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¿Existe una buena aplicación de la teoría de categorías para el análisis funcional / complejo / armónico?

[Título cambiado, y la redacción de la pregunta ajustado, por YC, debido a que el título original se le hace una pregunta que parece diferente de la que la gente quiere responder.]


He leído miró a los ejemplos en la mayoría de categorías de la teoría de los libros y que normalmente tiene poco Análisis. Que, es extraño que he visto, incluso, de celosía teoría se utiliza para motivar a todo un libro en la categoría de teoría.

Me preguntaba ¿hay una buena aplicación de la categoría de la teoría para el análisis funcional?

Es extraño leer que la mayor categoría de la teoría se utiliza en la mecánica Cuántica, como la fundación, sin embargo, QM ha pesado el uso de espacios de Hilbert.

Lo siento por la cruz anuncio a MSE. Sin embargo, alguien sugirió que lo publicado aquí para obtener mejor respuesta (bueno, más de dos respuestas). Me sorprende que la mayoría de los libros de la categoría de la teoría tiene muy poca mención de Análisis. Especialmente desde que Grothendieck se ha estudiado es el análisis funcional.

84voto

En relativamente mundano, pero intensamente útil y práctica, las formas, la ingenua a la categoría de teoría de la actitud para caracterizar a las cosas por sus interacciones con otras cosas, más que a construir (sin dejar que en lo que el objetivo es que hasta después de una secuencia de misterioso lemas), es enormemente útil para mí.

E. g., fue una revelación, por ahora, hace muchos años, para ver que la topología en el espacio de funciones de prueba fue un colimit (de Frechet espacios). Por supuesto, L. Schwartz ya han trabajado en esos términos, sino que, incluso hoy en día, pocos "introductorio de análisis funcional" libros mencionar tal cosa. Yo estaba desconcertado por algún tiempo por Rudin la "definición" de la topología en las funciones de prueba, hasta que poco a poco me di cuenta de que él estaba construyendo una cosa que iba poco a poco probar fue el colimit, pero, lamentablemente, sin todo bien admitir esto. Es fácil imaginar que era el suyo, y muchos otros", la opinión de que "categórica las nociones" fueron el especial ámbito de competencia de la algebraicas topologists o algebraica de los geómetras, en lugar de ser ampliamente útil.

Del mismo modo, en situaciones en las que un espacio vectorial topológico es, en verdad, un colimit de finito-dimensional, es preocupante-dice a menudo que este colimit "no tiene topología", o "tiene la topología discreta", ... y así que vamos a ignorar la topología. Lo que es cierto es que tiene una única topología (desde finito-dimensional espacios vectoriales sobre no-discretas de la división de los anillos como $\mathbb R$ o $\mathbb C$ do, y el colimit es único, al menos si nos quedamos en una categoría de localmente convexa plana s). También, cada funcional lineal en es continua (!). Pero desde luego no es discreto, porque entonces la multiplicación escalar no ser continua, para una cosa. Pero, a pesar de la prevalencia de innecesariamente inexacta comentarios sobre la topología, el hecho de que todos los lineales de los mapas de ello a cualquier otro de los televisores son continuas en su mayoría le permite a la gente "conseguir" independientemente.

Espacios con topologías dada por las colecciones de semi-de las normas (proyectivas/filtrado) los límites de los espacios de Banach. Doctrinario analistas funcionales parecen no decir esto, pero muy bien organiza varios aspectos de la situación. Un importante ejemplo tangible es suave funciones en un intervalo de $[a,b]$, que es el límite de los espacios de Banach $C^k[a,b]$. Sobolev involucración muestra que el (positiva en el índice) $L^2$ espacios de Sobolev $H^s[a,b]$ son {\es cofinal} con el $C^k$'s, por lo que tienen el mismo límite: $H^\infty[a,b]\approx C^\infty[a,b]$, y tal.

Todo muy mundano, pero aclarando.

[Modificar:], en Parte en respuesta a @Yemon Choi comentarios... tal vez hoy en día "analistas funcionales" ya no descuidar práctica nociones categóricas, pero sin duda Rudin y Dunford-Schwartz "clásicos" así lo hizo. Me doy cuenta de que, en retrospectiva, que esto se podría haber algunos "anti-Bourbachiste" de la reacción. Peter Lax, que de lo contrario muy útil relativamente reciente libro no hace uso de ningún categórica nociones. Sin duda Riesz-Nagy no. Eli Stein y co-autor de diversos libros sobre análisis armónico no hablar en tales términos. Todo esto a pesar de L. Schwartz y Grothendieck publicaciones del uso de este lenguaje en la década de 1950. Yosida? Hormander?

Tengo una copia de Helemskii del libro, y es impresionante, por comparación, en su uso de los conceptos. Tal vez un poco demasiado formal-categórica para mi gusto, pero esto no es una reseña de un libro. :)

He tratado de incorporar un caracterizar el-lugar-de-construcción de actitud en mi análisis funcional de las notas, y las formas modulares notas, la Mentira de la teoría de notas, y en mis notas de álgebra, demasiado. Curiosamente, a pesar de que, incluso en el último caso (con la categoría "teoría" de alguna manera que tradicionalmente se obligaba como "álgebra") que describen un "indeterminado" $x$ en un polinomio anillo de $k[x]$ como sólo una parte de la descripción de un "libre de álgebra en un generador" es típicamente visto (por los estudiantes) como una extravagancia innecesaria. Esto a pesar de mi intento de desacreditar la más débil de las nociones de "indeterminado" o "variable". El supuesto de partición de las matemáticas en "álgebra" y "análisis" y "geometría" y "fundaciones" parece tener un desafortunado de apelación para los principiantes, tal vez como bálsamo para los sentimientos de inadecuación, ofreciendo una excusa para la ignorancia o limitaciones?

Para ser justos (!?!), podríamos suponer que algunos de los sabores genuinamente preferir lo que "nosotros" se percibe como torpe, irrelevante-detalle cargado de descripciones, y, recíprocamente, que podrían describir como "nuestro" punto de vista, como haber perdido el contacto con los detalles concretos (incluso aunque yo no estoy de acuerdo).

Tal vez no es completamente racional. :)

37voto

Nazgul Puntos 766

La regla de la cadena para la diferenciación

$D(f \circ g ) = Df \circ Dg$

¡Es el primer ejemplo de functorialidad que uno conoce y cuenta como análisis, supongo! Por supuesto, para interpretar esto adecuadamente, es mejor pensar en f y g como mapas entre múltiples y Df y Dg como sus mapas tangentes definidos en los tangentes de los múltiples. El functor de la diferenciación es, por lo tanto, el functor de tomar el paquete tangente (en objetos) y los mapas tangentes (en funciones).

28voto

jt. Puntos 3116

Nunca he entendido completamente lo que cuenta como "una aplicación de la categoría de la teoría". Con otras áreas de las matemáticas una "aplicación" de área a área B es generalmente un resultado que se traduce en un problema en la B, en la lengua de Una, resuelve el problema utilizando los teoremas de Una, y se traduce en la solución de nuevo en el lenguaje de la B. El problema es que no sé cuáles son los principales teoremas de la categoría de la teoría son (o incluso si hay alguna principales teoremas").

Lo que puedo decir es que muchos interesante y no trivial categorías de hacer surgir en ciertas partes de análisis funcional y es útil para entender la estructura de estas categorías. En la parte específica de análisis funcional que tengo en mente es la teoría de las álgebras de operadores. Por ejemplo, en C*-álgebra teoría se considera una categoría cuyos objetos son C*-álgebras y cuyos morfismos son dadas por los grupos de $KK(A,B)$, que al mismo tiempo generalizar K-teoría y K-homología. Muchos de los más profundos teoremas en la materia se organizan en torno a la "Kasparov producto" que no es más que la composición de la ley de $KK(A,B) \times KK(B,C) \to KK(A,C)$ en esta categoría. KK-teoría y su primo cercano E-teoría puede ser caracterizado de acuerdo a homotopy invariancia y varios functorial propiedades.

En una nota relacionada, Connes' programa de geometría no conmutativa (podría decirse que parte del análisis funcional) depende en gran medida de las herramientas de la categoría de la teoría y álgebra homológica. Incluso en sus inicios, el programa se basa en una analogía entre de Rham cohomology y el periódico, cíclico homología de un "suave subalgebra" de una C*-álgebra. En el proceso de investigar la relación entre cíclico de la homología y la K-teoría de personas se han dado cuenta de que es útil tomar en serio la categoría de módulos proyectivos sobre tales suave subalgebras en lugar de pasar a la K-teoría. El trabajo de Jonathan Bloque es particularmente relevante; puede echar un vistazo aquí, por ejemplo.

20voto

Farinha Puntos 5518

Probablemente esto ya es conocida por muchos de los lectores de aquí, pero voy a agregar porque estamos en el modo CW:

Es posible construir y caracterizar $L^1[0,1]$ categóricamente, es decir, como el "más pequeño" señaló espacio de Banach $X$ satisfactorio el punto fijo,$X \cong X \times X$. Ver esta nota por Tom Leinster y de este MO discusión. La integral de la $\int_{0}^{1} : L^1[0,1] \to \mathbb{R}$ viene de la universal de los bienes.

Aunque he de reconocer que esto no compute $\int_{0}^{1} \sin(\pi x) ~ dx$ o similar, creo que esta es una muy ilustrativo y strinkingly simple caracterización de un complicado (bueno, al menos no es sólo un juguete ejemplo) espacio de Banach. Todo lo que tienes que saber es que se puede identificar una función con dos funciones, el resto de la siguiente manera. Así que en este ejemplo va en la dirección de Pablo de la Buhardilla de la respuesta. No sé si esto simplifica los cálculos o incluso nos permite hacer otras nuevas, pero que sigue uno de los objetivos de la categoría de la teoría: la Unificación.

17voto

Ronnie Brown Puntos 7852

El libro sustancial

Kriegl, A. y Michor, PW, The conveniente setting of global analysis, Mathematical Surveys and Monographs, Volume 53. American Mathematical Society, Providence, RI (1997).

utiliza nociones y métodos categóricos; Un pdf está disponible.

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