กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 7 นาที

โทพอส

เปลี่ยนทางจากพหูพจน์/การเปลี่ยนเส้นทางที่ไม่สามารถพิมพ์ได้

ในทางคณิตศาสตร์โทโพสของโกรเธนดีค( สหรัฐอเมริกา: /ˈtɒpɒs/, สหราชอาณาจักร: /ˈtoʊpoʊs, ˈtoʊpɒs / ; พหูพจน์topoi / ˈtɒpɔɪ / หรือ/ ˈtoʊpɔɪ / หรือtoposes

โทพอส

ในทางคณิตศาสตร์โทโพสของโกรเธนดีค( สหรัฐอเมริกา: /ˈtɒpɒs/, สหราชอาณาจักร: /ˈtoʊpoʊs, ˈtoʊpɒs / ; พหูพจน์topoi / ˈtɒpɔɪ / หรือ/ ˈtoʊpɔɪ / หรือtoposes )เป็นหมวดหมู่ที่มีพฤติกรรมคล้ายกับหมวดหมู่ของชีฟของเซตบนปริภูมิเชิงทอพอโลยี( หรือโดยทั่วไปบนไซต์) โทโพมีพฤติกรรมคล้ายกับหมวดหมู่ของเซตและมีแนวคิดเรื่องการกำหนดตำแหน่ง[ 1 ] โท โพสของ โกเธ นดีคพบการประยุกต์ ใช้ ในเรขาคณิตเชิงพีชคณิตพวกมันได้รับการขยายความโดยโทโพสพื้นฐานซึ่งใช้ในตรรกศาสตร์

สาขาคณิตศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับโทโปอิเรียกว่าทฤษฎีโทโปอิ

การแนะนำ

นับตั้งแต่มีการนำชีฟมาใช้ในคณิตศาสตร์ในช่วงทศวรรษ 1940 แนวคิดหลักประการหนึ่งคือการศึกษาพื้นที่โดยการศึกษาชีฟบนพื้นที่นั้น แนวคิดนี้ได้รับการขยายความโดยAlexander Grothendieckโดยการแนะนำแนวคิดของ "โทโพส" ประโยชน์หลักของแนวคิดนี้อยู่ที่สถานการณ์มากมายในคณิตศาสตร์ที่ฮิวริสติกเชิงโทโพโลยีมีประสิทธิภาพมาก แต่ขาดพื้นที่เชิงโทโพโลยีที่แท้จริง บางครั้งเป็นไปได้ที่จะหาโทโพสที่ทำให้ฮิวริสติกเป็นทางการ ตัวอย่างที่สำคัญของแนวคิดเชิงโปรแกรมนี้คือétale toposของสกีมภาพประกอบอีกภาพหนึ่งของความสามารถของโทโพสของ Grothendieck ในการรวบรวม "แก่นแท้" ของสถานการณ์ทางคณิตศาสตร์ที่แตกต่างกันคือการใช้โทโพสเป็น "สะพาน" สำหรับเชื่อมต่อทฤษฎีต่างๆ ซึ่งแม้จะเขียนด้วยภาษาที่อาจแตกต่างกันมาก แต่ก็มีเนื้อหาทางคณิตศาสตร์ร่วมกัน[ 2 ] [ 3 ]

คำจำกัดความที่เทียบเท่ากัน

โทโพสของโกรเธนดิคคือหมวดหมู่ซี{\displaystyle C}ซึ่งตรงตามคุณสมบัติใดคุณสมบัติหนึ่งในสามข้อต่อไปนี้ ( ทฤษฎีบทของฌอง จิโรด์กล่าวว่าคุณสมบัติทั้งหมดด้านล่างนี้เทียบเท่ากัน)

  • มีหมวดหมู่เล็กๆดี{\displaystyle D}และการรวมเข้าด้วยกันซีเพรช(ดี){\displaystyle C\hookrightarrow \operatorname {Presh} (D)}ซึ่งยอมรับแอดจอยต์ซ้ายที่รักษาขีด จำกัดจำกัดไว้ ได้
  • ซี{\displaystyle C}เป็นหมวดหมู่ของมัดฟางในเว็บไซต์Grothendieck
  • ซี{\displaystyle C}สอดคล้องกับหลักการของ Giraud ดังต่อไปนี้

ที่นี่เพรช(ดี){\displaystyle \operatorname {Presh} (D)}แสดงถึงหมวดหมู่ของฟังก์ชันคอนทราแวเรียนต์จากดี{\displaystyle D}ในหมวดหมู่ของเซต ฟังก์ชันคอนทราแวเรียนต์ดังกล่าว มักเรียกว่าพรีชีฟ (presheaf )

