فئة الألياف

الفئات الليفية (أو الفئات المُليّفة ) هي كيانات مجردة في الرياضيات تُستخدم لتوفير إطار عام لنظرية الانحدار . وهي تُضفي طابعًا رسميًا على مختلف الحالات في الهندسة والجبر التي يُمكن فيها تعريف الصور العكسية (أو عمليات السحب العكسي ) لأشياء مثل حزم المتجهات . على سبيل المثال، لكل فضاء طوبولوجي ، توجد فئة حزم المتجهات على هذا الفضاء، ولكل خريطة متصلة من فضاء طوبولوجي X إلى فضاء طوبولوجي آخر يرتبط بها مُؤثر السحب العكسي الذي ينقل الحزم على Y إلى الحزم على X. تُضفي الفئات الليفية طابعًا رسميًا على النظام المُكوّن من هذه الفئات ومُؤثرات الصور العكسية. تظهر إعدادات مُشابهة بأشكال مُختلفة في الرياضيات، وخاصة في الهندسة الجبرية ، وهو السياق الذي ظهرت فيه الفئات الليفية في الأصل. تُستخدم الفئات الليفية لتعريف المكدسات ، وهي فئات ليفية (على موقع) مع "انحدار". كما تلعب الليفيات دورًا هامًا في الدلالات الفئوية لنظرية الأنواع ، وخاصة في نظريات الأنواع التابعة .

تم تقديم الفئات الليفية بواسطة ألكسندر غروتينديك ( 1959 ، 1971 ) ، وتم تطويرها بمزيد من التفصيل بواسطة جان جيرو ( 1964 ، 1971 ) .  

الخلفية والدوافع

توجد أمثلة عديدة في الطوبولوجيا والهندسة حيث تُعتبر بعض أنواع الكائنات موجودة على أو فوق أو فوق فضاء أساسي معين . تشمل الأمثلة الكلاسيكية حزم المتجهات، والحزم الرئيسية ، والحزم فوق الفضاءات الطوبولوجية. مثال آخر هو "عائلات" الأصناف الجبرية المُعَلمة بصنف آخر. من السمات المميزة لهذه الحالات وجود نوع مناسب من الخرائط.و:XY{\displaystyle f:X\to Y}بين المساحات الأساسية، توجد عملية صورة معكوسة مقابلة (تسمى أيضًا عملية السحب للخلف ).و*{\displaystyle f^{*}}بأخذ الكائنات المحددة في الاعتبارY{\displaystyle Y}إلى نفس نوع الكائنات علىX{\displaystyle X}وهذا هو الحال بالفعل في الأمثلة المذكورة أعلاه: على سبيل المثال، الصورة العكسية لحزمة متجهةهـ{\displaystyle E}علىY{\displaystyle Y}هي حزمة متجهةو*(هـ){\displaystyle f^{*}(E)}علىX{\displaystyle X}.

علاوة على ذلك، غالباً ما تُشكّل "الكائنات الموجودة على فضاء أساسي" فئةً، أو بعبارة أخرى، توجد بينها دوال ( تشاكلات ). في مثل هذه الحالات، تكون عملية الصورة العكسية متوافقةً في الغالب مع تركيب هذه الدوال بين الكائنات، أو بعبارة أدق، هي دالة . وهذا ما ينطبق أيضاً على الأمثلة المذكورة أعلاه.

لكن في كثير من الأحيان يكون الأمر كذلك إذاز:YZ{\displaystyle g:Y\to Z}إذا كانت خريطة أخرى، فإن دوال الصورة العكسية لا تتوافق تمامًا مع الخرائط المركبة: إذاz{\displaystyle z}هو كائن فوقZ{\displaystyle Z}(حزمة متجهة، على سبيل المثال)، قد يكون ذلك صحيحًا

و*(ز*(z))(زو)*(z).{\displaystyle f^{*}(g^{*}(z))\neq (g\circ f)^{*}(z).}

بدلاً من ذلك، فإن هذه الصور المعكوسة متماثلة بطبيعتها فقط . ويؤدي إدخال بعض "المرونة" في نظام الصور المعكوسة إلى ظهور بعض المشكلات الدقيقة، وهذا هو الإطار الذي تُضفي عليه الفئات الليفية طابعًا رسميًا.

يُستخدم مفهوم الفئات الليفية بشكل أساسي في نظرية الانحدار ، التي تُعنى بتعميم واسع لتقنيات "اللصق" المستخدمة في علم الطوبولوجيا. ولضمان شمولية نظرية الانحدار بما يكفي لتطبيقها في حالات غير بديهية في الهندسة الجبرية، فإن تعريف الفئات الليفية عام ومجرد إلى حد كبير. ومع ذلك، فإن الفكرة الأساسية وراء هذا المفهوم واضحة تمامًا عند الأخذ في الاعتبار الأمثلة الأساسية المذكورة أعلاه.

