| @@ -88,6 +88,19 @@ anderen Struktur, die einer triangulierten Kategorie. | |||||
| (TR4 in \cite{hartshorne}), das wir im Folgenden jedoch nicht benötigen. | (TR4 in \cite{hartshorne}), das wir im Folgenden jedoch nicht benötigen. | ||||
| \end{bem} | \end{bem} | ||||
| \begin{definition} | |||||
| Sei $\mathcal{T}$ eine triangulierte Kategorie mit Verschiebefunktor $T$. | |||||
| Eine Unterkategorie $\mathcal{R}$ von $\mathcal{T}$ heißt | |||||
| triangulierte Unterkategorie, wenn gilt | |||||
| \begin{enumerate}[(i)] | |||||
| \item für jedes Objekt $X \in \mathcal{T}$ ist $X \in \mathcal{R}$, genau dann wenn | |||||
| $T(X) \in \mathcal{R}$ ist, und | |||||
| \item falls zwei Punkte eines ausgezeichneten Dreiecks in $\mathcal{T}$ in $\mathcal{R}$ liegen, so auch | |||||
| der dritte. | |||||
| \end{enumerate} | |||||
| \label{def:triangulated-subcategory} | |||||
| \end{definition} | |||||
| \begin{definition}[Triangulierter Funktor] | \begin{definition}[Triangulierter Funktor] | ||||
| Ein additiver (kovarianter) Funktor $F\colon \mathcal{T} \to \mathcal{S}$ zwischen triangulierten Kategorien | Ein additiver (kovarianter) Funktor $F\colon \mathcal{T} \to \mathcal{S}$ zwischen triangulierten Kategorien | ||||
| heißt trianguliert, wenn er ausgezeichnete Dreiecke in ausgezeichnete Dreiecke überführt und mit dem | heißt trianguliert, wenn er ausgezeichnete Dreiecke in ausgezeichnete Dreiecke überführt und mit dem | ||||
| @@ -559,7 +572,7 @@ $\com{X}, \com{Y} \in \mathcal{K}$ lassen sich explizit bestimmen: | |||||
| \begin{lemma} | \begin{lemma} | ||||
| Seien $\com{X}, \com{Y} \in \mathcal{K}$ zwei Komplexe. Dann gilt für $n \in \Z$: | Seien $\com{X}, \com{Y} \in \mathcal{K}$ zwei Komplexe. Dann gilt für $n \in \Z$: | ||||
| \[ | \[ | ||||
| H^{n}(\com{\text{Hom}}(\com{X}, \com{Y}) = \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{X}, \com{Y}[n]) | |||||
| H^{n}\com{\text{Hom}}(\com{X}, \com{Y}) = \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{X}, \com{Y}[n]) | |||||
| .\]\label{hom-compl-cohomgroups} | .\]\label{hom-compl-cohomgroups} | ||||
| \end{lemma} | \end{lemma} | ||||
| \begin{proof} | \begin{proof} | ||||
| @@ -583,6 +596,23 @@ $\com{X}, \com{Y} \in \mathcal{K}$ lassen sich explizit bestimmen: | |||||
| wenn $(f^{i})_{i \in \Z} \in \text{im }d^{n-1}$. | wenn $(f^{i})_{i \in \Z} \in \text{im }d^{n-1}$. | ||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| \begin{lemma}[$\com{\text{Hom}}(-, -)$ und (Co)limites] | |||||
| Sei $\com{X} \in \mathcal{K}$ und seien $(\com{S} _n)_{n \in \N}$ bzw. $(\com{T} _n)_{n \in \N}$ | |||||
| direkte bzw. inverse Systeme in $\mathcal{K}$. Dann sind die natürlichen Homomorphismen | |||||
| \[ | |||||
| \com{\text{Hom}}(\colim \com{S}_n, \com{X}) \longrightarrow \lim \com{\text{Hom}}(\com{S}_n, \com{X}) | |||||
| \] und | |||||
| \[ | |||||
| \com{\text{Hom}}(\com{X}, \lim \com{T}_n) \longrightarrow \lim \com{\text{Hom}}(\com{X}, \com{T}_n) | |||||
| \] Isomorphismen. | |||||
| \label{lemma:inner-hom-commutes-with-limits} | |||||
| \end{lemma} | |||||
| \begin{proof} | |||||
| Das gilt gradweise nach Definition von $\lim$ und man verifiert, dass die gradweisen Homomorphismen, | |||||
| Komplexhomomorphismen bilden. | |||||
| \end{proof} | |||||
| \begin{lemma}[Tensorprodukt ist trianguliert] | \begin{lemma}[Tensorprodukt ist trianguliert] | ||||
| Sei $\com{M} \in \mathcal{K}(A\text{-Mod})$. | Sei $\com{M} \in \mathcal{K}(A\text{-Mod})$. | ||||
| Dann ist $- \otimes_A \com{M}$ (und $\com{M} \otimes_A -$) ein triangulierter Funktor von $\mathcal{K}(A\text{-Mod})$ | Dann ist $- \otimes_A \com{M}$ (und $\com{M} \otimes_A -$) ein triangulierter Funktor von $\mathcal{K}(A\text{-Mod})$ | ||||
| @@ -629,7 +659,7 @@ eine Unterkategorie $\mathcal{L}$ von Komplexen in $\mathcal{K}$, sodass | |||||
| \item für jeden Komplex $\com{X} \in \mathcal{K}$ ein Quasiisomorphismus | \item für jeden Komplex $\com{X} \in \mathcal{K}$ ein Quasiisomorphismus | ||||
| $\com{X} \to \com{I}$ mit $\com{I} \in \mathcal{L}$ | $\com{X} \to \com{I}$ mit $\com{I} \in \mathcal{L}$ | ||||
| (bzw. $\com{P} \to \com{X} $ mit $\com{P} \in \mathcal{L}$) | (bzw. $\com{P} \to \com{X} $ mit $\com{P} \in \mathcal{L}$) | ||||
| existiert und | |||||
| existiert, und | |||||
| \item $\com{\text{Hom}}(\com{Y}, -)$ (bzw. $\com{\text{Hom}}(-, \com{Y})$) Exaktheit | \item $\com{\text{Hom}}(\com{Y}, -)$ (bzw. $\com{\text{Hom}}(-, \com{Y})$) Exaktheit | ||||
| von Komplexen aus $\mathcal{L}$ erhält. | von Komplexen aus $\mathcal{L}$ erhält. | ||||
| \end{enumerate} | \end{enumerate} | ||||
| @@ -658,6 +688,7 @@ Das Ziel dieses Abschnitts ist das folgende Resultat: | |||||
| Sei $R$ ein Ring und $\mathcal{A}$ die Kategorie der $R$ (links-)Moduln. Dann | Sei $R$ ein Ring und $\mathcal{A}$ die Kategorie der $R$ (links-)Moduln. Dann | ||||
| hat jeder Komplex in $\mathcal{A}$ eine K-injektive und eine K-projektive | hat jeder Komplex in $\mathcal{A}$ eine K-injektive und eine K-projektive | ||||
| Auflösung. | Auflösung. | ||||
| \label{satz:r-mod-existence-k-proj-and-k-inj-resolutions} | |||||
| \end{satz} | \end{satz} | ||||
| Die Vorgehensweise orientiert sich dabei an \cite{spaltenstein}. | Die Vorgehensweise orientiert sich dabei an \cite{spaltenstein}. | ||||
| @@ -667,28 +698,37 @@ Die Vorgehensweise orientiert sich dabei an \cite{spaltenstein}. | |||||
| Zunächst werden einige grundlegenden Eigenschaften von K-injektiven und K-projektiven | Zunächst werden einige grundlegenden Eigenschaften von K-injektiven und K-projektiven | ||||
| Komplexen entwickelt. | Komplexen entwickelt. | ||||
| \begin{bem} | |||||
| Sei $\com{X} \in \mathcal{K}$. Mit \ref{hom-compl-cohomgroups} ist $\com{X}$ | |||||
| \begin{lemma}[] | |||||
| Sei $\com{X} \in \mathcal{K}$. Es gilt | |||||
| \begin{align*} | |||||
| \com{X} \text{ K-injektiv} &\iff \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{S} , \com{X} ) = 0 \quad \forall \com{S} \in \mathcal{K} \text{ exakt}\\ | |||||
| \com{X} \text{ K-projektiv} &\iff \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{X} , \com{S} ) = 0 \quad \forall \com{S} \in \mathcal{K} \text{ exakt} | |||||
