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Density theorem (category theory)

Source ๐Ÿ“

756: 1589: 1965: 254: 1003: 1281: 642: 578: 1143: 98: 155: 1656: 1218: 895: 1811: 1074: 2064: 2038: 1711: 1435: 1491: 1362: 1743: 398: 1314: 854: 824: 786: 481: 2012: 678: 345: 516: 430: 302: 1496: 1823: 2104: 186: 907: 796:
and Hom on the right means the set of natural transformations. This is because the universal property of a colimit amounts to saying
2121: 2148: 1226: 590: 535: 1083: 2109: 46: 114: 526: 1604: 1148: 861: 1748: 1011: 2043: 2017: 1661: 1370: 33: 1443: 1319: 261: 1716: 353: 1286: 829: 799: 751:{\displaystyle \operatorname {Hom} _{\widehat {C}}(F,G)\simeq \operatorname {Hom} (f,\Delta _{G})} 43:
is a presheaf on the simplex category ฮ” and a representable simplicial set is exactly of the form
764: 439: 1973: 315: 2117: 2099: 489: 403: 2127: 1584:{\displaystyle -\circ h_{u}:\operatorname {Hom} (h_{V},G)\to \operatorname {Hom} (h_{U},G).} 789: 584: 181: 25: 275: 2131: 2113: 17: 1960:{\displaystyle (Gu\circ \theta _{V})(y)=(Gu)(g_{V,y})=g_{U,x}=(\theta _{U}\circ Fu)(y),} 40: 2142: 897:
be a natural transformation. It is a family of morphisms indexed by the objects in
249:{\displaystyle {\widehat {C}}=\mathbf {Fct} (C^{\text{op}},\mathbf {Set} )} 29: 998:{\displaystyle \alpha _{U,x}:f(U,x)=h_{U}\to \Delta _{G}(U,x)=G} 256:. For an index category over which a colimit will run, let 160:
where the colim runs over an index category determined by
1276:{\displaystyle G(U)\simeq \operatorname {Hom} (h_{U},G)} 637:{\displaystyle U\mapsto h_{U}=\operatorname {Hom} (-,U)} 573:{\displaystyle I{\overset {p}{\to }}C\to {\widehat {C}}} 104:-simplex) so the theorem says: for each simplicial set 1138:{\displaystyle \alpha _{V,y}\circ h_{u}=\alpha _{U,x}} 2046: 2020: 1976: 1826: 1751: 1719: 1664: 1607: 1499: 1446: 1373: 1322: 1289: 1229: 1151: 1086: 1014: 910: 864: 832: 802: 767: 681: 593: 538: 492: 442: 406: 356: 318: 278: 189: 117: 49: 93:{\displaystyle \Delta ^{n}=\operatorname {Hom} (-,)} 1223:The Yoneda lemma says there is a natural bijection 2058: 2032: 2006: 1959: 1805: 1737: 1705: 1650: 1583: 1485: 1429: 1356: 1308: 1275: 1212: 1137: 1068: 997: 889: 848: 818: 780: 750: 636: 572: 510: 475: 424: 392: 339: 296: 248: 149: 92: 656:denote the above diagram. To show the colimit of 1008:that satisfies the property: for each morphism 150:{\displaystyle X\simeq \varinjlim \Delta ^{n}} 1713:. This determines the natural transformation 8: 2112:. Vol. 5 (2nd ed.). New York, NY: 826:is the left adjoint to the diagonal functor 2045: 2019: 1975: 1927: 1905: 1883: 1843: 1825: 1750: 1718: 1691: 1669: 1663: 1612: 1606: 1563: 1532: 1510: 1498: 1445: 1415: 1393: 1372: 1327: 1321: 1294: 1288: 1258: 1228: 1201: 1150: 1123: 1110: 1091: 1085: 1013: 968: 955: 915: 909: 881: 863: 837: 831: 803: 801: 772: 766: 739: 687: 686: 680: 604: 592: 559: 558: 542: 537: 491: 441: 405: 355: 317: 277: 232: 223: 205: 191: 190: 188: 141: 124: 116: 54: 48: 2105:Categories for the Working Mathematician 2082: 1651:{\displaystyle \theta _{U}:F(U)\to G(U)} 1440:because, according to the Yoneda lemma, 1213:{\displaystyle f((U,x)\to (V,y))=h_{u}.