التعريفات الرسمية

يوجد تعريفان تقنيان متكافئان أساسًا للفئات الليفية، وسيتم شرحهما أدناه. يتجاهل النقاش في هذا القسم المسائل النظرية المتعلقة بالفئات "الكبيرة". ويمكن جعل النقاش دقيقًا تمامًا، على سبيل المثال، من خلال حصر الاهتمام بالفئات الصغيرة أو باستخدام الأكوان .

التشكلات الديكارتية والدوال

لوϕ:Fهـ{\displaystyle \phi :F\to E}هو دالة بين فئتين وS{\displaystyle S}هو موضوعهـ{\displaystyle E}ثم الفئة الفرعية لـF{\displaystyle F}يتكون من تلك الأشياءx{\displaystyle x}والتيϕ(x)=S{\displaystyle \phi (x)=S}وتلك التشكلاتم{\displaystyle m}مُرضٍϕ(م)=بطاقة تعريفS{\displaystyle \phi (m)={\text{id}}_{S}}يُطلق عليها فئة الألياف (أو الألياف ) علىS{\displaystyle S}، ويُشار إليه بـFS{\displaystyle F_{S}}. التشكلات لـFS{\displaystyle F_{S}}تم الاتصال بـS{\displaystyle S}-المورفيزمات ، و لـx،y{\displaystyle x,y}أشياءFS{\displaystyle F_{S}}، مجموعةS{\displaystyle S}يُرمز إلى التشكلات بـهومS(x،y){\displaystyle {\text{Hom}}_{S}(x,y)}الصورة من تصميمϕ{\displaystyle \phi }من كائن أو شكل هندسي فيF{\displaystyle F}يُطلق عليه اسم إسقاطه (بواسطةϕ{\displaystyle \phi }). لوو{\displaystyle f}هو تشاكل لـهـ{\displaystyle E}ثم تلك التشكلات منF{\displaystyle F}ذلك المشروع لـو{\displaystyle f}تم الاتصال بـو{\displaystyle f}-المورفيزمات ، ومجموعةو{\displaystyle f}-التشكلات بين الكائناتx{\displaystyle x}وy{\displaystyle y}فيF{\displaystyle F}يُرمز إليه بـهومو(x،y){\displaystyle {\text{Hom}}_{f}(x,y)}.

التشكلم:xy{\displaystyle m:x\to y}فيF{\displaystyle F}يُطلق عليه اسمϕ{\displaystyle \phi }-كارتي (أو ببساطة كارتيزي ) إذا استوفى الشرط التالي:

لوو:تيS{\displaystyle f:T\to S}هو إسقاطم{\displaystyle m}وإذان:zy{\displaystyle n:z\to y}هوو{\displaystyle f}إذا كان هناك تشاكل من النوع -، فإنه يوجد واحد فقطتي{\displaystyle T}-مورفيزمأ:zx{\displaystyle a:z\to x}بحيثمأ=ن{\displaystyle m\circ a=n}.

التشكل الديكارتيم:xy{\displaystyle m:x\to y}يُطلق عليه اسم الصورة المعكوسة لإسقاطه.و=ϕ(م){\displaystyle f=\phi (m)}الكائنx{\displaystyle x}يُطلق عليه اسم الصورة المعكوسة لـy{\displaystyle y}بواسطةو{\displaystyle f}.

التشكلات الديكارتية لفئة الأليافFS{\displaystyle F_{S}}هي تحديداً التشاكلات لـFS{\displaystyle F_{S}}يمكن عمومًا أن يكون هناك أكثر من شكل ديكارتي واحد يسقط على شكل معينو:تيS{\displaystyle f:T\to S}وربما يكون لها مصادر مختلفة؛ وبالتالي يمكن أن يكون هناك أكثر من صورة معكوسة لكائن معينy{\displaystyle y}فيFS{\displaystyle F_{S}}بواسطةو{\displaystyle f}ومع ذلك، فإن من النتائج المباشرة لهذا التعريف أن صورتين معكوستين من هذا القبيل متماثلتان فيFتي{\displaystyle F_{T}}.

دالةϕ:Fهـ{\displaystyle \phi :F\to E}ويطلق عليه أيضًا اسمهـ{\displaystyle E}- فئة ، أو يقال أنها تصنعF{\displaystyle F}إلىهـ{\displaystyle E}- فئة أو فئة فوقهـ{\displaystyle E}. أنهـ{\displaystyle E}- دالة منهـ{\displaystyle E}-فئةϕ:Fهـ{\displaystyle \phi :F\to E}إلىهـ{\displaystyle E}-فئةψ:جيهـ{\displaystyle \psi :G\to E}دالةα:Fجي{\displaystyle \alpha :F\to G}بحيثψα=ϕ{\displaystyle \psi \circ \alpha =\phi }.هـ{\displaystyle E}تشكل الفئات بطريقة طبيعية فئة ثنائية ، حيث تكون التشكلات الأحاديةهـ{\displaystyle E}الدوال، والتشكلات الثنائية هي تحويلات طبيعية بينهـ{\displaystyle E}- الدوال التي تقع مكوناتها في بعض الألياف.