| .\end{align*} | |||||
| \label{lemma:mork-crit-for-k-inj} | |||||
| \end{lemma} | |||||
| \begin{proof} | |||||
| Mit \ref{hom-compl-cohomgroups} ist $\com{X}$ | |||||
| genau dann K-injektiv, wenn für jeden exakten Komplex | genau dann K-injektiv, wenn für jeden exakten Komplex | ||||
| $\com{S} \in \mathcal{K}$ gilt, dass | $\com{S} \in \mathcal{K}$ gilt, dass | ||||
| $\text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{S}[i] , \com{X}) = 0$ $\forall i \in \Z$. | $\text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{S}[i] , \com{X}) = 0$ $\forall i \in \Z$. | ||||
| Da Verschieben Exaktheit erhält folgt also | |||||
| \[ | |||||
| \com{X} \text{ K-injektiv} \iff \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{S} , \com{X} ) = 0 \quad \forall \com{S} \in \mathcal{K} \text{ exakt} | |||||
| .\] | |||||
| Durch Umdrehen der Pfeile erhalten wir | |||||
| \[ | |||||
| \com{X} \text{ K-projektiv} \iff \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{X} , \com{S} ) = 0 \quad \forall \com{S} \in \mathcal{K} \text{ exakt} | |||||
| \] | |||||
| \end{bem} | |||||
| Da Verschieben Exaktheit erhält folgt die Behauptung. Die duale Aussage folgt durch Umdrehen der Pfeile. | |||||
| \end{proof} | |||||
| \begin{bem} | |||||
| Ein exakter K-projektiver oder K-injektiver Komplex $\com{X}$ ist zusammenziehbar, d.h. ist nullhomotop. | |||||
| \begin{proof} | |||||
| Betrachte $\mathrm{id}_{\com{X}} \in \mathrm{Hom}^{0}(\com{X}, \com{X}) = \mathrm{Mor}_{\K}(\com{X} , \com{X}) = \mathrm{H}^0 \com{\mathrm{Hom}}(\com{X}, \com{X}) = 0$. Also ist $\mathrm{id}_{\com{X} } = 0$ und damit | |||||
| $\com{X} \stackrel{\sim }{=} 0$ in $\K$. | |||||
| \end{proof} | |||||
| \end{bem} | |||||
| \begin{lemma} | |||||
| Ein exakter K-projektiver oder K-injektiver Komplex $\com{X} \in \mathcal{K}$ | |||||
| ist zusammenziehbar, d.h. ist nullhomotop. | |||||
| \end{lemma} | |||||
| \begin{proof} | |||||
| Betrachte $\mathrm{id}_{\com{X}} \in \mathrm{Mor}_{\K}(\com{X} , \com{X}) | |||||
| \stackrel{\ref{hom-compl-cohomgroups}}{=} \mathrm{H}^0 \com{\mathrm{Hom}}(\com{X}, \com{X}) = 0$. Also ist $\mathrm{id}_{\com{X} } = 0$ und damit | |||||
| $\com{X} \stackrel{\sim }{=} 0$ in $\K$. | |||||
| \end{proof} | |||||
| Für ein Objekt $X \in \mathcal{A}$ stellt sich die Frage, ob Injektivität (bzw. Projektivität) von $X$ in $\mathcal{A}$ | |||||
| mit K-injektivität (bzw. K-projektivität) des Komplexes $\com{X}$, wobei $X^{i} = 0$ für alle $i \neq 0$ und | |||||
| $X^{0} = X$, zusammenhängt. Die folgende Aussage stellt diesen Zusammenhang her: | |||||
| \begin{satz} | \begin{satz} | ||||
| Sei $\com{X} \in \K$ mit $X^{i} = 0$ $\forall i \neq 0$. Dann ist $\com{X} $ K-projektiv (bzw. K-injektiv) genau | Sei $\com{X} \in \K$ mit $X^{i} = 0$ $\forall i \neq 0$. Dann ist $\com{X} $ K-projektiv (bzw. K-injektiv) genau | ||||
| @@ -700,15 +740,15 @@ Komplexen entwickelt. | |||||
| \begin{proof} | \begin{proof} | ||||
| Wir zeigen nur den K-projektiven Fall. Der K-injektive folgt dann durch Umdrehen | Wir zeigen nur den K-projektiven Fall. Der K-injektive folgt dann durch Umdrehen | ||||
| aller Pfeile. | aller Pfeile. | ||||
| ,,$\implies$'': Sei $\com{X} $ K-projektiv und $\com{S} = 0 \to M \to N \to P \to 0$ kurze exakte Folge in $\mathcal{A}$. Sei | |||||
| $f\colon X^{0} \to P$. Das induziert einen Komplexhomomorphismus $\com{X} \to \com{S}$ | |||||
| ,,$\implies$'': Sei $\com{X} $ K-projektiv und $\com{S} = [0 \to M \to N \to P \to 0]$ eine kurze exakte Folge in $\mathcal{A}$. Sei | |||||
| $f\colon X^{0} \to P$. Das induziert einen Komplexhomomorphismus $\com{X} \to \com{S}$: | |||||
| \[\begin{tikzcd} | \[\begin{tikzcd} | ||||
| 0 \arrow{d} \arrow{r} & 0 \arrow{d} \arrow{r} & X^0 \arrow{d}{f} \arrow[dashed]{dl}{k} \arrow{r} | 0 \arrow{d} \arrow{r} & 0 \arrow{d} \arrow{r} & X^0 \arrow{d}{f} \arrow[dashed]{dl}{k} \arrow{r} | ||||
| & 0 \arrow{d} \arrow[dashed]{dl}\\ | & 0 \arrow{d} \arrow[dashed]{dl}\\ | ||||
| M \arrow{r} & N \arrow{r}{v} & P \arrow{r} & 0 | |||||
| M \arrow{r} & N \arrow[twoheadrightarrow]{r}{v} & P \arrow{r} & 0 | |||||
| \end{tikzcd}\] | \end{tikzcd}\] | ||||
| Nach Voraussetzung ist dieser nullhomotop, d.h. es existiert $k \colon X^{0} \to N$, s.d. $f = vk$. Also ist | |||||
| $\text{Hom}(X^{0}, N) \to \text{Hom}(X^{0}, P)$ surjektiv und damit $X^{0}$ projektiv. | |||||
| Nach Voraussetzung ist dieser nullhomotop, das heißt es existiert ein $k \colon X^{0} \to N$, sodass $f = vk$. Also ist | |||||
| $v_{*}\colon \text{Hom}(X^{0}, N) \to \text{Hom}(X^{0}, P)$ surjektiv und damit $X^{0}$ projektiv. | |||||
| ,,$\impliedby$'': Sei nun $X^{0}$ projektiv, $\com{S} \in \mathcal{K}$ exakt und $f\colon \com{X} \to \com{S}$ | ,,$\impliedby$'': Sei nun $X^{0}$ projektiv, $\com{S} \in \mathcal{K}$ exakt und $f\colon \com{X} \to \com{S}$ | ||||
| Komplexhomomorphismus. Dann betrachte | Komplexhomomorphismus. Dann betrachte | ||||
| @@ -717,40 +757,45 @@ Komplexhomomorphismus. Dann betrachte | |||||
| 0 \arrow[from=1-1,to=1-3] \arrow{d} & & X^{0} \arrow{r} | 0 \arrow[from=1-1,to=1-3] \arrow{d} & & X^{0} \arrow{r} | ||||
| \arrow[dashed, from=1-3,to=2-1]{}{k^{0}} | \arrow[dashed, from=1-3,to=2-1]{}{k^{0}} | ||||
| \arrow[dashed]{dl} \arrow{d}{f^{0}} & 0 \arrow{d} \\ | \arrow[dashed]{dl} \arrow{d}{f^{0}} & 0 \arrow{d} \\ | ||||
| S^{-1} \arrow{r}{d^{-1}} & \text{im }d^{-1} \arrow{r} & S^{0} \arrow{r}{d^{0}} & S^{1} | |||||
| S^{-1} \arrow[twoheadrightarrow]{r}{d^{-1}} & \text{im }d^{-1} \arrow{r} & S^{0} \arrow{r}{d^{0}} & S^{1} | |||||
| \end{tikzcd} | \end{tikzcd} | ||||
| .\] | .\] | ||||
| Da $d^{0}f^{0} = 0$ faktorisiert $f^{0}$ über $\text{ker } d^{0} = \text{im }d^{-1}$. Weil | |||||
| $X^0$ projektiv, existiert $k^{0}\colon A^{0} \to S^{-1}$, s.d. $f^{0} = d^{-1} k^{0}$. | |||||
| Da $d^{0}f^{0} = 0$, faktorisiert $f^{0}$ über $\text{ker } d^{0} = \text{im }d^{-1}$. Weil | |||||
| $X^0$ projektiv ist, existiert $k^{0}\colon X^{0} \to S^{-1}$, sodass $f^{0} = d^{-1} k^{0}$. | |||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| \begin{satz}[] | \begin{satz}[] | ||||
