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diff --git a/ch2_funs.tex b/ch2_funs.tex new file mode 100644 index 0000000..03b3fd3 --- /dev/null +++ b/ch2_funs.tex @@ -0,0 +1,125 @@ +Buena parte del poder de la teoría de categorías se deriva de su reflexividad: +las categorías son estructuras algebraicas y, como tales, es posible estudiarlas +usando teoría de categorías. Para ello primero debemos ver cuáles son los +morfismos entre categorías, los llamados \emph{funtores}. Este capítulo se +basa principalmente en \cite[pp. 21--32]{joyofcats} y \cite[pp. 13--15]{maclane}. + +\begin{definition} + Un \conc{funtor} entre dos categorías $\cC$ y $\cD$ es un par de funciones + $T=(o:\Ob{\cC}\to\Ob{\cD},m:\Mor{\cC}\to\Mor{\cD})$ que preserva el dominio, el + codominio, las identidades y la composición, es decir, tal que: + \begin{enumerate} + \item Para cada morfismo $f:a\to b$ en $\cC$, $mf:oa\to ob$ en $\cD$. + \item Para $f:a\to b$ y $g:b\to c$ en $\cC$, $m(g\circ f)=mg\circ mf$. + \item Para cada objeto $c$ de $\cC$, $m(1_a)=1_{oa}$. + \end{enumerate} +\end{definition} + +Nótese que la última condición determina unívocamente la función sobre los +objetos a partir de la función sobre los morfismos, por lo que la primera es +redundante. Si $\cC$ y $\cD$ son categorías, escribimos $T:\cC\to\cD$ para decir +que $T$ es un funtor de $\cC$ a $\cD$, y usamos $T$ para referirnos +indistintamente al funtor, a la función sobre los objetos y a la función sobre +los morfismos. + +\begin{example}\; + \begin{enumerate} + \item Toda categoría $\cC$ admite un \conc{funtor identidad} $1_\cC:\cC\to\cC$ + que asocia a cada objeto o morfismo el propio objeto o morfismo. + \item Dadas dos categorías $\cC$ y $\cD$ y $d\in\Ob{\cD}$, existe un + \conc{funtor constante} $C_d:\cC\to\cD$ que lleva todos los morfismos a $1_d$. + \item La operación <<conjunto potencia>> es un funtor $\power:\bSet\to\bSet$, que + lleva cada función $f:A\to B$ a la función $(\power f)(S)\coloneqq f[S]$, + que asocia a cada subconjunto de $A$ su \emph{imagen} por $f$. + \item De forma similar podemos definir el funtor \conc{conjunto potencia + contravariante}, $\copower:\bSet\to\dual{\bSet}$, que lleva un conjunto + $S$ a su potencia $\power{S}$ y una función $f:A\to B$ a la función + $(\copower f)(T)\coloneqq f^{-1}[T]$ que asocia a cada subconjunto de $B$ su + \emph{preimagen} por $f$. + \item Para $n\in\sNat$, existe un funtor $\text{GL}_n:\bCRng\to\bGrp$ que a + cada anillo conmutativo $C$ le asocia el grupo multiplicativo + $\text{GL}_n(C)$ de matrices regulares $n\times n$ con entradas en $C$. Los + homomorfismos de anillos se transforman en homomorfismos de grupos que + actúan componente a componente. + \item Sea $\bTop_*$ el constructo cuyos objetos son pares $(X,x)$ formados por + un espacio topológico $X$ y un punto destacado $x\in X$ y cuyos morfismos + son funciones continuas que conservan el punto destacado. Entonces podemos + definir un funtor grupo de homotopía $\pi:\bTop_*\to\bGrp$ que a cada + espacio topológico $X$ y cada punto $x\in X$ le asocia el grupo de homotopía + y a cada morfismo en $\bTop_*$ le asocia el correspondiente morfismo de + grupos.