diff --git a/sose2022/bachelorarbeit/arbeit.pdf b/sose2022/bachelorarbeit/arbeit.pdf index 0772078..0e20e09 100644 Binary files a/sose2022/bachelorarbeit/arbeit.pdf and b/sose2022/bachelorarbeit/arbeit.pdf differ diff --git a/sose2022/bachelorarbeit/arbeit.tex b/sose2022/bachelorarbeit/arbeit.tex index 7bd0b65..a4f6f64 100644 --- a/sose2022/bachelorarbeit/arbeit.tex +++ b/sose2022/bachelorarbeit/arbeit.tex @@ -5,8 +5,11 @@ \usepackage{tikz-cd} \usepackage{amssymb} \usepackage{hyperref} +\usepackage{graphicx} -\newcommand{\com}[1]{#1^{\bullet}} +%\newcommand{\smallbullet}{\tikz \draw (0,0) circle (1.5pt);} + +\newcommand{\com}[1]{#1^{\text{\scalebox{0.7}{\textbullet}}}} \newcommand{\K}{\mathcal{K}} \newcommand{\colim}{\underset{\longrightarrow}{\text{colim }}} \renewcommand{\lim}{\underset{\longleftarrow}{\text{lim }}} @@ -18,34 +21,60 @@ \section{Einleitung} -\section{Grundlagen} +\section{Derivierte Kategorien und abgeleitete Funktoren} + +Seien $\mathcal{A}, \mathcal{B}$ abelsche Kategorien und sei $F\colon \mathcal{A} \to +\mathcal{B}$ ein Funktor. Das Ziel ist es in natürlicher Weise für jedes Objekt +$X \in \mathcal{A}$ einen Komplex $\text{R}F(X)$ zu definieren, dessen Kohomologiegruppen +mit den klassischen Rechtsableitungen von $F$ bei $X$ übereinstimmen, falls +$F$ linksexakt ist. + +Allgemeiner definieren wir $\text{R}F(\com{X})$ +für jeden Komplex $\com{X}$ in $\mathcal{A}$. Genauer gesagt konstruieren wir einen +Funktor $\text{R}F$ von der derivierten Kategorie $\mathcal{D}(\mathcal{A})$ von +$\mathcal{A}$ in die derivierte Kategorie $\mathcal{D}(\mathcal{B})$ von $\mathcal{B}$. +Die derivierte Kategorie $\mathcal{D}(\mathcal{A})$ erhalten wir durch Lokalisierung, +analog zum gleichnamigen Vorgang in der kommutativen Algebra: Wir starten mit der Kategorie +$\mathcal{K}(\mathcal{A})$, der Komplexkategorie von $\mathcal{A}$, wobei die Morphismen +Homotopieäquivalenzklassen von Komplexhomomorphismen sind. Daraus erhalten +wir dann $\mathcal{D}(\mathcal{A})$ indem alle Quasiisomorphismen in +$\mathcal{K}(\mathcal{A})$, das heißt Komplexhomomorphismen, die Isomorphismen auf den +Kohomologiegruppen induzieren, in $\mathcal{D}(\mathcal{A})$ zu Isomorphismen erklären. + +Dieser Lokalisierungsprozess wird im Folgenden skizziert. Die Vorgehensweise orientiert +sich an Kapitel 1 von \cite{hartshorne}. \subsection{Triangulierte Kategorien} +Auch wenn $\mathcal{A}$ eine abelsche Kategorie ist, sind $\mathcal{K}(\mathcal{A})$ +und $\mathcal{D}(\mathcal{A})$ im Allgemeinen nicht abelsch; sie genügen jedoch einer +anderen Struktur, die einer triangulierten Kategorie. + \begin{definition}[Triangulierte Kategorie] - Eine triangulierte Kategorie ist eine additive Kategorie $\mathcal{C}$ mit + Eine triangulierte Kategorie ist eine additive Kategorie $\mathcal{T}$ mit \begin{enumerate}[(a)] - \item einem Kategorienautomorphismus $T\colon \mathcal{C} \to \mathcal{C}$, dem Verschiebefunktor, und - \item einer Klasse von Sextupeln $(A, B, C, u, v, w)$, den ausgezeichneten Dreiecken