结构, 性质 [结构]

在数学用语中, 对于一类事物 $A$,

  • 说 $A$ 是结构而非性质, 意思是 $A$ 的选取不是唯一的, 或 “不典范”;
  • 说 $A$ 是性质, 意思是它只要存在就是唯一的, 或者说只有 “是” 或 “否” 两种情形;

同伦类型论的话说,

通过截断, 可将结构强行变为性质. 这在数学用语中常常表达为: 虽然 $A$ 是结构而非性质, 但 $A$ 的存在是一个性质. 这句话的实际含义是取 $A$ 的 $(-1)$-截断 $\|A\|$.

模结构与性质

设 $M$ 为 $\mathbb{Z}$-模, 那么 “$M$ 为 $\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}$-模” 是性质, 因为 $M$ 具有 $\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}$-模结构等价于对任意 $x \in M$, $nx=0$. 若 $M$ 具有 $\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}$-模结构, 则这个结构是唯一的. 换言之, $M$ 上的 $\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}$-模结构构成 $(-1)$-截断类型.

类似地, 设 $M$ 为 $\mathbb{Z}$-模, 那么 “$M$ 为 $\mathbb{Z}[1/n]$-模” 是性质, 因为 $M$ 具有 $\mathbb{Z}[1/n]$-模结构等价于对任意 $x \in M$, 存在 $y\in M$, $x=ny$.

设 $M$ 为 $\mathbb{Z}$-模, 那么 “$M$ 为 $\mathbb{Z}_p$-模” 是结构而非性质. 直观上, 虽然 $\mathbb{Z}$ 在 $\mathbb{Z}_p$ 中稠密, 但 $M$ 不是拓扑模, 我们谈论的只是模结构, 不能确保 $\mathbb{Z}_p$-模结构唯一. 事实上 $\mathbb{Z}_p\otimes_{\mathbb{Z}}\mathbb{Z}_p$ 不同构于 $\mathbb{Z}_p$, 所以 $\mathbb{Z}_p\otimes_{\mathbb{Z}}\mathbb{Z}_p$ 上有两个不同的 $\mathbb{Z}_p$-模结构.

一般地, 对于环同态 $A\to B$, 如下条件等价:

  • 典范的环同态 $B\otimes_A B \to B$ 为同构;
  • 一个 $A$-模构成 $B$-模是性质;
  • 遗忘函子 $\mathsf{Mod}(B) \to \mathsf{Mod}(A)$ 全忠实.

可逆性

在任何范畴中, 一个态射可逆是性质而非结构. 换言之, 若一个态射有逆, 那么其逆是唯一的.

类似地, 在幺半群 ($\mathsf{Ani}$ 中的结合代数) 中, 一个元素有逆是性质而非结构. 对于整个幺半群而言, 其构成群 (即所有元素都有逆) 也是性质而非结构.

交换性

在高阶范畴中, 结合代数 ($\mathbb E_1$-代数) 的 “交换性” 是结构而非性质; 具体地, 对一般的对称幺半范畴 $\mathcal C\in\mathsf{CAlg}(\mathsf{Cat})$, 由交换代数的范畴到结合代数的范畴的遗忘函子 $$ \mathsf{CAlg}(\mathcal C)=\mathsf{Alg}_{\mathbb E_{\infty}}(\mathcal C) \to \mathsf{Alg}_{\mathbb E_1}(\mathcal C) $$ 不全忠实.