أنهـ{\displaystyle E}- دالة بين اثنينهـ{\displaystyle E}يُطلق على الفئة اسم دالة ديكارتية إذا كانت تأخذ التشكلات الديكارتية إلى تشكلات ديكارتية أخرى. الدوال الديكارتية بين اثنينهـ{\displaystyle E}-فئاتF،جي{\displaystyle F,G}تشكيل فئةعربة التسوقهـ(F،جي){\displaystyle {\text{Cart}}_{E}(F,G)}، مع التحويلات الطبيعية كتشاكلات. وتُقدم حالة خاصة من خلال النظر فيهـ{\displaystyle E}كـهـ{\displaystyle E}-الفئة عبر دالة الهوية: ثم دالة ديكارتية منهـ{\displaystyle E}إلىهـ{\displaystyle E}-فئةF{\displaystyle F}يُطلق عليه اسم المقطع الديكارتي . وبالتالي، يتكون المقطع الديكارتي من اختيار عنصر واحد.xS{\displaystyle x_{S}}فيFS{\displaystyle F_{S}}لكل عنصرS{\displaystyle S}فيهـ{\displaystyle E}، ولكل تشاكلو:تيS{\displaystyle f:T\to S}اختيار صورة معكوسةمو:xتيxS{\displaystyle m_{f}:x_{T}\to x_{S}}وبالتالي، فإن المقطع الديكارتي هو نظام (متوافق تمامًا) من الصور العكسية على كائناتهـ{\displaystyle E}. فئة المقاطع الديكارتية لـF{\displaystyle F}يُرمز إليه بـ

لأنام(F/هـ)=جأرتهـ(هـ،F).{\displaystyle {\underset {\longleftarrow }{\mathrm {Lim} }}(F/E)=\mathrm {Cart} _{E}(E,F).}

في الحالة المهمة حيثهـ{\displaystyle E}يحتوي على كائن طرفيهـ{\displaystyle e}(وبالتالي على وجه الخصوص عندماهـ{\displaystyle E}هو نوع من أنواع الطوبولوجيا أو الفئةهـ/S{\displaystyle E_{/S}}أسهم ذات هدفS{\displaystyle S}فيهـ{\displaystyle E}) الدالة

ϵ:لأنام(F/هـ)Fهـ،ss(هـ){\displaystyle \epsilon \colon {\underset {\longleftarrow }{\mathrm {Lim} }}(F/E)\to F_{e},\qquad s\mapsto s(e)}

هو أمين تمامًا (الفرضية 5.7 من جيرو (1964)).

الفئات الليفية والفئات المشقوقة

يعتمد التعريف الأكثر مرونة واقتصادية من الناحية التقنية للفئات الليفية على مفهوم التشكلات الديكارتية. وهو مكافئ لتعريف يعتمد على الانقسامات ، وهذا التعريف الأخير هو في الواقع التعريف الأصلي الذي قدمه غروتينديك (1959)؛ أما التعريف الذي يعتمد على التشكلات الديكارتية فقد تم تقديمه في غروتينديك (1971) في الفترة 1960-1961.

أنهـ{\displaystyle E}فئةϕ:Fهـ{\displaystyle \phi :F\to E}هي فئة من الألياف (أو أليافهـ{\displaystyle E}- فئة ، أو فئة متداخلةهـ{\displaystyle E}) إذا كان كل تشاكلو{\displaystyle f}لهـ{\displaystyle E}الذي يقع نطاقه المقابل في مدى الإسقاط، يحتوي على صورة معكوسة واحدة على الأقل، بالإضافة إلى التركيبمن{\displaystyle m\circ n}من أي اثنين من التشكلات الديكارتيةم،ن{\displaystyle m,n}فيF{\displaystyle F}هي دائماً إحداثيات ديكارتية. بعبارة أخرى،هـ{\displaystyle E}تُعتبر الفئة - فئة ليفية إذا كانت الصور العكسية موجودة دائمًا (للمورفيزمات التي تكون مجالاتها المشتركة في نطاق الإسقاط) وتكون متعدية .

لوهـ{\displaystyle E}يحتوي على كائن طرفيهـ{\displaystyle e}وإذاF{\displaystyle F}مغطى بالأليافهـ{\displaystyle E}ثم الدالةϵ{\displaystyle \epsilon }من المقاطع الديكارتية إلىFهـ{\displaystyle F_{e}}إن التعريف الوارد في نهاية القسم السابق هو تكافؤ الفئات ، بالإضافة إلى كونه شاملاً على الأشياء.

لوF{\displaystyle F}هو أليافهـ{\displaystyle E}في الفئة -، يكون ذلك ممكناً دائماً، لكل تشاكلو:تيS{\displaystyle f:T\to S}فيهـ{\displaystyle E}وكل كائنy{\displaystyle y}فيFS{\displaystyle F_{S}}، لاختيار (باستخدام بديهية الاختيار ) صورة معكوسة واحدة فقطم:xy{\displaystyle m:x\to y}تُسمى فئة التشكلات المختارة بهذه الطريقة انقسامًا ، وتُسمى التشكلات المختارة تشكلات النقل (للانقسام). تُسمى الفئة الليفية مع الانقسام فئة منقسمة . يُسمى الانقسام معياريًا إذا كانت تشكلات النقل تتضمن جميع العناصر المحايدّة فيه.F{\displaystyle F}وهذا يعني أن الصور العكسية لتشاكلات التطابق تُختار لتكون تشاكلات تطابق. من الواضح أنه إذا وُجد انقسام، فيمكن اختياره ليكون مُعَيَّرًا؛ وسنقتصر فيما يلي على دراسة الانقسامات المُعَيَّرة فقط.