| \begin{enumerate}[(i)] | |||||
| \item $\com{X} \in \mathcal{K}$ ist K-projektiv (bzw. K-injektiv) genau dann wenn $\com{X}[1]$ dies ist. | |||||
| \item Falls zwei Punkte eines ausgezeichneten Dreiecks in $\mathcal{K}$ K-projektiv (bzw. K-injektiv) sind, | |||||
| dann auch der dritte. | |||||
| \end{enumerate} | |||||
| Die volle Unterkategorie der K-projektiven (bzw. K-injektiven) Komplexe in $\mathcal{K}$ ist | |||||
| eine triangulierte Unterkategorie. | |||||
| \label{satz:k-proj-triangulated} | \label{satz:k-proj-triangulated} | ||||
| \end{satz} | \end{satz} | ||||
| \begin{proof} | \begin{proof} | ||||
| Wir zeigen Bedingungen (i) und (ii) aus \ref{def:triangulated-subcategory} in | |||||
| der K-projektiven Version, die duale Aussage folgt durch Umdrehen der Pfeile. | |||||
| \begin{enumerate}[(i)] | \begin{enumerate}[(i)] | ||||
| \item Das folgt, daraus dass für $\com{X}, \com{S} \in \mathcal{K}$ gilt: $\com{S} $ exakt $\iff \com{S} [-1]$ | |||||
| \item Das folgt aus \ref{lemma:mork-crit-for-k-inj} | |||||
| und daraus, dass für $\com{X}, \com{S} \in \mathcal{K}$ gilt: $\com{S} $ exakt $\iff \com{S} [-1]$ | |||||
| exakt und | exakt und | ||||
| \[ | \[ | ||||
| \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{X}, \com{S}[-1]) = \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{X}[1], \com{S}) | \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{X}, \com{S}[-1]) = \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{X}[1], \com{S}) | ||||
| .\] | |||||
| \item Sei $(\com{X}, \com{Y}, \com{Z}, u, v, w)$ ein ausgezeichnetes Dreieck mit $\com{X}, \com{Y} $ K-projektiv | |||||
| und $\com{S} $ exakt. Nach Anwenden von $\text{Mor}_{\mathcal{K}}(-, \com{S})$ | |||||
| ist dann mit \ref{hom-cohom-func} | |||||
| .\] | |||||
| \item Sei $(\com{X}, \com{Y}, \com{Z}, u, v, w)$ ein ausgezeichnetes Dreieck in $\mathcal{K}$ | |||||
| mit $\com{X}, \com{Y} $ K-projektiv | |||||
| und $\com{S} \in \mathcal{K}$ ein exakter Komplex. Nach Anwenden von $\text{Mor}_{\mathcal{K}}(-, \com{S})$ | |||||
| ist dann mit \ref{hom-cohom-func} die Folge | |||||
| \[ | \[ | ||||
| \underbrace{\text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{X}[1], \com{S})}_{= 0} | |||||
| \to \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{Z}, \com{S} ) | |||||
| \to | |||||
| \begin{tikzcd} | |||||
| \underbrace{\text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{X}[1], \com{S})}_{= 0} \arrow{r} | |||||
| & \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{Z}, \com{S} ) \arrow{r} | |||||
| & | |||||
| \underbrace{\text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{Y}, \com{S} )}_{= 0} | \underbrace{\text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{Y}, \com{S} )}_{= 0} | ||||
| \end{tikzcd} | |||||
| .\] | |||||
| \[ | |||||
| \] exakt und die äußeren Terme $0$ nach Voraussetzung und (i). Also folgt | \] exakt und die äußeren Terme $0$ nach Voraussetzung und (i). Also folgt | ||||
| $\text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{Z}, \com{S}) = 0$, also $\com{Z} $ K-projektiv. Der allgemeine Fall folgt nun | |||||
| mit \hyperref[TR2]{TR2}. | |||||
| $\text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{Z}, \com{S}) = 0$, und damit $\com{Z} $ K-projektiv. | |||||
| Der allgemeine Fall folgt nun mit \hyperref[TR2]{TR2}. | |||||
| \end{enumerate} | \end{enumerate} | ||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| @@ -785,34 +830,34 @@ $X^0$ projektiv, existiert $k^{0}\colon A^{0} \to S^{-1}$, s.d. $f^{0} = d^{-1} | |||||
| \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P} , \com{Y} ) \arrow{r} & | \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P} , \com{Y} ) \arrow{r} & | ||||
| \underbrace{\text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P}, \com{C_f} ) }_{= 0} | \underbrace{\text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P}, \com{C_f} ) }_{= 0} | ||||
| \end{tikzcd} | \end{tikzcd} | ||||
| .\] Die äußeren Terme sind 0, da $\com{P} $ K-projektiv, also folgt der behauptete Isomorphismus. | |||||
| .\] Die äußeren Terme sind 0, da $\com{P} $ K-projektiv ist, also folgt der behauptete Isomorphismus. | |||||
| (ii)$\implies$(iii): Injektivität: Sei $f\colon \com{P} \to \com{S} $, s.d. $\text{id}^{-1}f = 0$. Nach | (ii)$\implies$(iii): Injektivität: Sei $f\colon \com{P} \to \com{S} $, s.d. $\text{id}^{-1}f = 0$. Nach | ||||
| \ref{derived-cat-morphism-null} existiert ein $t\colon \com{S} \to \com{T} $ Quasiisomorphismus, s.d. $tf= 0$. | |||||
| \ref{derived-cat-morphism-null} existiert ein Quasiisomorphismus $t\colon \com{S} \to \com{T} $ , sodass $tf= 0$. | |||||
| Nach (ii) ist $t_{*}\colon \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P} , \com{S} ) \to \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P} , \com{T} ) $ | Nach (ii) ist $t_{*}\colon \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P} , \com{S} ) \to \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P} , \com{T} ) $ | ||||
| injektiv, also folgt $f = 0$. Surjektivität: Sei $a \in \text{Mor}_{\mathcal{D}}(\com{P} , \com{S} ) $. Dann | injektiv, also folgt $f = 0$. Surjektivität: Sei $a \in \text{Mor}_{\mathcal{D}}(\com{P} , \com{S} ) $. Dann | ||||
| ist $a$ ein Diagramm in $\mathcal{K}$ | ist $a$ ein Diagramm in $\mathcal{K}$ | ||||
| \[ | \[ | ||||
| \begin{tikzcd} | \begin{tikzcd} | ||||
| & \com{M} & \\ | |||||
| & \com{Y} & \\ | |||||
| \com{P} \arrow{ur}{f} & & \arrow{ul}{s} \com{S} | \com{P} \arrow{ur}{f} & & \arrow{ul}{s} \com{S} | ||||
| \end{tikzcd} | \end{tikzcd} | ||||
| \] mit $s$ Quasiisomorphismus. Nach (ii) ist $s_{*}\colon \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P} , \com{S} ) \to \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P} , \com{M} ) $ surjektiv, also existiert ein $g\colon \com{P} \to \com{S} $, s.d. $sg = f$. Also | |||||
| \] mit $s$ Quasiisomorphismus. Nach (ii) ist $s_{*}\colon \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P} , \com{S} ) \to \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P} , \com{Y} ) $ surjektiv, also existiert ein $g\colon \com{P} \to \com{S} $, s.d. $sg = f$. Also | |||||
