W matematyce , K- algebraiczna teoria jest ważną gałęzią homologicznej algebry . Jej celem jest określenie i zastosowanie sekwencji z Funktory K n z kategorii pierścieni z tym grup abelian . Ze względów historycznych K 0 i K 1 są nieco inne niż K n dla n ≥ 2. Te dwie grupy K są rzeczywiście bardziej dostępne i mają więcej zastosowań niż te z wyższymi wskaźnikami. Teoria ta ostatnia sięga znacznie głębiej i są one znacznie trudniejsze do obliczenia, jeśli tylko na ringu z liczb całkowitych .
Grupa abelowa K 0 ( A ) uogólnia konstrukcję grupy idealnych klas pierścienia A za pomocą A - modułów rzutowych . Został on opracowany w latach 1960 i 1970 - w którym „ przypuszczenie od Serre ” modułów projekcyjnych stały się twierdzenie Quillen-Suslin (w) - i zostało powiązane z wieloma innymi klasycznych problemów algebraicznych. Podobnie grupa K 1 ( A ) jest modyfikacją grupy jednostek , wykorzystującą macierze elementarne ; jest to ważne w topologii , zwłaszcza gdy jest pierścień grupy , ponieważ grupy iloraz The grupa Whitehead (i) zawiera się skręcanie Whitehead (en) , stosowany w prosty teorii homotopii i chirurgii . Grupa K 0 ( A ) zawiera również inne niezmienniki , takie jak niezmiennik skończoności . Od lat osiemdziesiątych algebraiczna teoria K ma coraz więcej zastosowań w geometrii algebraicznej . Na przykład kohomologia motywacyjna jest z nią ściśle związana.
Alexandre Grothendieck odkrył teorię K w połowie lat pięćdziesiątych XX wieku jako podstawę do ustalenia daleko idącego uogólnienia twierdzenia Riemanna-Rocha . Kilka lat później Michael Atiyah i Friedrich Hirzebruch rozważali podobną teorię topologiczną K (w) .
Od 1960 roku odkryto zastosowania grup K , szczególnie w chirurgii wielorakiej i wielu innych powiązaniach z klasycznymi problemami algebraicznymi.
Nieco później z zyskiem rozwinęła się gałąź teorii algebr operatorów , która dała początek teorii K operatorów (en) i teorii KK (of) . Stało się również jasne, że K -theory miał do odegrania ważną rolę w geometrii algebraicznej, w teorii cykli (przypuszczenie Gersten'S): the wyższe K -theory grupy były umieszczonego tam zjawisk w wyższych codimensions . Ci, trudniej zrozumieć zrozumieć.
Powstał problem różnorodności definicji teorii K , które na pierwszy rzut oka nie są równoważne. Korzystanie Steinberg pracy na uniwersalnych głównych rozszerzeń z klasycznych grup algebraicznych , John Milnor wybiera określenia grupy K 2 ( A ) pierścienia A jako środka , izomorficzne do H 2 (E ( A ), ℤ) , uniwersalnego centralnego występu z E grupy ( A ) wytworzonej przez nieskończoną elementarnymi macierzy A . Istnieje naturalna mapa dwuliniowa od K 1 ( A ) × K 1 ( A ) do K 2 ( A ). W szczególnym przypadku pola k grupa K 1 (k) jest izomorficzna z grupą multiplikatywną GL (1, k ) , a obliczenia Hideya Matsumoto wykazały, że K 2 ( k ) jest izomorficzna z grupą wygenerowaną przez K 1 ( k ) × K 1 ( k ) modulo zbiór relacji łatwych do opisania.
Trudności te fundamentalne rozwiązany ostatecznie (pozostawiając teorii głębokie i trudnych) przez Daniel Quillen , która dała kilka definicji K n ( A ) w przypadku wszystkich naturalnych N cyfr , za pośrednictwem konstrukcji powiększonej i jego Q konstrukcji .