اختيار انقسام (معياري) للأليافهـ{\displaystyle E}-فئةF{\displaystyle F}يحدد، لكل شكل هندسيو:تيS{\displaystyle f:T\to S}فيهـ{\displaystyle E}، دالةو*:FSFتي{\displaystyle f^{*}:F_{S}\to F_{T}}؛ على الكائناتو*{\displaystyle f^{*}}هي ببساطة الصورة المعكوسة بواسطة التشكل النقل المقابل، وعلى التشكلات تُعرَّف بطريقة طبيعية من خلال الخاصية العامة المميزة للتشكلات الديكارتية. العملية التي تربط كائنًاS{\displaystyle S}لهـ{\displaystyle E}فئة الأليافFS{\displaystyle F_{S}}وإلى شكل هندسيو{\displaystyle f}دالة الصورة العكسيةو*{\displaystyle f^{*}}هو تقريبًا دالة متغايرة منهـ{\displaystyle E}إلى فئة الفئات. ومع ذلك، فإنه بشكل عام لا يتبادل بشكل صارم مع تركيب التشكلات. بدلاً من ذلك، إذاو:تيS{\displaystyle f:T\to S}وز:يوتي{\displaystyle g:U\to T}هي التشكلات فيهـ{\displaystyle E}إذن، يوجد تماثل بين الدوال.

جو،ز:ز*و*(وز)*.{\displaystyle c_{f,g}\colon \quad g^{*}f^{*}\to (f\circ g)^{*}.}

تحقق هذه التشاكلات التوافقين التاليين:

  1. جو،أنادتي=جأنادS،و=أنادو*{\displaystyle c_{f,\mathrm {id} _{T}}=c_{\mathrm {id} _{S},f}=\mathrm {id} _{f^{*}}}
  2. لثلاثة تحويلات متتاليةح،ز،و:VيوتيS{\displaystyle h,g,f\colon \quad V\to U\to T\to S}وشيءxFS{\displaystyle x\in F_{S}}ينطبق ما يلي:جو،زحجز،ح(و*(x))=جوز،ح(x)ح*(جو،ز(x)).{\displaystyle c_{f,g\circ h}\cdot c_{g,h}(f^{*}(x))=c_{f\circ g,h}(x)\cdot h^{*}(c_{f,g}(x)).}

يمكن إثبات (انظر غروتينديك (1971) القسم 8) أنه، على العكس من ذلك، أي مجموعة من الدوالو*:FSFتي{\displaystyle f^{*}:F_{S}\to F_{T}}بالإضافة إلى التماثلاتجو،ز{\displaystyle c_{f,g}}يُعرّف استيفاء التوافقات المذكورة أعلاه فئةً منقسمة. توفر هذه المجموعات من دوال الصورة العكسية رؤيةً أكثر سهولةً للفئات الليفية؛ وفي الواقع، تم تقديم الفئات الليفية في غروتينديك (1959) من خلال دوال الصورة العكسية المتوافقة هذه.

تُجري الورقة البحثية التي كتبها غراي والمشار إليها أدناه مقارنات بين هذه الأفكار ومفهوم تليف الفضاءات.

تتبسط هذه الأفكار في حالة المجموعات الجزئية ، كما هو موضح في ورقة براون المشار إليها أدناه، والتي تحصل على عائلة مفيدة من المتتاليات الدقيقة من تليف المجموعات الجزئية.

التقسيمات وفئات الألياف المقسمة

يُطلق على الانقسام (المُعَيَّر) الذي يكون فيه تركيب تشاكلين نقل دائمًا تشاكل نقل اسم الانقسام ، وتُسمى الفئة الليفية التي تحتوي على انقسام فئة منقسمة (ليفية) . من حيث دوال الصورة العكسية، فإن شرط كون الشيء انقسامًا يعني أن تركيب دوال الصورة العكسية المقابلة للتشاكلات القابلة للتركيبو،ز{\displaystyle f,g}فيهـ{\displaystyle E}يساوي دالة الصورة العكسية المقابلة لـوز{\displaystyle f\circ g}بمعنى آخر، تماثلات التوافقجو،ز{\displaystyle c_{f,g}}جميع العناصر المذكورة في القسم السابق تمثل هويات لفئة منقسمة. وبالتالي، فإن التقسيمهـ{\displaystyle E}- الفئات تتوافق تمامًا مع الدوال الحقيقية منهـ{\displaystyle E}إلى فئة الفئات.

بخلاف الانقسامات، لا تسمح جميع الفئات الليفية بالانقسامات. للاطلاع على مثال، انظر أدناه .

