Files
silikat-problems/problems/problem11a.typ
2026-10-10 13:49:11 +03:00

103 lines
5.2 KiB
Typst
Raw Blame History

This file contains ambiguous Unicode characters
This file contains Unicode characters that might be confused with other characters. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.
#import "../utils/boxes.typ": *
#import "../utils/macros.typ": *
#import "@preview/fletcher:0.5.8" as fletcher: diagram, node, edge
= 1.1 (Фильтрованные копределы в алгебраических категориях).
#problembox[
а) Пусть дана фильтрованная poset-категория $cal(I)$ (т.\,е. для $i >= j$ имеем стрелку $phi_(i, j): i -> j$) и функтор $a: cal(I) -> bold("Set")$. Определим на $product.co_(i in I) a(i)$ следующее отношение эквивалентности:
$ a(i) in.rev t_i ~ t_j in a(j) <==> exists k in cal(I), i >= k, j >= k, "т. ч." a(phi_(i, k))(t_i) = a(phi_(j, k))(t_j) $
Проверить, что это отношение эквивалентности и что $(product.co_(i in I) a(i)) \/ ~ $ есть $colim_i a$.
]
== Решение
=== Отношение эквивалентности
+ *Рефлексивность*. Для $t_i$ можно выбрать $k = i$, т.к. $i >= i$. Тогда $ t_i tilde t_i $
+ *Симметричность*. Если $t_i tilde t_j$, то существует такое $k in cal(I)$, что $i >= k, j >= k$ и $a(phi_(i,k))(t_i) = a(phi_(j,k))(t_j)$. \
Если же $t_j tilde t_i$, то существует такое $l in cal(I)$, что $j >= l, i >= l$ и $a(phi_(j,k))(t_j) = a(phi_(i,k))(t_i)$. Положим $l = k$ --- симметричность выполнена.
+ Пусть $t_i tilde t_j, t_j tilde t_k$, тогда существуют $l, m in cal(I)$ такие, что $i >= l, j >= l$ и $j >= m, k >= m$ и соответствующие образы равны. \
Так как $cal(I)$ - фильтрованная poset-категория, то существует $n in cal(I)$ такой, что $l >= n, m >= n$.
Рассмотрим диаграмму
#cdiagram({
node((-2, -1), [$a(i)$])
node((0, 1), [$a(l)$])
node((2, -1), [$a(j)$])
node((4, 1), [$a(m)$])
node((6, -1), [$a(k)$])
node((2, 3), [$a(n)$])
edge((-2, -1), (0, 1), [$a(phi_(i,l))$], label-side: right, "->")
edge((2, -1), (0, 1), [$a(phi_(j,l))$], label-side: left, "->")
edge((2, -1), (4, 1), [$a(phi_(j,m))$], label-side: right, "->")
edge((6, -1), (4, 1), [$a(phi_(k,m))$], label-side: left, "->")
edge((0, 1), (2, 3), [$a(phi_(l,n))$], label-side: right, "->")
edge((4, 1), (2, 3), [$a(phi_(m,n))$], label-side: left, "->")
})
Имеем
$ a(phi_(i,l))(t_i) = a(phi_(j,l))(t_j) $
Применяя $a(phi_(l,n))$, имеет
$ a(phi_(l,n) compose phi_(i,l)) (t_i) = a(phi_(l,n) compose phi_(j,l))(t_j) $
По свойствам poset-категории существует единственные морфизмы $i arrow n$ и $j arrow n$:
$ a(phi_(i,n))(t_i) = a(phi_(j,n))(t_j) $
Аналогично для $k arrow n$. Тогда
$ a(phi_(i,n))(t_i) = a(phi_(j,n))(t_j) = a(phi_(k,n))(t_k) $
Имеем
$ t_i tilde t_k $
=== Копредел
Обозначим $S := product.co_i a(i) \/ tilde$, $iota_i: a(i) arrow.twohead S, t_i mapsto [t_i]$.
#cdiagram({
node((0, 0), [$a(i)$])
node((2, 2), [$S$])
node((4, 0), [$a(j)$])
edge((0, 0), (4, 0), [$a(phi_(i,j))$], label-side: left, "->")
edge((0, 0), (2, 2), [$iota_i$], label-side: right, "->")
edge((4, 0), (2, 2), [$iota_j$], label-side: left, "->")
})
Пусть $u := a(phi_(i,j))(t_i)$. Проверим $ [u] =^? [t_i]. $
Эти два элемента эквивалентны тогда и только тогда, когда существует $k in cal(I)$ такой, что $i >= k, j >= k$. Положим $k = j$. По определению $phi_(i,j)$ имеем $i >= j$ и $j >= j$ (отображение $a(phi_(j,j)) = 1_(a(j))$), а по определению $u = a(phi_(i,j))(t_i)$. Получаем
$ u = a(phi_(i,j))(t_i) => u tilde t_i => [u] = [t_i] $
Тогда
$ iota_j compose a(phi_(i,j)) = iota_i $
В таком случае, ${iota_i: a(i) arrow.twohead S}_(i in cal(I))$ -- коконус.
Пусть $X in bold("Set")$ и ${mu_i: a(i) arrow X}_(i in cal(I))$ -- коконус.
Хотим: единственное $theta: S arrow X$ такое, что $ theta compose iota_i = mu_i $
#cdiagram({
node((0, 0), [$a(i)$])
node((2, 2), [$S$])
node((4, 0), [$a(j)$])
node((2, 4), [$X$])
edge((0, 0), (4, 0), [$a(phi_(i,j))$], label-side: left, "->")
edge((0, 0), (2, 2), [$iota_i$], label-side: right, "->")
edge((4, 0), (2, 2), [$iota_j$], label-side: left, "->")
edge((4, 0), (2, 4), [$mu_j$], label-side: left, "->", bend: 30deg)
edge((0, 0), (2, 4), [$mu_i$], label-side: right, "->", bend: -30deg)
edge((2, 2), (2, 4), [$theta$], label-side: right, "-->")
})
Положим $theta([t_i]) := mu_i (t_i)$.
Проверим корректность. \
Пусть $t_i tilde t_j => [t_i] = [t_j]$.
$ mu_i (t_i) =^? mu_j (t_j) $
Существует $k in cal(I)$ такое, что $i >= k, j >= k$ и соответствующие образы равны. Тогда, так как $mu$ - коконус, верно
$ mu_k compose a(phi_(i,k))(t_i) = mu_i (t_i) $
$ mu_k compose a(phi_(j,k))(t_j) = mu_j (t_j) $
Отсюда $mu_i (t_i) = mu_j (t_j)$.
Тогда
#answerbox[$ product.co_i a(i) \/ tilde space = colim_i a $]