Симпліційна категорія (також симплекс-категорія , ординальне категорія ) — категорія непустих скінченних ординалів , морфізмами в якій є монотонні функції . Відіграє важливу роль в алгебричній топології , є основною для таких конструкцій, як симпліційні об'єкти і симпліційні множини .
Позначається
Δ
{\displaystyle \Delta }
, іноді —
O
r
d
{\displaystyle \mathbf {Ord} }
[ 2] .
Об'єктами симпліційної категорії
Δ
{\displaystyle \Delta }
мають вид
[
n
]
=
{
0
,
1
,
…
,
n
}
{\displaystyle [n]=\{0,1,\dots ,n\}}
, де
n
{\displaystyle n}
— натуральне число , а морфізмами відображення
f
:
[
n
]
→
[
n
′
]
{\displaystyle f:[n]\to [n']}
такі, що з
i
⩽
j
{\displaystyle i\leqslant j}
випливає
f
(
i
)
⩽
f
(
j
)
{\displaystyle f(i)\leqslant f(j)}
. Іншими словами, об'єктами симпліційної категорії є скінченні порядкові числа , а морфізмами — нестрого монотонні функції між ними. Порядкове число
[
0
]
{\displaystyle [0]}
є початковим об'єктом категорії, а
[
1
]
{\displaystyle [1]}
— термінальним .
Будь-який морфізм симпліційної категорії може бути породжений композицією морфізмів (
0
⩽
i
⩽
n
{\displaystyle 0\leqslant i\leqslant n}
):
δ
i
n
:
[
n
−
1
]
→
[
n
]
{\displaystyle \delta _{i}^{n}:[n-1]\to [n]}
,
σ
i
n
:
[
n
+
1
]
→
[
n
]
{\displaystyle \sigma _{i}^{n}:[n+1]\to [n]}
,
заданих як:
δ
i
n
(
j
)
=
{
j
,
j
<
i
j
+
1
,
j
⩾
i
{\displaystyle \delta _{i}^{n}(j)={\begin{cases}j,&j<i\\j+1,&j\geqslant i\end{cases}}}
(зростаюче ін'єктивне відображення, що «пропускає»
i
{\displaystyle i}
),
σ
i
n
(
j
)
=
{
j
,
j
⩽
i
j
−
1
,
j
>
i
{\displaystyle \sigma _{i}^{n}(j)={\begin{cases}j,&j\leqslant i\\j-1,&j>i\end{cases}}}
(неспадне сюр'ективне відображення, що приймає значення
i
{\displaystyle i}
двічі).
Більш того, для будь-якого
f
∈
H
o
m
Δ
(
[
m
]
,
[
n
]
)
{\displaystyle f\in \mathrm {Hom} _{\Delta }([m],[n])}
існує єдине подання:
f
=
δ
i
s
n
δ
i
s
−
1
n
−
1
…
δ
i
1
n
−
s
+
1
σ
j
t
m
−
t
…
σ
j
2
m
−
2
σ
j
1
m
−
1
{\displaystyle f=\delta _{i_{s}}^{n}\delta _{i_{s-1}}^{n-1}\dots \delta _{i_{1}}^{n-s+1}\sigma _{j_{t}}^{m-t}\dots \sigma _{j_{2}}^{m-2}\sigma _{j_{1}}^{m-1}}
,
де
0
⩽
i
1
<
⋯
<
i
s
⩽
n
{\displaystyle 0\leqslant i_{1}<\dots <i_{s}\leqslant n}
,
0
⩽
j
t
<
⋯
<
j
1
<
m
{\displaystyle 0\leqslant j_{t}<\dots <j_{1}<m}
,
n
=
m
−
t
+
s
{\displaystyle n=m-t+s}
.