von $\mathcal{C}$, wobei - $A, B, C \in \mathcal{T}$ und $u\colon A \to B$, $v\colon B \to C$, $w\colon C \to T(A)$. + \item einem additiven Kategorienautomorphismus + $T\colon \mathcal{T} \to \mathcal{T}$, dem Verschiebefunktor, und + \item einer Klasse von Sextupeln $(X, Y, Z, u, v, w)$, den ausgezeichneten Dreiecken von $\mathcal{T}$, wobei + $X, Y, Z \in \mathcal{T}$ und $u\colon X \to Y$, $v\colon Y \to Z$, $w\colon Z \to T(X)$ Morphismen sind. \end{enumerate} Ein Morphismus von ausgezeichneten Dreiecken - $(A, B, C, u, v, w) \to (A', B', C', u', v', w')$ ist ein kommutatives Diagramm + $(X, Y, Z, u, v, w) \to (X', Y', Z', u', v', w')$ ist ein kommutatives Diagramm \[ \begin{tikzcd} - A \arrow{r}{u} \arrow{d} & B \arrow{r}{v} \arrow{d} & C \arrow{r}{w} \arrow{d} & T(A) \arrow{d} \\ - A' \arrow{r}{u'} & B' \arrow{r}{v'} & C' \arrow{r}{w'} & T(A) \\ + X \arrow{r}{u} \arrow{d} & Y \arrow{r}{v} \arrow{d} & Z \arrow{r}{w} \arrow{d} & T(X) \arrow{d} \\ + X' \arrow{r}{u'} & Y' \arrow{r}{v'} & Z' \arrow{r}{w'} & T(X') \\ \end{tikzcd} .\] Weiter unterliegen diese Daten den folgenden Axiomen: \begin{enumerate}[(TR1), leftmargin=14mm] \item Jedes zu einem ausgezeichneten Dreieck - isomorphe Sextupel $(A, B, C, u, v, w)$ wie oben, ist ein ausgezeichnetes Dreieck. Jeder - Morphismus $u\colon A \to B$ kann in ein ausgezeichnetes Dreieck $(A, B, C, u, v, w)$ eingebettet werden - und das Sextupel $(A, A, 0, \text{id}_A, 0, 0)$ ist ein ausgezeichnetes Dreieck für alle $A \in \mathcal{C}$. - \item $(A, B, C, u, v, w)$ ist ein ausgezeichnetes Dreieck genau dann wenn $(B, C, T(A), v, w, -T(u))$ ein + isomorphe Sextupel $(X, Y, Z, u, v, w)$ wie oben, ist ein ausgezeichnetes Dreieck. Jeder + Morphismus $u\colon X \to Y$ kann in ein ausgezeichnetes Dreieck $(X, Y, Z, u, v, w)$ eingebettet werden + und das Sextupel $(X, X, 0, \text{id}_X, 0, 0)$ ist ein ausgezeichnetes Dreieck für alle $X \in \mathcal{T}$. + \item $(X, Y, Z, u, v, w)$ ist ein ausgezeichnetes Dreieck genau dann wenn $(Y, Z, T(X), v, w, -T(u))$ ein ausgezeichnetes Dreieck ist. - \item Für zwei ausgezeichnete Dreiecke $(A, B, C, u, v, w)$ und $(A', B', C', u', v', w')$, und + \item Für zwei ausgezeichnete Dreiecke $(X, Y, Z, u, v, w)$ und $(X', Y', Z', u', v', w')$, und Morphismen $f\colon X \to X'$, $g\colon Y \to Y'$, die mit $u$ und $u'$ kommutieren, existiert ein nicht notwendig eindeutiger Morphismus $h\colon Z \to Z'$, so dass $(f, g, h)$ ein Morphismus von ausgezeichneten Dreiecken ist. @@ -55,7 +84,8 @@ \begin{bem} Streng genommen ist die hier definierte Triangulierte Kategorie nur eine Pretriangulierte Kategorie. Für - eine vollständig triangulierte Kategorie fehlt noch das Oktaheder Axiom, das wir im Folgenden jedoch nicht benötigen. + eine vollständig triangulierte Kategorie fehlt noch das Oktaheder Axiom + (TR4 in \cite{hartshorne}), das wir im Folgenden jedoch nicht benötigen. \end{bem} \begin{definition}[Triangulierter Funktor] @@ -70,83 +100,129 @@ ausgezeichnete Dreieck $(X, Y, Z, u, v, w)$ von $\mathcal{T}$ die