} 890:{\displaystyle \alpha :f\to \Delta _{G}} 2075: 1806:{\displaystyle (U,x)\to (V,y),u:U\to V} 1069:{\displaystyle (U,x)\to (V,y),u:U\to V} 2059:{\displaystyle \alpha \mapsto \theta } 2033:{\displaystyle \alpha \mapsto \theta } 1706:{\displaystyle \theta _{U}(x)=g_{U,x}} 664:, we need to show: for every presheaf 1430:{\displaystyle (Gu)(g_{V,y})=g_{U,x}} 7: 2066:is the requisite natural bijection. 486:It comes with the forgetful functor 965: 878: 834: 769: 736: 138: 51: 14: 1316:corresponds to a unique element 672:, there is a natural bijection: 239: 236: 233: 212: 209: 206: 1486:{\displaystyle Gu:G(V)\to G(U)} 1357:{\displaystyle g_{U,x}\in G(U)} 20:, a branch of mathematics, the 2050: 2024: 1995: 1989: 1986: 1977: 1951: 1945: 1942: 1920: 1895: 1876: 1873: 1864: 1858: 1852: 1849: 1827: 1797: 1782: 1770: 1767: 1764: 1752: 1738:{\displaystyle \theta :F\to G} 1729: 1681: 1675: 1645: 1639: 1633: 1630: 1624: 1575: 1556: 1547: 1544: 1525: 1480: 1474: 1468: 1465: 1459: 1405: 1386: 1383: 1374: 1351: 1345: 1270: 1251: 1239: 1233: 1191: 1188: 1176: 1173: 1170: 1158: 1155: 1060: 1045: 1033: 1030: 1027: 1015: 986: 974: 961: 945: 933: 874: 745: 726: 714: 702: 631: 619: 597: 583:where the second arrow is the 555: 544: 502: 461: 455: 452: 443: 416: 393:{\displaystyle (U,x)\to (V,y)} 387: 375: 372: 369: 357: 334: 328: 291: 279: 243: 216: 87: 84: 78: 69: 39:For example, by definition, a 1: 2110:Graduate Texts in Mathematics 1309:{\displaystyle \alpha _{U,x}} 2014:. Clearly, the construction 1745:; indeed, for each morphism 849:{\displaystyle \Delta _{-}.} 819:{\displaystyle \varinjlim -} 176:be a presheaf on a category 781:{\displaystyle \Delta _{G}} 268:: it is the category where 2165: 476:{\displaystyle (Fu)(y)=x.} 2085:, Ch III, ยง 7, Theorem 1. 2007:{\displaystyle (Fu)(y)=x} 1658:be the function given by 340:{\displaystyle x\in F(U)} 180:; i.e., an object of the 1283:. Under this bijection, 511:{\displaystyle p:I\to C} 425:{\displaystyle u:U\to V} 304:consisting of an object 34:representable presheaves 400:consists of a morphism 2149:Representable functors 2060: 2040:is reversible. Hence, 2034: 2008: 1961: 1807: 1739: 1707: 1652: 1585: 1487: 1431: 1358: 1310: 1277: 1214: 1139: 1070: 999: 891: 850: 820: 782: 752: 638: 574: 525:is the colimit of the 512: 477: 426: 394: 341: 298: 250: 151: 94: 2061: 2035: 2009: 1962: 1808: 1740: 1708: 1653: 1593:Now, for each object 1586: 1488: 1432: 1359: 1311: 1278: 1215: 1140: 1071: 1000: 892: 851: 821: 783: 753: 639: 575: 513: 478: 427: 395: 342: 299: 297:{\displaystyle (U,x)} 251: 152: 100:(called the standard 95: 2044: 2018: 1974: 1824: 1749: 1717: 1662: 1605: 1497: 1444: 1371: 1320: 