หลักการพื้นฐานของจิโรด์

สัจพจน์ของ Giraud สำหรับหมวดหมู่ซี{\displaystyle C}เป็น:

  • ซี{\displaystyle C}มีชุดตัวสร้าง ขนาดเล็ก และยอมรับโคลิมิต ขนาดเล็กทั้งหมด ยิ่งไปกว่านั้น ผลคูณไฟเบอร์กระจายตัวเหนือผลคูณร่วม กล่าวคือ เมื่อกำหนดชุดหนึ่งแล้วฉัน{\displaystyle I}, หนึ่งฉัน{\displaystyle I}การแมปผลรวมดัชนีไปยังเอ{\displaystyle A}และมอร์ฟิซึมเอเอ{\displaystyle A'\to A}การดึงกลับนั้นเป็นฉัน{\displaystyle I}-ผลคูณร่วมที่จัดทำดัชนีของการดึงกลับ:(ฉันฉันบีฉัน)×เอเอฉันฉัน(บีฉัน×เอเอ).{\displaystyle \left(\coprod _{i\in I}B_{i}\right)\times _{A}A'\cong \coprod _{i\in I}(B_{i}\times _{A}A').}
  • ผลรวมในซี{\displaystyle C}แยกออกจากกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ผลิตภัณฑ์เส้นใยของX{\displaystyle X}และวาย{\displaystyle Y}ผลรวมของพวกมันคือวัตถุเริ่มต้นในซี{\displaystyle C}.
  • ความสัมพันธ์สมมูลทั้งหมดในซี{\displaystyle C}มีประสิทธิภาพ

สัจพจน์สุดท้ายต้องการคำอธิบายมากที่สุด ถ้าXเป็นวัตถุของCความสัมพันธ์สมมูลRบนXคือแผนที่RX × XในC โดยที่สำหรับวัตถุY ใดๆ ในCแผนที่เหนี่ยวนำ Hom( Y , R ) → Hom( Y , X ) × Hom( Y , X ) จะให้ความสัมพันธ์สมมูลแบบธรรมดาบนเซต Hom( Y , X ) เนื่องจาก C มีโคลิมิต เราจึงสามารถสร้าง โค อีควอไลเซอร์ของแผนที่RX ทั้งสอง ได้ เรียกสิ่งนี้ว่าX / Rความสัมพันธ์สมมูลนั้น "มีประสิทธิภาพ" ถ้าแผนที่แคนอนิก

อาร์X×X/อาร์X{\displaystyle R\to X\times _{X/R}X\,\!}

เป็นไอโซมอร์ฟิซึม

ตัวอย่าง

ทฤษฎีบทของ Giraud ได้ให้ "ชีฟบนไซต์" เป็นรายการตัวอย่างที่สมบูรณ์แล้ว อย่างไรก็ตาม โปรดสังเกตว่าไซต์ที่ไม่สมมูลกันมักก่อให้เกิดโทโพโลยีที่สมมูลกัน ดังที่ได้ระบุไว้ในบทนำ ชีฟบนปริภูมิเชิงทอพอโลยีทั่วไปเป็นแรงบันดาลใจให้กับคำจำกัดความและผลลัพธ์พื้นฐานมากมายของทฤษฎีโทโพโลยี

ประเภทของเซ็ตและจีเซ็ต

หมวดหมู่ของเซตเป็นกรณีพิเศษที่สำคัญ: มันมีบทบาทเป็นจุดในทฤษฎีโทโพส อันที่จริง เซตอาจถูกมองว่าเป็นชีฟบนจุด เนื่องจากฟังก์ชันบนหมวดหมู่เอกพจน์ที่มีวัตถุเดียวและมีเพียงมอร์ฟิซึมเอกลักษณ์เท่านั้นก็คือเซตเฉพาะในหมวดหมู่ของเซต