| kommutiert | kommutiert | ||||
| \[ | \[ | ||||
| \begin{tikzcd} | \begin{tikzcd} | ||||
| & \com{S} \arrow{d}{s} & \\ | & \com{S} \arrow{d}{s} & \\ | ||||
| \com{P} \arrow{dr}{f} \arrow{ur}{g} & \com{M} & \arrow{l}{s} \arrow{ul}{\text{id}} \com{S} \arrow{dl}{s}\\ | |||||
| & \com{M} \arrow{u}{\text{id}} & \\ | |||||
| \com{P} \arrow{dr}{f} \arrow{ur}{g} & \com{Y} & \arrow{l}{s} \arrow{ul}{\text{id}} \com{S} \arrow{dl}{s}\\ | |||||
| & \com{Y} \arrow{u}{\text{id}} & \\ | |||||
| \end{tikzcd} | \end{tikzcd} | ||||
| .\] Damit folgt $a = g\text{id}^{-1}$. | .\] Damit folgt $a = g\text{id}^{-1}$. | ||||
| (iii)$\implies$(i): Sei $\com{S} $ exakt. Dann ist $\com{S} \to 0$ ein Quasiisomorphismus, also | (iii)$\implies$(i): Sei $\com{S} $ exakt. Dann ist $\com{S} \to 0$ ein Quasiisomorphismus, also | ||||
| $\com{S} \stackrel{\sim }{=} 0$ in $\mathcal{D}$, also | $\com{S} \stackrel{\sim }{=} 0$ in $\mathcal{D}$, also | ||||
| \[ | \[ | ||||
| \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{X} , \com{S} ) | |||||
| \stackrel{\text{(ii)}}{=} \text{Mor}_{\mathcal{D}}(\com{X} , \com{S} ) | |||||
| = \text{Mor}_{\mathcal{D}}(\com{X} , \com{0} ) = 0 | |||||
| \text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P} , \com{S} ) | |||||
| \stackrel{\text{(ii)}}{=} \text{Mor}_{\mathcal{D}}(\com{P} , \com{S} ) | |||||
| = \text{Mor}_{\mathcal{D}}(\com{P} , \com{0} ) = 0 | |||||
| .\] | .\] | ||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| @@ -823,13 +868,13 @@ $X^0$ projektiv, existiert $k^{0}\colon A^{0} \to S^{-1}$, s.d. $f^{0} = d^{-1} | |||||
| \item Für alle Diagramme in $\mathcal{K}$ | \item Für alle Diagramme in $\mathcal{K}$ | ||||
| \[ | \[ | ||||
| \begin{tikzcd} | \begin{tikzcd} | ||||
| & \com{M} \arrow{d}{s} \\ | |||||
| \com{P} \arrow{r}{f} & \com{N}\\ | |||||
| & \com{X} \arrow{d}{s} \\ | |||||
| \com{P} \arrow{r}{f} & \com{Y}\\ | |||||
| \end{tikzcd} | \end{tikzcd} | ||||
| \] mit $s$ Quasiisomorphismus, existiert genau ein $g\colon \com{P} \to \com{M} $, s.d. | |||||
| \] mit $s$ Quasiisomorphismus, existiert genau ein $g\colon \com{P} \to \com{X} $, sodass | |||||
| $sg= f$ in $\mathcal{K}$. | $sg= f$ in $\mathcal{K}$. | ||||
| \item Für alle Quasiisomorphismen $u\colon \com{S} \to \com{P} $ in $\mathcal{K}$ existiert ein | |||||
| $v\colon \com{P} \to \com{S} $, s.d. $uv = \text{id}_{\com{P} }$ in $\mathcal{K}$. | |||||
| \item Für alle Quasiisomorphismen $s\colon \com{S} \to \com{P} $ in $\mathcal{K}$ existiert ein | |||||
| $g\colon \com{P} \to \com{S} $, sodass $sg = \text{id}_{\com{P} }$ in $\mathcal{K}$. | |||||
| \end{enumerate} | \end{enumerate} | ||||
| \end{satz} | \end{satz} | ||||
| @@ -840,7 +885,8 @@ $X^0$ projektiv, existiert $k^{0}\colon A^{0} \to S^{-1}$, s.d. $f^{0} = d^{-1} | |||||
| & \com{X} \arrow{d}{\text{id}^{-1}s} \\ | & \com{X} \arrow{d}{\text{id}^{-1}s} \\ | ||||
| \com{P} \arrow[dashed]{ur}{g} \arrow{r}{\text{id}^{-1}f} & \com{Y} | \com{P} \arrow[dashed]{ur}{g} \arrow{r}{\text{id}^{-1}f} & \com{Y} | ||||
| \end{tikzcd} | \end{tikzcd} | ||||
| .\] Da $s$ Quasiisomorphismus, ist $s$ Isomorphismus in $\mathcal{D}$, also existiert ein | |||||
| .\] Da $s$ ein Quasiisomorphismus ist, induziert $s$ einen Isomorphismus in $\mathcal{D}$. | |||||
| Also existiert genau ein | |||||
| $g\colon \com{P} \to \com{X} $ in $\mathcal{D}$, sodass das Diagramm kommutiert. \ref{satz:mork=mord-for-kproj} | $g\colon \com{P} \to \com{X} $ in $\mathcal{D}$, sodass das Diagramm kommutiert. \ref{satz:mork=mord-for-kproj} | ||||
| (iii) liefert das gewünschte Diagramm in $\mathcal{K}$. | (iii) liefert das gewünschte Diagramm in $\mathcal{K}$. | ||||
| @@ -850,16 +896,18 @@ $X^0$ projektiv, existiert $k^{0}\colon A^{0} \to S^{-1}$, s.d. $f^{0} = d^{-1} | |||||
| & \com{S} \arrow{d}{s} \\ | & \com{S} \arrow{d}{s} \\ | ||||
| \com{P} \arrow{r}{\text{id}} & \com{P} | \com{P} \arrow{r}{\text{id}} & \com{P} | ||||
| \end{tikzcd} | \end{tikzcd} | ||||
| .\] Da $s$ Quasiisomorphismus existiert mit (ii) ein $f\colon \com{P} \to \com{S}$, s.d. $sf = \text{id}_{\com{P} }$. | |||||
| .\] Da $s$ ein Quasiisomorphismus ist, | |||||
| existiert mit (ii) ein $g\colon \com{P} \to \com{S}$, sodass $sg = \text{id}_{\com{P} }$. | |||||
| (iii)$\implies$(ii): Erneut mit \ref{satz:mork=mord-for-kproj} genügt es zu zeigen, dass für | |||||
| (iii)$\implies$(i): Erneut mit \ref{satz:mork=mord-for-kproj} genügt es zu zeigen, dass für | |||||
| $\com{S} \in \mathcal{K}$ | $\com{S} \in \mathcal{K}$ | ||||
| $\text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P} , \com{S} ) \to \text{Mor}_{\mathcal{D}}(\com{P} , \com{S} ) $ bijektiv ist. | $\text{Mor}_{\mathcal{K}}(\com{P} , \com{S} ) \to \text{Mor}_{\mathcal{D}}(\com{P} , \com{S} ) $ bijektiv ist. | ||||
| Injektivität: Sei $f\colon \com{P} \to \com{S} $ mit $\text{id}^{-1}f = 0$ in $\mathcal{D}$. Dann | Injektivität: Sei $f\colon \com{P} \to \com{S} $ mit $\text{id}^{-1}f = 0$ in $\mathcal{D}$. Dann | ||||
| existiert nach \ref{derived-cat-morphism-null} ein $t\colon \com{T} \to \com{P} $ Quasiisomorphismus mit $ft = 0$. | |||||
| Also existiert mit (iii) ein $s\colon \com{P} \to \com{T} $, s.d. $ts = \text{id}_{\com{P} }$, also | |||||
| existiert nach \ref{derived-cat-morphism-null} ein Quasiisomorphismus $t\colon \com{T} \to \com{P} $ | |||||
| mit $ft = 0$. | |||||
| Also existiert mit (iii) ein $g\colon \com{P} \to \com{T} $, sodass $tg = \text{id}_{\com{P} }$, also | |||||
| \[ | \[ | ||||
| f = f \text{id}_{\com{P} } = \underbrace{ft}_{=0}s = 0 | |||||
| f = f \text{id}_{\com{P} } = \underbrace{ft}_{=0}g = 0 | |||||
| .\] | .\] | ||||
| Surjektivität: Sei $a \colon \com{P} \to \com{S} $ in $\mathcal{D}$. Dann ist $a$ gegeben durch ein Diagramm | Surjektivität: Sei $a \colon \com{P} \to \com{S} $ in $\mathcal{D}$. Dann ist $a$ gegeben durch ein Diagramm | ||||
| \[ | \[ | ||||
| @@ -894,23 +942,17 @@ Durch Umdrehen aller Pfeile erhalten wir analog: | |||||
| \com{Y} \arrow{r}{f} \arrow{d}{s} & \com{I} \\ | \com{Y} \arrow{r}{f} \arrow{d}{s} & \com{I} \\ | ||||
| \com{X} | \com{X} | ||||
