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Yoneda lema y (localmente) categorías pequeñas

Una categoría a nivel local es pequeño si para todos los objetos $A, B$, $\textrm{Hom}(A,B)$ es un conjunto. Una categoría es pequeño si sus objetos y morfismos son todos los elementos de un conjunto único.

Wikipedia define un functor categoría $\mathcal D^{\mathcal C}$ $\mathcal C$ una categoría pequeña (https://en.wikipedia.org/wiki/Functor_category). ¿Por qué es esto? Si $\mathcal C$ es lugar local pequeño, hace que de alguna manera no tiene sentido hablar sobre la categoría de functors de$\mathcal C$$\mathcal D$?

Además, ¿qué significa esto para el Yoneda lema? Qué se necesita para $\mathcal C$ a ser una categoría pequeña en el orden de la instrucción "$\mathcal C$ es antiequivalent a la subcategoría plena de $\mathcal D^{\mathcal C}$ consta de representable functors" hacer sentido?

7voto

sq1020 Puntos 143

La razón por la $\mathcal D^{\mathcal C}$ es por lo general sólo se define para las categorías pequeñas $\mathcal C$ es que es sólo para las categorías pequeñas que la categoría tiende a existir más o menos independiente de la noción de clases elegido (por ejemplo, todos los functor categorías que siempre existe si utiliza un Grothendieck del universo, pero si uso "sintáctica" clases es sólo functor categorías de categorías pequeñas, que están garantizados para existir; para obtener más información sobre las diferentes nociones de clases ver a Mike Shulman expositiva artículo la Teoría de conjuntos para la Categoría de la Teoría).

Con respecto a la Yoneda lema, lo que has escrito parece confuso: $\mathcal C$ no es anti-equivalente a una subcategoría de una arbitraria $\mathcal D^{\mathcal C}$ (por ejemplo, ciertamente no si $\mathcal D=\mathbf 1\neq\mathcal C$ donde $\mathbf 1$ es la categoría con un objeto). Por otra parte, la afirmación de que (para los pequeños $\mathcal C$) $\mathcal C$ es anti-equivalente a la subcategoría de representable functors en $\mathcal Set^{\mathcal C}$ es un caso especial de la Yoneda incrustación, no la Yoneda lema.

El Yoneda lema establece que si se tiene una clase con valores de copresheaf $\mathcal F$ en categoría $\mathcal C$, luego las naturales transformaciones de lo representable clase de valores copresheaf $\mathrm{Hom}_{\mathcal C}(X,-)$ $F$natural bijection con la clase $\mathcal F(X)$. Una consecuencia es que la categoría de representable clase de valores copresheaves es isomorfo al frente de la categoría de $\mathcal C$.

Una categoría es localmente pequeño si cada representable clase de valores copresheaf $\mathrm{Hom}_{\mathcal C}(X,-)$ es representable functor a $\mathcal Set$. Dado que los conjuntos de clases pequeñas, la Yoneda lema implica que las naturales transformaciones de lo representable conjunto de valores functor $\mathrm{Hom}_{\mathcal C}(X,-)$ a un conjunto de valores functor $F$ natural bijection con el conjunto de $F(X)$.

El cocompletion de una categoría $\mathcal C$ es un functor $\mathcal C\to\hat{\mathcal C}$ inicial entre los functors $\mathcal C\to\mathcal D$ $\mathcal D$ una categoría completa en pequeñas colimits. El Yoneda la incrustación es el cocompletion $\mathcal C\to\hat{\mathcal C}$ de un local pequeño de la categoría, que siempre existe (y $\hat{\mathcal C}$ es en realidad local pequeño). Explícitamente, el cocompletion $\hat{\mathcal C}$ es construido mediante la identificación de $\mathcal C$ con la categoría de representable (contravariante) conjunto de valores de functors $\mathrm{Hom}_{\mathcal C}(-,X)$, la identificación de los objetos de $\hat{\mathcal C}$ con pequeños diagramas de representable functors, a continuación, utilizando los hechos que presheaves enviar colimits límites y que colimits de functors se calculan pointwise, para identificar a $\mathrm{Hom}_{\hat{\mathcal C}}(J,K)=\mathrm{Nat}(\mathrm{colim}_j\mathrm{Hom}(-,X_j),\mathrm{colim}_k\mathrm{Hom}(-,X_k))=\mathrm{lim}_j\mathrm{colim}_k\mathrm{Hom}_{\mathcal C}(X_k,X_j)$.

En particular, el cocompletion $\hat{\mathcal C}$ de un local categoría de pequeña siempre es un completo localmente pequeño "subcategoría" de $\mathcal Set^{\mathcal C}$, incluso si ésta es grande o no existe. De hecho, una categoría $\mathcal C$ es equivalente a una pequeña categoría si y sólo si $\mathcal C$ $\mathcal Set^{\mathcal C}$ son tanto a nivel local pequeño, en cuyo caso el cocompletion $\hat{\mathcal C}$ es de $\mathcal Set^{\mathcal C}$; para una prueba de ver En el Tamaño de Categorías por Freyd y de la Calle.

5voto

Derek Elkins Puntos 417

Es comprobable que la categoría de functors de una pequeña categoría a nivel local es pequeño, mientras que no es necesariamente el caso de un local pequeño de la categoría. Por ejemplo, supongamos $F$ ser el functor $\mathbf{Set}\to\mathbf{Set}$ que asigna todos los conjuntos de a$1$, salvo que $\emptyset$ obtiene asignada a $\emptyset$. A continuación, $\mathbf{Set}^\mathbf{Set}(F,Id)$ es esencialmente la clase de todos los conjuntos. Si la categoría de $\mathcal{D}^\mathcal{C}$ existe pequeño no $\mathcal{C}$ dependerá de en qué categoría está trabajando en la categoría de pequeñas y localmente pequeñas/grandes categorías) y fundacional supuestos. Voy a asumir local pequeñez para el resto.

Como para el Yoneda lexema, es decir, que si $\mathcal{C}$ no es pequeño, entonces la categoría de $\mathbf{Set}^\mathcal{C^{op}}$ no existe, por lo tanto, la Yoneda la incrustación no puede ser presentado como una flecha de esa categoría, o, equivalentemente, como un elemento de los hom-"set" de esa categoría en este contexto. Puede ser un "gran functor" o algún otro concepto, pero no es una flecha en la categoría de local pequeño categorías. Podemos expresar y demostrar el Yoneda lema, $\mathsf{Nat}(\mathsf{hom}(-,C), F) \cong FC$, $\mathsf{Nat}$ no es un hom-establecer entre los objetos en un (a nivel local pequeño) de la categoría. No necesitamos describir una transformación natural como una flecha en un functor de una categoría o de un isomorfismo natural como mutuamente inversas tales flechas. Podemos directamente formular estas nociones (y después de demostrar que sí lo llevan a las categorías a veces). En general, $\mathsf{Nat}(F,G)$ va a ser una "clase" y por lo tanto la parte de la prueba de la Yoneda lema sería demostrar que $\mathsf{Nat}(\mathsf{hom}(-,C), F)$ es, en realidad, un conjunto.

Sin embargo, es a menudo conveniente tener esta estructura adicional, tales como la cartesiana de cierre. Sospecho que alguien ha hecho un "conservativity" teorema que garantiza probar los hechos sobre localmente pequeña de las categorías que operan en ellos como grandes categorías, y el conjunto de la teoría de fundaciones que dan grandes categorías de algunas de las propiedades que nos gustaría.

Usted puede encontrar Un Orden Superior de Cálculo para las Categorías interesante.

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