範疇論

阿貝爾範疇

阿貝爾範疇是這樣一種範疇:它的行為足夠像某環上的模範疇,以至於整套同調代數——核、上核、像、正合序列、圖追蹤——都能在其內部講得通。其動機是恰好公理化做同調所需的特徵,而不拘泥於真實的模,使同一套機器適用於層、鏈複形與表示。它是導出函子、Ext 與 Tor 的天然舞台。

阿貝爾範疇可分步定義為:一個帶零物件、並具有彼此一致的全部有限積與餘積的範疇(故它是加性的,每個 Hom 集都是阿貝爾群且複合雙線性);其中每個態射都有核與上核;並且關鍵地,其中每個單態射都是某態射的核,每個滿態射都是某態射的上核。最後這條正規性公理迫出第一同構定理:每個態射都分解為映滿到其像的滿態射繼以一個單態射,且像等於上像。

其結構意義由弗賴德–米切爾嵌入定理捕捉:每個小阿貝爾範疇都充分忠實且正合地嵌入某環 R 上的模範疇 R-Mod。所以阿貝爾範疇恰是「嵌入意義下的模範疇」,這為如下做法提供了依據:先在模中以元素追蹤證明圖引理(蛇引理、五引理),再在任何阿貝爾範疇中援引它們。標準例子包括 Ab、R-Mod、阿貝爾群層與有界鏈複形。

阿貝爾群範疇 Ab 是阿貝爾的:同態的核與上核就是通常的,而短正合序列 0 -> A -> B -> C -> 0 意指 A 是 B -> C 的核,C 是 A -> B 的上核。有限生成自由阿貝爾群的範疇是加性的,但不是阿貝爾的,因為由乘以 2 給出的映射 Z -> Z 在其內部沒有上核。

Ab 是阿貝爾的;若並非所有映射都有上核便破壞了公理。