lange Folge \[ \begin{tikzcd} - \cdots \arrow{r} & H(T^{i}(X)) \arrow{r} & H(T^{i}Y) \arrow{r} & H(T^{i}Z) \arrow{r} & H(T^{i+1}X) \arrow{r} + \cdots \arrow{r} & H(T^{i}X) \arrow{r} & H(T^{i}Y) \arrow{r} & H(T^{i}Z) \arrow{r} & H(T^{i+1}X) \arrow{r} & \cdots \end{tikzcd} - \] exakt ist. Wenn $H$ ein kohomologischer Funktor ist, dann schreiben wir auch $H^{i}(X)$ für $H(T^{i}(X))$ + \] exakt ist. Wenn $H$ ein kohomologischer Funktor ist, dann schreiben wir auch $H^{i}(X)$ für $H(T^{i}X)$ für $i \in \Z$. \end{definition} \begin{lemma} - Sei $\mathcal{T}$ eine triangulierte Kategorie und $A \in \mathcal{T}$. - Dann sind $\text{Mor}_{\mathcal{T}}(A, -)$ und $\text{Mor}_{\mathcal{T}}(-, A)$ kohomologische Funktoren. + Sei $\mathcal{T}$ eine triangulierte Kategorie und $X \in \mathcal{T}$. + Dann sind $\text{Mor}_{\mathcal{T}}(X, -)$ und $\text{Mor}_{\mathcal{T}}(-, X)$ kohomologische Funktoren. \label{hom-cohom-func} \end{lemma} +\begin{proof} + siehe Proposition 1.1 in \cite{hartshorne}. +\end{proof} + \subsection{Homotopiekategorie} -Das kanonische Beispiel für eine triangulierte Kategorie ist die Homotopiekategorie einer additiven Kategorie. +Das kanonische Beispiel für eine triangulierte Kategorie ist die Homotopiekategorie einer additiven Kategorie $\mathcal{C}$. \begin{definition}[Homotopiekategorie] - Sei $\mathcal{C}$ eine additive Kategorie. Dann bezeichne $\mathcal{K}om(\mathcal{C})$ die - Kategorie der Komplexe mit Objekten aus $\mathcal{C}$ mit Komplexhomomorphismen als Morphismen. - Bezeichne mit $\mathcal{K}(\mathcal{C})$ weiter die Homotopiekategorie mit den selben Objekten wie - $\mathcal{K}om(\mathcal{C})$ und mit Komplexhomomorphismen modulo Homotopie als Morphismen. + Sei $\mathcal{C}$ eine additive Kategorie. Dann ist die Homotopiekategorie + $\mathcal{K}(\mathcal{C})$ von $\mathcal{C}$, die Kategorie, deren Objekte + Komplexe mit Objekten aus $\mathcal{C}$ sind und + deren Morphismen Homotopieäquivalenzklassen von Komplexhomomorphismen sind. \end{definition} +%\begin{bem} +In der Homotopiekategorie haben wir einen natürlichen Kategorienautomorphismus +$T\colon \mathcal{K}(\mathcal{C}) \to \mathcal{K}(\mathcal{C})$, der +durch Verschieben nach links gegeben ist, das +heißt für $\com{X} \in \mathcal{K}(\mathcal{C})$ durch +\begin{equation} + T(\com{X})^{i} = X^{i+1} \text{ und } d_{T(\com{X})} = - d_{\com{X}} + \label{eq:shift-functor} +\end{equation} +%\end{bem} + +\begin{bem}[Notation] + Für $\com{X} \in \mathcal{K}(\mathcal{C})$ schreiben wir auch + \[ + \com{X}[n] = T^{n}(\com{X}) + .\] +\end{bem} + +Um die ausgezeichneten Dreiecke in $\mathcal{K}(\mathcal{C})$ zu erklären, benötigen wir +den Abbildungskegel eines Morphismus in $\mathcal{K}(\mathcal{C})$: + \begin{definition}[Abbildungskegel] - Seien $\com{A}, \com{B} \in \mathcal{K}$ zwei Komplexe und $f\colon \com{A} \to \com{B}$ ein - Komplexhomomorphismus. Dann sei der Abbildungskegel $\com{C}_f$ definiert durch + Seien $\com{X}, \com{Y} \in \mathcal{K}$ zwei Komplexe und $f\colon \com{X} \to \com{Y}$ ein + Komplexhomomorphismus. Dann sei der Abbildungskegel + $\com{C}_f \in \mathcal{K}(\mathcal{C})$ definiert durch \[ - C_f^{n} = A^{n+1} \oplus B^{n} + C_f^{n} = X^{n+1} \oplus Y^{n} \] mit Differential \[ d_{\com{C}_f} = \begin{pmatrix} - d_{\com{A}[1]} & 0 \\ - f[1] & d_{\com{B} } + d_{\com{X}[1]} & 0 \\ + f[1] & d_{\com{Y} } \end{pmatrix} .\] + \label{def:mapping-cone} \end{definition} +\begin{bem} + \begin{enumerate}[(1)] + \item In der Situation von \ref{def:mapping-cone} haben wir kanonische Morphismen + $i\colon \com{Y} \to \com{C}_{f}$ und $p\colon \com{C}_{f} \to \com{X}[1]$. + \item Oft wird auch die Notation $\com{C}_f = \com{X}[1] \oplus \com{Y}$ verwendet. + Man beachte jedoch, dass der Abbildungskegel \emph{nicht} das Koprodukt + von $\com{X}[1]$ und $\com{Y}$ ist. + \end{enumerate} +\end{bem} + \begin{satz}[Homotopiekategorie ist trianguliert] Sei $\mathcal{C}$ eine additive Kategorie. Dann ist die Homotopiekategorie $\mathcal{K}(\mathcal{C})$ mit den folgenden Daten trianguliert: \begin{enumerate}[(a)] - \item Der Verschiebefunktor $T\colon \mathcal{K}(\mathcal{C}) \to \mathcal{K}(\mathcal{C})$ - ist gegeben durch - \[ - T(\com{A})^{i} = A^{i+1} \text{ und }d_{T(\com{A} )} = - d_{\com{A}} - .\] - \item Ein Sextupel wie in \ref{TR2} - $(\com{X}, \com{Y}, \com{Z}, u, v, w)$ in $\mathcal{K}(\mathcal{C})$ - ist ein ausgezeichnetes Dreieck + \item Der Verschiebefunktor $T\colon \mathcal{K}(\mathcal{C}) \to \mathcal{K}(\mathcal{C})$ wie in \ref{eq:shift-functor}. + \item Ein Sextupel $(\com{X}, \com{Y}, \com{Z}, u, v, w)$ + wie in \ref{TR2} in $\mathcal{K}(\mathcal{C})$ + ist ein ausgezeichnetes Dreieck, genau dann wenn - es im Sinne von ausgezeichneten Dreiecken isomorph ist zu einem Sextupel der Form - $(\com{X}, \com{Y}, \com{C_{u}}, f, i, p)$, wobei $f\colon \com{X} \to \com{Y} $ ein Morphismus - in $\mathcal{K}(\mathcal{C})$ ist und $i\colon \com{B} \to \com{C_{f}}$, - $p\colon \com{C}_{f} \to \com{C}$ die kanonischen Morphismen sind. + es im Sinne von ausgezeichneten Dreiecken isomorph ist zu einem Sextupel + der Form + $(\com{X}, \com{Y}, \com{C_{f}}, f, i, p)$, + wobei $f\colon \com{X} \to \com{Y} $ ein Morphismus + in $\mathcal{K}(\mathcal{C})$ ist und $i\colon \com{Y} \to \com{C_{f}}$, + $p\colon \com{C}_{f} \to \com{X}[1]$ die kanonischen Morphismen sind. \end{enumerate} \end{satz} +\begin{proof} + siehe Kapitel 1, §2 in \cite{hartshorne}. +\end{proof} + Sei nun $\mathcal{A}$ eine abelsche Kategorie und $\mathcal{K} = \mathcal{K}(\mathcal{A})$ die Homotopiekategorie. \begin{lemma} Der Funktor $H\colon \mathcal{K} \to \mathcal{A}b$ der einen Komplex $\com{A}$ auf seine nullte Kohomologiegruppe abbildet, ist ein kohomologischer Funktor. + + \label{lemma:cohom-is-cohom-functor} \end{lemma} +\begin{proof} + siehe Kapitel 1, §2 in \cite{hartshorne}. +\end{proof} + Daraus erhalten wir insbesondere folgendes Kriterium, ob ein Komplexhomomorphismus ein Quasiisomorphismus ist: \begin{lemma}[] Seien $\com{A}, \com{B} \in \mathcal{K}$ und $f\colon \com{A} \to \com{B} $ ein Komplexhomomorphismus. - Dann ist $f$ ein Quasiisomorphismus genau dann wenn $\com{C}_f$ exakt ist. + Dann ist $f$ ein Quasiisomorphismus, genau dann wenn $\com{C}_f$ exakt ist. \label{mapping-cone-exact-for-qis} \end{lemma} \begin{proof} Es ist $(\com{A}, \com{B}, \com{C}_f, f, i, p)$ ein ausgezeichnetes Dreieck in $\mathcal{K}$ mit - $i\colon \com{B} \to \com{C}_f$ und $p\colon \com{C}_f \to \com{A}[1]$ die natürlichen Abbildungen. Also - erhalten wir für $i \in \Z$ eine exakte Folge + $i\colon \com{B} \to \com{C}_f$ und $p\colon \com{C}_f \to \com{A}[1]$ die natürlichen + Morphismen. Also + erhalten wir mit \ref{lemma:cohom-is-cohom-functor} für $i \in \Z$ eine exakte Folge \[ \begin{tikzcd} H^{i-1}(\com{C}_f) \arrow{r} @@ -159,9 +235,14 @@ Daraus erhalten wir insbesondere folgendes Kriterium, ob ein Komplexhomomorphism .\] Die Exaktheit liefert nun die Äquivalenz. \end{proof} - \subsection{Lokalisierung von Kategorien} +Wie anfangs erwähnt, ist die derivierte Kategorie $\mathcal{D}(\mathcal{A})$ einer +abelschen Kategorie $\mathcal{A}$ +eine Lokaliserung der Homotopiekategorie $\mathcal{K}(\mathcal{A})$. +Diese funktioniert analog zum gleichnamigen Prozess in der kommutativen Algebra, was +uns zu folgendem Begriff führt: + \begin{definition}[Multiplikatives System] Sei $\mathcal{C}$ eine Kategorie. Eine Klasse $\mathcal{S}$ von Morphismen von $\mathcal{C}$ heißt multiplikatives System, wenn es die folgenden Axiome erfüllt: @@ -184,7 +265,7 @@ Daraus erhalten wir insbesondere folgendes Kriterium, ob ein Komplexhomomorphism \item Für $f, g \colon X \to Y$ Morphismen in $\mathcal{C}$, sind die folgenden Bedingungen äquivalent: \begin{enumerate}[(i)] \item Es existiert ein $s\colon Y \to Y'$ in $\mathcal{S}$, sodass $sf = sg$. - \item Es existiert ein $t\colon X \to X'$ in $\mathcal{S}$, sodass $sf = sg$. + \item Es existiert ein $t\colon X \to X'$ in $\mathcal{S}$, sodass $ft = gt$. \end{enumerate} \end{enumerate} \label{def:mult-system} @@ -244,18 +325,37 @@ Daraus erhalten wir insbesondere folgendes Kriterium, ob ein Komplexhomomorphism \label{satz:existence-localisation} \end{satz} +\begin{proof} + siehe Proposition 3.1 in \cite{hartshorne}. +\end{proof} + \begin{bem} - Die Lokalisierung $\mathcal{C}_{\mathcal{S}}$ einer Kategorie $\mathcal{C}$ + \begin{enumerate}[(a)] + \item Da $\mathcal{S}$ eine echte Klasse sein kann, das heißt keine Menge, ist im + Allgemeinen auch $\text{Mor}_{\mathcal{C}_{\mathcal{S}}}(X, Y)$ für + $X, Y \in \mathcal{C}_{\mathcal{S}}$ + keine Menge. Das + heißt streng genommen ist $\mathcal{C}_{\mathcal{S}}$ nur + eine große Kategorie. Auf diese mengentheoretischen Probleme gehen wir + im Folgenden jedoch nicht ein. + \item Die Lokalisierung $\mathcal{C}_{\mathcal{S}}$ einer Kategorie $\mathcal{C}$ kann auch dual, dass heißt durch Umdrehen aller Pfeile, konstruiert werden. Wenn im Folgenden der Kontext klar ist, dann schreiben wir auch einfach $X$ für $Q(X)$ für ein Objekt $X \in \mathcal{C}$. Ebenso schreiben wir für $X, Y \in \mathcal{C}$ auch $s^{-1}f$ bzw. in der dualen Konstruktion $fs^{-1}$ für die Äquivalenzklasse des Tripels $(f, Z, s) \in \text{Mor}_{\mathcal{C}_{\mathcal{S}}}(X, Y)$. In dieser Notation ist - dann $Q(f) = \text{id}^{-1}f$ bzw. $Q(f) f\text{id}^{-1}$ für $f\colon X \to Y$ in $\mathcal{C}$. + dann $Q(f) = \text{id}^{-1}f$ bzw. $Q(f) = f\text{id}^{-1}$ für $f\colon X \to Y$ in $\mathcal{C}$. + \end{enumerate} \end{bem} +Falls $\mathcal{T}$ eine triangulierte Kategorie ist und $\mathcal{S}$ ein multiplikatives +System, stellt sich die Frage, ob sich +die Triangulation von $\mathcal{C}$ +in natürlicher Weise auf $\mathcal{C}_{\mathcal{S}}$ ausdehnt. Dazu fordern wir zusätzlich +an $\mathcal{S}$: + \begin{definition}[Mit Triangulation kompatibles multiplikatives System] - Sei $\mathcal{C}$ eine triangulierte Kategorie mit Verschiebefunktor $T$ + Sei $\mathcal{T}$ eine triangulierte Kategorie mit Verschiebefunktor $T$ und $\mathcal{S}$ ein multiplikatives System von Morphismen. Wir nennen $\mathcal{S}$ kompatibel mit der Triangulation, wenn die folgenden Axiome erfüllt sind: @@ -267,26 +367,34 @@ Daraus erhalten wir insbesondere folgendes Kriterium, ob ein Komplexhomomorphism \end{definition} \begin{satz} - Sei $\mathcal{C}$ eine triangulierte Kategorie und $\mathcal{S}$ ein + Sei $\mathcal{T}$ eine triangulierte Kategorie und $\mathcal{S}$ ein mit der Triangulation kompatibles - multiplikatives System. Dann hat $\mathcal{C}_{\mathcal{S}}$ eine eindeutige + multiplikatives System. Dann hat $\mathcal{T}_{\mathcal{S}}$ eine eindeutige triangulierte Struktur, sodass $Q$ ein triangulierter Funktor ist und die universelle Eigenschaft b) aus \ref{def:localisation} für triangulierte Funktoren in triangulierte Kategorien erfüllt. \label{satz:existence-triangulated-localisation} \end{satz} +\begin{proof} + siehe Proposition 3.2 in \cite{hartshorne}. +\end{proof} + \subsection{Derivierte Kategorie} Sei im Folgenden $\mathcal{A}$ eine feste abelsche Kategorie und $\mathcal{K} = \mathcal{K}(\mathcal{A})$ die -Homotopiekategorie. +Homotopiekategorie. Wir bezeichnen im Folgenden die Klasse +der Quasiisomorphismen in $\mathcal{K}$ als $\mathcal{Q}is$. \begin{lemma}[$\mathcal{Q}is$ ist multiplikativ] - Die Klasse $\mathcal{Q}is$ der Quasiisomorphismen in $\mathcal{K}$ - ist ein mit der Triangulation von $\mathcal{K}$ kompatibles multiplikatives System. + $\mathcal{Q}is$ ist ein mit der Triangulation von $\mathcal{K}$ kompatibles multiplikatives System. \label{lemma:qis-mult} \end{lemma} +\begin{proof} + siehe Proposition 4.1 in \cite{hartshorne}. +\end{proof} + Nach \ref{satz:existence-localisation}, \ref{satz:existence-triangulated-localisation} und \ref{lemma:qis-mult} angewendet auf $\mathcal{K}$ und $\mathcal{Q}is$, existiert die triangulierte Kategorie $\mathcal{K}_{\mathcal{Q}is}$. @@ -304,33 +412,46 @@ Um zu verstehen, wann zwei Morphismen in $\mathcal{K}$ den selben Morphismus in das folgende Lemma: \begin{lemma} - Seien $\com{A}, \com{B} \in \mathcal{K}$ und $f\colon \com{A} \to \com{B}$. Dann ist - $f = 0$ in $\mathcal{D}$ genau dann wenn ein Quasiisomorphismus $s\colon \com{B} \to \com{C} $ existiert, sodass - $sf = 0$ in $\mathcal{K}$. - + Seien $\com{X}, \com{Y} \in \mathcal{K}$ und $f\colon \com{X} \to \com{Y}$. Dann + sind die folgenden Bedingungen äquivalent: + \begin{enumerate}[(i)] + \item $\text{id}^{-1}f = 0$ in $\mathcal{D}$. + \item Es existiert ein Quasiisomorphismus $t\colon \com{X'} \to \com{X} $, + sodass $ft = 0$ in $\mathcal{K}$. + \item Es existiert ein Quasiisomorphismus $s\colon \com{Y} \to \com{Y'} $, + sodass $sf = 0$ in $\mathcal{K}$. + \end{enumerate} + \label{derived-cat-morphism-null} \end{lemma} \begin{proof} - Es ist $f\text{id}^{-1} = 0$ genau dann wenn ein kommutatives Diagram existiert: + Wegen \hyperref[def:mult-system]{FR3} und \ref{lemma:qis-mult} genügt es + die Äquivalenz von + (i) und (ii) zu zeigen. Es ist $\text{id}^{-1}f = 0$, genau dann wenn + ein kommutatives Diagram \[ \begin{tikzcd} - & \com{B} \arrow[dashed]{d} & \\ - \com{A} \arrow{ur}{f} \arrow{dr}{0} & \com{C} & \com{B} \arrow[dashed]{l}{s} \arrow{ul}{\text{id}} \arrow{dl}{\text{id}} \\ - & \com{B} \arrow[dashed]{u} & + & \com{X} \arrow{dl}{\text{id}} \arrow{dr}{f} & \\ + \com{X} & \arrow[dashed]{l}{t} \com{X'} \arrow[dashed]{d} \arrow[dashed]{u} & \com{Y} \\ + & \com{X} \arrow{ul}{\text{id}} \arrow{ur}{0} & \end{tikzcd} - \] mit $s$ Quasiisomorphismus. + \] mit $t$ Quasiisomorphismus existiert. Das zeigt die Behauptung. \end{proof} -Die derivierte Kategorie erlaubt es Ableitungen von Funktoren allgemeiner zu formulieren. Wir führen hier -nur die Situation der Rechtsableitung kovarianter Funktoren aus. +Wir möchten nun Ableitungen von Funktoren im Kontext von +derivierten Kategorien betrachten. Seien dafür $\mathcal{A}$ und $\mathcal{B}$ abelsche Kategorien und -$F\colon \mathcal{K}(\mathcal{A}) \to \mathcal{K}(\mathcal{A})$ ein triangulierter Funktor. +$F\colon \mathcal{K}(\mathcal{A}) \to \mathcal{K}(\mathcal{B})$ ein triangulierter +(kovarianter) Funktor. +Das ist zum Beispiel der Fall, wenn $F$ induziert ist von einem additiven Funktor +$F\colon \mathcal{A} \to \mathcal{B}$. Falls $F$ exakt ist werden Quasiisomorphismen auf Quasiisomorphismen geschickt und $F$ induziert daher einen Funktor von $\mathcal{D}(\mathcal{A})$ nach $\mathcal{D}(\mathcal{B})$. -Im Allgemeinen ist das nicht der Fall. Dennoch möchten wir einen Funktor von $\mathcal{D}(\mathcal{A})$ -nach $\mathcal{D}(\mathcal{B})$ konstruieren, der $F$ so nahe wie möglich kommt. +Im Allgemeinen ist das nicht der Fall und wir konstruieren dann, unter bestimmten +Voraussetzungen an $F$ und die beteiligten Kategorien, einen Funktor +$\text{R}F\colon \mathcal{D}(\mathcal{A}) \to \mathcal{D}(\mathcal{B})$: \begin{definition}[Abgeleiteter Funktor] Seien $\mathcal{A}, \mathcal{B}$ abelsche Kategorien. Der rechts abgeleitete Funktor von $F$ ist @@ -353,17 +474,21 @@ nach $\mathcal{D}(\mathcal{B})$ konstruieren, der $F$ so nahe wie möglich kommt \eta\colon \text{R}F \to G \] von Funktoren von $\mathcal{D}(\mathcal{A})$ nach $\mathcal{D}(\mathcal{B})$, sodass \[ - \xi = (\eta \circ Q_{\mathcal{A}}) \circ \xi + \zeta = (\eta \circ Q_{\mathcal{A}}) \circ \xi .\] \end{definition} \begin{bem}[] - \begin{enumerate}[(1)] + \begin{enumerate}[(a)] \item Falls $\text{R}F$ existiert, ist dieser bis auf eindeutige natürliche Transformationen eindeutig. \item Wir schreiben $R^{i}F$ für $H^{i}(\text{R}F)$ und wenn $F$ induziert ist von einem links-exakten Funktor $F\colon \mathcal{A} \to \mathcal{B}$ und $\mathcal{A}$ genügend Injektive hat, sind - das genau die klassischen abgeleiteten Funktoren von $F$. + das genau die klassischen rechts-abgeleiteten Funktoren von $F$. + \item Es gibt den analogen Begriff der Linksableitung $\text{L}F$ (kovarianter) + Funktoren, bei dem sich die Pfeile umdrehen. + % TODO: präzisieren!!! \end{enumerate} + \label{bem:derived-functors} \end{bem} \begin{satz} @@ -384,12 +509,27 @@ nach $\mathcal{D}(\mathcal{B})$ konstruieren, der $F$ so nahe wie möglich kommt \label{satz:existence-derived-functors} \end{satz} -\begin{bem} - Die Voraussetzungen von \ref{satz:existence-derived-functors} sind im Allgemeinen schwer zu erfüllen. Ziel - dieser Arbeit ist es herauszuarbeiten, dass im Falle von $\mathcal{A} = A\text{-Mod}$ für einen kommutativen - Ring $A$, die Bedingungen für die im Folgenden definierten Funktoren $\com{\text{Hom}}(\com{M}, -)$, - $\com{\text{Hom}}(-, \com{M})$ und $\com{M} \otimes_A -$ erfüllt sind. -\end{bem} +\begin{proof} + siehe Theorem 5.1 in \cite{hartshorne}. +\end{proof} + +Die Voraussetzungen von \ref{satz:existence-derived-functors} sind im Allgemeinen schwer zu erfüllen. Deshalb betrachtet man häufig gewisse Unterkategorien +von $\mathcal{K}(\mathcal{A})$, beispielsweise die Kategeorie +$\mathcal{K}^{+}(\mathcal{A})$ der nach unten beschränkten Komplexe. Dies genügt, +um den Fall (b) aus \ref{bem:derived-functors} zu studieren. + +Für unbeschränkte Komplexe liegt die Schwierigkeit darin eine geeignete +Unterkategorie $\mathcal{L}$ zu finden, die die Bedingungen aus +\ref{satz:existence-derived-functors} erfüllt. +Ziel +dieser Arbeit ist es herauszuarbeiten, dass im Falle von $\mathcal{A} = A\text{-Mod}$ +für einen kommutativen +Ring $A$, die Bedingungen für die im Folgenden definierten Funktoren $\com{\text{Hom}}(\com{M}, -)$, +$\com{\text{Hom}}(-, \com{M})$ und $\com{M} \otimes_A -$ erfüllt sind. Das +wird uns erlauben das klassische Adjunktionsresultat +\[ +- \otimes_A M \dashv \text{Hom}_{A\text{-Mod}}(M, -) +\] für $M$ ein $A$-Modul auf die abgeleiteten Funktoren zu übertragen. \begin{definition} Seien $\com{A}, \com{B} \in \mathcal{K}$ zwei Komplexe in einer beliebigen abelschen Kategorie $\mathcal{A}$. @@ -1768,4 +1908,9 @@ Jetzt können wir alles zusammentragen und erhalten: $\com{\text{Hom}}(\com{N}, \com{P})$ K-injektiv ist. \end{proof} +\begin{thebibliography}{9} +\bibitem{hartshorne} +Robin Hartshorne. Residues and duality. \emph{Lecture Notes in Math.}. 20, Springer-Verlag (1966) +\end{thebibliography} + \end{document}