伴随函子

更新时间:2024-06-19 18:56

伴随函子是范畴论的基本概念之一。它在同调代数等学科中有着重要应用。

定义

设A与X为范畴。从X到A的伴随对为三元组:X→A。其中F:X→A与G:A→X为函子,函数φ在给定X中对象x与A中对象a后给出双射φx,a:A(Fx,a)=X(x,Ga),且φ(·,·):A(F·,·)=X(·,G·)对两个变量均自然。

则F称为G的左伴随函子,G称为F的右伴随函子。

性质

函子G:A→X的任意两个左伴随函子F与F'为自然同构。

函子G:A→X有左伴随函子,当且仅当函子X(x,G·)为可表示函子

加性函子的伴随函子为加性函子。

简介

在数学研究中,人们往往通过不同的方法来比较所研究的数学对象,例如在范畴论中,利用同构和等价来刻划两个研究对象是相同和等价的,然而同构和等价都是比较强的条件,伴随函子是用更弱的条件来研究对象之间的关系。伴随函子的概念最先是由坎(Kan, D.M.)于1958年提出来的,此后伴随函子理论被广泛应用于范畴、环与模论等研究领域,正如Saunders Mac Lane宣称的那样:伴随函子无处不在,现在它已成为代数学的重要概念及工具之一。

等价定义

单位泛态射形式定义

给定两个函子F:C→D与G:D→C,自然变换η:1c→GF。F┤G称为伴随对,若对任意C∈C,D∈D,f:C→GD,存在惟一的g:FC→D,使得f=G(g)ηc。即

类似的,可以定义余单位泛态射来定义伴随。

余单位泛态射形式定义

给定两个函子F:C→D与G:D→C,自然变换δ:FG→1D。F┤G称为伴随对,若对任意C∈C,D∈D,g:FC→D,存在惟一的f:C→GD,使得g=δDF(f)。即

单位余单位形式定义

给定两个函子F:C→D与G:D→C,两个自然变换η:1c→GF,δ:FG→1D。F┤G称为伴随对,若对任意C∈C,D∈D,有下面的交换图

即δF·Fη=1F,Gδ·ηG=1G。

Hom-Set形式定义

两个函子F:C→D与G:D→C称为伴随对,若每对对象(C,D),其中C∈C,D∈D,存在一个同构

ψ=ψC,D:D(FC,D)≅C(C,GD)。

注1:HomD(FC,D)常简记为D(FC,D)=(FC,D)D=(FC,D)。

注2:ψ是双射,且在C,D处是自然的,所以HomD(FC,D)事实上是一个双函子,对所有的f:C″→C,g:D→D′,有下面两个交换图(*)

重要例子

伴随函子在范畴论与表示论中有着广泛应用,如单子余单子、Recollement等概念都是由伴随函子给出的,下面是关于伴随函子的一个重要例子。设B∈SMR,B⊗R-是RM到SM张量函子,HomS(B,-)是SM到RMHom函子ψ:HomS(B⊗RA,C)→HomR(A,HomS(B,C))是同构态射,并且对任意α∈Hom(A,A′),γ∈Hom(A,A′),有交换图

因此,(B⊗R-,HomS(B,-))是一对伴随函子。

以下为左伴随函子的一些例子

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