| \end{tikzcd} | \end{tikzcd} | ||||
| \] mit $s$ Quasiisomorphismus, existiert genau ein $g\colon \com{X} \to \com{I} $, s.d. das Diagramm | |||||
| \] mit $s$ Quasiisomorphismus, existiert genau ein $g\colon \com{X} \to \com{I} $, sodass das Diagramm | |||||
| kommutiert. | kommutiert. | ||||
| \item Für jeden Quasiisomorphismus $u\colon \com{I} \to \com{S} $ in $\mathcal{K}$ existiert ein | |||||
| $v\colon \com{S} \to \com{I} $, s.d. $vu = \text{id}_{\com{I} }$ in $\mathcal{K}$. | |||||
| \item Für jeden Quasiisomorphismus $s\colon \com{I} \to \com{S} $ in $\mathcal{K}$ existiert ein | |||||
| $g\colon \com{S} \to \com{I} $, sodass $gs = \text{id}_{\com{I} }$ in $\mathcal{K}$. | |||||
| \end{enumerate} | \end{enumerate} | ||||
| \label{satz:mork=mord-for-k-inj} | \label{satz:mork=mord-for-k-inj} | ||||
| \end{satz} | \end{satz} | ||||
| \subsection{Spezielle inverse und direkte Systeme} | \subsection{Spezielle inverse und direkte Systeme} | ||||
| In der Notation von | |||||
| \ref{satz:existence-derived-functors} | |||||
| möchten wir die Klasse der K-injektiven bzw. K-projektiven Komplexe als $\mathcal{L}$ | |||||
| für die Funktoren | |||||
| $\com{\text{Hom}}(\com{M}, -)$ bzw. $\com{\text{Hom}}(-, \com{M})$ für $\com{M} \in \mathcal{K}$ verwenden. | |||||
| Nun stellt sich die Aufgabe für jeden Komplex $\com{A} \in \mathcal{K}$ eine K-injektive bzw. eine K-projektive | |||||
| Nun stellt sich die Aufgabe für jeden Komplex $\com{A} \in \mathcal{K}$ eine K-injektive und eine K-projektive | |||||
| Auflösung zu konstruieren. Dies machen wir mit sogenannten speziellen inversen bzw. direkten Systemen. | Auflösung zu konstruieren. Dies machen wir mit sogenannten speziellen inversen bzw. direkten Systemen. | ||||
| \begin{definition}[Spezielles inverses System] | \begin{definition}[Spezielles inverses System] | ||||
| @@ -931,11 +973,9 @@ Auflösung zu konstruieren. Dies machen wir mit sogenannten speziellen inversen | |||||
| $\mathcal{J}$-spezielle inverse System in $\mathcal{K}$ einen Limes in $\mathcal{J}$ besitzt und jeder | $\mathcal{J}$-spezielle inverse System in $\mathcal{K}$ einen Limes in $\mathcal{J}$ besitzt und jeder | ||||
| Komplex in $\mathcal{K}$, der isomorph ist zu einem Komplex in $\mathcal{J}$, bereits in $\mathcal{J}$ ist. | Komplex in $\mathcal{K}$, der isomorph ist zu einem Komplex in $\mathcal{J}$, bereits in $\mathcal{J}$ ist. | ||||
| \end{enumerate} | \end{enumerate} | ||||
| \label{def:special-inv-system} | |||||
| \end{definition} | \end{definition} | ||||
| Im Folgenden möchten wir zeigen, dass die Klasse der K-projektiven Komplexe | |||||
| abgeschlossen unter speziellen inversen Limites ist. Dazu benötigen wir die folgenden Lemmata: | |||||
| % TODO: beispiel funktioniert nicht mit N als indexmenge, wird nicht benoetigt | % TODO: beispiel funktioniert nicht mit N als indexmenge, wird nicht benoetigt | ||||
| %\item Sei $\mathcal{J}$ eine Klasse von Komplexen abgeschlossen unter speziellen inversen Limites mit | %\item Sei $\mathcal{J}$ eine Klasse von Komplexen abgeschlossen unter speziellen inversen Limites mit | ||||
| % $\com{A} \in \mathcal{J} \iff \com{A}[1] \in \mathcal{J}$. Dann ist für $\com{A}, \com{B} \in \mathcal{J}$ | % $\com{A} \in \mathcal{J} \iff \com{A}[1] \in \mathcal{J}$. Dann ist für $\com{A}, \com{B} \in \mathcal{J}$ | ||||
| @@ -974,143 +1014,180 @@ abgeschlossen unter speziellen inversen Limites ist. Dazu benötigen wir die fol | |||||
| $\com{A} = \lim \com{S}_n \in \mathcal{J}$. | $\com{A} = \lim \com{S}_n \in \mathcal{J}$. | ||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| Unser Ziel ist nun zu zeigen, dass die Klasse der exakten Komplexe abgeschlossen ist bezüglich spezieller | |||||
| inverser Limites. Da der inverse Limes im Allgemeinen nicht exakt ist, benötigen wir ein technisches Hilfswerkzeug. | |||||
| Wir benötigen im Folgenden mehrmals eine bestimmte Bedingung an inverse Systeme in | |||||
| $\mathcal{A}b$. | |||||
| Im Folgenden zeigen wir, dass die Klasse der K-injektiven Komplexe | |||||
| abgeschlossen unter speziellen inversen Limites ist. Dazu zeigen wir zunächst, dass dies für die Klasse | |||||
| der exakten Komplexe gilt. Da der inverse Limes im Allgemeinen nicht exakt ist, benötigen wir dafür ein | |||||
| technisches Hilfswerkzeug für inverse Systeme in $\mathcal{A}b$. | |||||
| \begin{definition} | \begin{definition} | ||||
| Wir sagen eine totalgeordnete Indexmenge $(I, \le)$ genüge der Bedingung (S), wenn eine ordnungserhaltende | |||||
| Bijektion $\iota\colon I \to \N$ existiert. Für $i \in I$ bezeichne, falls dieser existiert, mit $i+1$ bzw. $i-1$, den | |||||
| von $\iota$ induzierten Vorgänger bzw. Nachfolger von $i$. | |||||
| %Wir sagen eine totalgeordnete Indexmenge $(I, \le)$ genüge der Bedingung (S), wenn eine ordnungserhaltende | |||||
| %Bijektion $\iota\colon I \to \N$ existiert. Für $i \in I$ bezeichne, falls dieser existiert, mit $i+1$ bzw. $i-1$, den | |||||
| %von $\iota$ induzierten Vorgänger bzw. Nachfolger von $i$. | |||||
| Weiter sagen wir ein inverses System $(M_i)_{i \in I}$ in $\mathcal{A}b$ genüge der Bedingung | |||||
| Ein inverses System $(M_n)_{n \in \N}$ in $\mathcal{A}b$ genüge der Bedingung | |||||
| (R), wenn folgende Eigenschaften erfüllt sind: | (R), wenn folgende Eigenschaften erfüllt sind: | ||||
| \begin{enumerate}[(i)] | \begin{enumerate}[(i)] | ||||
| \item $I$ genügt Bedingung (S). | |||||
| \item $M_1 = 0$. | \item $M_1 = 0$. | ||||
| \item Für $i > I_{\text{min}}$ ist die Abbildung $M_i \to M_{i-1}$ surjektiv. | |||||
| \item Für $n > 1$ ist die Abbildung $M_n \to M_{n-1}$ surjektiv. | |||||
| \end{enumerate} | \end{enumerate} | ||||
| %Weiter sagen wir ein inverses System $(M_i)_{i \in I}$ in $\mathcal{A}b$ genüge der Bedingung | |||||
| %(R), wenn folgende Eigenschaften erfüllt sind: | |||||
| %\begin{enumerate}[(i)] | |||||
| % \item $I$ genügt Bedingung (S). | |||||
| % \item $M_1 = 0$. | |||||
| % \item Für $i > I_{\text{min}}$ ist die Abbildung $M_i \to M_{i-1}$ surjektiv. | |||||
| %\end{enumerate} | |||||
| \label{def:cond-r} | |||||
