קטגוריה (מתמטיקה) – הבדלי גרסאות

תוכן שנמחק תוכן שנוסף

בשורה

גרסה אחרונה מ־15:02, 17 ביוני 2023

ערך זה עוסק בקטגוריה השייכת למתמטיקה. אם התכוונתם לקטגוריה השייכת לפילוסופיה, ראו קטגוריה (פילוסופיה).

במתמטיקה, קטגוריה היא מערכת מתמטית כללית ביותר, המאפשרת לנסח באופן פורמלי תכונות של אובייקטים מופשטים, ותהליכים המשמרים את המבנה של אובייקטים אלו. קטגוריות מופיעות בכל אחד מענפי המתמטיקה והן מהוות דרך מרכזית לאחד את ענפי המתמטיקה השונים תחת מסגרת כוללת. העיסוק בקטגוריות כאובייקטים בפני עצמן נקרא "תורת הקטגוריות".

הגדרה פורמלית

קטגוריה ${\mathcal {C}}$ מורכבת מהמידע הבא:

מחלקה ${\mbox{Ob}}({\mathcal {C}})$ של עצמים (או אובייקטים)
לכל זוג אובייקטים $a,b\in {\mbox{Ob}}({\mathcal {C}})$ משויכת קבוצה ${\mbox{Hom}}(a,b)\,$ (מסומנת לעיתים ${\mbox{Mor}}(a,b)$ ) הנקראת קבוצת המורפיזמים מ- $a$ ל- $b$ . מורפיזם $f\in {\mbox{Hom}}(a,b)$ מסומן בדרך כלל על ידי $f\colon a\rightarrow b$ .
לכל שלושה אובייקטים $a,b$ $a,b$ ו- $c$ $c$ , קיים אופרטור בינארי ${\mbox{Hom}}(a,b)\times {\mbox{Hom}}(b,c)\rightarrow {\mbox{Hom}}(a,c)$ ${\mbox{Hom}}(a,b)\times {\mbox{Hom}}(b,c)\rightarrow {\mbox{Hom}}(a,c)$ הנקרא הרכבת מורפיזמים. הרכבת המורפיזמים $f\colon a\rightarrow b$ $f\colon a\rightarrow b$ ו- $g\colon b\rightarrow c$ $g\colon b\rightarrow c$ מסומנת על ידי $\,g\circ f$ $\,g\circ f$ או פשוט $gf\,$ $gf\,$ , כך שמתקיימות האקסיומות הבאות:
- (אסוציאטיביות) אם $f\colon a\to b,g\colon b\to c$ ו- $h\colon c\to d$ אז מתקיים $h\circ (g\circ f)=(h\circ g)\circ f$ , וגם
- (קיום יחידה) לכל אובייקט $x$ , קיים מורפיזם יחיד $1_{x}\colon x\to x$ המכונה מורפיזם היחידה של $x$ , כך שעבור כל מורפיזם $f\colon a\to b$ מתקיים: $1_{b}\circ f=f=f\circ 1_{a}$ .

קטגוריה נקראת קטגוריה קטנה אם המחלקה ${\mbox{Ob}}({\mathcal {C}})$ היא קבוצה. לעיתים מכונים המורפיזמים של קטגוריה בשם חיצים.

דוגמאות

קטגורית הקבוצות Set. מחלקת האובייקטים היא מחלקת כל הקבוצות. בהינתן שתי קבוצות $a,b$ הקבוצה ${\mbox{Hom}}(a,b)$ היא קבוצת כל הפונקציות מ- $a$ ל- $b$ . הרכבת מורפיזמים היא הרכבת פונקציות.
קטגורית החבורות Grp. מחלקת האובייקטים היא מחלקת כל החבורות. הקבוצה ${\mbox{Hom}}(a,b)$ היא קבוצת כל ההומומורפיזמים מ- $a$ ל- $b$ .
קטגורית החבורות האבליות Ab. מחלקת האובייקטים היא מחלקת כל החבורות האבליות, והמורפיזמים הם הומומורפיזמים של חבורות אבליות.
הקטגוריה Top. מחלקת האובייקטים היא מחלקת כל המרחבים הטופולוגיים. המורפיזמים הם פונקציות רציפות בין מרחבים טופולוגיים.
קטגורית החוגים Ring, עם ההומומורפיזמים של חוגים בתור מורפיזמים.
קטגוריה של חוגים, כאשר המורפיזמים מ- $A$ ל- $B$ הם הבימודולים מעל $(A,B)$ , והרכבת מורפיזמים היא המכפלה הטנזורית מעל האובייקט המשותף. בדוגמה זו, שלא כרגיל, המורפיזמים אינם פונקציות.

