下面我们考虑范畴的局部化,它主要是对态射进行操作的,因此本文中把s是范畴A的态射直接记作s∈A,而M是范畴A的对象,则记作M∈Ob(A).
设A是范畴,A内的乘性闭子集指子范畴S≤A,满足Ob(S)= Ob(A).
也就是说,它满足条件:
1)对任何M∈Ob(S),id_M∈S.
2)对任何s,t∈S,t·s∈S(若t·s有意义).
设S是范畴A的乘性闭子集,A关于S的素朴局部化指函子Q:A→A_S,称为局部化函子,满足下列条件:
Loc1:Ob(A_S)= Ob(A)且Q是对象上的恒同。
Loc2:对任何s∈S,Q(s)∈A_S是可逆的(即同构)。
Loc3:设B是范畴且F:A→B是函子,使得对任何s∈S,F(s)∈A_S是可逆的,则存在唯一函子F_S:A_S→B,使得F_S·Q
= F:A→B.
可以证明:这样的素朴局部化是唯一存在的。
设S是范畴A的乘性闭子集,A关于S的右Ore局部化指函子Q:A→A_S,称为局部化函子,满足下列条件:
RO1:Ob(A_S)= Ob(A)且Q是对象上的恒同。
RO2:对任何s∈S,Q(s)∈A_S是同构的。
RO3:任何态射q∈A_S都可以表示为q = Q(a)· Q(s)^(-1),其中a∈A且s∈S.
RO4:设a,b∈A满足Q(a)= Q(b),则存在s∈S,a·s =
b·s.
设S是范畴A的乘性闭子集,称S是A的右分母集,若它满足下列两个条件:
RD1:给定a∈A与s∈S,存在b∈A与t∈S,使得a·t=s·b.
RD2:给定a,b∈A与s∈S,满足s·a=s·b,则存在t∈S,a·t=b·t.
可以证明:S是右分母集 iff 存在右Ore局部化Q:A→A_S.
考虑单点范畴,其态射取环结构,则此范畴的右Ore局部化就是环的右Ore局部化。
关于左Ore局部环的情况完全是对称的。
对于加法范畴A,其态射的局部化类(localizing class)S定义为:
LC1:对任何M∈Ob(A),id_M∈S.
LC2:若s,t∈S可复合,则s·t∈S.
LC3a:对任何对f∈A和s∈S,存在g∈A和t∈S,使得s·g = f·t.
LC3b:对任何对f∈A和s∈S,存在g∈A和t∈S,使得g·s = t·f.
LC4:对任何f∈A,存在s∈S,s·f = 0 iff 存在t∈S,f·t = 0.
显然,这里的LC1和LC2来自于乘性闭子集条件,LC3和LC4来自于左右分母集条件,LC4还用到了加法结构。
给定加法范畴A内的局部化类S,可定义态射p与q的加法结构如下:先取表示p = Q(a)· Q(s)^(-1),q
= Q(b)· Q(t)^(-1),其中a,b∈A且s,t∈S.
用LC3条件“通分”,不妨认为s=t,由此定义:
p+q = Q(a+b)· Q(s)^(-1)
其中Q(a+b)就是 Q(a)+Q(b)的定义。
可以验证,若A是加法范畴,这样定义的加法使得局部化A_S成为加法范畴且局部化函子Q:A→A_S是加法函子。
设Q:A→A_S是加法范畴的局部化函子,则对态射f∈A,下列条件等价:
1)
Q(f)=0
2)存在f∈S,使得f·t = 0
3)存在s∈S,使得s·f = 0
由此可得,对M∈Ob(A),下列条件等价:
1)Q(M)= 0(范畴A_S内的零对象)
2)存在N∈Ob(A),使得(0:N→M)∈S
3)存在N∈Ob(A),使得(0:M→N)∈S
对于Abel范畴,我们还要处理核与上核:。
S是Abel范畴A内的局部化类且Q:A→A_S是其局部化函子,首先我们有:对A内任何态射f,若f是单态射(或满态射),则Q(f)也是单态射(或满态射).
在局部化范畴A_S内。任何态射p都可以表示为p = Q(s)^(-1)Q(a),其中a∈A且s∈S. 就定义其核ker p = ker
Q(a);类似定义上核。这样的定义使得对A内任何态射f,有
Q(ker f)= ker Q(f)且 Q(coker
f)= coker Q(f)
由此可得,A_S的任何态射φ都是严格的,即有同构 :
coker(ker φ)= ker(coker
φ)
因此,Abel范畴A对局部化类S的局部化范畴A_S也是Abel范畴,还可以证明其局部化函子Q:A→A_S是正合的。
作为Abel范畴局部化的应用,我们可以重新刻画其商范畴。
设A是Abel范畴且J是其完全子范畴,J称为A的厚子范畴(thick
subcategory)(又叫Serre子范畴),若它满足对任何A内的正合列:0→X→Y→Z→0,有Y∈Ob J iff X,Z∈Ob
J.
这意味着厚子范畴对子对象、商对象和扩张都是封闭的,因此Abel范畴的厚子范畴还是Abel范畴。
若F:A→B是范畴的函子,则ker F是A的厚子范畴。
若J是A的厚子范畴,可定义A的态射集:
S_J = {f∈A;ker f∈J且coker
f∈J}
这样的S_J是A内的局部化类,简记为S,则可定义A关于厚子范畴J的商范畴为A对S的局部化:
A/J = A_S
若Q:A→A_S是其局部化函子,则对任何M∈Ob A,Q(M) = 0 iff M∈Ob J.
这是商结构的典型结论,我们还有其万有性质,一般称为Gabriel定理。
Gabriel定理:设J是Abel范畴A的厚子范畴,则存在Abel范畴A/J与正合函子Q:A→A/J,满足下列万有性质:对任何Abel范畴C与函子F:A→C,满足F(M)=
0,对任何M∈Ob(J),存在唯一函子G:A/J → C,使得F= G·Q.
扩展阅读:
【1】Yekutieli A. Derived categories[M]. Cambridge
University Press, 2019.
(比较新的导出范畴教材,对范畴局部化有精要介绍,本文主要参考书)
【2】KASHIWARA, MASAKI. Categories and Sheaves[M].
Springer, 2006. (范畴与层论的技术性专著,对范畴局部化有详细介绍)
【3】Milicic D. Lectures on derived categories[J].
Preprint http://www. math. utah. edu/~ milicic/Eprints/dercat. pdf,
2015. (导出范畴的讲义,包括很多导出范畴与三角范畴的技术细节)
【4】Faith C. Algebra: rings, modules and
categories I[M]. Springer Science & Business Media, 2012.
(现代代数学的大字典,对Abel商范畴有比较详细的介绍)
【5】Morel S. MAT 540: Homological algebra[J].
2020. (高观点的同调代数讲义,对范畴局部化有专门的讨论)
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