Biproduct
카테고리 이론(category theory)과 수학(mathematics)에 대한 그 응용에서, 영 대상(zero objects)을 갖는 카테고리(category)에서 대상(objects)의 유한 모임의 이중-곱(biproduct)은 곱(product)과 공동곱(coproduct) 둘 다입니다. 전덧셈 카테고리(preadditive category)에서, 곱과 공동곱의 개념은 대상의 유한 모음에 대해 일치합니다.[1] 이중곱은 모듈의 유한 직접 합의 일반화입니다.
Definition
C를 영 사상(zero morphisms)을 갖는 카테고리(category)라고 놓습니다. C에서 대상 A1, ..., An의 유한 (빈 것도 가능한) 모음이 주어졌을 때, 그것들의 이중곱(biproduct)은 다음 사상(morphisms)과 함께 C에서 대상 입니다:
이때 다음을 만족시킵니다
- , 의 항등 사상, 및
- , 에 대해 영 사상(zero morphism) .
그리고 다음을 만족합니다:
- 는 에 대해 곱(product)입니다, 그리고
- 는 에 대해 공동 곱(coproduct)입니다.
만약 C가 전덧셈적이고 처음 두 개의 조건이 유지되면, 마지막 두 개의 조건 각각이 n > 0일 때 와 동등합니다.[2] 빈, 또는 영항(nullary) 곱은 항상 카테고리에서 끝 대상(terminal object)이고, 빈 공동곱은 항상 카테고리에서 초기 대상(initial object)입니다. 따라서 빈, 또는 영항 이중곱은 항상 영 대상(zero object)입니다.
Examples
아벨 그룹(abelian groups)의 카테고리에서, 이중곱은 항상 존재하고 직접 합(direct sum)에 의해 제공됩니다.[3] 영 대상은 자명한(trivial group)입니다.
유사하게, 이중곱은 필드(field)에 걸쳐 벡터 공간의 카테고리(category of vector spaces)에서 존재합니다. 이중곱은 다시 직접 합이고, 영 대상은 자명한 벡터 공간(trivial vector space)입니다.
보다 일반적으로, 이중곱은 링(ring)에 걸쳐 모듈의 카테고리(category of modules)에서 존재합니다.
다른 한편으로, 이중곱은 그룹의 카테고리(category of groups)에서 존재하지 않습니다.[4] 여기서, 곱은 직접 곱(direct product)이지만, 공동곱은 자유 곱(free product)입니다.
역시, 이중곱은 집합의 카테고리(category of sets)에서 존재하지 않습니다. 왜냐하면, 곱은 데카르트 곱(Cartesian product)에 의해 주어지고, 반면에 공동곱은 서로소 합집합(disjoint union)에 의해 주어집니다. 이 카테고리는 영 대상을 가지지 않습니다.
블록 행렬(Block matrix) 대수는 행렬(matrices)의 카테고리에서 이중곱에 의존합니다.[5]
Properties
만약 이중곱 가 카테고리 C에서 대상 A와 B의 모든 쌍에 대해 존재하고, C가 영 대상을 가지면, 모든 유한 이중곱이 존재하여, C를 데카르트 모노이드 카테고리(Cartesian monoidal category)와 공동-데카르트 모노이드 카테고리 둘 다로 만듭니다.
만약 곱 과 공동곱 둘 다는 대상 A1, A2의 일부 쌍에 대해 존재하면 다음임을 만족하는 고유한 사상 이 있습니다:
- for
따라서 이중곱 가 존재하는 것과 가 동형(isomorphism)인 것과 필요충분 조건입니다.
만약 C가 전덧셈 카테고리(preadditive category)이면, 모든 각 유한 곱이 이중곱이고, 모든 각 유한 공동곱은 이중곱입니다. 예를 들어, 만약 가 존재하면, 다음임을 만족하는 고유한 사상 이 있습니다:
- for
가 이제 역시 공동곱이고, 따라서 이중곱임을 보이기 위해, 일부 대상 에 대해 사상 을 가짐을 가정합니다. 를 정의합니다. 그런-다음 는 에서 로의 사상이고, 에 대해 입니다.
이 경우에서, 항상 다음을 가집니다:
덧셈 카테고리(additive category)가 모든 유한한 이중곱이 존재하는 전덧셈 카테고리(preadditive category)입니다. 특히, 이중곱이 항상 아벨 카테고리(abelian categories)에 존재합니다.
References
- ^ Borceux, 4-5
- ^ Saunders Mac Lane - Categories for the Working Mathematician, Second Edition, page 194.
- ^ Borceux, 8
- ^ Borceux, 7
- ^ H.D. Macedo, J.N. Oliveira, Typing linear algebra: A biproduct-oriented approach, Science of Computer Programming, Volume 78, Issue 11, 1 November 2013, Pages 2160-2191, ISSN 0167-6423, doi:10.1016/j.scico.2012.07.012.
- Borceux, Francis (2008). Handbook of Categorical Algebra 2: Categories and Structures. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-06122-3.: Section 1.2