ในทำนองเดียวกัน ก็มีโทโพสอยู่ด้วยบีจี{\displaystyle BG}สำหรับกลุ่ม ใด ๆจี{\displaystyle G}ซึ่งเทียบเท่ากับหมวดหมู่ของจี{\displaystyle G}-เซต เราสร้างสิ่งนี้ขึ้นมาเป็นหมวดหมู่ของพรีชีฟบนหมวดหมู่ที่มีวัตถุหนึ่งชิ้น แต่ตอนนี้เซตของมอร์ฟิซึมนั้นกำหนดโดยกลุ่มจี{\displaystyle G}เนื่องจากฟังก์ชันใดๆ ก็ตามจะต้องให้ค่า aจี{\displaystyle G}-การกระทำต่อเป้าหมาย ซึ่งทำให้ได้หมวดหมู่ของจี{\displaystyle G}-เซต ในทำนองเดียวกัน สำหรับกรุปอยด์จี{\displaystyle {\mathcal {G}}}หมวดหมู่ของรวงข้าวที่เตรียมไว้ล่วงหน้าบนจี{\displaystyle {\mathcal {G}}}นำเสนอชุดของเซตที่จัดทำดัชนีโดยเซตของวัตถุในจี{\displaystyle {\mathcal {G}}}และออโตมอร์ฟิซึมของวัตถุในจี{\displaystyle {\mathcal {G}}}มีการกระทำต่อเป้าหมายของฟังก์ชัน

โทโปอิจากพื้นที่วงแหวน

ตัวอย่างที่แปลกใหม่กว่า และเหตุผลหลักของทฤษฎีโทโพส มาจากเรขาคณิตเชิงพีชคณิต ตัวอย่างพื้นฐานของโทโพสมาจากโทโพสแบบซาริสกีของสกีมสำหรับแต่ละสกีมX{\displaystyle X}มีเว็บไซต์หนึ่งเปิด(X){\displaystyle {\text{Open}}(X)}(ของวัตถุที่กำหนดโดยเซตย่อยเปิดและมอร์ฟิซึมที่กำหนดโดยการรวม) ซึ่งหมวดหมู่ของพรีชีฟก่อตัวเป็นโทโพสของซาริสกี(X)เอ{\displaystyle (X)_{Zar}}แต่เมื่อพิจารณาถึงกลุ่มของมอร์ฟิซึมที่แตกต่างกันแล้ว จะมีการวางนัยทั่วไปหลายประการซึ่งนำไปสู่คณิตศาสตร์ที่ไม่ธรรมดา ยิ่งไปกว่านั้น โทโปอิยังเป็นพื้นฐานสำหรับการศึกษาสกีมในฐานะฟังก์ชันบนหมวดหมู่ของพีชคณิตอีกด้วย

เราอาจเชื่อมโยงโครงร่างหรือแม้แต่กองซ้อน เข้ากับ โทโพสแบบเอทาล โทโพสแบบ fppfหรือ โทโพส แบบนิสเนวิชอีกตัวอย่างที่สำคัญของโทโพสคือจากไซต์ผลึกในกรณีของโทโพสแบบเอทาล โทโพสเหล่านี้เป็นพื้นฐานของการศึกษาในเรขาคณิตแบบอนาเบเลียนซึ่งศึกษาวัตถุในเรขาคณิตเชิงพีชคณิตที่ถูกกำหนดโดยโครงสร้างของกลุ่มพื้นฐานแบบเอทาลอย่าง สมบูรณ์

พยาธิวิทยา

ทฤษฎีโทโพสในแง่หนึ่งคือการขยายความของโทโพสแบบเซตจุดคลาสสิก ดังนั้นจึงควรคาดหวังว่าจะได้เห็นตัวอย่าง พฤติกรรม ที่ผิดปกติ ทั้งแบบเก่าและแบบใหม่ ตัวอย่างเช่น มีตัวอย่างหนึ่งจากปิแอร์ เดลิญ์เกี่ยวกับโทโพสที่ไม่ธรรมดาซึ่งไม่มีจุด (ดูคำจำกัดความของจุดในโทโพสด้านล่าง)

มอร์ฟิซึมเชิงเรขาคณิต

ถ้าX{\displaystyle X}และวาย{\displaystyle Y}โทโปอิ คือมอร์ฟิซึมเชิงเรขาคณิตคุณ:Xวาย{\displaystyle u:X\to Y}คือคู่ของฟังก์ชันผกผัน ( u , u ) (โดยที่u   : YXเป็นฟังก์ชันผกผันซ้ายของu   : XY ) ซึ่งu รักษาลิมิตจำกัดไว้ โปรดทราบว่าu จะรักษาลิมิตร่วมโดยอัตโนมัติเนื่องจากมีฟังก์ชันผกผันขวา

ตามทฤษฎีบทฟังก์ชันผกผันของ Freydการให้การแปลงเชิงเรขาคณิตXYคือการให้ฟังก์ชันu : YXที่รักษาลิมิตจำกัดและโคลิมิตขนาดเล็กทั้งหมด ดังนั้นการแปลงเชิงเรขาคณิตระหว่างโทโพอิอาจถูกมองว่าเป็นอนาล็อกของแผนที่ของโลเคิ 