סוגי מורפיזמים

מורפיזם $f:a\rightarrow b$ נקרא:

מונומורפיזם אם לכל אובייקט x ולכל זוג מורפיזמים $g_{1},g_{2}\colon x\rightarrow a$ , אם מתקיים $f\circ g_{1}=f\circ g_{2}$ אז $g_{1}=g_{2}$ .
אפימורפיזם אם לכל אובייקט x ולכל זוג מורפיזמים $g_{1},g_{2}\colon b\rightarrow x$ , אם מתקיים $g_{1}\circ f=g_{2}\circ f$ אז $g_{1}=g_{2}$ .
איזומורפיזם אם קיים לו מורפיזם הופכי. במילים אחרות, אם קיים מורפיזם $g\colon b\rightarrow a$ כך ש $f\circ g=1_{b}$ ו- $g\circ f=1_{a}$ .

לדוגמה, בקטגוריית החבורות, מונומורפיזם הוא בדיוק הומומורפיזם חד-חד-ערכי. אפימורפיזם הוא בדיוק הומומורפיזם על.

סוגי אובייקטים

אובייקט אפס

ערך מורחב – אובייקט התחלתי ואובייקט סופי

אובייקט $a\in {\mbox{Ob}}(C)$ נקרא:

אובייקט התחלתי (initial) אם לכל אובייקט $x\in {\mbox{Ob}}(C)$ קיים בדיוק מורפיזם אחד $f\colon a\rightarrow x$ .
אובייקט סופי (terminal) אם לכל אובייקט $x\in {\mbox{Ob}}(C)$ קיים בדיוק מורפיזם אחד $f\colon x\rightarrow a$ .
אובייקט אפס אם הוא גם התחלתי וגם סופי.

לדוגמה, בקטגוריית הקבוצות, הקבוצה הריקה היא אובייקט התחלתי, בעוד כל יחידון (קבוצה בעלת איבר אחד, לא להתבלבל עם מונואיד) היא אובייקט סופי. בקטגוריית החבורות, כל חבורה טריוויאלית היא אובייקט אפס. ראוי להדגיש שאף שכל שתי חבורות טריוויאליות הן איזומורפיות, בקטגוריית החבורות ישנן אינסוף חבורות טריוויאליות שונות, האיזומורפיות זו לזו.

קטגוריות בתורת ההצגות

לקטגוריות יש תפקיד מרכזי בתורת ההצגות, בעיקר של חוגים על ידי המודולים שלהם. בין הטיפוסים העיקריים של קטגוריות שמתקבלות באופן הזה:

קטגוריה פרה-אדיטיבית: קטגוריה שבה מוגדר (קטגורית) הסכום הישר של כל שני אובייקטים.
קטגוריה אדיטיבית: קטגוריה שבה מוגדר סכום ישר, יש איבר אפס, והמורפיזמים בין שני אובייקטים מהווים חבורה אבלית.
קטגוריה פסאודו-אבלית: קטגוריה אדיטיבית שבה כל מורפיזם אידמפוטנטי משרה פיצול של האובייקט. (כזוהי למשל קטגוריית המודולים הפרויקטיביים מעל חוג כלשהו; או קטגוריית המודולים הפרויקטיביים הנוצרים סופית).
קטגוריה אבלית: קטגוריה פסאודו-אבלית שבה לכל מורפיזם יש גרעין וקו-גרעין. (לדוגמה, קטגוריית המרחבים הווקטוריים מממד זוגי היא אבלית). הקטגוריה של מודולים פרויקטיביים נוצרים סופית מעל $R$ היא אבלית אם ורק אם $R$ פשוט למחצה.
קטגוריית גרותנדיק, שהיא סוג מיוחד של קטגוריה אבלית. קטגוריית המודולים מעל חוג נתון היא קטגוריית גרותנדיק, וכל קטגוריית גרותנדיק משוכנת בקטגוריית המודולים מעל חוג כלשהו.