K -grupy o indeksie 0 i 1 jako pierwsze zostały odkryte, w różnych doraźnych opisów , które pozostają użyteczne. W dalszej części A oznacza jedyny pierścień .
Wszystkie klasy izomorfizmu z A - rzutowych modułów skończonego typu , wyposażonego w bezpośrednim suma tworzy monoid . Definiujemy K 0 ( A ) jako grupę Grothendiecka .
Każdy morfizm pierścienia A → B daje mapę K 0 ( A ) → K 0 ( B ), która wysyła (klasę) dowolny moduł A M (rzutowy i skończony) na M ⊗ A B , co daje K 0 kowariantny funktor.
Jeśli pierścień A jest przemienny , możemy zdefiniować w K 0 ( A ) podgrupę
lub
jest aplikacją, która z (klasą) M kojarzy rangę modułu A P - wolnego M P (ten moduł jest rzeczywiście wolny, ponieważ jest to moduł projekcyjny na lokalnym pierścieniu ). Ta podgrupa jest nazywany K obniżony indeks -theory 0 z A .
Możemy rozszerzyć definicję K 0 do niekoniecznie zunifikowanego pierścienia B , biorąc pod uwagę jego zjednoczony A = B 1 i kanoniczny morfizm zunifikowanych pierścieni A → ℤ. Następnie definiujemy K 0 ( B ) jako jądro odpowiedniego morfizmu K 0 ( A ) → K 0 (ℤ) = ℤ.
PrzykładyAlbo ja idealny od A . Zdefiniować skojarzony „podwójny” w następujący pod-pierścień z pierścieniem produktu x A :
następnie względna grupa K :
gdzie zastosowanie jest wywołane rzutem na pierwszy czynnik.
Tego Względne K -GROUP K 0 ( , I ) jest izomorficzny K 0 ( I ), gdzie I jest postrzegane jako bezwymiarowy pierścienia. Fakt, że jest niezależny od A, jest analogiem twierdzenia o wycięciu w homologii.
Pierścień K 0Jeśli pierścień A jest przemienny, iloczyn tensorowy dwóch modułów rzutowych jest nadal rzutowy, co wywołuje mnożenie, dzięki czemu K 0 jest pierścieniem przemiennym, z klasą [ A ] jako multiplikatywną wartością neutralną. Podobnie produkt zewnętrzny wywołuje strukturę pierścienia λ (en) . Grupa Picarda zanurza się w grupie jednostek K 0 ( A ).
Hyman Bass dał następujące definicją, która jest uogólnieniem, że grupy jednostek pierścienia: K 1 ( A ) jest abelianized o ogólnym liniową grupę nieskończonej :
Zgodnie z lematu Whitehead The grupę pochodzącą [gl ( ), GL ( )] pokrywa się z idealnym podgrupy E ( A ) wytworzonej przez elementarnymi macierzy. Grupa GL ( ) / E ( ), zidentyfikowany i badane Whitehead jest nazywana grupą Whitehead pierścieniowej A .
K 1 względnyW Względne K -GROUP K 1 ( , I ) jest określony w kategoriach „ podwójne ”:
Pasuje do dokładnej sekwencji :
Pierścienie przemienne
Jeśli pierścień jest przemienne, można określić morfizm określający , GL ( A ) wybrane są z grupy A × jednostek A . Ta mapa znika na E ( A ) przechodzi więc do ilorazu i definiuje morfizm det: K 1 ( A ) → A × , którego jądrem jest specjalna grupa Whitehead SK 1 ( A ): = SL ( A ) / E ( A ). Otrzymujemy nawet krótki, dokładny podział sekwencji po prawej stronie iloraz tego, którego przekrój A × → GL ( A ) jest określony przez włączenie A × = GL (1, A ) do GL ( A ).
Zatem K 1 ( A ) rozkłada się na bezpośrednią sumę grupy jednostek i specjalnej grupy Whiteheada: K 1 ( A ) ≃ A × ⊕ SK 1 ( A ).