Ці морфізми задовольняють співвідношення:
δ
j
n
+
1
δ
i
n
=
δ
i
n
+
1
δ
j
−
1
n
{\displaystyle \delta _{j}^{n+1}\delta _{i}^{n}=\delta _{i}^{n+1}\delta _{j-1}^{n}}
, якщо
i
<
j
{\displaystyle i<j}
,
σ
j
n
σ
i
n
+
1
=
σ
i
n
σ
j
+
1
i
+
1
{\displaystyle \sigma _{j}^{n}\sigma _{i}^{n+1}=\sigma _{i}^{n}\sigma _{j+1}^{i+1}}
, якщо
i
⩽
j
{\displaystyle i\leqslant j}
,
σ
j
n
−
1
δ
i
n
=
{
δ
i
n
−
1
σ
j
−
1
n
−
2
,
i
<
j
I
d
[
n
−
1
]
,
i
=
j
∨
i
=
j
+
1
Δ
i
−
1
n
−
1
σ
j
n
−
2
,
i
>
j
+
1
{\displaystyle \sigma _{j}^{n-1}\delta _{i}^{n}={\begin{cases}\delta _{i}^{n-1}\sigma _{j-1}^{n-2},&i<j\\{\mathsf {Id}}_{[n-1]},&i=j\,\vee \,i=j+1\\\Delta _{i-1}^{n-1}\sigma _{j}^{n-2},&i>j+1\end{cases}}}
Дані співвідношення однозначно визначають морфізми
δ
{\displaystyle \delta }
і
σ
{\displaystyle \sigma }
.
Порядкове додавання — біфунктор
+
:
Δ
×
Δ
→
Δ
{\displaystyle +:\Delta \times \Delta \to \Delta }
, заданий на порядкових числах як звичайне додавання:
[
n
]
+
[
n
′
]
=
[
n
+
n
′
]
{\displaystyle [n]+[n']=[n+n']}
,
а для морфізму
f
:
[
n
]
→
[
n
′
]
{\displaystyle f:[n]\to [n']}
і
g
:
[
m
]
→
[
m
′
]
{\displaystyle g:[m]\to [m']}
за наступною схемою:
(
f
+
g
)
(
i
)
=
{
f
(
i
)
,
0
⩽
i
⩽
n
−
1
n
′
+
g
(
i
−
n
)
,
n
⩽
i
⩽
n
+
m
−
1
{\displaystyle (f+g)(i)={\begin{cases}f(i),&0\leqslant i\leqslant n-1\\n'+g(i-n),&n\leqslant i\leqslant n+m-1\end{cases}}}
.
Симпліційна категорія з порядковим додаванням утворює строго моноїдальну категорію .
У застосування також використовується поповнена симпліційна категорія (англ. augmented simplicial category )
Δ
+
{\displaystyle \Delta _{+}}
— симпліційна категорія, доповнена ордіналом
[
−
1
]
=
∅
{\displaystyle [-1]=\varnothing }
:
Δ
+
=
Δ
∪
[
−
1
]
{\displaystyle \Delta _{+}=\Delta \cup [-1]}
. Іноді доповнену симпліційну категорію називають алгебричною симпліційною категорією , в цьому випадку
Δ
{\displaystyle \Delta }
називають топологічною .
Для об'єктів категорії
Δ
{\displaystyle \Delta }
існує геометричне представлення за допомогою коваріантного функтора
{
0
,
1
,
…
,
n
}
→
Δ
n
{\displaystyle \{0,1,\dots ,n\}\to \Delta ^{n}}
образами якого є стандартні симплекси рівні за означенням
Δ
n
=
{
(
t
0
,
…
t
n
)
∣
(
∑
i
t
i
=
1
)
∧
(
∀
i
t
i
⩾
0
)
}
{\displaystyle \Delta ^{n}=\{(t_{0},\dots t_{n})\mid {(\sum _{i}t_{i}=1)}\wedge {(\forall i\;t_{i}\geqslant 0)}\}}
і морфізм
f
∗
:
Δ
n
→
Δ
m
{\displaystyle f_{*}:\Delta ^{n}\to \Delta ^{m}}
, породжений морфізмом
f
:
[
n
]
→
[
m
]
{\displaystyle f:[n]\to [m]}
задається як
f
∗
(
t
0
,
…
t
n
)
=
(
s
0
,
…
s
m
)
,
s
j
=
∑
f
(
i
)
=
j
t
i
.
{\displaystyle f_{*}(t_{0},\dots t_{n})=(s_{0},\dots s_{m}),\quad s_{j}=\sum _{f(i)=j}t_{i}.}
Інакше кажучи, образом i -ї вершини
Δ
n
{\displaystyle \Delta ^{n}}
є
f
(
i
)
{\displaystyle f(i)}
-вершина симплекса
Δ
m
{\displaystyle \Delta ^{m}}
, а для всіх інших точок відображення продовжується лінійно по барицентричних координатах .
Тоді відображення
d
∗
i
{\displaystyle d_{*}^{i}}
переводить
Δ
n
{\displaystyle \Delta ^{n}}
у i -ту грань симплекса
Δ
n
+
1
{\displaystyle \Delta ^{n+1}}
, а
s
∗
j
{\displaystyle s_{*}^{j}}
переводить
Δ
n
{\displaystyle \Delta ^{n}}
у
Δ
n
−
1
{\displaystyle \Delta ^{n-1}}
стискуючи j -ту і j +1 точки в одну точку.
Симплектичним об'єктом категорії
C
{\displaystyle {\mathcal {C}}}
називається довільний контраваріантний функтор
X
:
Δ
→
C
{\displaystyle X:\Delta \to {\mathcal {C}}}
. Аналогічно коваріантний функтор
X
:
Δ
→
C
{\displaystyle X:\Delta \to {\mathcal {C}}}
називається косимпліційним об'єктом.
Симпліційний об'єкт можна повністю задати визначивши для кожного
n
⩾
0
{\displaystyle n\geqslant 0}
об'єкт
X
n
{\displaystyle X_{n}}
(що називається n -м шаром, або n -ю компонентою симплектичного об'єкта
X
{\displaystyle X}
) і морфізми
d
i
=
X
(
δ
i
)
:
X
n
→
X
n
−
1
{\displaystyle d_{i}=X(\delta _{i}):X_{n}\to X_{n-1}}
(оператор граней )
s
i
=
X
(
σ
i
)
:
X
n
→
X
n
−
1
{\displaystyle s_{i}=X(\sigma _{i}):X_{n}\to X_{n-1}}
((оператор виродження )).
Тоді симпліційний об'єкт можна ототожнити із системою
{
X
n
,
d
i
,
s
i
}
{\displaystyle \{X_{n},d_{i},s_{i}\}}
, де
X
n
{\displaystyle X_{n}}
— об'єкти категорії
C
{\displaystyle {\mathcal {C}}}
і морфізми
d
i
:
X
i
→
i
−
1
,
0
⩽
i
⩽
n
{\displaystyle d_{i}:X_{i}\to i-1,\quad 0\leqslant i\leqslant n}
і
s
i
:
X
i
→
i
+
1
,
0
⩽
i
⩽
n
{\displaystyle s_{i}:X_{i}\to i+1,\quad 0\leqslant i\leqslant n}
задовольняють співвідношення:
d
i
d
j
=
d
j
−
1
d
i
{\displaystyle d_{i}d_{j}=d_{j-1}d_{i}}
, якщо
i
<
j
{\displaystyle i<j}
,
s
i
s
j
=
s
j
+
1
s
i
{\displaystyle s_{i}s_{j}=s_{j+1}s_{i}}
, якщо
i
⩽
j
{\displaystyle i\leqslant j}
,
d
i
s
j
=
{
s
j
−
1
d
i
,
i
<
j
I
d
,
i
=
j
∨
i
=
j
+
1
s
j
d
i
−
1
,
i
>
j
+
1
{\displaystyle d_{i}s_{j}={\begin{cases}s_{j-1}d_{i},&i<j\\{\mathsf {Id}},&i=j\,\vee \,i=j+1\\s_{j}d_{i-1},&i>j+1\end{cases}}}
.