| \end{definition} | \end{definition} | ||||
| \begin{bsp} | |||||
| Spezielle inverse Systeme erfüllen (R). | |||||
| \end{bsp} | |||||
| \begin{lemma} | \begin{lemma} | ||||
| Sei $I$ eine Indexmenge, die Bedingung (S) genügt und seien | |||||
| $(A_i)_{i \in I}$, $(B_{i})_{i \in I}$, $(C_i)_{i \in I}$ und $(D_i)_{i \in I}$ | |||||
| Seien | |||||
| $(A_n)_{n \in \N}$, $(B_{n})_{n \in \N}$, $(C_n)_{n \in \N}$ und $(D_n)_{n \in \N}$ | |||||
| inverse Systeme in $\mathcal{A}b$, die (R) erfüllen und seien | inverse Systeme in $\mathcal{A}b$, die (R) erfüllen und seien | ||||
| \begin{equation} | \begin{equation} | ||||
| \begin{tikzcd} | \begin{tikzcd} | ||||
| (A_i)_{i \in I} \arrow{r}{f_i} & (B_i)_{i \in I} \arrow{r}{g_i} & | |||||
| (C_i)_{i \in I} \arrow{r}{h_i} & (D_i)_{i \in I} | |||||
| (A_n)_{n \in \N} \arrow{r}{(f_n)_{n \in \N}} & (B_n)_{n \in \N} \arrow{r}{(g_n)_{n \in \N}} & | |||||
| (C_n)_{n \in \N} \arrow{r}{(h_n)_{n \in \N}} & (D_n)_{n \in \N} | |||||
| \end{tikzcd} | \end{tikzcd} | ||||
| \label{eq:0.11-inv-systems} | \label{eq:0.11-inv-systems} | ||||
| \end{equation} | \end{equation} | ||||
| Morphismen von inversen Systemen mit $g_i \circ f_i = 0 = h_i \circ g_i$ | |||||
| für $i \in I$ und sei | |||||
| Morphismen von inversen Systemen mit $g_n \circ f_n = 0 = h_n \circ g_n$ | |||||
| für $n \in \N$ und sei | |||||
| \[ | \[ | ||||
| \begin{tikzcd} | \begin{tikzcd} | ||||
| A \arrow{r}{f} & B \arrow{r}{g} & C \arrow{r}{h} & D | A \arrow{r}{f} & B \arrow{r}{g} & C \arrow{r}{h} & D | ||||
| \end{tikzcd} | \end{tikzcd} | ||||
| \] der Limes von \eqref{eq:0.11-inv-systems}. Für $i \in I$ mit $i > I_{\text{min}}$ | |||||
| seien $A_i'$, $B_i'$, $C_i'$ und $D_i'$ die jeweiligen Kerne | |||||
| der Übergangsabbildungen $A_i \to A_{i-1}$, $B_i \to B_{i-1}$, $C_i \to C_{i-1}$ | |||||
| und $D_i \to D_{i-1}$. | |||||
| \] der Limes von \eqref{eq:0.11-inv-systems}. Für $n \in \N$ mit $n > 1$ | |||||
| seien $A_n'$, $B_n'$, $C_n'$ und $D_n'$ die jeweiligen Kerne | |||||
| der Übergangsabbildungen $A_n \to A_{n-1}$, $B_n \to B_{n-1}$, $C_n \to C_{n-1}$ | |||||
| und $D_n \to D_{n-1}$. | |||||
| Sei weiter $j \in I$, s.d. für alle $i > j$ die Folge | |||||
| Sei weiter $N \in \N$, s.d. für alle $n > N$ die Folge | |||||
| \[ | \[ | ||||
| \begin{tikzcd} | \begin{tikzcd} | ||||
| A_i' \arrow{r} & B_i' \arrow{r} & C_i' \arrow{r} & D_i' | |||||
| A_n' \arrow{r} & B_n' \arrow{r} & C_n' \arrow{r} & D_n' | |||||
| \end{tikzcd} | \end{tikzcd} | ||||
| \] exakt ist. | \] exakt ist. | ||||
| Dann ist die natürliche Abbildung | Dann ist die natürliche Abbildung | ||||
| \[ | \[ | ||||
| \text{ker } g / \text{im } f \longrightarrow \text{ker } g_j / \text{im } f_j | |||||
| \text{ker } g / \text{im } f \longrightarrow \text{ker } g_N / \text{im } f_N | |||||
| \] ein Isomorphismus. | \] ein Isomorphismus. | ||||
| \label{0.11} | \label{0.11} | ||||
| \end{lemma} | \end{lemma} | ||||
| \begin{proof} | \begin{proof} | ||||
| Durch Umbenennung können wir ohne Einschränkung annehmen, dass $I = \N$. Sei | |||||
| $j \in \N$ mit der beschriebenen Eigenschaft. Dann betrachte das kommutative Diagramm: | |||||
| Sei | |||||
| $N \in \N$ mit der beschriebenen Eigenschaft. Dann betrachte das folgende kommutative Diagramm und | |||||
| mache Diagrammjagd. | |||||
| \begin{equation} | \begin{equation} | ||||
| \begin{tikzcd} | \begin{tikzcd} | ||||
| A \arrow{r}{f} \arrow{d} & \text{im } f \arrow{r} | |||||
| & \text{ker } g \arrow{r} \arrow{d} | |||||
| A \arrow[twoheadrightarrow]{r}{f} \arrow{d} & \text{im } f \arrow[hookrightarrow]{r} | |||||
| & \text{ker } g \arrow[hookrightarrow]{r} \arrow{d} | |||||
| & B \arrow{r}{g} \arrow{d} | & B \arrow{r}{g} \arrow{d} | ||||
| & C \arrow{r}{h} \arrow{d} | & C \arrow{r}{h} \arrow{d} | ||||
| & D \arrow{d} \\ | & D \arrow{d} \\ | ||||
| A_j \arrow{r}{f_j} & \text{im } f_j \arrow{r} | |||||
| & \text{ker } g_j \arrow{r} | |||||
| & B_j \arrow{r}{g_j} | |||||
| & C_j \arrow{r}{h_j} | |||||
| & D_j \\ | |||||
| A_{j+1} \arrow{r}{f_{j+1}} \arrow{u}{p_{A}} & \text{im } f_{j+1} \arrow{r} \arrow{u} | |||||
| & \text{ker } g_{j+1} \arrow{r} \arrow{u} | |||||
| & B_{j+1} \arrow{r}{g_{j+1}} \arrow{u}{p_B} | |||||
| & C_{j+1} \arrow{r}{h_{j+1}} \arrow{u}{p_C} | |||||
| & D_{j+1} \arrow{u}{p_D} \\ | |||||
| \text{ker } p_{A_{j+1}} \arrow[from=4-1, to=4-4] \arrow{u} & & | |||||
| & \text{ker } p_{B_{j+1}} \arrow{r} \arrow{u} | |||||
| & \text{ker } p_{C_{j+1}} \arrow{r} \arrow{u} | |||||
| & \text{ker } p_{D_{j+1}} \arrow{u} \\ | |||||
| A_N \arrow[twoheadrightarrow]{r}{f_N} & \text{im } f_N \arrow[hookrightarrow]{r} | |||||
| & \text{ker } g_N \arrow[hookrightarrow]{r} | |||||
| & B_N \arrow{r}{g_N} | |||||
| & C_N \arrow{r}{h_N} | |||||
| & D_N \\ | |||||
| A_{N+1} \arrow[twoheadrightarrow]{r}{f_{N+1}} \arrow[twoheadrightarrow]{u}{p_{A}} | |||||
| & \text{im } f_{N+1} \arrow[hookrightarrow]{r} \arrow{u} | |||||
| & \text{ker } g_{N+1} \arrow[hookrightarrow]{r} \arrow{u} | |||||
| & B_{N+1} \arrow{r}{g_{N+1}} \arrow[twoheadrightarrow]{u}{p_B} | |||||
| & C_{N+1} \arrow{r}{h_{N+1}} \arrow[twoheadrightarrow]{u}{p_C} | |||||
| & D_{N+1} \arrow[twoheadrightarrow]{u}{p_D} \\ | |||||
| \text{ker } p_{A} \arrow[from=4-1, to=4-4] \arrow[hookrightarrow]{u} & & | |||||
| & \text{ker } p_{B} \arrow{r} \arrow[hookrightarrow]{u} | |||||
| & \text{ker } p_{C} \arrow{r} \arrow[hookrightarrow]{u} | |||||
| & \text{ker } p_{D} \arrow[hookrightarrow]{u} \\ | |||||
| \end{tikzcd} | \end{tikzcd} | ||||
| \label{eq:0.11-diag} | \label{eq:0.11-diag} | ||||
| \end{equation} | \end{equation} | ||||
| Injektivität: Sei $(b_i)_{i \in \N} \in \text{ker } g$, sodass $b_j \in \text{im }f_j$. | |||||
| Dann existiert ein $a_j \in A_j$, sodass $f_j(a_j) = b_j$. Da $p_A$ surjektiv, | |||||
| existiert ein $x \in A_{j+1}$, sodass $p_A(x) = a_j$. Sei | |||||
| $y = f_{j+1}(x)$. Weil \eqref{eq:0.11-diag} kommutativ, | |||||
| ist $p_{B}(y) = b_j$. Da $(b_i)_{i \in \N}$ ein kompatibles | |||||
| System ist, gilt zudem $p_{B}(b_{j+1}) = b_j$. Also ist | |||||
| $b_{j+1} - y \in \text{ker } p_{B}$. Weil $y, b_{j+1} \in \text{ker } g_{j+1}$, | |||||