1287: 1227: 1149: 1084: 1012: 908: 862: 830: 800: 765: 679: 591: 536: 490: 440: 404: 354: 316: 276: 272:an object is a pair 262:category of elements 187: 115: 47: 36:in a canonical way. 2100:Mac Lane, Saunders 2056: 2030: 2004: 1957: 1803: 1735: 1703: 1648: 1581: 1483: 1427: 1354: 1306: 1273: 1210: 1135: 1066: 995: 887: 858:For this end, let 846: 816: 811: 778: 748: 634: 570: 529:(i.e., a functor) 508: 473: 422: 390: 337: 294: 246: 147: 132: 90: 24:states that every 804: 695: 567: 550: 226: 199: 125: 2156: 2135: 2086: 2080: 2065: 2063: 2062: 2057: 2039: 2037: 2036: 2031: 2013: 2011: 2010: 2005: 1966: 1964: 1963: 1958: 1932: 1931: 1916: 1915: 1894: 1893: 1848: 1847: 1812: 1810: 1809: 1804: 1744: 1742: 1741: 1736: 1712: 1710: 1709: 1704: 1702: 1701: 1674: 1673: 1657: 1655: 1654: 1649: 1617: 1616: 1590: 1588: 1587: 1582: 1568: 1567: 1537: 1536: 1515: 1514: 1492: 1490: 1489: 1484: 1436: 1434: 1433: 1428: 1426: 1425: 1404: 1403: 1363: 1361: 1360: 1355: 1338: 1337: 1315: 1313: 1312: 1307: 1305: 1304: 1282: 1280: 1279: 1274: 1263: 1262: 1219: 1217: 1216: 1211: 1206: 1205: 1144: 1142: 1141: 1136: 1134: 1133: 1115: 1114: 1102: 1101: 1075: 1073: 1072: 1067: 1004: 1002: 1001: 996: 973: 972: 960: 959: 926: 925: 896: 894: 893: 888: 886: 885: 855: 853: 852: 847: 842: 841: 825: 823: 822: 817: 812: 790:constant functor 787: 785: 784: 779: 777: 776: 757: 755: 754: 749: 744: 743: 698: 697: 696: 688: 643: 641: 640: 635: 609: 608: 585:Yoneda embedding 579: 577: 576: 571: 569: 568: 560: 551: 543: 517: 515: 514: 509: 482: 480: 479: 474: 431: 429: 428: 423: 399: 397: 396: 391: 346: 344: 343: 338: 303: 301: 300: 295: 255: 253: 252: 247: 242: 228: 227: 224: 215: 201: 200: 192: 182:functor category 156: 154: 153: 148: 146: 145: 133: 99: 97: 96: 91: 59: 58: 26:presheaf of sets 2164: 2163: 2159: 2158: 2157: 2155: 2154: 2153: 2139: 2138: 2124: 2114:Springer-Verlag 2098: 2095: 2090: 2089: 2081: 2077: 2072: 2042: 2041: 2016: 2015: 1972: 1971: 1923: 1901: 1879: 1839: 1822: 1821: 1747: 1746: 1715: 1714: 1687: 1665: 1660: 1659: 1608: 1603: 1602: 1559: 1528: 1506: 1495: 1494: 1493:corresponds to 1442: 1441: 1411: 1389: 1369: 1368: 1323: 1318: 1317: 1290: 1285: 1284: 1254: 1225: 1224: 1197: 1147: 1146: 1119: 1106: 1087: 1082: 1081: 1010: 1009: 964: 951: 911: 906: 905: 877: 860: 859: 833: 828: 827: 798: 797: 768: 763: 762: 735: 682: 677: 676: 650: 600: 589: 588: 534: 533: 488: 487: 438: 437: 402: 401: 352: 351: 314: 313: 312:and an element 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Index

category theory
presheaf of sets
colimit
representable presheaves
simplicial set
functor category
category of elements
diagram
Yoneda embedding
constant functor
Mac Lane 1998
Mac Lane, Saunders
Categories for the Working Mathematician
Graduate Texts in Mathematics
Springer-Verlag
ISBN
0-387-98403-8
Zbl
0906.18001
Category
Representable functors

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