Jeśli A jest pierścieniem euklidesowym (na przykład ciałem przemiennym lub pierścieniem liczb całkowitych) lub półlokalnym , to grupa SK 1 ( A ) jest trywialna, a wyznacznikiem jest izomorfizm z K 1 ( A ) w A × . Jest to niewłaściwe w przypadku każdego pierścienia głównego , który zapewnia jedną z rzadkich właściwości pierścieni euklidesowych, które nie uogólniają się na pierścienie główne. Z przeciw-przykłady podano Bass w 1972 roku i w 1980 roku przez Ischebeck.
SK 1 ( A ) jest również trywialne, jeśli A jest podpórką Dedekind pola liczbowego .
Trywialność SK 1 można zinterpretować mówiąc, że K 1 jest generowane przez obraz GL 1 . Gdy tak nie jest, możemy dowiedzieć się, czy K 1 jest generowane przez obraz GL 2 . Dotyczy to pierścienia Dedekinda, gdzie K 1 jest następnie generowane przez obrazy GL 1 i SL 2 . Możemy zbadać podgrupę SK 1 wygenerowaną przez SL 2 za pomocą symboli Mennickego (en) . Dla DEDEKIND pierścień, w którym wszystkie ilorazy według maksymalnego idei są skończone , SK 1 jest grupa skręcanie .
W przypadku pierścienia nieprzemiennego morfizm determinujący nie jest ogólnie zdefiniowany, ale zastępuje go mapa GL ( A ) → K 1 ( A ).
Proste algebry centralneJeśli A jest prostą algebrą centralną nad ciałem F , zredukowana norma zapewnia uogólnienie wyznacznika, dając mapę K 1 ( A ) → F * i możemy zdefiniować SK 1 ( A ) jako jej jądro. Shianghao Wang (i) wykazano, że jeśli stopień o A jest pierwsza następnie SK 1 ( ) jest trywialne i ta rozciąga się do przypadku, w którym poziom jest squareless . Wang udowodnił również, że SK 1 jest trywialne dla każdej prostej algebry centralnej w polu liczbowym. Władimir Płatonow podał przykłady, dla dowolnej liczby pierwszej p , algebr stopnia p 2, których SK 1 nie jest trywialne.
John Milnor zdefiniowane K 2 ( A ) jako środka do grupy Steinberg St ( A ) o A . Jest także jądrem morfizmu φ: St ( A ) → GL ( A ) i mnożnika Schura grupy E ( A ) generowanej przez macierze elementarne.
K 2 (ℤ) = ℤ / 2ℤ i bardziej ogólnie, K 2 z pierścieniem liczb całkowitych o korpusie liczb jest skończona.
K 2 (ℤ / n ℤ) jest nadal ℤ / 2ℤ, jeśli n jest podzielne przez 4, ale w przeciwnym razie jest trywialne.
Twierdzenie MatsumotoK 2 pola ustalona przez symboli Steinberg :
Twierdzenie Matsumoto - dla dowolnego pola przemiennego k ,Możemy łatwo wywnioskować, że K 2 dowolnego pola skończonego jest trywialne.
Obliczenie K 2 ( ℚ ) jest trochę bardziej skomplikowane. John Tate to udowodnił
zauważając, że dowód, a następnie ten sam plan jak pierwszy dowód przez Gaussa o prawie kwadratowej wzajemności .
Jeśli C jest lokalnego pola nie Archimedesa jego K 2 jest bezpośrednim suma cykliczną gotowego ℤ / m ℤ i dzieli grupy K 2 ( C ) m , w którym m oznacza liczbę korzeni jedności w F .
Długie, dokładne sekwencjeJeśli A jest pierścieniem Dedekinda, a F jego polem ułamków , mamy długą dokładną sekwencję
gdzie P działa ponad wszystkimi ideał pierwszy niezerowy od A .
