⑦極限,余極限の定義
続いて極限と積などの関係を見ていきます。
積・余積
圏 を対象が の二つで、射が恒等射だけの圏とします。 と書くことにします。
型の図式(圏 から圏 への関手) に対する極限( の終対象)が存在するとします。、 とおきます。
「 を圏 (対象を とする)から への関手」と見たものを とします。 は、 の対象 、 の(ただ一つの)対象 、 の射 からなる三つ組 を対象として、 から への射としては、 の射 と の(ただ一つの)射 の組 で
\begin{CD}
\Delta(X) @> p >> D \\
@V \Delta(u) VV @| \\
\Delta(Y) @>> q > D
\end{CD}
を可換とする射からなる圏となります。各成分に対して
\begin{CD}
X @> p_j >> D(j) \\
@V u VV @| \\
Y @>> q_j > D(j)
\end{CD}
は可換となります。
自然変換 は、 の対象 に対して成分 が で の射 に対して
\begin{CD}
X @> p_j >> D(j) \\
@| @VV D(f) V \\
X @>> p_k > D(k)
\end{CD}
を可換とするものとなります。これは が恒等射なので成り立ちます。
よって図式
\begin{CD}
A @< q_a << X @> q_b >> B \\
@| @VV u V @| \\
A @<< p_a < L @>> p_b > B
\end{CD}
が可換となるすべての射 によって作られる射が の射となります。
の終対象 は 任意の に対して が存在して上記の図式が可換となるものとなります。よって (または )は積 と同型となります。
余積は双対となります。
等化子(イコライザー)・余等化子
圏 を対象が の二つで、射が恒等射のほか、、 だけの圏とします。 と書くことにします。
型の図式(圏 から圏 への関手) に対する極限( の終対象)が存在するとします。、、、 とおきます。
自然変換 は、 の対象 に対して成分 が で の射 に対して
\begin{CD}
X @> p_j >> D(j) \\
@| @VV D(f) V \\
X @>> p_k > D(k)
\end{CD}
を可換とするものとなります。これは
\begin{CD}
A @< p_a << X @> p_a >> A \\
@V f VV @| @VV g V \\
B @<< p_b < X @>> p_b > B
\end{CD}
を可換とするものとなります。よって
\begin{CD}
A @< p_a << X @> p_a >> A \\
@V f VV @VV p_b V @VV g V \\
B @= B @= B \\
\end{CD}
を可換とするものとなります。
よって上記の条件を満たす と に対して図式
\begin{CD}
A @< q_a << X @> q_b >> B \\
@| @VV u V @| \\
A @<< p_a < L @>> p_b > B
\end{CD}
が可換となるすべての射 によって作られる射が の射となります。
の終対象 は 任意の に対して が存在して上記の図式が可換となるものとなります。
よって (または )は と の等化子(以下の定義を参照)となります。
定義 と に対して、対象 と 射 で を満たすものであって、対象 と 射 が を満たすならば射 が一意的に存在して を満たすとき、 と 射 の組を と の等化子(イコライザー)と呼びます。
余等化子は双対となります。
引き戻し(ファイバー積)・押し出し
圏 を対象が の三つで、射が恒等射のほか、、 だけの圏とします。 と書くことにします。
型の図式(圏 から圏 への関手) に対する極限( の終対象)が存在するとします。、、、、 とおきます。
自然変換 は、 の対象 に対して成分 が で の射 に対して
\begin{CD}
X @> p_j >> D(j) \\
@| @VV D(f) V \\
X @>> p_k > D(k)
\end{CD}
を可換とするものとなります。これは
\begin{CD}
A @< p_a << X @> p_b >> B \\
@V f VV @| @VV g V \\
C @<< p_c < X @>> p_c > C
\end{CD}
を可換とするものとなります。よって
\begin{CD}
A @< p_a << X @> p_b >> B \\
@V f VV @VV p_c V @VV g V \\
C @= C @= C \\
\end{CD}
を可換とするもの、すなわち
\begin{CD}
X @> p_b >> B \\
@V p_b VV @VV g V \\
A @>> f > C \\
\end{CD}
を可換とするものとなります。
よって上記の条件を満たす と に対して図式
\begin{CD}
A @< q_a << X @> q_b >> B \\
@| @VV u V @| \\
A @<< p_a < L @>> p_b > B
\end{CD}
が可換となるすべての射 によって作られる射が の射となります。
の終対象 は 任意の に対して が存在して上記の図式が可換となるものとなります。
よって (または )は と の引き戻し(以下の定義を参照)となります。
定義 と に対して、対象 と 射 と で を満たすものであって、対象 と 射 と が を満たすならば射 が一意的に存在して 、 を満たすとき、 と 射 と の組を と の引き戻し(ファイバー積)と呼びます。
押し出しは双対となります。