ראו גם

תמונה (תורת הקטגוריות)

קישורים חיצוניים

קטגוריות (מתמטיקה), דף שער בספרייה הלאומית
קטגוריה, באתר MathWorld (באנגלית)

@@ שורה 1: / שורה 1: @@
+{{פירוש נוסף|נוכחי=קטגוריה השייכת ל[[מתמטיקה]]|אחר=קטגוריה השייכת ל[[פילוסופיה]]|ראו=[[קטגוריה (פילוסופיה)]]}}
-ב[[מתמטיקה]], '''קטגוריות''' מאפשרות לנסח באופן פורמלי רעיונות המערבים אובייקטים אבסטרקטים ותהליכים המשמרים את המבנה של אובייקטים אלו. קטגוריות מופיעות בכל אחד מענפי המתמטיקה והן מהוות דרך מרכזית לאחד את ענפי המתמטיקה השונים תחת מסגרת כוללת. העיסוק בקטגוריות כאובייקטים בפני עצמן נקרא [[תורת הקטגוריות]].
+ב[[מתמטיקה]], '''קטגוריה''' היא מערכת מתמטית כללית ביותר, המאפשרת לנסח באופן פורמלי תכונות של אובייקטים מופשטים, ותהליכים המשמרים את המבנה של אובייקטים אלו. קטגוריות מופיעות בכל אחד מענפי המתמטיקה והן מהוות דרך מרכזית לאחד את ענפי המתמטיקה השונים תחת מסגרת כוללת. העיסוק בקטגוריות כאובייקטים בפני עצמן נקרא "[[תורת הקטגוריות]]".
 ==הגדרה פורמלית==
 '''קטגוריה''' <math>\mathcal C</math> מורכבת מהמידע הבא:
-* [[מחלקה (מתמטיקה)|מחלקה]] <math>Ob(\mathcal C)</math> של '''עצמים''' (או '''אובייקטים''')
+* [[מחלקה (תורת הקבוצות)|מחלקה]] <math>\mbox{Ob}(\mathcal C)</math> של '''עצמים''' (או '''אובייקטים''')
-* לכל זוג אובייקטים <math>a,b \in Ob(\mathcal C)</math> קבוצה <math>\mbox{Hom}(a,b)\,</math> (מסומנת לעתים <math>\mbox{Mor}(a,b)\,</math>) הנקראת קבוצת המורפיזמים מ-a ל-b. '''מורפיזם''' <math>f\in \mbox{Hom}(a,b)</math> מסומן בדרך כלל על ידי <math>f:a\rightarrow b</math>.
+* לכל זוג אובייקטים <math>a,b \in \mbox{Ob}(\mathcal C)</math> משויכת קבוצה <math>\mbox{Hom}(a,b)\,</math> (מסומנת לעיתים <math>\mbox{Mor}(a,b)</math>) הנקראת קבוצת המורפיזמים מ-<math>a</math> ל-<math>b</math>. '''[[מורפיזם]]''' <math>f\in \mbox{Hom}(a,b)</math> מסומן בדרך כלל על ידי <math>f \colon a \rightarrow b</math>.
-* לכל שלושה אובייקטים a, b ו-c, קיים [[אופרטור בינארי]] <math>\,\mbox{Hom}(a,b) \times \mbox{Hom}(b,c) \rightarrow \mbox{Hom}(a,c)</math>  הנקרא ''הרכבת מורפיזמים''. הרכבת המורפיזמים <math>\,f:a \rightarrow b</math> ו-<math>\,g:b \rightarrow c</math> מסומנת על ידי <math>\,g \circ f</math> או פשוט <math>gf\,</math>.
+* לכל שלושה אובייקטים <math>a,b</math> ו-<math>c</math>, קיים [[אופרטור בינארי]] <math>\mbox{Hom}(a,b) \times \mbox{Hom}(b,c) \rightarrow \mbox{Hom}(a,c)</math> הנקרא '''הרכבת מורפיזמים'''. הרכבת המורפיזמים <math>f \colon a \rightarrow b</math> ו-<math>g \colon b \rightarrow c</math> מסומנת על ידי <math>\,g \circ f</math> או פשוט <math>gf\,</math>, כך שמתקיימות ה[[אקסיומה|אקסיומות]] הבאות:
