호몰로지 대수학에서 왼쪽 유도 함자(-誘導函子, 영어: left derived functor)와 오른쪽 유도 함자(-誘導函子, 영어: right derived functor)는 각각 오른쪽 완전 함자 또는 왼쪽 완전 함자가 왼쪽 또는 오른쪽에서 완전하지 못한 정도를 측정하는 함자이다.[1]
정의
유도 함자의 개념은 원래 단사 또는 사영 대상을 충분히 가지는 아벨 범주의 대상에 대하여 정의되었다. 이 정의는 아벨 범주의 대상 대신 그 속의 사슬 복합체에 대하여 일반화할 수 있으며, 하나의 대상에 대한 유도 함자는 하나의 성분만을 가지는 사슬 복합체에 대한 특수한 경우이다. 사슬 복합체에 대하여 정의된 유도 함자는 초유도 함자(超誘導函子, 영어: hyperderived functor) 또는 초코호몰로지(超cohomology, 영어: hypercohomology)라고 한다. 초유도 함자의 값은 사슬 복합체의 유사동형에 의존하지 않으며, 따라서 자연스럽게 유도 범주 위에 정의된다.
사슬 복합체의 범주는 자연스럽게 모형 범주를 이루며, 초유도 함자의 개념을 임의의 모형 범주에 대하여 일반화할 수 있다.
단사 · 사영 분해를 통한 정의
단사 분해
단사 대상을 충분히 가지는 아벨 범주 에서, 임의의 대상 에 대하여 단사 분해, 즉 다음과 같은 꼴의 긴 완전열이 존재한다.
여기서 는 단사 대상으로 구성된 자연수 차수 공사슬 복합체이다. 이러한 긴 완전열을 대상 의 단사 분해(영어: injective resolution)이라고 한다. 단사 분해는 유일하지 않을 수 있다. 단사 분해는 다음과 같은 꼴의, 단사 대상으로 구성된 자연수 차수 공사슬 복합체의 유사동형과 같다.
단사 대상을 충분히 가지는 아벨 범주 와 아벨 범주 및 그 사이의 왼쪽 완전 함자 가 주어졌다고 하자. 그렇다면, 의 대상 에 대하여, 그 (임의의) 단사 분해의 에 대한 상을 생각하자.
는 두 행의 유사동형을 보존하지 않는다. 즉, 는 완전열이었지만, 은 더 이상 완전열이 아니다. 의 코호몰로지를 의 오른쪽 유도 함자의 값으로 정의한다.
특히, 이다.
보다 일반적으로, 단사 대상을 충분히 가지는 아벨 범주 속의 자연수 차수 공사슬 복합체 가 주어졌을 때, 항상 단사 대상으로 구성된 유사동형 공사슬 복합체를 찾을 수 있다.
이를 공사슬 복합체 의 단사 분해라고 한다. 하나의 대상의 단사 분해는 0차 성분만을 가진 공사슬 복합체에 대한 특수한 경우이다. 임의의 공사슬 복합체 에 대하여, 왼쪽 완전 함자 는 두 행의 유사동형을 일반적으로 보존하지 않는다.
의 오른쪽 초유도 함자(영어: right hyperderived functor)의 값은 의 단사 분해 의 상 의 코호몰로지이다.
서로 다른 단사 분해를 사용하면, 자연 동형 오른쪽 유도 함자를 얻으며, 따라서 오른쪽 유도 함자는 단사 분해의 선택에 의존하지 않는다. 또한, 오른쪽 유도 함자 는 가법 함자임을 보일 수 있다.
사영 분해
단사 대상 대신, 사영 대상을 사용해 오른쪽 완전 함자 의 왼쪽 유도 함자(영어: left derived functor) 도 유사하게 정의할 수 있다.
사영 대상을 충분히 가지는 아벨 범주 에서, 대상 의 사영 분해(영어: projective resolution) 를 생각하자.
사영 대상을 충분히 가지는 아벨 범주 와 아벨 범주 및 그 사이의 오른쪽 완전 함자 의 왼쪽 유도 함자 는 의 사영 분해의 상의 호몰로지이다.
보다 일반적으로, 사영 대상을 충분히 가지는 아벨 범주 속의 자연수 차수 사슬 복합체 가 주어졌을 때, 항상 사영 대상으로 구성된 유사동형 사슬 복합체를 찾을 수 있다.
이를 사슬 복합체 의 사영 분해라고 한다. 하나의 대상의 사영 분해는 0차 성분만을 가진 사슬 복합체에 대한 특수한 경우이다.
사영 대상을 충분히 가지는 아벨 범주 와 아벨 범주 및 그 사이의 오른쪽 완전 함자 의 왼쪽 초유도 함자(영어: left hyperderived functor)
는 의 사영 분해의 상의 호몰로지이다.
모형 범주를 통한 정의
단사 또는 사영 대상을 충분히 가지는 아벨 범주 위의 (공)사슬 복합체의 범주는 모형 범주를 이루며, 그 위의 유도 함자의 정의는 임의의 모형 범주에 대하여 일반화할 수 있다. 이 경우 단사·사영 분해는 (적절한 모형 범주 구조에 대한) (쌍대)올 분해에 대응한다.
모형 범주 이 주어졌다고 하자. 그렇다면, 그 호모토피 범주로 가는 충실한 함자
가 존재한다. 이 함자는 모형 범주 의 약한 동치 사상을 호모토피 범주 의 동형 사상으로 대응시킨다.
