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Isbell 双対

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Academic year: 2021

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Isbell 双対

alg-d

http://alg-d.com/math/kan_extension/

2021 年 4 月 2 日

圏Cに対して関手z: C →(SetC)opを,Copの米田埋込Cop →SetCのoppositeで定 める.つまりz(a) = HomC(a,−)であり,米田の補題によりHom(SetC)op(P, z(a))∼=P a である.z に対する普遍随伴は次のようになる.

定理 1. C を小圏,U を圏,F: C → U を関手として各点右Kan拡張 z‡F が存在する とする.このとき随伴F‡z ⊣z‡F が成り立つ.

U

C (SetC)op

F

z F‡z z‡F

証明. まず(SetC)op が完備だから各点右Kan拡張F‡z が存在する.これはu∈U に対 してF‡z(u)∼= HomU(u, F−)を満たす.

...

) u ∈U,P ∈(SetC)op に対して

Hom(SetC)op(P, F‡z(u))∼= HomSetC(HomU(u, F(−)),Hom(SetC)op(P, z(−)))

∼= HomSetC(HomU(u, F(−)), P)

∼= Hom(SetC)op(P,HomU(u, F(−))) となるからF‡z(u)∼= HomU(u, F−)である.

1

(2)

このときz‡F が各点右Kan拡張だから,P ∈(SetC)op,u∈U に対して HomU(u, z‡F(P))∼= HomSetC(HomC(P, z−),HomU(u, F−))

∼= HomSetC(P,HomU(u, F−))

∼= HomSetC(P, F‡z(u))

∼= Hom(SetC)op(F‡z(u), P)

となるのでF‡z ⊣z‡F である.

ここでF :=yとしたとき次の定理を得る.

定理 2. C を小圏とすると普遍随伴によりy†z ⊣z†yとy‡z ⊣ z‡yが成り立つ.このとき y†z ∼=y‡z,z†y∼=z‡yである.

Cb

C (SetC)op

y

z

y†z∼=y‡z z†y∼=z‡y

証明. y‡z は左随伴だから余極限と交換する.またyが忠実充満だから(y‡z)◦y ∼=z で ある.よってy†z ∼=y‡zが分かる.随伴の一意性によりz†y ∼=z‡yも分かる.

O := y†z,Spec := z†y と書き随伴O ⊣ Spec : Cb → (SetC)op をIsbell双対という.

これは

• P ∈Cbに対してO(P)∼= HomCb(P, y(−))

• X ∈(SetC)opに対してSpec(X)∼= Hom(SetC)op(z(−), X) を満たす.特にa ∈Cに対して

O(y(a))∼= HomCb(y(a), y(−))∼= HomC(a,−) =z(a) Spec(z(a))∼= Hom(SetC)op(z(−), z(a))∼= HomC(−, a) =y(a)

である.

定理 3. y‡y ∼= Spec◦ Oである.即ち随伴O ⊣ Spec が与えるモナドは yのcodensity

monadと一致する.

2

(3)

証明. P, Q∈Cbに対して自然に

HomU(P, z‡y(y‡z(Q)))∼= Hom(SetC)op(Hom(P, y(−)),Hom(y‡z(Q), z(−)))

∼= Hom(SetC)op(Hom(P, y(−)), y‡z(Q))

∼= Hom(SetC)op(Hom(Hom(P, y(−)), z(−)),Hom(Q, y(−)))

∼= Hom(SetC)op(Hom(P, y(−)),Hom(Q, y(−))) Cb

C Cb

y

y y‡y

Cb (SetC)op

C Cb

y z

O=y‡z

Spec =z‡y

y

となるから Spec ◦ O = z‡y ◦ y‡z は y に沿った y の各点右 Kan 拡張である.故に Spec◦ O ∼=y‡yである.

参考文献

[1] Isbell duality in nlab,https://ncatlab.org/nlab/show/Isbell+duality [2] Ivan Di Liberti, Codensity: Isbell duality, pro-objects, compactness and accessi-

bility, https://arxiv.org/abs/1910.01014

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http://alg-d.com/math/kan_extension/ https://ncatlab.org/nlab/show/Isbell+duality https://arxiv.org/abs/1910.01014

参照

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