| Injektivität: Sei $(b_n)_{n \in \N} \in \text{ker } g$, sodass $b_N \in \text{im }f_N$. | |||||
| Dann existiert ein $a_N \in A_N$, sodass $f_N(a_N) = b_N$. Da $p_A$ surjektiv ist, | |||||
| existiert ein $x \in A_{N+1}$, sodass $p_A(x) = a_N$. Sei | |||||
| $y = f_{N+1}(x)$. Weil \eqref{eq:0.11-diag} kommutativ ist, | |||||
| folgt | |||||
| \[ | |||||
| p_B(y) = p_B(f_{N+1}(x)) = f_N(p_A(x)) = f_N(a_N) = b_N | |||||
| .\] Da $(b_n)_{n \in \N}$ ein kompatibles | |||||
| System ist, gilt zudem $p_{B}(b_{N+1}) = b_N$. Also ist | |||||
| $b_{N+1} - y \in \text{ker } p_{B}$. Weil $y, b_{N+1} \in \text{ker } g_{N+1}$, | |||||
| existiert aufgrund der Exaktheit der unteren Zeile ein $\tilde{x} \in \text{ker } p_A$, | existiert aufgrund der Exaktheit der unteren Zeile ein $\tilde{x} \in \text{ker } p_A$, | ||||
| sodass $f_{j+1}(\tilde{x}) = b_{j+1} - y$. Nun | |||||
| setze $a_{j+1} \coloneqq \tilde{x} + x$. Dann ist | |||||
| $f_{j+1}(a_{j+1}) = b_{j+1}$ und $p_{A}(a_{j+1}) = a_j$, denn | |||||
| $\tilde{x} \in \text{ker } p_{A}$. Konstruiere so induktiv eine kompatible | |||||
| Familie $(a_{i})_{i\ge j}$ mit $f(a_i) = (b_i)_{i \ge j}$. Für $i < j$ setze | |||||
| $a_i \coloneqq p_{A_{i+1}}(a_{i+1})$. Die Kommutativität von \eqref{eq:0.11-diag} | |||||
| liefert dann ein kompatibles System $(a_i)_{i \in \N}$ mit | |||||
| $f(a_{i}) = (b_{i})_{i \in \N}$ | |||||
| Surjektivität: Sei $b \in \text{ker } g_j$. Weil $p_B$ surjektiv, existiert dann ein | |||||
| $y \in B_{j+1}$, sodass $p_B(y) = b$. Sei $z = g_{j+1}(y)$. | |||||
| sodass $f_{N+1}(\tilde{x}) = b_{N+1} - y$. Nun | |||||
| setze $a_{N+1} \coloneqq \tilde{x} + x$. Dann ist | |||||
| \[ | |||||
| f_{N+1}(a_{N+1}) = f_{N+1}(\tilde{x} + x) = b_{N+1} - y + y = b_{N+1} | |||||
| \] | |||||
| und | |||||
| \[ | |||||
| p_{A}(a_{N+1}) = p_{A}(\tilde{x} + x) = p_{A}(x) = a_N | |||||
| ,\] denn $\tilde{x} \in \text{ker } p_{A}$. Konstruiere so induktiv eine kompatible | |||||
| Familie $(a_{n})_{n\ge N}$ mit $f(a_n) = b_n$ für alle $n \ge N$. Für $n < N$ setze | |||||
| $a_n \coloneqq p_{A_{n+1}}(a_{n+1})$. Die Kommutativität von \eqref{eq:0.11-diag} | |||||
| liefert dann, dass $(a_n)_{n \in \N}$ ein kompatibles System ist mit $f(a_{n}) = b_n$ für alle $n \in \N$. | |||||
| Surjektivität: Sei $b \in \text{ker } g_N$. Weil $p_B$ surjektiv ist, existiert ein | |||||
| $y \in B_{N+1}$, sodass $p_B(y) = b$. Sei $z = g_{N+1}(y)$. | |||||
| Aufgrund der Kommutativität von | Aufgrund der Kommutativität von | ||||
| \eqref{eq:0.11-diag} ist dann | \eqref{eq:0.11-diag} ist dann | ||||
| $p_C(z) = p_C(g_{j+1}(y)) = g_j(p_B(y)) = g_j(b) = 0$, also | |||||
| folgt $z \in \text{ker } p_C$. Da $h_{j+1} \circ g_{j+1} = 0$ folgt | |||||
| $h_{j+1}(z) = h_{j+1}(g_{j+1}(z)) = 0$. Da die untere Zeile exakt ist, existiert nun | |||||
| ein $\tilde{y} \in \text{ker } p_B$, s.d. $g_{j+1}(\tilde{y}) = z$. Also ist | |||||
| $y - \tilde{y} \in \text{ker } g_{j+1}$ und $p_B(y - \tilde{y}) = p_B(y) = b$. | |||||
| Setze $b_{j+1} \coloneqq y - \tilde{y}$ und $b_j \coloneqq b$. | |||||
| \[ | |||||
| p_C(z) = p_C(g_{N+1}(y)) = g_N(p_B(y)) = g_N(b) = 0 | |||||
| ,\] | |||||
| also | |||||
| folgt $z \in \text{ker } p_C$. Da $h_{N+1} \circ g_{N+1} = 0$ folgt | |||||
| \[ | |||||
| h_{N+1}(z) = h_{N+1}(g_{N+1}(z)) = 0 | |||||
| .\] | |||||
| Da die untere Zeile exakt ist, existiert nun | |||||
| ein $\tilde{y} \in \text{ker } p_B$, s.d. $g_{N+1}(\tilde{y}) = z$. Also ist | |||||
| $y - \tilde{y} \in \text{ker } g_{N+1}$ und | |||||
| \[ | |||||
| p_B(y - \tilde{y}) = p_B(y) = b | |||||
| .\] | |||||
| Setze $b_{N+1} \coloneqq y - \tilde{y}$ und $b_N \coloneqq b$. | |||||
| Dann konstruiere induktiv eine kompatible | Dann konstruiere induktiv eine kompatible | ||||
| Familie $(b_i)_{i \ge j}$ mit $b_i \in \text{ker } g_{i}$. Für $i < j$ setze wie | |||||
| oben $b_i \coloneqq p_{B_{i+1}}(b_{i+1})$. Erneut liefert die Kommutativität von | |||||
| \eqref{eq:0.11-diag} ein kompatibles System $(b_i)_{i \in \N} \in \text{ker } g$ mit | |||||
| $b_j = b$. | |||||
| Familie $(b_n)_{n \ge N}$ mit $b_n \in \text{ker } g_{n}$ für alle $n \ge N$. Für $n < N$ setze wie | |||||
| oben $b_n \coloneqq p_{B_{n+1}}(b_{n+1})$. Erneut liefert die Kommutativität von | |||||
| \eqref{eq:0.11-diag}, dass $(b_n)_{n \in \N} \in \text{ker } g$ ein kompatibles System mit $b_N = b$ ist. | |||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| \begin{bem} | |||||
| Falls in der Situation von \ref{0.11}, $N= 1$ gewählt werden kann, folgt wegen $A_1 = B_1 = C_1 = D_1 = 0$, | |||||
| dass die Folge | |||||
| \[ | |||||
| \begin{tikzcd} | |||||
| A \arrow{r}{f} & B \arrow{r}{g} & C | |||||
| \end{tikzcd} | |||||
| \] exakt ist. | |||||
| \end{bem} | |||||
| \begin{lemma} | |||||
| Die Klasse der exakten Komplexe in $\mathcal{K}(\mathcal{A}b)$ ist abgeschlossen unter speziellen inversen Limites. | |||||
| \begin{korollar} | |||||
| Die Klasse $\mathcal{E}$ der exakten Komplexe in $\mathcal{K}(\mathcal{A}b)$ ist abgeschlossen unter speziellen inversen Limites. | |||||
| \label{lemma:exact-comp-complete-inv} | \label{lemma:exact-comp-complete-inv} | ||||
| \end{lemma} | |||||
| \end{korollar} | |||||
| \begin{proof} | \begin{proof} | ||||
| Sei $(\com{S}_n)_{n \in \N}$ ein spezielles inverses System in $\mathcal{K}(\mathcal{A}b)$. Für $i \in \Z$ | |||||
| erfüllt $(S_n^{i})_{n \in \N}$ die Bedingung (R) aus \ref{0.11}. Sei also $i \in \Z$ beliebig. Dann erfüllt | |||||
| Sei $(\com{S}_n)_{n \in \N}$ ein $\mathcal{E}$-spezielles inverses System in $\mathcal{K}(\mathcal{A}b)$. Für $i \in \Z$ | |||||
| erfüllt $(S_n^{i})_{n \in \N}$ die Bedingung (R) aus \ref{def:cond-r}. Sei also $i \in \Z$ beliebig. Dann erfüllt | |||||
| \[ | \[ | ||||
| (S_n^{i-1})_{n \in \N} \to (S_n^{i})_{n \in \N} \to (S_n^{i+1})_{n \in \N} \to (S_n^{i+2})_{n \in \N} | (S_n^{i-1})_{n \in \N} \to (S_n^{i})_{n \in \N} \to (S_n^{i+1})_{n \in \N} \to (S_n^{i+2})_{n \in \N} | ||||
| \] die Bedingungen von \ref{0.11}, da nach Voraussetzung für alle $n > 1$ $\text{ker}(\com{S}_n \to \com{S}_{n-1})$ | |||||
| exakt ist. Also ist | |||||
