Creo que la teoría de categorías es una de las teorías más fundamentales de las matemáticas y se está convirtiendo también en una teoría fundamental para otras ciencias. Nos permite comprender muchos conceptos en un nivel superior y unificado. Los métodos categóricos son generales, pero, por supuesto, se pueden aplicar a categorías específicas y, por lo tanto, nos ayudan a resolver problemas específicos. No estoy pidiendo aplicaciones canónicas en las que se utilice la teoría de categorías. He leído todas las respuestas a preguntas similares de matemáticas.SE sobre aplicaciones de la teoría de categorías, pero no se ajustan a mi pregunta a continuación. Me gustaría preguntar por las aplicaciones de las nociones.de "categoría", "functor" y "transformación natural" (quizás también "límite" y "adjunción"), que van más allá de las descripciones, pero realmente resuelven problemas específicos de una manera elegante. Conozco muchas, muchas demostraciones de teoremas que tienen mejoras en la teoría de categorías, en particular mediante el lema de Yoneda, pero tampoco busco este tipo de aplicaciones. Entonces mi pregunta es (aunque sé que esta no es la tarea de la teoría de categorías):
¿Puedes nombrar un teorema específico y bastante fácil de entender, cuyo enunciado naturalmente no contenga ninguna noción categórica, pero cuya demostración introduzca una categoría / funtor / transformación natural adecuada de manera crucial y utilice alguna teoría básica de categorías? La demostración no debería depender únicamente de una gran teoría (como la geometría aritmética) cuyo desarrollo ha utilizado la teoría de categorías durante décadas. La prueba no debe ser simplemente una versión categórica de una prueba que ya se conocía.
Así que aquí hay un ejemplo de este tipo, tomado del maravilloso artículo de Hartig "The Riesz Representation Theorem Revisited", y espero que haya más de ellos: Sea ser un espacio compacto de Hausdorff, el espacio de Banach de Borel mide en y el dual del espacio de Banach de funciones continuas en . La integración proporciona una isometría lineal.
¿La siguiente prueba estándar del teorema del punto fijo de Brouwer para el disco bidimensional ¿contar?
teorema _ Cualquier mapa continuo tiene un punto fijo.
prueba _ Si no tenía punto fijo, el mapa dada por rayo de a sería una retractación de sobre , eso es, dónde es la inclusión. Esto implica, por funcionalidad de , eso lo cual es imposible ya que , .
Un buen ejemplo del área de la informática sería John C. Reynolds " Polymorphism is not set-theoretic " (disponible aquí: https://hal.inria.fr/inria-00076261/document ). El punto es que de segundo orden -El cálculo no tiene modelos teóricos de conjuntos (hay una definición bastante natural en el artículo de lo que significa ser "teórico de conjuntos").
La prueba es por contradicción: asumimos la existencia de un modelo de teoría de conjuntos, que nos permite definir un -álgebra , dónde es un -endofuntor:
para un conjunto con . El lema de Lambek dice que la acción de este álgebra inicial es un isomorfismo, por lo tanto
lo que obviamente es una contradicción.
La prueba está dirigida por el "enfoque" categórico del concepto de inicialidad y, por lo tanto, tiene un sentimiento muy categórico, aunque no hay nada categórico en la formulación del teorema o la definición de lo que significa ser teórico de conjuntos.
He aquí un ejemplo, probablemente muy clásico. ¡Espero que cuente para tus propósitos!
Proposición. El grupo fundamental de un grupo topológico. es abeliano.
Prueba. el grupo fundamental es un funtor de espacios topológicos a grupos que conserva productos, de modo que envía objetos de grupo a objetos de grupo. Un grupo topológico es un grupo en la categoría de espacios topológicos y, por lo tanto, se envía a través de a un objeto de grupo en la categoría de grupos, es decir, a un grupo abeliano.
Aquí hay dos pruebas que implican reconocer que una categoría grande es la categoría individual o profesional de una categoría más pequeña, y luego probar algo sobre la categoría más pequeña para obtenerlo para la categoría más grande.
Teorema: El dual de Pontryagin de un grupo abeliano de torsión es un grupo abeliano profinito y viceversa; estos dos mapas son inversos entre sí en las clases de isomorfismo.
Prueba. Probaremos, de hecho, una equivalencia contravariante de categorías. La categoría de grupos abelianos de torsión es la categoría de objetos ind en grupos abelianos finitos, mientras que la categoría de grupos abelianos profinitos es la categoría de proobjetos en grupos abelianos finitos, por lo que basta con mostrar que la dualidad de Pontryagin es una equivalencia contravariante de categorías de a sí mismo. Pero esto está claro: el dual de Pontryagin del grupo cíclico finito de orden es (no canónicamente) de nuevo, y la dualidad de Pontryagin respeta las sumas directas.
Teorema ( teorema de representación de Stone ) : Cada anillo booleano es el anillo booleano de subconjuntos abiertos en un espacio profinito , el espacio de la Piedra de .
Prueba. Probaremos, de hecho, una equivalencia contravariante de categorías. La categoría de los anillos booleanos es la categoría ind de los anillos booleanos finitos, mientras que la categoría de los espacios profinitos es la categoría pro de los conjuntos finitos, por lo que basta con mostrar que tomando funciones continuas para resp. tomar el espacio de Stone es una equivalencia contravariante de categorías de anillos booleanos finitos a conjuntos finitos. Pero es sencillo demostrar por inducción sobre la cardinalidad que todo anillo booleano finito es para un conjunto finito y que tiene espacio de piedra .
Puede probar el Lema de Poincaré reduciendo categóricamente/homotopía-teóricamente al caso de un punto. Prueba: (re-)enunciar el lema de Poincaré (toda forma cerrada en un subdominio contráctil de es exacta) como una afirmación sobre la cohomología de De Rham, y probar que el funtor de cohomología de De Rham envía equivalencias de homotopía a los isomorfismos. Me parece recordar haber aprendido el lema de Poincaré antes de aprender sobre la invariancia de la homotopía, pero aparentemente no es necesario ir en ese orden.
No sé si esto encaja como respuesta, pero creo que la existencia de grupos libres de Michael Barr es una buena aplicación de alguna teoría básica de categorías.
(¡Esta es de matemáticas aplicadas, no teóricas como todas las anteriores!) Tomemos, por ejemplo, una estructura en la que tiene una persona que viaja de Nueva York a San Francisco. La CIA está recopilando información sobre esta persona, pero proviene de varias fuentes de información: boletos, registros de tarjetas de crédito, triangulaciones de teléfonos móviles, acceso wifi desde varios lugares, información de residentes en algunos lugares, etc. Toda esta información es, de hecho, funciones en diferentes dominios (algunos de ellos asignan a la persona a su posición, como observación directa, mientras que otros solo de manera indirecta, por ejemplo, boleto de avión o datos wifi conectados con el número imei del teléfono). Parte de esta información puede incluso estar mal relacionada con esa persona, como la observación no tan segura de un automóvil similar en el monitoreo de la cámara de la calle.
Ponemos todo esto en una gran base de datos de datos. ¿Qué fuentes de datos de estructura (reflejadas en el almacén de datos) deben tener para realizar un seguimiento básico de la posición de dicha persona y realizar algunas operaciones básicas en ella?
La respuesta es: debe ser una (pre) gavilla, que me pareció muy divertida e interesante.
Echa un vistazo aquí: https://www.youtube.com/watch?v=b1Wu8kTngoE
Mariano Suárez-Álvarez
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Martín Brandeburgo
J126
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tom hirschowitz
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Kostya_I
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