Matematikte, özellikle kategori teorisi ve homotopi teorisinde bir grupoid için (nadiren Brandt grupoidi veya sanal grup olarak da anılır) grup kavramı birden fazla eşdeğer yolla açıklanabilir. Bir grupoid şu iki şekilde genelleştirilir:

  • İkili işlemin yerini alan bir kısmi fonksiyon ilişkisindeki grup;
  • Her morfizmanın ters çevrilebilir olduğu kategorideki grup.

Grupoidler genellikle manifoldlar gibi geometrik nesneler hakkında akıl yürütmek için kullanılır. Heinrich Brandt (1927), Brandt yarı-grupları (Brandt Semigroup) aracılığıyla dolaylı olarak grupoidleri tanıtmıştır.[1]

Tanımlar

değiştir

Bir   fonksiyonunu düşünelim. Boş kümeden farklı herhangi bir   alt kümesi için   şeklinde tanımlı fonksiyona kısmi fonksiyon denir.

Grup Teorisinde Grupoid

değiştir

Bir   grupoidi   şeklinde tanımlı tekli işlem ile   kısmi fonksiyonu ile tanımlanan ve her   için aşağıdaki özellikleri sağlayan bir kümedir.

(i) Bileşim: Eğer   ve   tanımlı ise     ’dir.

(ii) Tersinirlik:  ve   tanımlıdır.

(iii) Özdeşlik: Eğer   tanımlı ise

 ,

 .

Ek olarak da

 

  özellikleri sağlanır.

Kategori Teorisinde Grupoid

değiştir

Bir grupoid, içindeki her morfizmanın bir izomorfizma olduğu küçük ve bağlantılı bir kategoridir.

Tanımı daha açık bir şekilde görebilmek için rastgele bir kategorik teorisel   grupoidi alalım. Bu grupoid aşağıdaki özellikleri sağlar.

(i)   grupoidi, nesnelerden oluşan bir   kümesi içermektedir.

(ii)   grupoidi, her     nesneleri için  ’ten  ’ye tanımlı morfizmaların oluşturduğu bir   kümesini içerir. Bu kümeden alınan bir   morfizması   şeklinde gösterilir.

(iii) Her     nesnesi için    ’dir.

(iv) Her   için  ’ten  ’ye giden ve  ’den  ’ye giden morfizmaların bileşkesi şu şekilde tanımlanır:

     öyle ki  

(v) Her     için   nesnesinden   nesnesine giden morfizmaların tersi şu şekilde tanımlanır:

 

 

ve   fonksiyonu her  ,   ve   morfizmaları için aşağıdaki özellikleri sağlar:

  ve  .

 .

    ve    .

Bağlı Grupoid

değiştir

Kategori teorisel bir G grupoidi alalım. Eğer her   için   kümesi boş kümeden farklı ise  ye bağlı grupoid denir.

Örnekler

değiştir

Grup Olarak Grupoid

değiştir

Her grup bir grupoiddir. Örnek olarak ( ) grubunu düşünelim. Grupoidin grup teorisindeki tanımını kullanarak bu grubun bir grupoid olduğunu gösterelim.   kümesini ve   operatörünü ele alacağız. Rastgele   alalım.

(i) Bileşim:   ve  ’nin tanımlı olduğunu biliyoruz. O halde +’nın Z üzerinde bileşim özelliğini sağladığından   elde edilir.

(ii) Tersinirlik: Her   için   vardır ve   olur. Bunun yanı sıra  ,   özellikleri de sağlanır.

(iii) Özdeşlik:   tanımlı olduğu için

 ,

  olur.

Sonuç olarak ( ) bir grupoiddir.

Lineer Fonksiyonlar

değiştir

Nesneleri vektör uzayları ve morfizmaları birebir ve örten lineer (doğrusal) fonksiyonlar olan bir   kategorisi grupoid belirtir. Kategori teorisindeki grupoid tanımını kullanarak  ’in bir grupoid olduğunu gösterelim.

(i)    .

(ii)    

(iii) Rastgele bir     nesnesi alalım. Bariz bir şekilde   birim fonksiyonu birebir, örten ve lineer olduğundan     olur.

(iv) Herhangi üç    nesneleri alalım.   kümesinden   ve   şeklinde tanımlı iki morfizma düşünelim.   ve  ’nin birebir, örten ve lineer fonksiyonlar olduğunu biliyoruz.   şeklinde tanımlı bileşke fonksiyonunun birebir, örten ve lineer olduğunu göstermeliyiz.

• İki birebir fonksiyonun bileşkesi de birebir olacağından ve   ile   birebir olduğundan ötürü   birebirdir.

• İki örten fonksiyonun bileşkesi örten olduğundan   örten bir fonksiyon olur.

• İki lineer fonksiyonun bileşkesinin de lineer olduğu bilindiğinden   de lineer bir fonksiyon olur.

Sonuç olarak     olur ve dolayısıyla

  öyle ki;   şeklinde tanımlanabilir.

(v) Herhangi iki     nesneleri ve rastgele bir     morfizması ele alalım.   birebir ve örten olduğundan   vardır.   lineer bir fonksiyon olduğundan   de lineerdir. Sonuç olarak     olur. Bu örnekte morfizmalar fonksiyon olduğundan rastgele alınan    ,     ve     morfizmaları için aşağıdaki özellikler de sağlanmaktadır:

 .

  .

 .

Sonuç olarak   bir grupoiddir.

Topolojik Uzay

değiştir

Herhangi bir   topolojik uzayı ele alalım. Bu uzaydaki bir noktadan başka bir noktaya giden yollar kategori teorisinde bir grupoid belirtir.[2] Bu yolların kümesine   diyerek nesneler ve morfizmalar kümelerini aşağıdaki gibi tanımlayalım:

(i)    

(ii)    .

Burada   kümesi homotopi denklik sınıflarından oluşmaktadır. Rastgele bir   aldığımızda bu eleman  'ye homotopik olan yolları içermektedir.[3]

(iii) Rastgele bir   nesnesi alalım.   fonksiyonunun  ’ten  ’e giden bir morfizma olduğunu gösterelim.   fonksiyonu bir yol olup bariz bir şekilde  olur. Sonuç olarak     denilir.

(iv) Rastgele    alalım. Herhangi iki    ,     morfizmalarını düşünelim. O zaman

       öyle ki  

  iyi tanımlıdır, çünkü   şeklinde   uzayında bir yol belirtir. Sonuç olarak    ’dir.

(v) Rastgele    ve     alalım. Bariz bir şekilde    'dir.

Tanımların denkliği

değiştir

Grupoidin grup teorisindeki tanımı ile kategori teorisindeki tanımı birbirine denktir.

İspatını yaparken, bir   grupoidi, kategori teorisindeki gibi tanımlansın diyelim. Bu grupoidin grup teorisindeki tanımın özelliklerini sağladığını göstereceğiz.   grupoidi kategori teorisindeki tanıma göre ikisi de boş kümeden farklı nesneler kümesinden ve morfizmalar kümesinden oluşur. Bu kümelere sırasıyla   ve   diyelim. Rastgele bir     nesnesi alalım.  ’ten x’e giden morfizmaların kümesi  'in bileşim, tersinirlik ve özdeşlik özelliklerini sağladığını gösterelim.

(i) Bileşim: Rastgele     alalım.  ’nin kategori teorisindeki tanımına göre   ve   tanımlıdır. Yine kategori teorisindeki tanıma göre   özelliği sağlanır.

(ii) Tersinirlik: Herhangi bir     morfizması alalım. Kategori teorisindeki tanıma göre her morfizmanın tersi vardır. Dolayısıyla  ’nin de tersi vardır ve   olur. Bu yüzden    . Tekrar kategori teorisindeki tanıma göre   ve   olur. Sonuç olarak tersinirlik özelliği sağlanır.

(iii) Özdeşlik: Herhangi iki     morfizmaları alalım.     olduğunu biliyoruz. O halde

 

 

  ve

  özellikleri sağlanır.

Şimdi de grup teorisindeki tanımın özelliklerini sağlayan   grupoidinin kategori teorisindeki tanımın özelliklerini sağladığını gösterelim.   operatörünü fonksiyon bileşkesi olarak düşünerek nesneler ve morfizmalar kümesini oluşturalım.     olacak şekilde;

(i)    

(ii)     kümeleri   grupoidinin sırasıyla nesneler ve morfizmalar kümeleridir. Böylece, kategori teorisindeki grupoid tanımına göre (i) ve (ii) sağlanmış olur.

(iii) Rastgele bir     nesnesi olsun.   şeklinde tanımlanır. Bu fonksiyonun   kümesinin bir elemanı olduğunu gösterelim.  ’nin grup teorisindeki grupoid tanımından dolayı   ve   özellikleri sağlanacağından     olur.

(iv) Herhangi üç     nesnelerini ele alalım. Rastgele iki    ,     morfizmaları olsun.  ’nın   olduğunu gösterelim.   olduğundan   olur dolayısıyla   ve   elde edilir. Sonuç olarak,     olur.

(v) Rastgele     nesneleri ve     morfizmasını ele alalım ve     olduğunu gösterelim.  , grup teorisindeki grupoid tanımını sağladığından   olmaktadır.    olduğundan   ve   sağlanmaktadır. Yine  ’nin sağladığı tanımdan dolayı   ve   olduğu görülür. Sonuç olarak   sağlanarak     elde edilmiş olur.

Öte yandan   kümesi üzerinde   olacak şekilde bir   ilişkisi vardır.

Sonuç olarak   bir kategoridir.

Önermeler

değiştir

Denklik bağıntısı ile ilişkisi

  ilişkisi,   üzerinde bir denklik bağıntısıdır.

Kanıtını şöyle açıklayabiliriz:    olan rastgele bir     alalım. Bariz bir şekilde   olur. Dolayısıyla  ’dir. Böylelikle   bağıntısının simetri özelliğini sağladığı görülür.Rastgele     alalım.   ve   olduğunu varsayalım ve   olduğunu gösterelim.

  ve   olduğundan;   ve   olur. Buradan da   eşitliğine ulaşılır. Dolayısıyla  ’dir. Sonuç olarak   ilişkisi   kümesi üzerinde bir denklik bağıntısıdır.

Morfizma Kümesi ve Grup İlişkisi

Kategori teorisel herhangi bir   grupoidi alalım. Her     nesnesi için   kümesi bir gruptur.

Kanıtını açıklayalım;

• Kapalılık: Rastgele     alalım.   bileşke fonksiyonu da  ’ten  ’e giden bir morfizma olacağından   kümesi bileşke işlemi altında kapalıdır.

• Bileşim: Herhangi     alalım.   grupoidinin kategori teorisindeki tanımına göre   eşitliği sağlandığından bileşke işlemi   kümesi içinde bileşim özelliğini sağlar.

• Birim eleman:   grupoidinin kategori teorisindeki tanımına göre her     nesnesi için     olduğundan ve   özellikleri sağlandığından birim eleman   vardır ve tektir.

• Ters eleman: Rastgele bir     alalım.  ’nin kategori teorisindeki tanımından    ’dir ve   ve   olmaktadır.

Morfizma Kümesi ve Grup İzomorfizma İlişkisi

  bağlı bir grupoid olsun. Rastgele     alalım.

Bir     morfizması için       öyle ki   bir grup izomorfizmasıdır. Yani:

(i)   bir grup homomorfizmasıdır.

(ii)   birebirdir.

(iii)   örtendir.

Kanıtını şöyle açıklayabiliriz:

  • Rastgele     alalım. O halde,

 

 

 

Sonuç olarak   bir grup homomorfizmasıdır.

  • Herhangi iki     alalım ve   olsun. O halde,

 

 

Buradan da   elde edilir. O halde   birebirdir.

  • Görüntü kümesinden yani  ’den bir   elemanı alalım. O halde öyle bir     arıyoruz ki   olsun. O halde   alırsak;

  olur. O halde   örtendir.

Sonuç olarak   bir grup izomorfizmasıdır.

Temel gruba geçiş

değiştir

Rastgele bir   için   grubuna   grupoidinin temel grubu adı verilir.

  1. ^ "Brandt semi-group". 9 Temmuz 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  2. ^ "Temel Grup makalesi". TeMoG. 18 Mart 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  3. ^ "Temel Grup". 18 Mart 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi.