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定理証明済み

終対象は一意な同型を除いて一意である

内容

T1T_1 と T2T_2 が共に C\mathcal{C} の終対象である(すべての対象からそれぞれへの射がちょうど一つ存在する)とき、T1≅T2T_1 \cong T_2:両者の間に同型が存在し、それは T1→T2T_1 \to T_2 の唯一の射である。双対の命題は始対象について成り立ち、同じ議論を候補錐の圏に適用すれば積についても成り立つ。

なぜ正しいのか?

この事実がなければ「終対象」や「積」が一意に定まらない——積の異なる構成(順序対か別の符号化か)は互換でなければならず、一意な同型を除いた一意性こそがそれらが「同じである」ことの正確な意味である。

証明の概略

T2T_2 が終対象であるため、すべての対象——特に T1T_1——からそこへの射がちょうど一つ存在する。それを u:T1→T2u : T_1 \to T_2 と呼ぶ。T1T_1 が終対象であるため、対称的にちょうど一つの v:T2→T1v : T_2 \to T_1 が存在する。

合成 v∘u:T1→T1v \circ u : T_1 \to T_1 を考える。T1T_1 が終対象であるため、T1→T1T_1 \to T_1 の射はちょうど一つしかなく、1T11_{T_1} はそのような射の一つである。v∘uv \circ u も T1→T1T_1 \to T_1 の射であるため、一意性から v∘u=1T1v \circ u = 1_{T_1} が強制される。

T2T_2 の終対象性を使った対称的な議論により、合成 u∘v:T2→T2u \circ v : T_2 \to T_2 も 1T21_{T_2} に等しくなければならない:u∘v=1T2u \circ v = 1_{T_2}。

両側逆射を持つ射は定義により同型であるから、uu は逆射 vv を持つ同型 T1≅T2T_1 \cong T_2 である。それが T1→T2T_1 \to T_2 の唯一の射であるのは、T2T_2 の終対象性がそもそもそのような射がちょうど一つしかないと述べているからである——uu は最初から一意に決まっており、それが可逆であることが分かっただけである。

この定理を使うトピック

ステップごとの証明

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参考文献

  1. Saunders Mac Lane (1998). Categories for the Working Mathematician
  2. Emily Riehl (2016). Category Theory in Context
  3. David I. Spivak (2012). Functorial Data Migration · arXiv:1009.1166