Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Emily Riehl
Johns Hopkins University
Categorifying cardinal arithmetic
University of Chicago REU
Plan
Goal: prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) for any natural numbers
๐, ๐, and ๐ .
by taking a tour of some deep ideas from category theory.
โข Step 1: categorification
โข Step 2: the Yoneda lemma
โข Step 3: representability
โข Step 4: the proof
โข Epilogue: what was the point of that?
Plan
Goal: prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) for any natural numbers
๐, ๐, and ๐ by taking a tour of some deep ideas from category theory.
โข Step 1: categorification
โข Step 2: the Yoneda lemma
โข Step 3: representability
โข Step 4: the proof
โข Epilogue: what was the point of that?
Plan
Goal: prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) for any natural numbers
๐, ๐, and ๐ by taking a tour of some deep ideas from category theory.
โข Step 1: categorification
โข Step 2: the Yoneda lemma
โข Step 3: representability
โข Step 4: the proof
โข Epilogue: what was the point of that?
Plan
Goal: prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) for any natural numbers
๐, ๐, and ๐ by taking a tour of some deep ideas from category theory.
โข Step 1: categorification
โข Step 2: the Yoneda lemma
โข Step 3: representability
โข Step 4: the proof
โข Epilogue: what was the point of that?
1
Step 1: categorification
The idea of categorification
The first step is to understand the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)
as expressing some deeper truth about mathematical structures.
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
Q: What is the role of the natural numbers ๐, ๐, and ๐ ?
The idea of categorification
The first step is to understand the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)
as expressing some deeper truth about mathematical structures.
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
Q: What is the role of the natural numbers ๐, ๐, and ๐ ?
The idea of categorification
The first step is to understand the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)
as expressing some deeper truth about mathematical structures.
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
Q: What is the role of the natural numbers ๐, ๐, and ๐ ?
Categorifying natural numbers
Q: What is the role of the natural numbers ๐, ๐, and ๐ ?
A: Natural numbers define the cardinalities, or sizes, of finite sets.
Natural numbers ๐, ๐, and ๐ encode the sizes of finite sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ.
๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, ๐ โ |๐ถ|.
Categorifying natural numbers
Q: What is the role of the natural numbers ๐, ๐, and ๐ ?
A: Natural numbers define the cardinalities, or sizes, of finite sets.
Natural numbers ๐, ๐, and ๐ encode the sizes of finite sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ.
๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, ๐ โ |๐ถ|.
Categorifying natural numbers
Q: What is the role of the natural numbers ๐, ๐, and ๐ ?
A: Natural numbers define the cardinalities, or sizes, of finite sets.
Natural numbers ๐, ๐, and ๐ encode the sizes of finite sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ.
๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, ๐ โ |๐ถ|.
Categorifying equality
Natural numbers ๐, ๐, and ๐ encode the sizes of finite sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ.
๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, ๐ โ |๐ถ|.
Q: What is true of ๐ด and ๐ต if ๐ = ๐ ?A: ๐ = ๐ if and only if ๐ด and ๐ต are isomorphic, which means there exist
functions ๐โถ ๐ด โ ๐ต and ๐โถ ๐ต โ ๐ด that are inverses in the sense that
๐ โ ๐ = id and ๐ โ ๐ = id. In this case, we write ๐ด โ ๐ต.
For ๐ โ |๐ด| and ๐ โ |๐ต|,the equation ๐ = ๐ asserts the existence of an isomorphism ๐ด โ ๐ต.
Eugenia Cheng: โAll equations are lies.โ
Categorification: the truth behind ๐ = ๐ is ๐ด โ ๐ต.
Categorifying equality
Natural numbers ๐, ๐, and ๐ encode the sizes of finite sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ.
๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, ๐ โ |๐ถ|.
Q: What is true of ๐ด and ๐ต if ๐ = ๐ ?
A: ๐ = ๐ if and only if ๐ด and ๐ต are isomorphic, which means there exist
functions ๐โถ ๐ด โ ๐ต and ๐โถ ๐ต โ ๐ด that are inverses in the sense that
๐ โ ๐ = id and ๐ โ ๐ = id. In this case, we write ๐ด โ ๐ต.
For ๐ โ |๐ด| and ๐ โ |๐ต|,the equation ๐ = ๐ asserts the existence of an isomorphism ๐ด โ ๐ต.
Eugenia Cheng: โAll equations are lies.โ
Categorification: the truth behind ๐ = ๐ is ๐ด โ ๐ต.
Categorifying equality
Natural numbers ๐, ๐, and ๐ encode the sizes of finite sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ.
๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, ๐ โ |๐ถ|.
Q: What is true of ๐ด and ๐ต if ๐ = ๐ ?A: ๐ = ๐ if and only if ๐ด and ๐ต are isomorphic, which means there exist
functions ๐โถ ๐ด โ ๐ต and ๐โถ ๐ต โ ๐ด that are inverses in the sense that
๐ โ ๐ = id and ๐ โ ๐ = id. In this case, we write ๐ด โ ๐ต.
For ๐ โ |๐ด| and ๐ โ |๐ต|,the equation ๐ = ๐ asserts the existence of an isomorphism ๐ด โ ๐ต.
Eugenia Cheng: โAll equations are lies.โ
Categorification: the truth behind ๐ = ๐ is ๐ด โ ๐ต.
Categorifying equality
Natural numbers ๐, ๐, and ๐ encode the sizes of finite sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ.
๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, ๐ โ |๐ถ|.
Q: What is true of ๐ด and ๐ต if ๐ = ๐ ?A: ๐ = ๐ if and only if ๐ด and ๐ต are isomorphic, which means there exist
functions ๐โถ ๐ด โ ๐ต and ๐โถ ๐ต โ ๐ด that are inverses in the sense that
๐ โ ๐ = id and ๐ โ ๐ = id. In this case, we write ๐ด โ ๐ต.
For ๐ โ |๐ด| and ๐ โ |๐ต|,the equation ๐ = ๐ asserts the existence of an isomorphism ๐ด โ ๐ต.
Eugenia Cheng: โAll equations are lies.โ
Categorification: the truth behind ๐ = ๐ is ๐ด โ ๐ต.
Categorifying equality
Natural numbers ๐, ๐, and ๐ encode the sizes of finite sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ.
๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, ๐ โ |๐ถ|.
Q: What is true of ๐ด and ๐ต if ๐ = ๐ ?A: ๐ = ๐ if and only if ๐ด and ๐ต are isomorphic, which means there exist
functions ๐โถ ๐ด โ ๐ต and ๐โถ ๐ต โ ๐ด that are inverses in the sense that
๐ โ ๐ = id and ๐ โ ๐ = id. In this case, we write ๐ด โ ๐ต.
For ๐ โ |๐ด| and ๐ โ |๐ต|,the equation ๐ = ๐ asserts the existence of an isomorphism ๐ด โ ๐ต.
Eugenia Cheng: โAll equations are lies.โ
Categorification: the truth behind ๐ = ๐ is ๐ด โ ๐ต.
Categorifying equality
Natural numbers ๐, ๐, and ๐ encode the sizes of finite sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ.
๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, ๐ โ |๐ถ|.
Q: What is true of ๐ด and ๐ต if ๐ = ๐ ?A: ๐ = ๐ if and only if ๐ด and ๐ต are isomorphic, which means there exist
functions ๐โถ ๐ด โ ๐ต and ๐โถ ๐ต โ ๐ด that are inverses in the sense that
๐ โ ๐ = id and ๐ โ ๐ = id. In this case, we write ๐ด โ ๐ต.
For ๐ โ |๐ด| and ๐ โ |๐ต|,the equation ๐ = ๐ asserts the existence of an isomorphism ๐ด โ ๐ต.
Eugenia Cheng: โAll equations are lies.โ
Categorification: the truth behind ๐ = ๐ is ๐ด โ ๐ต.
Categorification progress report
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
The story so far:
โข The natural numbers ๐, ๐, and ๐ encode the sizes of finite sets ๐ด, ๐ต,
and ๐ถ:
๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, ๐ โ |๐ถ|.
โข The equation โ=โ asserts the existence of an isomorphism โโ โ.
Q: What is the deeper meaning of the symbols โ+โ and โรโ?
Categorification progress report
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
The story so far:
โข The natural numbers ๐, ๐, and ๐ encode the sizes of finite sets ๐ด, ๐ต,
and ๐ถ:
๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, ๐ โ |๐ถ|.
โข The equation โ=โ asserts the existence of an isomorphism โโ โ.
Q: What is the deeper meaning of the symbols โ+โ and โรโ?
Categorification progress report
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
The story so far:
โข The natural numbers ๐, ๐, and ๐ encode the sizes of finite sets ๐ด, ๐ต,
and ๐ถ:
๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, ๐ โ |๐ถ|.
โข The equation โ=โ asserts the existence of an isomorphism โโ โ.
Q: What is the deeper meaning of the symbols โ+โ and โรโ?
