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定理已证明

终对象在唯一同构意义下是唯一的

命题陈述

如果 T1T_1 与 T2T_2 都是 C\mathcal{C} 的终对象(从任意对象到它们各自都恰有一个态射),那么 T1≅T2T_1 \cong T_2:它们之间存在一个同构,且它是唯一的态射 T1→T2T_1 \to T_2。对偶命题对始对象成立,把同样的论证用到候选锥的范畴上,对积也同样成立。

为什么成立?

没有这个事实,"终对象"或"积"就不是良定义的——积的不同构造(比如有序对与其他编码方式)需要可以互相替换,而"在唯一同构意义下唯一"正是它们"相同"这一说法的精确含义。

证明思路

因为 T2T_2 是终对象,所以每个对象——特别是 T1T_1——到它都恰有一个态射;记为 u:T1→T2u : T_1 \to T_2。因为 T1T_1 是终对象,对称地恰有一个 v:T2→T1v : T_2 \to T_1。

考察合成 v∘u:T1→T1v \circ u : T_1 \to T_1。因为 T1T_1 是终对象,T1→T1T_1 \to T_1 的态射恰有一个,而 1T11_{T_1} 就是这样一个态射;由于 v∘uv \circ u 也是一个 T1→T1T_1 \to T_1 的态射,唯一性迫使 v∘u=1T1v \circ u = 1_{T_1}。

用 T2T_2 的终对象性作对称的论证,合成 u∘v:T2→T2u \circ v : T_2 \to T_2 必须等于 1T21_{T_2}:u∘v=1T2u \circ v = 1_{T_2}。

一个具有双侧逆的态射按定义就是一个同构,所以 uu 是一个具有逆 vv 的同构 T1≅T2T_1 \cong T_2。它是唯一的态射 T1→T2T_1 \to T_2,因为 T2T_2 的终对象性本身就说明这样的态射恰好只有一个——uu 从一开始就被唯一确定,而它恰好可逆这件事只是后来发现的。

用到此定理的主题

分步证明

该定理暂无分步证明。

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