de functores con valores de grupo abeliano enincógnita{\displaystyle X}. Dejar K{\displaystyle K}sea ​​el functor complejo de cadena singular yL{\displaystyle L}Sea el functor complejo de cadena simplicial .mi:incógnitaincógnita{\displaystyle E:X\to X}sea ​​el functor que asigna a cada espacioincógnita{\displaystyle X}el espacio

norte0Inicio(Δnorte,incógnita)Δnorte{\displaystyle \sum _{n\geq 0}\sum _{{\textrm {Hom}}(\Delta _{n},X)}\Delta _{n}}.

Aquí,Δnorte{\displaystyle \Delta _{n}}es elnorte{\displaystyle n}-símplex y este functor asigna aincógnita{\displaystyle X}la suma de tantas copias de cada unonorte{\displaystyle n}-simplex ya que hay mapasΔnorteincógnita{\displaystyle \Delta _{n}\to X}. Entonces dejaGRAMO{\displaystyle G}ser definido porGRAMO(do)=domi{\displaystyle G(C)=CE}Hay un aumento obviomiincógnitaincógnita{\displaystyle EX\to X}y esto induce a uno aGRAMO{\displaystyle G}Se puede demostrar que ambosK{\displaystyle K}yL{\displaystyle L}son ambosGRAMO{\displaystyle G}-presentable yGRAMO{\displaystyle G}-acíclico (la prueba de queL{\displaystyle L}es presentable y acíclico no es del todo sencillo y utiliza un desvío a través de la subdivisión simplicial, que también puede manejarse utilizando el teorema anterior). La claseΓ{\displaystyle \Gamma }es la clase de equivalencias homológicas. Es bastante obvio queH0(K)H0(L){\displaystyle H_{0}(K)\simeq H_{0}(L)}y por lo tanto concluimos que la homología singular y simplicial son isomorfas enincógnita{\displaystyle X}.

Hay muchos otros ejemplos tanto en álgebra como en topología, algunos de los cuales se describen en [ 4 ] [ 5 ].

Referencias

  1. S. Eilenberg y S. Mac Lane (1953), "Modelos acíclicos". Amer. J. Math. 75 , págs. 189-199
  2. Joseph J. Rotman , Introducción a la topología algebraica (1988) Springer-Verlag ISBN 0-387-96678-1( Véase el capítulo 9, teorema 9.12 )
  3. Dold, Albrecht (1980), Lecciones de topología algebraica , Serie de estudios exhaustivos en matemáticas, vol. 200 (2.ª ed.), Berlín, Nueva York: Springer-Verlag , ISBN   3-540-10369-4
  4. 1 2 3 M. Barr, " Modelos acíclicos " (1999).
  5. 1 2 M. Barr, Modelos acíclicos (2002) Monografía CRM 17 , Sociedad Matemática Americana ISBN 978-0821828779.
  • Schon, R. "Modelos acíclicos y escisión." Proc. Amer. Math. Soc. 59 (1) (1976) pp.167--168.