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slice categoryの羃対象を引き戻しが保存すること | NotaBene

slice categoryの羃対象を引き戻しが保存すること

October 29, 2019

準備

十分に大きい圏CCを考える. CCの対象XXがexponentiableであるとは, 関手 −×X ⁣:C→C- \times X \colon C \rightarrow Cに対して右随伴関手(−)X ⁣:C→C (-)^{X} \colon C \rightarrow Cが存在することである.

また, CCの射としてα ⁣:Y→X\alpha \colon Y \rightarrow Xをとるとき, canonicalな構成としてpullbackによる関手α∗ ⁣:C/X→C/Y\alpha^* \colon C/X \rightarrow C/Yがある.

主張

C/XC/Xの対象ffがexponentiableであるならば, C/YC/Yの対象α∗f\alpha^* fもexponentiableである.

証明

Step1

簡単な事実として, 右随伴関手α∗ ⁣:C/X→C/Y\alpha^* \colon C/X \rightarrow C/Yに対する左随伴関手α♯ ⁣:C/Y→C/X\alpha_{\sharp} \colon C/Y \rightarrow C/Xを考えることができる. (対応としては, h↦αhh \mapsto \alpha hとすればよい). 実際にunit ϵ ⁣:id→α∗α♯(=id)\epsilon \colon id \rightarrow \alpha^* \alpha_{\sharp}(= id), counit η ⁣:α♯α∗→id\eta \colon \alpha_{\sharp} \alpha^* \rightarrow idを定義して, 標準的な公式 :

(ηα♯)(α♯ϵ)=id (α∗η)(ϵα∗)=id\begin{aligned} (\eta \alpha_{\sharp}) (\alpha_{\sharp} \epsilon) &= id \\\ (\alpha_{*} \eta) (\epsilon \alpha_{*}) &= id \end{aligned}

をチェックする.

ϵ\epsilonは恒等変換とすればよい. η\etaはpullbackをとる時に得られるcanonicalなprojectionを使えば構成できる. すると,

(ηα♯)=id (α∗η)=id\begin{aligned} (\eta \alpha_{\sharp}) &= id \\\ (\alpha_{*} \eta) &= id \end{aligned}

となることがわかる.

Step2

圏C/YC/Yの対象aaに対して, 以下が成立する.

α♯(a×α∗f)=α♯a×f\alpha_{\sharp} (a \times \alpha^* f) = \alpha_{\sharp} a \times f

以下の図式を辿るとわかる.

diagram1

Step3

Step1より, a∈C/Ya \in C/Y, b∈C/Xb \in C/Xに対して, 自然同型Hom(α♯a,b)→Hom(a,α∗b)\Hom (\alpha_{\sharp} a, b) \rightarrow \Hom (a, \alpha^* b)がある. また仮定より, c,d∈C/Xc, d \in C/Xに対して, 自然同型Hom(c×f,d)→Hom(c,df)\Hom (c \times f, d) \rightarrow \Hom (c, d^f)がある.

従って, a,b∈C/Ya, b \in C/Yに対して合成により, 自然同型

Hom(a×α∗f,b)=Hom(a×α∗f,α∗α♯b) ←Hom(α♯(a×α∗f),α♯b) =Hom(α♯a×f,α♯b) →Hom(α♯a,(α♯b)f) →Hom(a,α∗(−)fα♯b)\begin{aligned} \Hom (a \times \alpha^{*} f, b) &= \Hom (a \times \alpha^{*} f, \alpha^* \alpha_{\sharp} b) \\\ &\leftarrow \Hom (\alpha_{\sharp} (a \times \alpha^{*} f), \alpha_{\sharp} b) \\\ &= \Hom (\alpha_{\sharp} a \times f, \alpha_{\sharp} b) \\\ &\rightarrow \Hom (\alpha_{\sharp} a, (\alpha_{\sharp} b)^f) \\\ &\rightarrow \Hom (a, \alpha^{*} (-)^f \alpha_{\sharp} b) \end{aligned}

が得られる.

すなわち, 関手 −×α∗f ⁣:C/Y→C/Y- \times \alpha^* f \colon C/Y \rightarrow C/Yに対して右随伴関手α∗(−)fα♯ ⁣:C/Y→C/Y\alpha^{*} (-)^f \alpha_{\sharp} \colon C/Y \rightarrow C/Yが得られた.


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