التشكلات المشتركة الديكارتية والفئات الليفية المشتركة

يمكن عكس اتجاه الأسهم في التعريفات أعلاه للوصول إلى مفاهيم مماثلة للتشاكلات الكارتيزية المشتركة، والفئات الليفية المشتركة، والفئات الليفية المشتركة المنقسمة (أو الفئات المنقسمة المشتركة). بتعبير أدق، إذاϕ:Fهـ{\displaystyle \phi :F\to E}إذا كان دالة، فهو تشاكلم:xy{\displaystyle m:x\to y}فيF{\displaystyle F}يُطلق عليه اسم الدالة المشتركة الديكارتية إذا كانت ديكارتية بالنسبة للدالة المعاكسة.ϕop:Fopهـop{\displaystyle \phi ^{\text{op}}:F^{\text{op}}\to E^{\text{op}}}. ثمم{\displaystyle m}ويُطلق عليه أيضاً اسم الصورة المباشرة وy{\displaystyle y}صورة مباشرة لـx{\displaystyle x}لو=ϕ(م){\displaystyle f=\phi (m)}. ألياف مشتركةهـ{\displaystyle E}-الفئة هيهـ{\displaystyle E}- فئة بحيث توجد صورة مباشرة لكل تشاكل فيهـ{\displaystyle E}وأن تركيب الصور المباشرة هو صورة مباشرة. ويُعرَّف الانقسام المشترك والتقسيم المشترك بشكل مماثل، حيث يتوافقان مع دوال الصورة المباشرة بدلاً من دوال الصورة العكسية.

ملكيات

الفئتان هما الفئات الليفية والفئات المنقسمة

تتداخل الفئات ضمن فئة ثابتةهـ{\displaystyle E}تشكيل فئتينFأناب(هـ){\displaystyle \mathbf {Fib} (E)}، حيث فئة التشكلات بين فئتين ليفيتينF{\displaystyle F}وجي{\displaystyle G}يُعرَّف بأنه الفئةعربة التسوقهـ(F،جي){\displaystyle {\text{Cart}}_{E}(F,G)}من الدوال الديكارتية منF{\displaystyle F}لجي{\displaystyle G}.

وبالمثل، تم تقسيم الفئات علىهـ{\displaystyle E}تشكيل فئتينSجأنان(هـ){\displaystyle \mathbf {Scin} (E)}(من الفرنسية catégorie scindée )، حيث فئة التشكلات بين فئتين منفصلتينF{\displaystyle F}وجي{\displaystyle G}هي الفئة الفرعية الكاملةسكينهـ(F،جي){\displaystyle {\text{Scin}}_{E}(F,G)}لهـ{\displaystyle E}- الدوال منF{\displaystyle F}لجي{\displaystyle G}وتتألف من تلك الدوال التي تحول كل شكل من أشكال النقل لـF{\displaystyle F}إلى شكل نقل منجي{\displaystyle G}كل تشاكل من هذا القبيل من الانقسامهـ{\displaystyle E}-categories هو أيضًا تشاكل لـهـ{\displaystyle E}- الفئات الليفية، أيسكينهـ(F،جي)عربة التسوقهـ(F،جي){\displaystyle {\text{Scin}}_{E}(F,G)\subset {\text{Cart}}_{E}(F,G)}.

هناك عامل نسيان طبيعي ثنائي الوظيفةأنا:Sجأنان(هـ)Fأناب(هـ){\displaystyle i:\mathbf {Scin} (E)\to \mathbf {Fib} (E)}هذا ببساطة يتجاهل عملية التقسيم.

وجود فئات تقسيم متكافئة

مع أن ليس كل الفئات الليفية تقبل الانقسام، إلا أن كل فئة ليفية في الواقع تعادل فئة منقسمة. في الحقيقة، هناك طريقتان أساسيتان لإنشاء فئة منقسمة مكافئة لفئة ليفية معينة.F{\displaystyle F}زيادةهـ{\displaystyle E}وبشكل أدق، الدالة الثنائية النسيانيةأنا:Sجأنان(هـ)Fأناب(هـ){\displaystyle i:\mathbf {Scin} (E)\to \mathbf {Fib} (E)}يقبل مصفوفة ثنائية المرافقة يمينيةS{\displaystyle S}ومرافق يساري من الدرجة الثانيةل{\displaystyle L}(النظريتان 2.4.2 و2.4.4 من جيرو 1971)، وS(F){\displaystyle S(F)}ول(F){\displaystyle L(F)}هما الفئتان المنفصلتان المرتبطتان. دوال الاقترانS(F)F{\displaystyle S(F)\to F}و Fل(F){\displaystyle F\to L(F)}كلاهما ديكارتي ومكافئات ( المرجع نفسه ). ومع ذلك، على الرغم من تركيبهماS(F)ل(F){\displaystyle S(F)\to L(F)}على الرغم من كونها تكافؤًا (بين الفئات، وبالتحديد بين الفئات الليفية)، إلا أنها ليست تشاكلًا بين الفئات المنقسمة بشكل عام. وبالتالي، يختلف البناءان عمومًا. يُستخدم البناءان السابقان للفئات المنقسمة بشكل حاسم في بناء المكدس المرتبط بفئة ليفية (وخاصة المكدس المرتبط بمكدس أولي ).

