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Límite inverso

En matemáticas , el límite inverso (también llamado límite proyectivo ) es una construcción que permite "unir" varios objetos relacionados , siendo especificado el proceso preciso de unión por morfismos entre los objetos. Así, los límites inversos pueden definirse en cualquier categoría, aunque su existencia depende de la categoría que se considere. Son un caso especial del concepto de límite en la teoría de categorías.

Trabajando en la categoría dual , es decir invirtiendo las flechas, un límite inverso se convierte en un límite directo o límite inductivo , y un límite se convierte en un colimite .

Definición formal

Objetos algebraicos

Comenzamos con la definición de un sistema inverso (o sistema proyectivo) de grupos y homomorfismos . Sea un conjunto parcial dirigido (no todos los autores exigen que I sea dirigido). Sea ( A i ) iI una familia de grupos y supongamos que tenemos una familia de homomorfismos para todos (nótese el orden) con las siguientes propiedades:

  1. ¿La identidad está en ?

Entonces el par se llama sistema inverso de grupos y morfismos sobre , y los morfismos se llaman morfismos de transición del sistema.

Definimos el límite inverso del sistema inverso como un subgrupo particular del producto directo de los :

El límite inverso viene equipado con proyecciones naturales π i : AA i que seleccionan el i ésimo componente del producto directo para cada en . El límite inverso y las proyecciones naturales satisfacen una propiedad universal descrita en la siguiente sección.

Esta misma construcción puede realizarse si los son conjuntos , [1] semigrupos , [1] espacios topológicos , [1] anillos , módulos (sobre un anillo fijo), álgebras (sobre un anillo fijo), etc., y los homomorfismos son morfismos de la categoría correspondiente . El límite inverso también pertenecerá a esa categoría.

Definición general

El límite inverso puede definirse de forma abstracta en una categoría arbitraria por medio de una propiedad universal . Sea un sistema inverso de objetos y morfismos en una categoría C (misma definición que la anterior). El límite inverso de este sistema es un objeto X en C junto con morfismos π i : XX i (llamados proyecciones ) que satisfacen π i = ∘ π j para todo ij . El par ( X , π i ) debe ser universal en el sentido de que para cualquier otro par de este tipo ( Y , ψ i ) existe un único morfismo u : YX tal que el diagrama

conmuta para todo ij . El límite inverso se suele denotar

con el sistema inverso entendido.

En algunas categorías, el límite inverso de ciertos sistemas inversos no existe. Sin embargo, si existe, es único en un sentido fuerte: dados dos límites inversos X y X' de un sistema inverso, existe un isomorfismo único X ′ → X que conmuta con las funciones de proyección.

Los sistemas inversos y límites inversos en una categoría C admiten una descripción alternativa en términos de funtores . Cualquier conjunto parcialmente ordenado I puede considerarse como una pequeña categoría donde los morfismos consisten en flechas ij si y solo si ij . Un sistema inverso es entonces solo un funtor contravariante IC . Sea la categoría de estos funtores (con transformaciones naturales como morfismos). Un objeto X de C puede considerarse un sistema inverso trivial, donde todos los objetos son iguales a X y todas las flechas son la identidad de X . Esto define un "funtor trivial" de C a El límite inverso, si existe, se define como un adjunto derecho de este funtor trivial.

Ejemplos

Functores derivados del límite inverso

Para una categoría abeliana C , el funtor límite inverso

es exacto a la izquierda . Si I está ordenado (no simplemente parcialmente ordenado) y es contable , y C es la categoría Ab de los grupos abelianos, la condición de Mittag-Leffler es una condición sobre los morfismos de transición f ij que asegura la exactitud de . Específicamente, Eilenberg construyó un funtor

(pronunciado "lim one") tal que si ( A i , f ij ), ( B i , g ij ) y ( C i , h ij ) son tres sistemas inversos de grupos abelianos, y

es una secuencia corta y exacta de sistemas inversos, entonces

es una secuencia exacta en Ab .

Condición de Mittag-Leffler

Si los rangos de los morfismos de un sistema inverso de grupos abelianos ( A i , f ij ) son estacionarios , es decir, para todo k existe jk tal que para todo ij  : se dice que el sistema satisface la condición de Mittag-Leffler .

El nombre "Mittag-Leffler" para esta condición fue dado por Bourbaki en su capítulo sobre estructuras uniformes para un resultado similar sobre límites inversos de espacios uniformes de Hausdorff completos. Mittag-Leffler utilizó un argumento similar en la prueba del teorema de Mittag-Leffler .

Las siguientes situaciones son ejemplos en los que se cumple la condición de Mittag-Leffler:

Un ejemplo donde es distinto de cero se obtiene tomando I como los enteros no negativos , siendo A i = p i Z , B i = Z y C i = B i / A i = Z / p i Z . Entonces

donde Z p denota los números enteros p-ádicos .

Resultados adicionales

De manera más general, si C es una categoría abeliana arbitraria que tiene suficientes inyectivos , entonces C I también los tiene , y por lo tanto se pueden definir los funtores derivados por la derecha del funtor límite inverso. El n- ésimo funtor derivado por la derecha se denota

En el caso en que C satisface el axioma de Grothendieck (AB4*) , Jan-Erik Roos generalizó el funtor lim 1 en Ab I a series de funtores lim n tales que

Durante casi 40 años se creyó que Roos había demostrado (en Sur les foncteurs dérivés de lim. Applications. ) que lim 1 A i = 0 para ( A i , f ij ) un sistema inverso con morfismos de transición sobreyectivos e I el conjunto de enteros no negativos (tales sistemas inversos se denominan a menudo " secuencias de Mittag-Leffler "). Sin embargo, en 2002, Amnon Neeman y Pierre Deligne construyeron un ejemplo de un sistema de este tipo en una categoría que satisface (AB4) (además de (AB4*)) con lim 1 A i ≠ 0. Desde entonces, Roos ha demostrado (en "Revisitando los funtores derivados de límites inversos") que su resultado es correcto si C tiene un conjunto de generadores (además de satisfacer (AB3) y (AB4*)).

Barry Mitchell ha demostrado (en "La dimensión cohomológica de un conjunto dirigido") que si I tiene cardinalidad (el d ésimo cardinal infinito ), entonces R n lim es cero para todo nd + 2. Esto se aplica a los diagramas indexados por I en la categoría de R -módulos, con R un anillo conmutativo; no es necesariamente cierto en una categoría abeliana arbitraria (ver "Functores derivados de límites inversos revisitados" de Roos para ejemplos de categorías abelianas en las que lim n , en diagramas indexados por un conjunto contable, es distinto de cero para  n  > 1).

Conceptos relacionados y generalizaciones

El dual categórico de un límite inverso es un límite directo (o límite inductivo). Los conceptos más generales son los límites y colímites de la teoría de categorías. La terminología es algo confusa: los límites inversos son una clase de límites, mientras que los límites directos son una clase de colímites.

Notas

  1. ^ abc John Rhodes y Benjamin Steinberg. La teoría q de semigrupos finitos. pág. 133. ISBN  978-0-387-09780-0 .

Referencias