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¿Cuántos morfismos de 1 a 1 +1 puede haber?

Aquí es una interesante pregunta planteada por Alice Rhyl.

Deje $C$ ser una categoría con un terminal de objeto $1$ finitas y co-productos. Cuántos diferentes morfismos $f : 1 \to 1 + 1$ puede haber?

Siempre hay dos evidente morfismos $f : 1 \to 1 + 1$, que viene de la definición de subproducto. Pero si $C$ es la categoría con un objeto y una de morfismos, $1 + 1 = 1$ así que estos dos evidente morfismos son iguales y no hay realmente sólo una.

Puede haber tres diferentes morfismos $f : 1 \to 1 + 1$? No sé.

No puede ser de cuatro. Tome $C = \mathrm{Set}^2$; a continuación, el terminal de objeto en $C$ es $(1,1)$ (donde $1$ es tu favorito de un elemento de conjunto), y hay cuatro diferentes morfismos $f: (1,1) \to (1,1) + (1,1)$.

De hecho, cualquier potencia de dos es posible, sólo tome $C = \mathrm{Set}^n$.

¿Qué otros números son posibles? (Me parece finito cardenales más interesante aquí.)

Hasta el momento $C$ ha sido de cualquier categoría con un terminal de objeto limitado y co-productos. En un artículo que estoy escribiendo con Christian Williams, estoy más interesado en el caso de que $C$ es un cartesiana cerrada categoría con finito de co-productos. Cuántos morfismos $f : 1 \to 1 + 1$ puede haber en este caso?

(Todos los ejemplos que he dado anteriormente son categorías de este tipo.)

33voto

Paul Puntos 4500

Deje $V$ ser de cualquier variedad de idempotente operaciones, tales como las variedades de idempotente groupoids (aka magmas), o idempotente semigroups, o semilattices, o celosías. A continuación, $V$ es completa y cocomplete (si incluimos en $V$ un vacío álgebra); $1$ es sólo el $1$-elemento de álgebra, y morfismos $1\to A$ están en correspondencia 1-1 con los elementos teóricos de $A$. El objeto de $1$ es también la libre álgebra en $1$ generador, por lo tanto $1+1$ es el álgebra en $2$ generadores. Así que, con todo, hay muchos morfismos $1\to1+1$ como es la cardinalidad de la libre $V$-álgebra en dos generadores. Por ejemplo:

  • Si $V$ es la variedad de semilattices, el número es $3$.

  • Si $V$ es la variedad de idempotente semigroups, el número es $6$.

  • Si $V$ es la variedad de idempotente groupoids, el número es $\aleph_0$. Más generalmente, si $V$ es la variedad de todas las álgebras de con $\kappa\ge\aleph_0$ idempotente operaciones binarias, entonces el número es $\kappa$.

27voto

Randy Proctor Puntos 2331

Me acabo de dar cuenta que mi comentario responder completamente el caso de un Cartesiana cerrada categoría con finito de co-productos, y no solamente grandes categorías. Así que voy a postear como una respuesta.

La versión corta es que los conjuntos que se puede salir de un Cartesiana cerrada categoría como $\mathrm{Hom}(1,1 \amalg 1)$ son exactamente las álgebras Booleanas, por lo que la única finito cardenales que te dan son las $2^n$ y todos infinito cardenales se puede obtener.

Aquí está la versión más larga, con mucho detalle:

Deje $C$ ser un Cartesiana cerrada categoría con finito de co-productos. Como los productos que están a la izquierda adjunto, viajan a colimits, en particular, co-productos, de modo que uno tiene canónica isomorphisms:

$$ \left( A \times X \right) \amalg \left( B \times X \right) \overset{\sim}{\rightarrow} \left( A \amalg B \right) \times X $$

En particular:

$$ (1 \amalg 1) \times (1 \amalg 1) \simeq 1 \amalg 1 \amalg 1 \amalg 1 .$$

Esto permite definir todas las "operaciones lógicas" $\vee$, $\wedge$, $\Rightarrow , \dots $ : $(1\amalg 1)^2 \rightarrow (1 \amalg 1)$, simplemente usando la característica universal de la subproducto de arriba (una de ellas solo tiene que especificar los valores de estas funciones en los cuatro sumandos, lo que básicamente significa dar su tabla de verdad) y el uso que de manera más general:

$$ (1 \amalg 1)^n= \coprod_{2^n} 1 $$

uno puede comprobar que cumple con todos los esperaba en las relaciones (precisamente, de todas las relaciones que se pueden comprobar en finitos tablas de verdad). Esto hace exactamente $(1 \amalg 1)$ en un álgebra de boole objeto en $C$.

En particular:

La proposición : En un Cartesiana cerrada en la categoría C, para cualquier objeto $X$, la $\mathrm{Hom}(X, 1 \amalg 1)$ tiene la estructura de un álgebra Booleana. En particular, $\mathrm{Hom}(1, 1 \amalg 1)$ es un álgebra Booleana.

Ahora, por el contrario, si empiezo con cualquier álgebra de boole $B$, que puedo considerar su Piedra espacio de $X$, que es un espacio topológico, de tal manera que, entre otras cosas, el álgebra Booleana de clopen subconjuntos de $X$ se identifica con $B$.

En un topos de la gavilla $\mathrm{Sh}(X)$, $1 \amalg 1$ es la gavilla de localmente constante de funciones con valores en $\{0,1\}$, es decir, de clopen subconjuntos: las secciones de $1 \amalg 1$ sobre el subconjunto $U$ son exactamente clopen subconjuntos de $U$. Así, en particular, en $\mathrm{Sh}(X)$,

$$ \mathrm{Hom}(1, 1 \amalg 1) \simeq B .$$ , Por tanto:

La proposición : Cualquier álgebra de boole $B$ aparece como $\mathrm{Hom}_C(1 , 1 \amalg 1)$ para $C$ Cartesiano cerrado categoría, de hecho para el topos de Grothendieck $C =\mathrm{Sh}(\mathrm{Stone}(B))$.

Así que al final los conjuntos se puede obtener de esta construcción son exactamente el álgebra Booleana. Todos finito álgebras Booleanas son atómicas, así que de la forma $\mathcal{P}(\{1,\dots,n \})$. En este caso la Piedra espacio es $\{1,\dots,n \} $ con la topología discreta y este es el ejemplo que se menciona en la pregunta. Pero debido a la Lowenheim-Skolem teorema, hay álgebras Booleanas de cualquier cardinalidad infinita.

14voto

Vetle Puntos 413

Este es, efectivamente, una alargada comentario sobre Simon Henry respuesta. Tenga en cuenta que su argumento no requiere de toda la fuerza de la cartesiano de cierre, sólo la distributividad (de productos a través de co-productos). Así que lo que realmente demuestra es que el objeto de $2 = 1 + 1$ es un álgebra Booleana objeto en cualquier distributiva de la categoría. Un divertido no cartesiano ejemplo de esta categoría es la categoría de $\text{Aff}$ de los afín a sistemas, donde $2 = \text{Spec } \mathbb{Z}[e]/(e^2 - e)$ es el espectro de la libre idempotente.

Esto significa que cualquier distributiva categoría $C$ está equipada con un natural functor contravariante $\text{Hom}(-, 2)$ toma los valores de álgebras Booleanas, y por lo tanto, por la Piedra de la dualidad, un functor covariante tomando valores en profinite conjuntos. Uno podría llamar a este functor "etale $\pi_0$"; da $C$ una noción de los componentes conectados, y cuando especializada a $\text{Aff}$ da el Pierce espectro. Escribí un post en el blog acerca de todo esto aquí.

13voto

sickgemini Puntos 2001

Si todos queremos que es una categoría con un terminal de objeto limitado y co-productos, las siguientes obras para demostrar que cualquier $n$ puede ocurrir. Deje $R$ ser un anillo conmutativo de cardinalidad $n$ (para $n$ finito, podría ser $\mathbb{Z}/(n \mathbb{Z})$). Deje que nuestros categoría consisten en pares de $(M, \mu)$ donde $M$ es $R$-módulo de e $\mu$ es $R$-mapa del módulo $M \to R$, y donde la $\mathrm{Hom}((M,\mu),\ (N, \nu))$ es el conjunto de $R$-módulo de mapas de $\phi: M \to N$ tal que $\phi \circ \nu = \mu$. A continuación, $(R, \mathrm{Id})$ es el terminal de objeto, y el subproducto de $(M, \mu)$ e $(N, \nu)$ es $(M \oplus N,\ \mu + \nu)$.

Por lo $1+1$ es $(R^{\oplus 2},\ [1\ 1])$ e $\mathrm{Hom}(1, 1+1)$ es $\left\{ \left[ \begin{smallmatrix} x \\ y \end{smallmatrix} \right] : x+y=1 \right\}$. Hay $n$ soluciones a $x+y=1$ en el ring $R$.

Además, esta categoría tiene todos los límites de los pequeños y co-límites. Es decir, vamos a $D$ ser un grafo dirigido con conjunto de vértices $D_0$ y el conjunto de borde $D_1$, y supongamos que se tienen los elementos $(M_v, \mu_v)$ para $v \in D_0$ y mapas de $\phi_e$ para los bordes de $e \in D_1$. Afirmo que el co-límite es $(M, \mu)$ donde $M$ es el colimit del diagrama de $M_v$ en la categoría de $R$-módulos y el mapa de $\mu: M \to R$ proviene de la característica universal de la co-límites y los mapas de $\mu_v$.

Para calcular el límite, crear un nuevo diagrama en la categoría de $R$-módulos por la adición de uno de los más vértice $\infty$ a $D_0$, uno de los bordes de todos los otros vértices a $\infty$, con $M_{\infty} = R$ y el mapa de $M_v \to M_{\infty}$ dado por $\mu_v$ por cada $v$. Entonces me afirmación de que el límite de nuestro diagrama original en nuestro divertido categoría es $(M, \mu)$ donde $M$ es el límite de la nueva diagrama en la categoría de $R$-módulos de e $\mu$ es la proyección de la $M \to M_{\infty}=R$.


Hay una muy similar categoría que es una variedad de álgebras, por lo tanto el montaje en Emil respuesta. Deje $R$ ser un anillo conmutativo de cardinalidad $n$. Definir un $R$-espacio afín a ser un conjunto $A$ que, para cada $k$-tupla $(r_1, \ldots, r_k)$ de los elementos de $R$ obedeciendo $\sum r_j=1$, tiene un $k$-ary operación $\phi_{r_1, \ldots, r_k} : A^k \to A$ obedeciendo a ciertas condiciones. La idea es que $\phi_{r_1, \ldots, r_k}(a_1, \ldots, a_k) = \sum r_j a_j$. Las condiciones pueden ser encontrados en la nlab, pero tienes que ignorar todos los lugares donde ellos asumen $R$ es un campo. Básicamente, los axiomas decir que $\phi$ es invariante bajo permuting la $r_j$ e $a_j$ por la misma permutación; que, si $a_j = a_j$, entonces podemos reemplazar $r_j$ e $r_k$ por $r_j+r_k$; y que podemos ampliar anidada $\phi$'s de la manera obvia.

La libre $R$-afín espacio en uno de los elementos es un solo punto, y el libre $R$-afín espacio en $2$ puntos tiene cardinalidad $|R|$.

Para ver la relación entre esta parte de la respuesta y la parte de arriba de la línea, tenga en cuenta que este es el "imparcial" definición de un espacio afín a nlab (salvo que nos permiten el conjunto vacío) y la parte de arriba de la línea de es la "rebanada de Vect" definición (excepto que no se requiere el mapa a $R$ a ser surjective).

Inútil generalizaciones: $R$ no tiene que ser conmutativa, y podría ser un equipo (el anillo sin negación), en cuyo caso la libre $R$-afín espacio en dos elementos tiene cardinalidad $\# \{ (x,y) \in R^2 : x+y=1 \}$.

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