الفئات المتشابكة في مجموعات صغيرة

يوجد بناء مشابه للفئات الليفية يُسمى الفئات الليفية في الزمر الجزئية. هذه فئات ليفيةص:Fج{\displaystyle p:{\mathcal {F}}\to {\mathcal {C}}}بحيث أن أي فئة فرعية منF{\displaystyle {\mathcal {F}}}مقدم من

  1. أصلح كائنًاجب(ج){\displaystyle c\in {\text{Ob}}({\mathcal {C}})}
  2. عناصر الفئة الفرعية هيxب(F){\displaystyle x\in {\text{Ob}}({\mathcal {F}})}أينص(x)=ج{\displaystyle p(x)=c}
  3. يتم تحديد الأسهم بواسطةو:xy{\displaystyle f:x\to y}بحيثص(و)=بطاقة تعريفج{\displaystyle p(f)={\text{id}}_{c}}

هي زمرة جزئية يُرمز لها بـFج{\displaystyle {\mathcal {F}}_{c}}تُعدّ الدوال الثنائية المرتبطة من بناء غروتينديك أمثلة على الحزم . باختصار، الدالة المرتبطةFص:جoصمجموعة من{\displaystyle F_{p}:{\mathcal {C}}^{op}\to {\text{Groupoids}}}يرسل كائنًاج{\displaystyle c}إلى الفئةFج{\displaystyle {\mathcal {F}}_{c}}، وتشكلدج{\displaystyle d\to c}يستنتج دالة من بنية الفئة الليفية. أي، بالنسبة لكائنxب(Fج){\displaystyle x\in {\text{Ob}}({\mathcal {F}}_{c})}يُعتبر موضوعًا لـF{\displaystyle {\mathcal {F}}}يوجد شيءyب(F){\displaystyle y\in {\text{Ob}}({\mathcal {F}})}أينص(y)=د{\displaystyle p(y)=d}. هذا الارتباط يعطي دالةFجFد{\displaystyle {\mathcal {F}}_{c}\to {\mathcal {F}}_{d}}وهو دالة للمجموعات الجزئية.