ถ้าX{\displaystyle X}และวาย{\displaystyle Y}เป็นปริภูมิเชิงทอพอโลยีและคุณ{\displaystyle u}เป็นการแมปแบบต่อเนื่องระหว่างพวกมัน จากนั้นการดำเนินการดึงกลับและการผลักดันไปข้างหน้าบนชีฟจะให้ผลลัพธ์เป็นการแปลงทางเรขาคณิตระหว่างโทโปอิที่เกี่ยวข้องสำหรับไซต์ต่างๆเปิด(X),เปิด(วาย){\displaystyle {\text{Open}}(X),{\text{Open}}(Y)}.

จุดของภูมิประเทศ

จุดหนึ่งของโทโพสX{\displaystyle X}ถูกกำหนดให้เป็นมอร์ฟิซึมเชิงเรขาคณิตจากโทโพสของเซตไปยังX{\displaystyle X}.

ถ้าXเป็นปริภูมิธรรมดาและxเป็นจุดในXแล้วฟังก์ชันที่แปลงชีฟFไปยังสตอล์กF จะมีแอดจอยต์ขวา (ฟังก์ชัน "ชีฟตึกระฟ้า") ดังนั้นจุดธรรมดาในX จึงกำหนดจุดในทฤษฎีโทโพสได้ด้วย จุดเหล่านี้สามารถสร้าง ขึ้นได้โดยใช้การดึงกลับและการผลักไปข้างหน้าตามแผนที่ต่อเนื่องx : 1X 

สำหรับโทโปสเอตาเล(X)อีที{\displaystyle (X)_{et}}ของพื้นที่X{\displaystyle X}จุดนั้นเป็นวัตถุที่มีความละเอียดกว่าเล็กน้อย เมื่อพิจารณาจากจุดหนึ่งจุดx:สเปค(κ(x))X{\displaystyle x:{\text{Spec}}(\kappa (x))\to X}ของแผนการพื้นฐานX{\displaystyle X}จุดหนึ่งx{\displaystyle x'}ของภูมิประเทศ(X)อีที{\displaystyle (X)_{et}}จากนั้นจึงกำหนดโดยส่วนขยายฟิลด์ที่แยกได้เค{\displaystyle k}ของκ(x){\displaystyle \kappa (x)}โดยที่แผนที่ที่เกี่ยวข้องx:สเปค(เค)X{\displaystyle x':{\text{Spec}}(k)\to X}ปัจจัยต่างๆ ผ่านจุดเริ่มต้นx{\displaystyle x}จากนั้น แผนที่การแยกตัวประกอบสเปค(เค)สเปค(κ(x)){\displaystyle {\text{Spec}}(k)\to {\text{Spec}}(\kappa (x))}เป็นการแปลงแบบ etaleของสกีม

กล่าวให้แม่นยำยิ่งขึ้น จุดเหล่านั้นคือ จุด สากลจุดเหล่านั้นไม่เพียงพอในตัวเองสำหรับการแสดงลักษณะเชิงพื้นที่ของโทโพส เพราะโทโพสที่ไม่ธรรมดาอาจไม่มีจุดใดๆ เลย จุด ทั่วไปคือการแปลงทางเรขาคณิตจากโทโพสY ( ขั้นตอนของการกำหนด ) ไปยังXมีจุดเหล่านี้มากพอที่จะแสดงลักษณะเชิงพื้นที่ได้ ตัวอย่างเช่น ถ้าXคือโทโพสจำแนกS [ T ] สำหรับทฤษฎีเรขาคณิตTแล้วคุณสมบัติสากลกล่าวว่าจุดของมันคือแบบจำลองของT (ในขั้นตอนใดๆ ของการกำหนดY )

มอร์ฟิซึมทางเรขาคณิตที่สำคัญ

การแปลงเชิงเรขาคณิต ( u , u ) เป็นสิ่งจำเป็นก็ต่อเมื่อu มีตัวผกผันซ้ายเพิ่มเติมคือu หรือเทียบเท่า (ตามทฤษฎีบทตัวผกผัน) ก็ต่อเมื่อu รักษาไม่เพียงแต่ลิมิตจำกัดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงลิมิตเล็กทั้งหมดด้วย

