Incompréhension solution exercice adjoint

Bonjour
Je ne comprends pas la solution d'un exercise du pdf "Category Theory for Computing Science" de Barr et Wells.
Dans le 13.2.9.9, on demande de prouver que pour tout ensemble $A$ comprenant plus d'un élément, le foncteur $-\times A:\mathbf{Set}\to\mathbf{Set}$ n'a pas d'adjoint à gauche ; on donne comme astuce que $1\times A$ est isomorphe à $A$.

J'ai essayé de prouver ça en partant de la définition d'un morphisme initial : si $L$ est un foncteur à gauche, pour tout ensemble $X$ on a un morphisme $\epsilon_X: L(X\times A)\to X$ de sorte que pour tout $B$ et un morphisme $f:L(B)\to X$ on a un unique morphisme $h:B\to X\times A$ de sorte que $\epsilon_X \circ L(h) = f$. Si on prend $X = 1$, vu qu'on a toujours un morphisme entre $L(B)\to X)$, on a toujours un unique morphisme entre $B$ et $1\times A$ qui est isomorphe à $A$, bref $A$ est un objet terminal ce qui contredit l'hypothèse de départ.
Je me suis peut-être planté dans le sens des foncteurs et ma démonstration est peut-être fausse du coup.

Maintenant la solution de Barr et Wells se base sur le morphisme terminal : si $F$ est un adjoint à gauche, alors pour tout $X$ on a un morphisme $\eta_X:X\to F(X)\times A$ de sorte que pour tout $Y$ et morphisme $f:X\to Y\times A$ on a une unique fonction $g:F(X)\to Y$ qui fasse commuter le diagramme. En prennant $Y = 1$ la fonction $g:F(X)\to 1$ est unique, donc il ne peut y avoir qu'une seule fonction $f:X\to 1\times A$ isomorphe à $A$. Si $X$ est non vide c'est faux car il peut y avoir plusieurs fonctions.

Ce que je ne comprends pas, c'est qu'on puisse dire qu'en partant de l'unicité de la fonction $g$ on a forcément une seule fonction $f$ entre $X$ et $A$...

Réponses

  • Les morphismes $X\to Y\times A$ sont en bijection avec les morphismes $F(X)\to Y$. En prenant $Y=1$, les morphismes $F(X)\to 1$ sont en bijection avec les morphismes $X\to 1\times A$ donc avec les morphismes $X\to A$.

    En particulier, l'ensemble des morphismes $X\to A$ est un singleton, donc $A$ est terminal etc.

    C'est exactement la même preuve que celle que tu proposes, sauf que toi tu utilises l'explicitation de la bijection qui vient de $\epsilon$, alors que les auteurs utilisent l'explicitation qui vient de $\eta$ : les deux sont équivalentes, de toute façon. Si tu comprends ta démonstration (en particulier pourquoi l'une des unicités implique l'autre), tu dois comprendre la leur.

    Le point clé étant que $\hom(F(X),Y)\cong \hom(X,Y\times A)$, la forme précise de la bijection ne joue pas de rôle ici (parfois, si !)

    (une autre formulation : si $-\times A$ est adjoint à droite, il préserve les limites, en particulier l'objet terminal. Donc $1\times A\cong A$ est terminal)
  • Ce que je ne comprend pas, c'est qu'on puisse dire qu'en partant de l'unicité de la fonction $g$ on a forcément une seule fonction

    Tu as parfaitement raison de ne pas la comprendre. C'est une hypothèse (qui est dans la définition, à ceci près qu'elle parle de $1\times A$ et non de $A$).

    C'est toujours très éprouvant d'essayer de comprendre une hypothèse, vu que le raisonnement l'attaque forcément.

    Du coup, si tu branches ton cerveau en mode "la défendre", t'es mal. .
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Merci, effectivement avec la caractérisation basée sur les homset je vois mieux ce qui se passe. En fait déjà avec les diagrammes étant donné que $\epsilon$ est fixe, $f$ est déterminé par $g$ autant que $g$ est déterminé par $f$, je n'ai juste pas pris de recul sur mon dessin.
  • Qui peut le plus peut le moins comme on dit. Ici l'hypothèse "adjonction" est luxueuse.

    Il n'y a tout simplement pas de bijection (même sans demander les diagrammes cohérents) entre

    l'ensemble des applications de $F(X)$ dans $1$

    et

    l'ensemble des applications de $X$ dans $1×A$

    en rappelant que $1:=\{0\}$

    sinon je n'aurais pas posté dans le fil. Tu me verras rarissimement aider quelqu'un en catégorie.
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  • Sans ouvrir un autre fil, ça pourrait satisfaire les lecteurs qui ont ce fil à la bonne de voir des exemples de couples de foncteurs $F,G$ tels que $\forall X,Y: [card(F(X)\to Y) = card(X\to G(Y))]$, qui ne soient pas des adjonctions.

    On peut "vite fait" imaginer que quand l'humain produit de tels couples, ça risque fort d'être des adjonctions, sauf à le faire exprès ou tomber dans les cas triviaux de cardinaux égalisés par l'axiome du choix.
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  • Précision: j'utilise la notation $(A\to B):=Hom(A,B)$.
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