| \] die Bedingungen von \ref{0.11} für $N = 1$, | |||||
| da nach Voraussetzung für alle $n > 1$ der Komplex $\text{ker}(\com{S}_n \to \com{S}_{n-1})$ | |||||
| exakt ist. Also ist die Folge | |||||
| \[ | \[ | ||||
| \begin{tikzcd} | \begin{tikzcd} | ||||
| \lim S_n^{i-1} \arrow{r} \arrow{d}{=} & \lim S_n^{i} \arrow{d}{=} \arrow{r} & \lim S_n^{i+1} \arrow{d}{=}\\ | \lim S_n^{i-1} \arrow{r} \arrow{d}{=} & \lim S_n^{i} \arrow{d}{=} \arrow{r} & \lim S_n^{i+1} \arrow{d}{=}\\ | ||||
| (\lim S_n)^{i-1} \arrow{r} & (\lim S_n)^{i} \arrow{r} & (\lim S_n)^{i+1} | (\lim S_n)^{i-1} \arrow{r} & (\lim S_n)^{i} \arrow{r} & (\lim S_n)^{i+1} | ||||
| \end{tikzcd} | \end{tikzcd} | ||||
| \] exakt. Da $i \in \Z$ beliebig, folgt $\lim S_n$ exakt. | |||||
| \] exakt. Da $i \in \Z$ beliebig war, folgt dass $\lim S_n$ exakt ist. | |||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| \begin{satz} | \begin{satz} | ||||
| @@ -1126,9 +1203,10 @@ $\mathcal{A}b$. | |||||
| \begin{proof} | \begin{proof} | ||||
| Sei $(\com{S}_n)_{n \in \N}$ ein $F^{-1}(\mathcal{J})$-spezielles inverses System. Dann ist | Sei $(\com{S}_n)_{n \in \N}$ ein $F^{-1}(\mathcal{J})$-spezielles inverses System. Dann ist | ||||
| $(F(\com{S}_n))_{n \in \N}$ ein $\mathcal{J}$-spezielles System, denn | |||||
| $(F(\com{S}_n))_{n \in \N}$ ein $\mathcal{J}$-spezielles inverses System, denn | |||||
| \begin{enumerate}[(i)] | \begin{enumerate}[(i)] | ||||
| \item $F(S_1) = F(1) = 0$, da $F$ mit inversen Limites vertauscht und die Null der Limes des leeren Diagramms | |||||
| \item $F(S_1) = F(0) = 0$, da $F$ mit inversen Limites vertauscht und die Null der (inverse) | |||||
| Limes des leeren Diagramms | |||||
| ist. | ist. | ||||
| \item Für $n > 1$ ist nach Voraussetzung | \item Für $n > 1$ ist nach Voraussetzung | ||||
| \[ | \[ | ||||
| @@ -1144,7 +1222,7 @@ $\mathcal{A}b$. | |||||
| \] exakt und zerfällt gradweise. Aus der Exaktheit folgt damit auch | \] exakt und zerfällt gradweise. Aus der Exaktheit folgt damit auch | ||||
| $\text{ker } F(p_n) = F(\text{ker } p_n)$, also $\text{ker } F(p_n) \in \mathcal{J}$. | $\text{ker } F(p_n) = F(\text{ker } p_n)$, also $\text{ker } F(p_n) \in \mathcal{J}$. | ||||
| \end{enumerate} | \end{enumerate} | ||||
| Also $F(\lim \com{S}_n) = \lim F(\com{S}_n) \in \mathcal{J}$ und damit $\lim \com{S}_n \in F^{-1}(\mathcal{J})$. | |||||
| Also ist $F(\lim \com{S}_n) = \lim F(\com{S}_n) \in \mathcal{J}$ und damit $\lim \com{S}_n \in F^{-1}(\mathcal{J})$. | |||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| \begin{korollar}[] | \begin{korollar}[] | ||||
| @@ -1157,26 +1235,26 @@ $\mathcal{A}b$. | |||||
| \end{korollar} | \end{korollar} | ||||
| \begin{proof} | \begin{proof} | ||||
| Sei $\mathcal{J}$ die Klasse der exakten Komplexe und für $\com{T} \in \mathcal{I}$ sei | |||||
| $\mathcal{E}_{\com{T}}$ die Klasse der Komplexe $\com{A} $, sodass | |||||
| Sei $\mathcal{E}$ die Klasse der exakten Komplexe und für $\com{T} \in \mathcal{I}$ sei | |||||
| $\mathcal{H}_{\com{T}}$ die Klasse der Komplexe $\com{A} $, sodass | |||||
| $\com{\text{Hom}}(\com{T}, \com{A})$ exakt ist. Dann | $\com{\text{Hom}}(\com{T}, \com{A})$ exakt ist. Dann | ||||
| ist $\mathcal{E}_{\com{T}} = \com{\text{Hom}}(\com{T}, -)^{-1}(\mathcal{J})$. $\com{\text{Hom}}(\com{T}, -)$ erfüllt | |||||
| ist $\mathcal{H}_{\com{T}} = \com{\text{Hom}}(\com{T}, -)^{-1}(\mathcal{J})$. | |||||
| $\mathcal{E}$ mit $\com{\text{Hom}}(\com{T}, -)$ erfüllt | |||||
| die Voraussetzungen von \ref{satz:complete-inv-system-functor}, denn: | die Voraussetzungen von \ref{satz:complete-inv-system-functor}, denn: | ||||
| \begin{enumerate}[(i)] | \begin{enumerate}[(i)] | ||||
| \item Nach \ref{lemma:exact-comp-complete-inv} ist | \item Nach \ref{lemma:exact-comp-complete-inv} ist | ||||
| $\mathcal{J}$ abgeschlossen unter speziellen inversen Limites. | |||||
| \item Wegen \ref{satz:adjunction-hom-tor-comp} ist $\com{\text{Hom}} (\com{T}, -)$ rechtsadjungiert und | |||||
| vertauscht daher mit Limites. Außerdem ist $\com{\text{Hom}}(\com{T}, -)$ gradweise additiv, erhält also | |||||
| $\mathcal{E}$ abgeschlossen unter speziellen inversen Limites. | |||||
| \item Wegen \ref{lemma:inner-hom-commutes-with-limits} vertauscht $\com{\text{Hom}} (\com{T}, -)$ mit Limites. | |||||
| Außerdem ist $\com{\text{Hom}}(\com{T}, -)$ gradweise additiv, erhält also | |||||
| gradweise zerfallende Folgen. | gradweise zerfallende Folgen. | ||||
| \end{enumerate} | \end{enumerate} | ||||
| Also ist $\mathcal{E}_{\com{T}}$ und damit $\bigcap_{\com{T} \in \mathcal{I}} \mathcal{E}_{\com{T} }$ | |||||
| Also ist $\mathcal{H}_{\com{T}}$ und damit $\bigcap_{\com{T} \in \mathcal{I}} \mathcal{H}_{\com{T} }$ | |||||
| abgeschlossen unter speziellen inversen Limites. | abgeschlossen unter speziellen inversen Limites. | ||||
| Das Insbesondere folgt wenn $\mathcal{I} = \mathcal{J}$ gesetzt wird. | |||||
| Das Insbesondere folgt wenn $\mathcal{I} = \mathcal{E}$ gesetzt wird. | |||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| Wenn wir alle Pfeile umdrehen erhalten wir die folgende Definition und Ergebnisse: | |||||
| Für die Klasse der K-injektiven Komplexe betrachten wir die duale Version von \ref{def:special-inv-system}: | |||||
| \begin{definition}[Spezielles direktes System] | \begin{definition}[Spezielles direktes System] | ||||
| Sei $\mathcal{P} \subset \mathcal{K}$ eine Klasse von Komplexen. | Sei $\mathcal{P} \subset \mathcal{K}$ eine Klasse von Komplexen. | ||||
| @@ -1198,8 +1276,8 @@ Wenn wir alle Pfeile umdrehen erhalten wir die folgende Definition und Ergebniss | |||||
| \end{enumerate} | \end{enumerate} | ||||
| \end{definition} | \end{definition} | ||||
| Durch Umdrehen aller Pfeile, erhalten wir auch eine duale Version von \ref{lemma:bounded-compl-in-complete-class}. | |||||
| Ebenfalls analog gilt: | |||||
| Durch Umdrehen aller Pfeile, erhalten wir die duale Version von \ref{lemma:bounded-compl-in-complete-class} | |||||
| und insbesondere die folgenden Ergebnisse: | |||||
| % brauche ich nicht | % brauche ich nicht | ||||
| %\begin{lemma} | %\begin{lemma} | ||||