\cite[p. 13]{maclane} + + \begin{proof} + Primero vemos que la operación sobre morfismos está bien definida. Sea + $f:(X,x)\to(Y,y)$ un morfismo en $\bTop_*$, y sean + $\gamma,\sigma:[0,1]\to X$ representantes de un mismo elemento + $\overline{\gamma}=\overline{\sigma}$ de $\pi(X,x)$, entonces existe una + homotopía $s:[0,1]\times[0,1]\to X$ de $\gamma$ a $\sigma$, con lo que + $f\circ s:[0,1]\times[0,1]\to Y$ es una homotopía de $f(\sigma)$ a + $f(\gamma)$ y $(\pi f)(\overline{\gamma})=(\pi f)(\overline{\sigma})$. + Además $\pi f$ es un morfismo de grupos, pues la composición con $f$ lleva + la curva constante en $x$ a la curva constante en $y$ y respeta la + concatenación de curvas. Finalmente, dados morfismos $f:(X,x)\to (Y,y)$ y + $g:(Y,y)\to(Z,z)$ en $\bTop_*$, es fácil ver que + $\pi(g\circ f)=\pi g\circ\pi f$ y que $\pi(1_{(X,x)})=1_{\pi(X,x)}$. + \end{proof} + \item Los funtores se pueden componer. Dados dos funtores $S:\cB\to\cC$ y + $T:\cC\to\cD$, el \conc{funtor composición} $T\circ S:\cB\to\cC$ viene dado + sobre los objetos como $a\mapsto S(Ta)$ y sobre los morfismos como + $f\mapsto S(Tf)$. + \end{enumerate} +\end{example} + +\section{Categorías de categorías} + +En vista de los ejemplos anteriores sería razonable considerar una <<categoría +de las categorías>>, pero esto plantea ciertos problemas. En primer lugar, esta +categoría no se podría contener a sí misma por la paradoja de Russell. De hecho, +sólo las categorías que son conjuntos pueden estar dentro de una categoría de +categorías, pues las clases propias no pueden estar dentro de otras clases. + +\begin{definition} + Una categoría es \conc{pequeña} si es un conjunto, es decir, si tanto su + clase de objetos como su clase de morfismos son conjuntos. Llamamos $\bCat$ + a la categoría de las categorías pequeñas y los funtores entre ellas. +\end{definition} + +Esto no es del todo satisfactorio, pues la mayoría de las categorías no son +pequeñas. Es por ello que en teoría de categorías es común usar extensiones de +ZFC para lidiar con estos casos. MacLane\cite[pp. 21--26]{maclane} propone una +extensión basada en universos de Grothendieck. + +\begin{definition} + Un \conc{universo} (\conc{de Grothendieck}) es un conjunto $\UNIVERSE$ tal que: + \begin{enumerate} + \item Si $x\in u\in\UNIVERSE$ entonces $x\in\UNIVERSE$. + \item Si $u,v\in\UNIVERSE$ entonces $\{u,v\}\in\UNIVERSE$. + \item Si $x\in\UNIVERSE$ entonces $\power{x},\bigcup{x}\in\UNIVERSE$. + \item Si $I\in\UNIVERSE$ y $f:I\to\UNIVERSE$ es una función, entonces + $\Img{f}\in\UNIVERSE$. + \item $\sNat\in\UNIVERSE$. + \end{enumerate} +\end{definition} + +La idea es que un universo contendría todos los conjuntos con lo que uno +trataría trabajar normalmente dentro de ZFC, como ilustran las siguientes +propiedades fáciles de probar. + +\begin{proposition} + Sea $\UNIVERSE$ un universo: + \begin{enumerate} + \item Si $v\subseteq u\in\UNIVERSE$ entonces $v\in\UNIVERSE$. + \item Si $u,v\in\UNIVERSE$, entonces $(u,v),u\times v\in\UNIVERSE$. + \item Si $\{x_i\}_{i\in I}$ es una familia de elementos de $\UNIVERSE$ con $I\in\UNIVERSE$, + entonces $\prod_{i\in I}x_i,\bigcup_{i\in I}x_i,\bigcap_{i\in I}x_i\in\UNIVERSE$. + \item Si $a,b\in\UNIVERSE$, todas las funciones $f:a\to b$ cumplen $f\in\UNIVERSE$. + \item Si $a\in\UNIVERSE$ y $b\subseteq\UNIVERSE$ con $|a|=|b|$ entonces $b\in\UNIVERSE$. + \end{enumerate} +\end{proposition} + +% TODO + +%%% Local Variables: +%%% mode: latex +%%% TeX-master: "main" +%%% End: |
