14.单态

当复合律出现在某些数学结构中时,我们总是关注那些可消去,或者说可逆的元素。这一部分将学习范畴中具有左消去性的态射。

一个态射称之为单态,当对于任意的两个可先复合的态射,复合后的态射是可消去的。

(f\circ g=f\circ h)\Rightarrow(g=h)

我们可以用符号f:A\rightarrowtail B来强调这是一个单态。

一些性质:

1.恒等态射是单态

2.两个单态的复合是单态

3.假如k\circ f是单态,那么f是单态。

证明很简洁

(k\circ f\circ g=k\circ f\circ h)\Rightarrow(f\circ g=f\circ h)\Rightarrow(g=h)

(f\circ g=f\circ h)\Rightarrow(k\circ f\circ g=k\circ f\circ h)\Rightarrow(g=h)

下面是一些非常经典的术语

假如g\circ f=1_A,则f称为g的一个部分,g称为f的一个收缩,A称为B的一个收核。

在范畴中,每一个部分都是一个单态。

证明:因为复合态射g\circ f=1_A是单态,所以f是单态。

关于函子作用于单态的影响。

定义:

函子F保持单态,即单态经函子作用后还是单态

函子F映出单态,即如果作用后是单态,则原来的态射是单态

一个忠实函子映出单态

证明:由上图,第一个推出是函子的定义,即对复合律的保持。第二个推出是假设条件,即Ff是单态,可左消去。第三个推出是忠实函子的定义,即对映射而言是单射。


例子:

a.集合范畴中的单态实质上就是单射,在前面我们学习到了元素范畴,可以将集合中的元素与单点集到集合态射一一对应起来,在同构的意义上是完全等同的。于是,单射作用于元素,就可以视为作用于态射,自然引出单态的定义。

在这方面,可以使用那句经典的话,箭头是一切。函数是箭头,关系是箭头,就连元素也是箭头。在所有的东西都转化为箭头后,范畴论就能发挥巨大的作用,无视具体理论的差异,提供一个通用的代数工具。

b.在拓扑空间和连续映射范畴中,或者说他的满子范畴完备的豪斯多夫空间,单态就是连续的单射。就像集合中做的那样,空间A的一个元素可以视为单点集到空间A的一个映射。沿用上面的证明过程即可。

c.对于群范畴和交换群范畴,单态就是单的群同态。论证过程依然类似,群中的元素可视为整数群到群G的群同态。这个不太熟悉,等会再看看。

d.带幺交换环范畴,单态是单的环同态。元素对应于整系数多项式环到环R的环同态。这个也不熟悉。

e.带幺环的右模范畴,单态是单的R线性映射。元素对应于R到R模的线性映射。


先到这吧,还有几个例子似乎不那么显然。单态具有左消性,这是关键的点,范畴其实关于运算只有复合一种,所以,尽管交换图可以十分复杂,但是不过是一些分支结构,最后要验证的都是态射复合的相等,可以理解为元素相等,函数相等,泛函相等,这都是可以的,因为范畴论没有说态射一定是什么,这也体现了极大的普适性,所以被人们推崇。但是,过了这么多年范畴论依然没有成为主流的学问,与其说是范畴太抽象了,不如说,基础教育阶段的数学结构过于简单了,杀鸡焉用牛刀。不过,就像高观点下的初等数学书中的精妙论证一般,站的越高,越能看到本质。范畴论是内功,不论数学对象形式如何变化,这些道理总是正确的,一招破万法。不过,他同样也不是万能的,所以还需不断地发展。去囊括更多的领域。

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