За допомогою двоїстості у такий же спосіб можна задати і косимпліційні об'єкти.
Симпліційним відображенням
f
:
X
→
Y
{\displaystyle f:X\to Y}
(між двома симпліційними об'єктами однієї категорії) називається довільний морфізм функтора
X
:
Δ
→
C
{\displaystyle X:\Delta \to {\mathcal {C}}}
в функтор
Y
:
Δ
→
C
{\displaystyle Y:\Delta \to {\mathcal {C}}}
, тобто така система морфізмів
f
n
:
X
n
→
Y
n
,
n
⩾
0
{\displaystyle f_{n}:X_{n}\to Y_{n},\quad n\geqslant 0}
, для якої виконуються співвідношення
d
i
f
n
+
1
=
f
n
d
i
{\displaystyle d_{i}f_{n+1}=f_{n}d_{i}}
, для
0
⩽
i
⩽
n
+
1
{\displaystyle 0\leqslant i\leqslant n+1}
,
s
i
f
n
=
f
n
+
1
s
i
{\displaystyle s_{i}f_{n}=f_{n+1}s_{i}}
, для
0
⩽
i
⩽
n
{\displaystyle 0\leqslant i\leqslant n}
.
Симпліційною гомотопією
h
:
f
≃
g
{\displaystyle h:f\simeq g}
що зв'язує симпліційні
f
,
g
:
X
→
Y
{\displaystyle f,g:X\to Y}
відображення симпліційних об'єктів категорії
C
{\displaystyle {\mathcal {C}}}
, називається сім'я морфізмів
h
i
:
X
n
→
Y
n
+
1
,
0
⩽
i
⩽
n
{\displaystyle h_{i}:X_{n}\to Y_{n+1},\quad 0\leqslant i\leqslant n}
категорії, що задовольняють співвідношення:
d
0
f
0
=
f
n
{\displaystyle d_{0}f_{0}=f_{n}}
,
d
n
f
n
=
g
n
{\displaystyle d_{n}f_{n}=g_{n}}
,
d
i
h
j
=
{
h
j
−
1
d
i
,
i
<
j
d
j
h
j
−
1
,
i
=
j
>
0
h
j
d
i
−
1
,
i
>
j
+
1
{\displaystyle d_{i}h_{j}={\begin{cases}h_{j-1}d_{i},&i<j\\d_{j}h_{j-1},&i=j>0\\h_{j}d_{i-1},&i>j+1\end{cases}}}
,
s
i
h
j
=
{
h
j
+
1
s
i
,
i
⩽
j
h
j
s
i
−
1
,
i
>
j
{\displaystyle s_{i}h_{j}={\begin{cases}h_{j+1}s_{i},&i\leqslant j\\h_{j}s_{i-1},&i>j\end{cases}}}
.
{\displaystyle }
Симпліційні об'єкти категорії
C
{\displaystyle {\mathcal {C}}}
і їх симпліційні відображення утворюють категорію
Δ
∘
C
{\displaystyle \Delta ^{\circ }{\mathcal {C}}}
. З введеними вище означеннями у цій категорії можна відтворити майже всю стандартну теорію гомотопій , що пояснює значення симпліційної категорії і симпліційних об'єктів в алгебричній топології .
↑ Як
O
r
d
{\displaystyle \mathbf {Ord} }
часто також позначається категорія всіх лінійно впорядкованих множин, в якій симпліційна категорія є повною підкатегорією
Габриель П., Цисман М. Категории частных и теория гомотопий. — Москва : Мир, 1971. — С. 69—72.
Goerss, Paul; Jardine, John (1999). Simplicial homotopy theory . Birkhäuser. ISBN 3-7643-6064-X .
May, Peter (1967). Simplicial objects in algebraic topology . The university of Chicago press. ISBN 0-226-51180-4 .