أمثلة

فئات الألياف

  1. الدالةب:قطةتعيين{\displaystyle {\text{Ob}}:{\textbf {Cat}}\to {\textbf {Set}}}إن إرسال فئة إلى مجموعة كائناتها هو تليف. بالنسبة لمجموعةS{\displaystyle S}، تتكون الألياف من فئاتج{\displaystyle C}معب(ج)=S{\displaystyle {\text{Ob}}(C)=S}الأسهم الديكارتية هي الدوال الأمينة تمامًا.
  2. فئات الأسهم : لأي فئةهـ{\displaystyle E}فئة الأسهمأ(هـ){\displaystyle A(E)}فيهـ{\displaystyle E}يحتوي على التشكلات ككائنات فيهـ{\displaystyle E}، وكتشاكلات، المربعات التبادلية فيهـ{\displaystyle E}(بشكل أدق، تشاكل منو:Xتي{\displaystyle f:X\to T}لز:YS{\displaystyle g:Y\to S}يتكون من التشكلاتأ:XY{\displaystyle a:X\to Y}وب:تيS{\displaystyle b:T\to S}بحيثبو=زأ{\displaystyle bf=ga}الدالة التي تنقل السهم إلى هدفه تجعلأ(هـ){\displaystyle A(E)}إلىهـ{\displaystyle E}-category؛ لكائنS{\displaystyle S}لهـ{\displaystyle E}الأليافهـS{\displaystyle E_{S}}هي الفئةهـ/S{\displaystyle E_{/S}}لS{\displaystyle S}-الكائنات فيهـ{\displaystyle E}أي، الأسهم فيهـ{\displaystyle E}مع الهدفS{\displaystyle S}. التشكلات الديكارتية فيأ(هـ){\displaystyle A(E)}هي بالضبط المربعات الديكارتية فيهـ{\displaystyle E}وبالتاليأ(هـ){\displaystyle A(E)}مغطى بالأليافهـ{\displaystyle E}تحديداً عندما توجد منتجات الألياف فيهـ{\displaystyle E}.
  3. تليفات الرسوم البيانية : كل رسم بياني موجهجي{\displaystyle G}يُنشئ فئةً مجاناًجي*{\displaystyle G^{*}}التي تحتوي على عقد منجي{\displaystyle G}ككائنات ومساراتجي{\displaystyle G}كأسهم (التركيب هو تسلسل، والمسارات الفارغة التي تشير إلى كل عقدة هي المتطابقات). تماثل الرسم البيانيφ:جيب{\displaystyle \varphi \colon G\to B}يكون الرسم البياني تليفًا إذا وفقط إذا كان المؤثرφ*:جي*ب*{\displaystyle \varphi ^{*}\colon G^{*}\to B^{*}}ربط المسارات بالمسارات باستخدامφ{\displaystyle \varphi }هو تليف.
  4. حزم الألياف : توجد منتجات الألياف ضمن هذه الفئةقمة{\displaystyle {\text{Top}}}من الفضاءات الطوبولوجية ، وبالتالي من خلال المثال السابقأ(قمة){\displaystyle A({\text{Top}})}مغطى بالأليافقمة{\displaystyle {\text{Top}}}. لوفيب{\displaystyle {\text{Fib}}}هي الفئة الفرعية الكاملة لـأ(قمة){\displaystyle A({\text{Top}})}تتكون من أسهم تمثل خرائط إسقاط لحزم الألياف ، ثمفيبS{\displaystyle {\text{Fib}}_{S}}هي فئة حزم الألياف علىS{\displaystyle S} وفيب{\displaystyle {\text{Fib}}} مغطى بالأليافقمة{\displaystyle {\text{Top}}}إن اختيار الانقسام يرقى إلى اختيار الدوال العكسية العادية (أو دوال السحب للخلف ) لحزم الألياف.
  5. حزم المتجهات : بطريقة مشابهة للأمثلة السابقة، الإسقاطاتص:VS{\displaystyle p:V\to S}تشكل حزم المتجهات الحقيقية (المركبة) إلى فضاءاتها الأساسية فئةمتجهR{\displaystyle {\text{Vect}}_{\mathbb {R} }}(متجهج{\displaystyle {\text{Vect}}_{\mathbb {C} }}) زيادةقمة{\displaystyle {\text{Top}}}(تشاكلات حزم المتجهات التي تحترم بنية فضاء المتجهات للألياف). هذاقمة{\displaystyle {\text{Top}}}تُعتبر الفئة - أيضًا فئة ليفية، ودوال الصورة العكسية هي دوال السحب العكسي العادية لحزم المتجهات. هذه الفئات الليفية هي فئات فرعية (غير كاملة) منفيب{\displaystyle {\text{Fib}}}.
  6. الحزم على الفضاءات الطوبولوجية : تُشكّل دوال الصورة العكسية للحزم الفئاتش(S){\displaystyle {\text{Sh}}(S)}حزم على الفضاءات الطوبولوجيةS{\displaystyle S}إلى فئة الألياف (المقطوعة)ش{\displaystyle {\text{Sh}}}زيادةقمة{\displaystyle {\text{Top}}}يمكن وصف هذه الفئة الليفية بأنها الفئة الفرعية الكاملة لـأ(قمة){\displaystyle A({\text{Top}})}تتألف من فضاءات إيتاليه من الحزم. وكما هو الحال مع حزم المتجهات، فإن حزم المجموعات والحلقات تشكل أيضًا فئات ليفية منقمة{\displaystyle {\text{Top}}}.
  7. الحزم على التوبوي : إذاهـ{\displaystyle E}هو طبوغرافي وS{\displaystyle S}هو كائن فيهـ{\displaystyle E}، الفئةهـS{\displaystyle E_{S}}لS{\displaystyle S}-objects هو أيضًا موضوع، يُفسر على أنه فئة الحزم علىS{\displaystyle S}. لوو:تيS{\displaystyle f:T\to S}هو تشاكل فيهـ{\displaystyle E}، دالة الصورة العكسيةو*{\displaystyle f^{*}}يمكن وصفها على النحو التالي: بالنسبة لحزمةF{\displaystyle F}علىهـS{\displaystyle E_{S}}وشيءص:يوتي{\displaystyle p:U\to T}فيهـتي{\displaystyle E_{T}}يمتلك المرءو*F(يو)=هومتي(يو،و*F){\displaystyle f^{*}F(U)={\text{Hom}}_{T}(U,f^{*}F)}يساويهومS(وص،F)=F(يو){\displaystyle {\text{Hom}}_{S}(f\circ p,F)=F(U)}تُشكّل هذه الصورة المعكوسة الفئاتهـS{\displaystyle E_{S}}إلى فئة الألياف المنقسمةهـ{\displaystyle E}ويمكن تطبيق ذلك بشكل خاص على التضاريس "الكبيرة".تيياP{\displaystyle TOP}من الفضاءات الطوبولوجية.
  8. الحزم شبه المتماسكة على المخططات : تشكل الحزم شبه المتماسكة فئة ليفية فوق فئة المخططات . وهذا أحد الأمثلة المحفزة لتعريف الفئات الليفية.
  9. فئة ليفية لا تقبل الانقسام : مجموعةجي{\displaystyle G}يمكن اعتبارها فئة ذات عنصر واحد وعناصر منجي{\displaystyle G}باعتبارها التشكلات، فإن تركيب التشكلات يُعطى بقانون المجموعة. تماثل المجموعةو:جيح{\displaystyle f:G\to H}ويمكن اعتبارها بعد ذلك دالة، مما يجعلجي{\displaystyle G}إلىح{\displaystyle H}-الفئة. يمكن التحقق من أنه في هذا الإعداد جميع التشكلات فيجي{\displaystyle G}هي إحداثيات ديكارتية؛ ومن ثمجي{\displaystyle G}مغطى بالأليافح{\displaystyle H}متى بالضبطو{\displaystyle f}هي شاملة. التقسيم في هذا الإطار هو قسم (نظري للمجموعات) منو{\displaystyle f}والتي تتوافق تمامًا مع التأليف، أو بعبارة أخرى قسم منو{\displaystyle f}وهو أيضاً تشاكل. ولكن كما هو معروف في نظرية الزمر ، فإن هذا ليس ممكناً دائماً (يمكن للمرء أن يأخذ الإسقاط في امتداد زمرة غير منقسمة ).
  10. فئة الحزم المترافقة : يُحوّل المؤثر المباشر للصورة للحزم فئات الحزم على الفضاءات الطوبولوجية إلى فئة مترافقة. وتُظهر خاصية التعدي للمؤثر المباشر أن هذه الفئة قابلة للانقسام بشكل طبيعي.