Z drugiej strony, dla wszystkich A i I (ideał A ) dokładna sekwencja, która wprowadza do gry względne K 1 i K 0, jest wydłużana:
Sprzęganie
Jest sprzęgania na K 1 wartości w K 2 : dali dojazdy macierzy X i Y w A , to x i y w tle w grupie Steinberg . Przełącznik XYX -1 r -1 jest elementem K 2 . Ta aplikacja nie zawsze jest surowa .
Powyżej wyrażenie na k 2 przemiennej pola k doprowadziły MILNOR do definicji „wyżej” K -grupy jako składników w każdym stopniu , z ilorazu z Algebra napinającej z tym grupa przemienna k x L „Two - ideał jednostronny generowany przez a ⊗ (1 - a ) dla a ≠ 0, 1:
Dla n = 0, 1 lub 2 te grupy K M n pokrywają się z grupami K n zdefiniowanymi poniżej , ale dla n ≥ 3 są one generalnie różne. Na przykład, dla każdej skończonego pola K , K M n ( k ) jest trywialne dla wszystkich n ≥ 2, natomiast K n ( k ) jest tylko trywialny, gdy n jest parzyste.
Obraz elementu a 1 ⊗… ⊗ a n w K M n ( k ) nazywamy symbolem i oznaczamy jako { a 1 ,…, a n }. Jeśli m jest odwracalną liczbą całkowitą w k , istnieje aplikacja
gdzie μ m oznacza grupę m -tego korzeni jedności w rozłącznej rozszerzenia o k . Rozciąga się na aplikację
który sprawdza relacje definiujące grupy K Milnora. Mapa ∂ n , tak zdefiniowana na K M n ( k ), nazywana jest „symbolem Galois”.
Relacja pomiędzy Etale (lub Galois ) kohomologie z organizmu i jego K -theory z Milnora modulo 2 jest hipoteza Milnor , wykazano Władimir Wojewodski . Analogicznym stwierdzeniem dla nieparzystych liczb pierwszych jest hipoteza Blocha-Kato (en) , zademonstrowana przez Voevodsky'ego, Rosta (de) i innych.
Po kilku latach, w czasie których zaproponowano różne niezgodne definicje dla grup K o wyższych indeksach, przyjęto definicję podaną przez Quillena. Wyzwaniem było znalezienie definicji K ( R ) i K ( R , I ) w kategoriach klasyfikowania przestrzeni (en) , tak że R ↦ K ( R ) i ( R , I ) ↦ K ( R , I ) są funktorami o wartościach w homotopijne kategorii (in) w przestrzeni i że długie dokładna sekwencja względnej K -grupy jest po prostu długości dokładnie homotopią sekwencja o fibration K ( R , i ) → K ( R ) → K ( R / I ).
Quillen przedstawił dwie konstrukcje, „konstrukcję plus” i „konstrukcję Q ”, przy czym ta ostatnia była później na różne sposoby modyfikowana. Obie konstrukcje dają takie same K -grupy.
Dla n > 0, Quillen określa n -tego K -wiązka R jak n -tym grupy homotopii o powierzchni otrzymanej przez naniesienie jej Plus (de) konstrukcji do klasyfikatora B GL ( R ) nieskończonej grupę liniową GL ( R ):
Aby rozszerzyć tę definicję na przypadek n = 0, wystarczy ustawić
ponieważ B GL ( R ) + jest połączone łukami, a K 0 ( R ) jest dyskretne .
Budynek P (w) daje takie same wyniki jak budowanie więcej, ale odnosi się do bardziej ogólnych sytuacjach. Ponadto jest bardziej bezpośredni w tym sensie, że grupy K, które tworzy, są z definicji funktorskie, podczas gdy fakt ten nie jest natychmiastowy w konstrukcji plus.
Do dowolnej dokładnej kategorii P przypisujemy kategorię Q P, której obiektami są obiekty P i której morfizmy od M do M ' są klasami izomorfizmów diagramów w P postaci
gdzie pierwsza strzała jest dopuszczalnym epimorfizmem, a druga dopuszczalnym monomorfizmem .
N -tego K -wiązka dokładnie kategorii P jest wtedy określone
gdzie 0 to stały obiekt zerowy, a BQ P to przestrzeń klasyfikacyjna kategorii Q P , to znaczy geometryczna realizacja (w) jej nerwu . W szczególności, K 0 ( P ) jest taka grupa Grothendiecka z P .
Przyjmując za P kategorię rzutowych R -modułów typu skończonego, znajdujemy te same grupy, co K n ( R ) zdefiniowane przez konstrukcję plus. Bardziej ogólnie, K -grupy z programu X są zdefiniowane jako te, w kategorii (dokładnie) z Coherent belki lokalnie darmo na X .
Używamy również następującego wariantu: zamiast rzutowych R -modułów typu skończonego (tj. Lokalnie swobodnych), bierzemy wszystkie R -moduły typu skończonego. Grupy K otrzymane w ten sposób zwykle oznaczamy przez G n ( R ) . Jeśli R jest zwykłym pierścieniem Noetherian , jego teorie G i K pokrywają się. Rzeczywiście, globalny wymiar od R jest skończony, to znaczy, że każdy R -module skończonej typu M przyjmuje się (w) rzutowej rozdzielczości P * → M i prosty argumentu pozwala wywnioskować, że kanoniczny morfizmem K 0 ( R ) → G 0 ( R ) jest bijektywne , gdzie [ M ] = Σ ± [ P n ]. Pokazujemy, że morfizm między wyższymi grupami K jest również bijektywny.
Trzeci konstrukcja K -grupy jest S konstrukcja z Waldhausen (En) . Dotyczy to kategorii z kofibracjami (zwanych kategoriami Waldhausen (in) ), bardziej ogólnych niż dokładne kategorie.
Choć algebraiczne Quillen za K- Teoria pomogła w dogłębne zrozumienie różnych aspektów algebraicznej geometrii i topologii , K -grupy okazały się szczególnie trudne do obliczenia z wyjątkiem kilku izolowanych ale ciekawych przypadków.
Tego pierwszego obliczenia K - górnych grup pierścienia - i jednej z najważniejszych - dokonał sam Quillen: pole skończone z q elementami oznaczonymi przez F q , mamy:
Quillen wykazały, że K -grupy o O F pierścienia liczb całkowitych o zakresie liczb C są skończonego typu . Armand Borel użył go do obliczenia modulo skręcania K i ( O F ) i K i ( F ) . Na przykład dla F = ℚ Borel udowodnił, że dla wszystkich i > 1, K i (ℤ) modulo torsion wynosi ℤ, jeśli i jest przystające do 1 modulo 4 i 0 w przeciwnym razie.
Niedawno określone podgrupy Skręcanie K 2 i + 1 (ℤ) i kolejność z ograniczonych grup abelian K 4 K + 2 (ℤ), ale pytania o cykliczności tego ostatniego i trywialności o K 4 K (ℤ ) zależy na domysłach Vandiver jest na zespoły grup o cyclotomic całkowitymi . Szczegółowe informacje można znaleźć w artykule „ Guess Quillen-Lichtenbaum (in) ”.
Do grupy K- algebraicznej teorii interweniować hipotez na specjalnych wartości (PL) w funkcji L , preparat głównej hipotezy (Pl) w nie przemiennego teorii Iwasawa i budowy większych regulatorów (PL) .
Przypuszczenie Parshin (i) stanowi, że dla każdej odmiany gładka na pole ograniczonej, K wyższe są -grupy skręcanie .
Ta z Bassa (en) przewiduje, że dla dowolnej ℤ-algebry A typu skończonego wszystkie grupy G n ( A ) są typu skończonego.