在數學的範疇論分支,若干個函數的等化子()是使其值相等的參數的集合。換言之,兩個函數f, g的等化子,是方程f(x) = g(x)的。僅得兩個函數時,也稱為其差核,因為等於兩個函數之差的。
定義
設X與Y為集合。又設f, g為從X至Y的函數。則f與g的等化子為X中所有滿足f(x) = g(x)的元素x的集合,以符號表示為:
: \operatorname{Eq}(f, g) := \{x \in X \mid f(x) = g(x)\}.
等化子可以表示成\mathrm {Eq}(f, g)或類似的符號,如改成小楷\mathrm{eq}。有時非正式地寫成\{f = g\}。
上述定義用到兩個函數f,g ,但其實不必限制為兩個函數,甚至不必為有限多個函數。一般而言,若\mathcal F是一族函數,從X映向Y,則\mathcal F的元素的等化子,是使f(x)對所有f \in \mathcal F皆相等的元素x \in X的集合。以符號表示:
: \operatorname{Eq}(\mathcal{F}) := \{x \in X \mid \forall f,g \in \mathcal{F}, \; f(x) = g(x)\}.
若\mathcal F可以寫成\{f, g, h, \ldots \},則等化子亦記為\mathrm{Eq}(f, g, h, \ldots)。此情況下,亦可非正式地寫成\{f = g = h = \cdots \}。
作為一般定義的退化,考慮\mathcal F為單元集\{f \}。由於f(x)必然等於自己,等化子等於整個定義域X。更退化的情況下,設\mathcal F為空集。則等化子仍為全個定義域X,因為條件的全稱量化命題為。
差核
二元的等化子(即兩個函數的等化子)又稱差核()。f, g的差核可以記為\mathrm{DiffKer}(f, g)、\mathrm{Ker}(f, g)、\mathrm{Ker}(f - g)。最後一種寫法表明名稱的由來,是兩個函數之差的核,而且抽象代数中,該寫法亦最常用。此外,單一個函數f的核,可以作為差核\mathrm {Eq}(f, \boldsymbol 0)找到,其中\boldsymbol 0表示取零值的常數函數。
以上假設核的意義如同抽象代數中,解作某函數作用下,0的原像,但在範疇論定義中,並不一定。
範疇論
等化子可以用泛性質定義,以將此概念從集合範疇推廣到任意的範疇。
一般地,在任意範疇中,設X, Y為物件,而f, g為自X往Y的態射。此兩件物件及兩個態射組成該範疇的一幅圖,而f, g的等化子,則是該圖表的極限。
具體而言,等化子是物件E與態射\mathrm {eq}: E \to X的整體,滿足f \circ eq = g \circ eq,且對任意物件O與態射m : O \to X,若有f \circ m = g \circ m,則存在唯一的態射 u : O \to E,使得\mathrm {eq} \circ u = m。
其中態射m:O \rightarrow X滿足的條件,即f \circ m = g \circ m,又稱為等化()f與 g。
在泛代数範疇,例如有定義差核的範疇,或集合範疇\mathbf{Set},物件E總可以按原始定義(即\{x: f(x) = g(x)\})選取,而相應的態射\mathrm {eq}則是E作為X子集的包含映射。
可以直接推廣到多於兩支態射的情況,只要用在圖中,添加更多支態射,然後再取極限便可。同樣,只有一支態射的退化情況也很直接,而\mathrm{eq}可以取為任何由E至X的同構。
但是,無態射的退化情況較為特殊,要較仔細畫出正確的圖。一開始,可能會嘗試畫出物件X和Y,然後不加任何態射。然而,此為不正確,因為該圖的極限,是X和Y的範疇論積,而非所求的等化子(應為X)。正確觀念是,等化子的定義,與定義域X密切相關(例如在集合範疇的情況下,X出現在定義式中),但與Y的關聯則僅在於Y是圖中態射的陪域。 所以,若無態射,則Y不必出現,故圖僅有X。此圖的極限,是任何E與X間的同構。
可以證明,任意範疇中的等化子,皆為單態射。反之,若逆命題成立,即單態射皆為某兩支態射的等化子,則該範疇(在單態射意義下)稱為正則()。更一般地,任意範疇中,正則單態射是某族態射的等化子。也有作者更嚴格,要求其為某兩個態射的二元等化子。然而,若所考慮的範疇,則兩種定義一致。
範疇論中,也有差核的概念。術語「差核」在範疇論各處也常用作描述二元等化子。預可加範疇中(於上的範疇,粗略而言,即每個態射集\mathrm{Hom}(A, B)皆具阿貝爾群結構),「差核」一詞能逐字理解,因為兩支(相同端點的)態射之差有定義,即\mathrm{Eq}(f, g) = \mathrm{Ker}(f - g),其中\mathrm{Ker}表示。
若範疇有拉回(纖維積)及積,則有等化子。
參見
*,等化子的對偶概念,將定義中所有態射的方向反轉而得。
*,不動點理論的推廣,拓撲學中,研究拓撲空間等化子的理論。
*拉回,可以用等化子和範疇論積構造的一類極限。
參考文獻
外部鏈結
*
*[https://web.archive.org/web/20080916162345/http://www.j-paine.org/cgi-bin/webcats/webcats.php 一個互動網站],給出有限集範疇中的等化子例子。由[https://web.archive.org/web/20081223001815/http://www.j-paine.org/ Jocelyn Paine]編寫。
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