فئة مُتليفة في مجموعات جزئية

يأتي أحد الأمثلة الرئيسية للفئات المتشابكة في المجموعات الجزئية من كائنات المجموعة الجزئية الداخلية للفئة.ج{\displaystyle {\mathcal {C}}}. لذا، بالنظر إلى كائن المجموعة

xتsy{\displaystyle x{\overset {s}{\underset {t}{\rightrightarrows }}}y}

يوجد كائن مجموعة مرتبط

حxتsحy{\displaystyle h_{x}{\overset {s}{\underset {t}{\rightrightarrows }}}h_{y}}

في فئة الدوال المتغيرة عكسيًاهوم_(جoص،مجموعات){\displaystyle {\underline {\text{Hom}}}({\mathcal {C}}^{op},{\text{Sets}})}من تضمين يونيدا . بما أن هذا الرسم التخطيطي ينطبق على كائنzب(ج){\displaystyle z\in {\text{Ob}}({\mathcal {C}})}يُعطي مجموعة جزئية داخلية للمجموعات

حx(z)تsحy(z){\displaystyle h_{x}(z){\overset {s}{\underset {t}{\rightrightarrows }}}h_{y}(z)}

توجد مجموعة صغيرة مرتبطة بهاجي{\displaystyle {\mathcal {G}}}وهذا يعطي دالة ثنائية متغايرةF:جoصمجموعة من{\displaystyle F:{\mathcal {C}}^{op}\to {\text{Groupoids}}}وباستخدام بناء غروتينديك ، ينتج عن ذلك فئة مُليفة في زمر جزئية فوقج{\displaystyle {\mathcal {C}}}لاحظ أن فئة الألياف فوق كائن ما هي مجرد المجموعة الفرعية المرتبطة من المجموعة الفرعية الأصلية في المجموعات.

حاصل القسمة الجماعية

بالنظر إلى كائن المجموعةجي{\displaystyle G}التأثير على جسم ماX{\displaystyle X}منأ:جيمؤلف(X){\displaystyle a:G\to {\text{Aut}}(X)}يوجد كائن مجموعة مرتبط

جي×XsتX{\displaystyle G\times X{\underset {t}{\overset {s}{\rightrightarrows }}}{}X}

أينs:جي×XX{\displaystyle s:G\times X\to X}هو الإسقاط علىX{\displaystyle X}وت:جي×XX{\displaystyle t:G\times X\to X}خريطة التركيبجي×X(أ،بطاقة تعريف)مؤلف(X)×X(و،x)و(x)X{\displaystyle G\times X\xrightarrow {\left(a,{\text{id}}\right)} {\text{Aut}}(X)\times X\xrightarrow {(f,x)\mapsto f(x)} X}تُعطي هذه المجموعة الجزئية فئة مُستحثة مُتليفة في مجموعات جزئية يُرمز لها بـص:[X/جي]ج{\displaystyle p:[X/G]\to {\mathcal {C}}}.

سلسلة معقدة ثنائية الحد

لفئة أبيليةأ{\displaystyle {\mathcal {A}}}أي مركب من فصلين دراسيين

هـ1دهـ0{\displaystyle {\mathcal {E}}_{1}\xrightarrow {d} {\mathcal {E}}_{0}}

له مجموعة فرعية مرتبطة

s،ت:هـ1هـ0هـ0{\displaystyle s,t:{\mathcal {E}}_{1}\oplus {\mathcal {E}}_{0}\rightrightarrows {\mathcal {E}}_{0}}

أين

s(هـ1+هـ0)=هـ0ت(هـ1+هـ0)=د(هـ1)+هـ0{\displaystyle {\begin{aligned}s(e_{1}+e_{0})&=e_{0}\\t(e_{1}+e_{0})&=d(e_{1})+e_{0}\end{aligned}}}

يمكن استخدام هذه المجموعة الجزئية بعد ذلك لبناء فئة مُليّنة في مجموعات جزئية. ومن الأمثلة البارزة على ذلك دراسة مُركّب الظل التمام للتقاطعات المحلية الكاملة ودراسة exalcomm .

انظر أيضاً

مراجع

  • جيرود، جان (1964). "طريقة النسب". مذكرات شركة الرياضيات في فرنسا . 2 : الثامن+150.