모형 범주에서 올뭉치를 , 쌍대올뭉치를 , 약한 동치를 로 표기하자. 시작 대상은 이며, 끝 대상은 로 표기하자.
올 분해
모형 범주 에서 범주 로 가는 함자 가 의 올대상 사이의 약한 동치를 의 동형 사상으로 보낸다고 하자.
임의의 대상 에 대하여, 그 올분해(영어: fibrant resolution)
가 주어졌다고 하자. 그렇다면, 의 오른쪽 초유도 함자 는 다음과 같다.
이 함자는 약한 동치를 동형 사상으로 대응시키므로, 자연스럽게 호모토피 범주 위에 정의된다.
공사슬 복합체 |
모형 범주
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공사슬 복합체 범주 |
모형 범주
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공사슬 복합체 범주의 유도 범주 |
모형 범주의 호모토피 범주
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유도 범주 |
범주
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오른쪽 완전 함자 로부터 정의된 함자 |
함자
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단사 대상으로 구성된 공사슬 복합체 |
올 대상
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단사 분해 |
올 분해
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오른쪽 초유도 함자 |
오른쪽 초유도 함자
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쌍대올 분해
모형 범주 이 주어졌다고 하자. 그렇다면, 그 호모토피 범주로 가는 충실한 함자
가 존재한다.
모형 범주 에서 범주 로 가는 함자 가 의 쌍대올대상 사이의 약한 동치를 의 동형 사상으로 보낸다고 하자.
임의의 대상 에 대하여, 그 쌍대올분해
가 주어졌다고 하자. 그렇다면, 의 왼쪽 초유도 함자 는 다음과 같다.
사슬 복합체 |
모형 범주
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사슬 복합체 범주 |
모형 범주
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사슬 복합체 범주의 유도 범주 |
모형 범주의 호모토피 범주
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유도 범주 |
범주
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오른쪽 완전 함자 로부터 정의된 함자 |
함자
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사영 대상으로 구성된 사슬 복합체 |
쌍대올 대상
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사영 분해 |
쌍대올 분해
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왼쪽 초유도 함자 |
왼쪽 초유도 함자
|
칸 확대를 통한 정의
모형 범주에서는 약한 동치의 모임이 주어진다. 모형 범주에 존재하는 추가 구조 (올뭉치 · 쌍대올뭉치)는 유도 함자를 구체적으로 구성하는 데 간편하지만, 유도 함자를 정의하는 데 필요하지 않다. 따라서, 약한 동치가 주어진 범주에 대하여 유도 함자를 칸 확대의 개념을 사용하여 일반적으로 정의할 수 있다.[2]
약한 동치의 모임이 주어진 범주 및 함자 가 주어졌다고 하자. 그렇다면, 약한 동치들에 대한 국소화를 가하여 (범주론적인 문제를 무시하면) 호모토피 범주 및 포함 함자 를 정의할 수 있다. 그렇다면, 의 왼쪽 유도 함자 는 (만약 존재한다면) 의 에 대한 오른쪽 칸 확대이다.
오른쪽 칸 확대의 보편 성질에 따라서, 임의의 대상 에 대하여 자연 변환의 성분 이 존재한다. 모형 범주의 경우, 이 사상은 의 쌍대올 분해 의 상 이다.
마찬가지로, 의 오른쪽 유도 함자 는 (만약 존재한다면) 의 에 대한 왼쪽 칸 확대이다. 왼쪽 칸 확대의 보편 성질에 따라서, 임의의 대상 에 대하여 자연 변환의 성분 이 존재한다. 모형 범주의 경우, 이 사상은 의 올 분해 의 상 이다.
성질
원래 함자 는 왼쪽 완전 함자라고 가정하였으므로, 단사 분해의 처음 부분
의 상
은 완전열이다. 따라서, 은 단사 사상이며,
이다. 따라서, 0차 유도 함자는 원래 함자와 자연 동형이다. 즉, 이다.
만약 가 단사 대상이라면, 단사 분해를
으로 취할 수 있다. 이 경우, 단사 분해의 상
의 호몰로지는 자명하다. 즉, 모든 에 대하여 이고, 단사 대상의 유도 함자에 대한 상은 항상 0이다.
긴 완전열
왼쪽 완전 함자 및 의 짧은 완전열
이 주어졌을 때, 뱀 보조정리에 따라서 다음과 같은 긴 완전열이 발생한다.
마찬가지로, 오른쪽 완전 함자 및 의 짧은 완전열
이 주어졌을 때, 뱀 보조정리에 따라서 다음과 같은 긴 완전열이 발생한다.
예
흔히 쓰이는 많은 호몰로지 및 코호몰로지 이론들은 유도 함자로서 정의할 수 있다.
적용 대상 |
함자 |
완전성 방향 |
유도 함자
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위상 공간 |
아벨 군층의 단면 |
왼쪽 완전 함자 |
층 코호몰로지
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환 의 왼쪽 가군 |
가군 준동형 군 |
왼쪽 완전 함자 |
Ext 함자
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환 의 왼쪽 가군 |
텐서곱 |
오른쪽 완전 함자 |
Tor 함자
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군 |
가군의 불변원 |
왼쪽 완전 함자 |
군 코호몰로지
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군 |
가군의 쌍대불변원 |
오른쪽 완전 함자 |
군 호몰로지
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스킴 |
에탈 층의 단면 |
왼쪽 완전 함자 |
에탈 코호몰로지
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각주
외부 링크