โทโปอิวงแหวน

โทพอสแบบมีวงแหวนคือคู่ ( X , R ) โดยที่Xเป็นโทพอส และRเป็นวัตถุวงแหวน สลับ ที่ในXการสร้างปริภูมิแบบมีวงแหวน ส่วนใหญ่ ทำได้ผ่านโทพอสแบบมีวงแหวน หมวดหมู่ของ วัตถุ โมดูลRในXเป็นหมวดหมู่แบบอาเบเลียนที่มีอินเจกทีฟเพียงพอ หมวดหมู่แบบอาเบเลียนที่มีประโยชน์มากกว่าคือหมวดหมู่ย่อยของ โมดูล R กึ่งสอดคล้องกัน : โมดูล Rเหล่านี้ยอมรับการนำเสนอ

นอกจากปริภูมิที่มีวงแหวนแล้ว โทปอยแบบวงแหวนที่สำคัญอีกประเภทหนึ่งคือ โทปอยแบบเอตาเลของกลุ่มซ้อนเดลิญ-มัมฟอร์

ทฤษฎีโฮโมโทปีของโทโปอิ

Michael ArtinและBarry Mazur เชื่อมโยง เซตโปรซิมพลิเชียล (ขึ้นอยู่กับโฮโมโทปี ) กับไซต์ที่อยู่เบื้องหลัง โทโพส [ 4 ] (ควรพิจารณาใน Ho(pro-SS) มากกว่า ดู Edwards) การใช้ระบบผกผัน ของเซตซิมพลิเชียลนี้ บางครั้งอาจเชื่อมโยง ระบบผกผันของตัวแปรในทฤษฎีโทโพสกับ โฮโมโทปีในโทโพโลยีแบบคลาสสิก การศึกษาเซตโปรซิมพลิเชียลที่เกี่ยวข้องกับโทโพสเอตาลของสกีมเรียกว่าทฤษฎีโฮโมโทปีเอตาล [ 5 ] ในกรณีที่ดี (ถ้าสกีมเป็นโนเธอร์เรียนและมีกิ่งเดียวทางเรขาคณิต ) เซตโปรซิมพลิเชียลนี้เป็นโปรไฟไนต์

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

  1. Illusie 2004
  2. Caramello, Olivia (2016). ทฤษฎีบท Grothendieck ในฐานะ 'สะพาน' ที่รวมเป็นหนึ่งเดียวในคณิตศาสตร์ (PDF) (HDR). มหาวิทยาลัยปารีส ดิดิโรต์ (ปารีส 7).
  3. Caramello, Olivia (2017). Theories, Sites, Toposes: Relating and studying mathematical theories through topos-theoretic 'bridges . Vol. 1. Oxford University Press. doi : 10.1093/oso/9780198758914.001.0001 . ISBN  9780198758914.
  4. Artin, Michael ; Mazur, Barry (1969). Etale Homotopy . Lecture Notes in Mathematics. Vol. 100. Springer-Verlag . doi : 10.1007/BFb0080957 . ISBN  978-3-540-36142-8.
  5. Friedlander, Eric M. (1982), Étale homotopy of simplicial schemes , Annals of Mathematics Studies, vol. 104, Princeton University Press , ISBN  978-0-691-08317-9
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Topos&oldid=1362895205 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ โทพอส

ในทางคณิตศาสตร์โทโพสของโกรเธนดีค( สหรัฐอเมริกา: /ˈtɒpɒs/, สหราชอาณาจักร: /ˈtoʊpoʊs, ˈtoʊpɒs / ; พหูพจน์topoi / ˈtɒpɔɪ / หรือ/ ˈtoʊpɔɪ / หรือtoposes

การแนะนำ

นับตั้งแต่มีการนำชีฟมาใช้ในคณิตศาสตร์ในช่วงทศวรรษ 1940 แนวคิดหลักประการหนึ่งคือการศึกษาพื้นที่โดยการศึกษาชีฟบนพื้นที่นั้น แนวคิดนี้ได้รับการขยายความโดย Alexander Grothendieck โดยการแนะนำแนวคิดของ "โทโพส"...

คำจำกัดความที่เทียบเท่ากัน

โทโพสของโกรเธนดิคคือ หมวดหมู่ ซี {\displaystyle C} ซึ่งตรงตามคุณสมบัติใดคุณสมบัติหนึ่งในสามข้อต่อไปนี้ ( ทฤษฎีบท ของ ฌอง จิโรด์ กล่าวว่าคุณสมบัติทั้งหมดด้านล่างนี้เทียบเท่ากัน)

หลักการพื้นฐานของจิโรด์

สัจพจน์ของ Giraud สำหรับ หมวดหมู่ ซี {\displaystyle C} เป็น: