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Una aplicación de Yoneda Lema

Estoy tratando de resolver el siguiente ejercicio:

Demostrar que $Eq(X \rightrightarrows Y) = X \times_{X \times X}(X \times_Y X)$ cada vez que el lado derecho existe.

(se entiende que hay 2 morfismos de $X$ $Y$sobre el lado izquierdo, y algunos de los morfismos necesidad de ser entendido por el contexto en el lado derecho).

Me las arreglé para dar una prueba directa, pero es muy engorroso. La intuición detrás de mi prueba de ello es lo que sucede en el Conjunto. La prueba cuando se trabaja en Conjunto es más fácil que el caso general.

Mi sensación es que el Yoneda Lema puede ser utilizado para reducir este problema a partir de una categoría general para el Conjunto.

Más específicamente, es el Yoneda incrustación que parece útil, pero me confundo una y otra vez tratando de aplicarlo. ¿Me puede mostrar cómo se hace?

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Aleksandr Levchuk Puntos 1110

El siguiente es un fácil corolario de la Yoneda lema: si $\textrm{Hom}(C, A) \cong \textrm{Hom}(C, B)$ naturalmente en $C$, $A \cong B$ en la categoría original. Sin embargo, con el fin de utilizar esto para resolver el problema, necesitamos los siguientes algo no trivial de la realidad: no es un bijection $$\textrm{Hom}(C, \varprojlim A_\bullet) \cong \varprojlim \textrm{Hom}(C, A_\bullet)$$ naturalmente, en $C$. En palabras, esta es la afirmación de que la Yoneda incrustación $y : \mathcal{C} \to [\mathcal{C}^\textrm{op}, \textbf{Set}]$ conserva todos los límites.

Ahora, supongamos que tenemos un paralelo par $X \rightrightarrows Y$ y $E \to X$ es su ecualizador. Entonces, por el límite de preservación, para cada una de las $C$, la inducida por el diagrama $$\textrm{Hom}(C, E) \to \textrm{Hom}(C, X) \rightrightarrows \textrm{Hom}(C, Y)$$ es un ecualizador diagrama. Pero eso implica $$\textrm{Hom}(C, E) \cong \textrm{Hom}(C, X) \mathbin{\times_{\textrm{Hom}(C, X \times X)}} \left( \textrm{Hom}(C, X) \mathbin{\times_{\textrm{Hom}(C, Y)}} \textrm{Hom}(C, X) \right)$$ Lamentablemente, no es el final de la historia. Tenemos que mostrar que este bijection es natural en $C$, pero una vez que está hecho, se sigue por la preservación de los límites que $$E \cong X \times_{X \times X} \left( X \times_Y X \right)$$

Para ser honesto, sólo para probar directamente el uso de las diversas propiedades universales es moral y conceptual de la misma y no implica un lío profano de la notación.

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Roy Malka Puntos 1

Aquí es una prueba de uso de las diversas propiedades universales, en caso de que usted está interesado.

Primero de todo, necesitamos introducir una notación para las diversas morfismos involucrados en la construcción de la mano derecha. Dado flechas $f,g: X \to Y$, dejamos $X \times_{Y} Y$ ser su retirada. Esto viene equipado con flechas $h_1, h_2: X \times_Y X \to X$ tal que $$f \circ h_1 = g \circ h_2.$$ By the universal property of products, there is an arrow $h: X \times_Y X \X \X veces$ such that $$h_1 = p_1 \circ h \text{ and } h_2 = p_2 \circ h,$$ where $p_1,p_2 : X \times X \a X$ are the projections. Let $\Delta X \X \times X$ be the map induced from two copies of the arrow $\operatorname{id}_X: X \a X$; it follows that $\Delta$ satisfies $$p_1 \circ \Delta = \operatorname{id}_X = p_2 \circ \Delta.$$

Aprovechamos la retirada de $h$$\Delta$, que es el lado derecho $R:= X \times_{X \times X} (X \times_{Y} X)$. De nuevo, hay flechas $k_1: R \to X \times_Y X$ $k_2: R \to X$ tal que $$h \circ k_1 = \Delta \circ k_2.$$

Ahora, si $R$ va a ser el ecualizador de $f$$g$, tenemos que identificar una flecha $R \to X$, y la más obvia es $k_2$ (hay otro, pero que se puede ser demostrado ser igual), y por lo tanto, primero debemos demostrar que $f \circ k_2 = g \circ k_2$. Tenemos (mediante las distintas fórmulas de arriba) \begin{align*} f \circ k_2 &= f \circ \operatorname{id}_X \circ k_2 = f \circ p_1 \circ \Delta \circ k_2 = f \circ p_1 \circ h \circ k_1 \\ &= f \circ h_1 \circ k_1 = g \circ h_2 \circ k_1 = g \circ p_2 \circ h \circ k_1 = g \circ p_2 \circ \Delta \circ k_2 \\ &= g \circ \operatorname{id}_X \circ k_2 = g \circ k_2 \end{align*} lo que demuestra el resultado.

Estamos próximos a demostrar que el par $(R,k_2)$ tiene la característica universal de la ecualizador de $f$$g$. Supongamos que nos dan una morfismos $q: Q \to X$ tal que $f \circ q = g \circ q$. Debemos demostrar que existe un único $\eta: Q \to R$ tal que $q = k_2 \circ \eta$. Por la característica universal de la retirada de $X \times_Y X$, no existe un único $\xi: Q \to X \times_Y X$ tal que $q = h_1 \circ \xi = h_2 \circ \xi$. De ello se sigue que \begin{align*} p_1 \circ \Delta \circ q &= q = h_1 \circ \xi = p_1 \circ h \circ \xi \\ p_2 \circ \Delta \circ q &= q = h_2 \circ \xi = p_2 \circ h \circ \xi \end{align*}
y, por tanto, $\Delta \circ q = h \circ q$ por el universal de la propiedad del producto $X \times X$ (unicidad de la inducida por el mapa). De ello se sigue, por la característica universal de $R$ (un pullback) que existe una (única) $\eta: Q \to R$ tal que $\xi = k_1 \circ \eta$$q = k_2 \circ \eta$, y la última fórmula es precisamente lo que necesitamos, pero tenemos que mostrar que $\eta$ es la única flecha de satisfacciones $q = k_2 \circ \eta$. Así, supongamos que el $q = k_2 \circ \bar{\eta}$. Esto es suficiente para mostrar que $\xi = k_1 \circ \bar{\eta}$ también. La flecha $\xi$ era el único satisfacer $q = h_1 \circ \xi = h_2 \circ \xi$, por lo que se demuestra que estas dos fórmulas son satisfechos por $k_1 \circ \bar{\eta}$. Esto es fácil: $$ h_1 \circ k_1 \circ \bar{\eta} = p_1 \circ h \circ k_1 \circ \bar{\eta} = p_1 \circ \Delta \circ k_2 \circ \bar{\eta} = k_2 \circ \bar{\eta} = q $$ and, similarily, $h_2 \circ k_1 \circ \bar{\eta} = p$. Hence $k_1 \circ \bar{\eta} = \xi$, and hence $\eta = \bar{\eta}$ by uniqueness. This proves that $Eq(f,g) \cong X \times_{X \times X} (X \times_Y X)$.

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