+** ([[אסוציאטיביות]]) אם <math>f \colon a \to b, g \colon b \to c</math> ו- <math>h \colon c \to d</math> אז מתקיים <math>h \circ (g \circ f) = (h \circ g) \circ f</math>, וגם
+** (קיום יחידה) לכל אובייקט <math>x</math>, קיים מורפיזם יחיד <math>1_x \colon x \to x</math> המכונה מורפיזם היחידה של <math>x</math>, כך שעבור כל מורפיזם <math>f \colon a \to b</math> מתקיים: <math>1_b \circ f = f = f \circ 1_a</math>.
+קטגוריה נקראת '''קטגוריה קטנה''' אם המחלקה <math>\mbox{Ob}(\mathcal C)</math> היא [[קבוצה (מתמטיקה)|קבוצה]].
-כך שמתקיימות האקסיומות הבאות:
+לעיתים מכונים המורפיזמים של קטגוריה בשם '''חיצים'''.
-* (אסוציאטיביות) אם ''g'' : ''b'' → ''c'', ''f'' : ''a'' → ''b'' ו- ''h'' : ''c'' → ''d'' אז מתקיים  ''h'' o (''g'' o ''f'') = (''h'' o ''g'') o ''f'', וגם
-* (קיום יחידה) לכל אובייקט ''x'', קיים מורפיזם יחיד  1<sub>''x''</sub> : ''x'' → ''x'' המכונה מורפיזם היחידה של x, כך שעבור כל מורפיזם ''f'' : ''a'' → ''b'' מתקיים: 1<sub>''b''</sub> o ''f'' = ''f'' = ''f'' o 1<sub>''a''</sub>.
-קטגוריה נקראת '''קטגוריה קטנה''' אם המחלקה <math>Ob(\mathcal C)</math> היא [[קבוצה (מתמטיקה)|קבוצה]].
-לעתים מכונים המורפיזמים של קטגוריה בשם '''חיצים'''.
 ==דוגמאות==
-* קטגורית הקבוצות '''Set'''. מחלקת האובייקטים היא מחלקת כל הקבוצות. בהינתן שתי קבוצות <math>a,b</math> הקבוצה ''(Hom(a,b'' היא קבוצת כל הפונקציות מ-''a'' ל ''b''. הרכבת מורפיזמים היא [[הרכבת פונקציות]].
+* קטגורית הקבוצות '''Set'''. מחלקת האובייקטים היא מחלקת כל הקבוצות. בהינתן שתי קבוצות <math>a,b</math> הקבוצה <math>\mbox{Hom}(a,b)</math> היא קבוצת כל ה[[פונקציה|פונקציות]] מ-<math>a</math> ל-<math>b</math>. הרכבת מורפיזמים היא [[הרכבת פונקציות]].
-* קטגורית החבורות '''Grp'''. מחלקת האובייקטים היא מחלקת כל החבורות. הקבוצה ''(Hom(a,b'' היא קבוצת כל ה[[הומומורפיזם|הומומורפיזמים]] מ-''a'' ל ''b''.
+* קטגורית החבורות '''Grp'''. מחלקת האובייקטים היא מחלקת כל ה[[חבורה (מתמטיקה)|חבורות]]. הקבוצה ''<math>\mbox{Hom}(a,b)</math>'' היא קבוצת כל ה[[הומומורפיזם|הומומורפיזמים]] מ-<math>a</math> ל-<math>b</math>.
 * קטגורית החבורות האבליות '''Ab'''. מחלקת האובייקטים היא מחלקת כל [[חבורה אבלית|החבורות האבליות]], והמורפיזמים הם הומומורפיזמים של חבורות אבליות.
-* הקטגוריה '''Top'''. מחלקת האובייקטים היא מחלקת כל ה[[מרחב טופולוגי|מרחבים הטופולוגים]]. המורפיזמים הם [[רציפות (טופולוגיה)|פונקציות רציפות]] בין מרחבים טופולוגים.
+* הקטגוריה '''Top'''. מחלקת האובייקטים היא מחלקת כל ה[[מרחב טופולוגי|מרחבים הטופולוגיים]]. המורפיזמים הם [[רציפות (טופולוגיה)|פונקציות רציפות]] בין מרחבים טופולוגיים.
+* קטגורית החוגים '''Ring''', עם ההומומורפיזמים של חוגים בתור מורפיזמים.
+* קטגוריה של חוגים, כאשר המורפיזמים מ-<math>A</math> ל-<math>B</math> הם הבימודולים מעל <math>(A,B)</math>, והרכבת מורפיזמים היא המכפלה הטנזורית מעל האובייקט המשותף. בדוגמה זו, שלא כרגיל, המורפיזמים אינם פונקציות.
 ==סוגי מורפיזמים==
 מורפיזם <math>f:a \rightarrow b</math> נקרא:
-* '''מונומורפיזם''' אם לכל אובייקט ''x'' ולכל זוג מורפיזמים <math>g_1, g_2 :x \rightarrow a</math>, אם מתקיים <math>f \circ g_1 = f \circ g_2</math> אז <math>g_1 = g_2</math>.
+* '''מונומורפיזם''' אם לכל אובייקט ''x'' ולכל זוג מורפיזמים <math>g_1, g_2 \colon x \rightarrow a</math>, אם מתקיים <math>f \circ g_1 = f \circ g_2</math> אז <math>g_1 = g_2</math>.
-* '''אפימורפיזם''' אם לכל אובייקט ''x'' ולכל זוג מורפיזמים <math>g_1, g_2:b \rightarrow x</math>, אם מתקיים <math>g_1 \circ f = g_2 \circ f</math> אז <math>g_1 = g_2</math>.
+* '''אפימורפיזם''' אם לכל אובייקט ''x'' ולכל זוג מורפיזמים <math>g_1, g_2 \colon b \rightarrow x</math>, אם מתקיים <math>g_1 \circ f = g_2 \circ f</math> אז <math>g_1 = g_2</math>.
-* '''איזומורפיזם''' אם קיים לו מורפיזם הופכי. במילים אחרות, אם קיים מורפיזם <math>g:b \rightarrow a</math> כך ש <math>f \circ g = 1_b</math> ו-<math>g \circ f = 1_a</math>.
+* '''איזומורפיזם''' אם קיים לו מורפיזם הופכי. במילים אחרות, אם קיים מורפיזם <math>g \colon b \rightarrow a</math> כך ש <math>f \circ g = 1_b</math> ו-<math>g \circ f = 1_a</math>.
-לדוגמה, בקטגוריית החבורות, מונומורפיזם הוא בדיוק הומומורפיזם חד חד ערכי. אפימורפיזם הוא בדיוק הומומורפיזם על.
+לדוגמה, בקטגוריית החבורות, מונומורפיזם הוא בדיוק הומומורפיזם חד-חד-ערכי. אפימורפיזם הוא בדיוק הומומורפיזם על.
 ==סוגי אובייקטים==
 ===אובייקט אפס===
+{{הפניה לערך מורחב|אובייקט התחלתי ואובייקט סופי}}
-אובייקט <math>a\in Ob(C)</math> נקרא:
-* '''אובייקט התחלתי''' (initial) אם לכל אובייקט <math>x \in Ob(C)</math> קיים בדיוק מורפיזם אחד <math>f:a \rightarrow x</math>.
-* '''אובייקט סופי''' (terminal) אם לכל אובייקט <math>x \in Ob(C)</math> קיים בדיוק מורפיזם אחד <math>f:x \rightarrow a</math>.
+אובייקט <math>a \in \mbox{Ob}(C)</math> נקרא:
+* '''אובייקט התחלתי''' (initial) אם לכל אובייקט <math>x \in \mbox{Ob}(C)</math> קיים בדיוק מורפיזם אחד <math>f \colon a \rightarrow x</math>.
+* '''אובייקט סופי''' (terminal) אם לכל אובייקט <math>x \in \mbox{Ob}(C)</math> קיים בדיוק מורפיזם אחד <math>f \colon x \rightarrow a</math>.
 * '''אובייקט אפס''' אם הוא גם התחלתי וגם סופי.
 לדוגמה, בקטגוריית הקבוצות, [[הקבוצה הריקה]] היא אובייקט התחלתי, בעוד כל [[תורת הקבוצות - מונחים|יחידון]] (קבוצה בעלת איבר אחד, לא להתבלבל עם [[מונואיד]]) היא אובייקט סופי.
-בקטגוריית החבורות, כל חבורה טריוויאלית היא אובייקט אפס. ראוי להדגיש שאף שכל שתי חבורות טריוויאליות הן איזומורפיות, בקטגורית החבורות ישנם אינסוף חבורות טריוויאליות שונות, האיזומורפיות זו לזו.
+בקטגוריית החבורות, כל חבורה טריוויאלית היא אובייקט אפס. ראוי להדגיש שאף שכל שתי חבורות טריוויאליות הן איזומורפיות, בקטגוריית החבורות ישנן אינסוף חבורות טריוויאליות שונות, האיזומורפיות זו לזו.
+== קטגוריות בתורת ההצגות ==
+לקטגוריות יש תפקיד מרכזי ב[[הצגה ליניארית|תורת ההצגות]], בעיקר של [[חוג (מבנה אלגברי)|חוגים]] על ידי ה[[מודול (מבנה אלגברי)|מודולים]] שלהם. בין הטיפוסים העיקריים של קטגוריות שמתקבלות באופן הזה:
+# [[קטגוריה פרה-אדיטיבית]]: קטגוריה שבה מוגדר (קטגורית) ה[[סכום ישר|סכום הישר]] של כל שני אובייקטים.
+# [[קטגוריה אדיטיבית]]: קטגוריה שבה מוגדר סכום ישר, יש [[איבר אפס (תורת הקטגוריות)|איבר אפס]], והמורפיזמים בין שני אובייקטים מהווים [[חבורה אבלית]].
+# [[קטגוריה פסאודו-אבלית]]: קטגוריה אדיטיבית שבה כל מורפיזם [[אידמפוטנט]]י משרה פיצול של האובייקט. (כזוהי למשל קטגוריית ה[[מודול פרויקטיבי|מודולים הפרויקטיביים]] מעל חוג כלשהו; או קטגוריית המודולים הפרויקטיביים הנוצרים סופית).
+# [[קטגוריה אבלית]]: קטגוריה פסאודו-אבלית שבה לכל מורפיזם יש גרעין וקו-גרעין. (לדוגמה, קטגוריית המרחבים הווקטוריים מממד זוגי היא אבלית). הקטגוריה של מודולים פרויקטיביים נוצרים סופית מעל <math>R</math> היא אבלית אם ורק אם <math>R</math> [[חוג פשוט למחצה|פשוט למחצה]].
+# [[קטגוריית גרותנדיק]], שהיא סוג מיוחד של קטגוריה אבלית. קטגוריית המודולים מעל חוג נתון היא קטגוריית גרותנדיק, וכל קטגוריית גרותנדיק משוכנת בקטגוריית המודולים מעל חוג כלשהו.
+==ראו גם==
+*[[תמונה (תורת הקטגוריות)]]
+==קישורים חיצוניים==
+* {{דף שער בספרייה הלאומית|987007284853105171|קטגוריות (מתמטיקה)}}
+* {{MathWorld}}
+{{בקרת זהויות}}
+[[קטגוריה:ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה]]
-[[en:Category (mathematics)]]
-[[קטגוריה:מתמטיקה]]
 [[קטגוריה:תורת הקטגוריות]]
 [[קטגוריה:אלגברה הומולוגית]]