Categorification progress report
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
The story so far:
โข The natural numbers ๐, ๐, and ๐ encode the sizes of finite sets ๐ด, ๐ต,
and ๐ถ:
๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, ๐ โ |๐ถ|.
โข The equation โ=โ asserts the existence of an isomorphism โโ โ.
Q: What is the deeper meaning of the symbols โ+โ and โรโ?
Categorifying +
Q: If ๐ โ |๐ต| and ๐ โ |๐ถ| what set has ๐ + ๐ elements?
A: The disjoint union ๐ต +๐ถ is a set with ๐ + ๐ elements.
๐ต =โง{โจ{โฉ
โฏโญโฎ
โซ}โฌ}โญ
, ๐ถ = { โ โกโข โฃ } , ๐ต + ๐ถ = { โฏ โญ โ โก
โฎ โข โฃ }
๐ + ๐ โ |๐ต + ๐ถ|
Categorifying +
Q: If ๐ โ |๐ต| and ๐ โ |๐ถ| what set has ๐ + ๐ elements?
A: The disjoint union ๐ต +๐ถ is a set with ๐ + ๐ elements.
๐ต =โง{โจ{โฉ
โฏโญโฎ
โซ}โฌ}โญ
, ๐ถ = { โ โกโข โฃ } , ๐ต + ๐ถ = { โฏ โญ โ โก
โฎ โข โฃ }
๐ + ๐ โ |๐ต + ๐ถ|
Categorifying +
Q: If ๐ โ |๐ต| and ๐ โ |๐ถ| what set has ๐ + ๐ elements?
A: The disjoint union ๐ต +๐ถ is a set with ๐ + ๐ elements.
๐ต =โง{โจ{โฉ
โฏโญโฎ
โซ}โฌ}โญ
, ๐ถ = { โ โกโข โฃ } , ๐ต + ๐ถ = { โฏ โญ โ โก
โฎ โข โฃ }
๐ + ๐ โ |๐ต + ๐ถ|
Categorifying ร
Q: If ๐ โ |๐ด| and ๐ โ |๐ต| what set has ๐ ร ๐ elements?
A: The cartesian product ๐ดร๐ต is a set with ๐ ร ๐ elements.
๐ด = { โ โ } , ๐ต =โง{โจ{โฉ
โฏโญโฎ
โซ}โฌ}โญ
, ๐ด ร๐ต =โง{โจ{โฉ
(โ, โฏ) (โ, โฏ)(โ, โญ) (โ, โญ)(โ, โฎ) (โ, โฎ)
โซ}โฌ}โญ
๐ร ๐ โ |๐ด ร ๐ต|
Categorifying ร
Q: If ๐ โ |๐ด| and ๐ โ |๐ต| what set has ๐ ร ๐ elements?
A: The cartesian product ๐ดร๐ต is a set with ๐ ร ๐ elements.
๐ด = { โ โ } , ๐ต =โง{โจ{โฉ
โฏโญโฎ
โซ}โฌ}โญ
, ๐ด ร๐ต =โง{โจ{โฉ
(โ, โฏ) (โ, โฏ)(โ, โญ) (โ, โญ)(โ, โฎ) (โ, โฎ)
โซ}โฌ}โญ
๐ร ๐ โ |๐ด ร ๐ต|
Categorifying ร
Q: If ๐ โ |๐ด| and ๐ โ |๐ต| what set has ๐ ร ๐ elements?
A: The cartesian product ๐ดร๐ต is a set with ๐ ร ๐ elements.
๐ด = { โ โ } , ๐ต =โง{โจ{โฉ
โฏโญโฎ
โซ}โฌ}โญ
, ๐ด ร๐ต =โง{โจ{โฉ
(โ, โฏ) (โ, โฏ)(โ, โญ) (โ, โญ)(โ, โฎ) (โ, โฎ)
โซ}โฌ}โญ
๐ร ๐ โ |๐ด ร ๐ต|
Categorifying cardinal arithmetic
In summary:
โข Natural numbers define cardinalities: there are sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so
that ๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|.โข The equation ๐ = ๐ encodes an isomorphism ๐ด โ ๐ต.
โข The disjoint union ๐ต +๐ถ is a set with ๐ + ๐ elements.
โข The cartesian product ๐ดร๐ต is a set with ๐ ร ๐ elements.
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
A: It means that the sets ๐ดร (๐ต + ๐ถ) and (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ) areisomorphic!
๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)
Categorifying cardinal arithmetic
In summary:
โข Natural numbers define cardinalities: there are sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so
that ๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|.
โข The equation ๐ = ๐ encodes an isomorphism ๐ด โ ๐ต.
โข The disjoint union ๐ต +๐ถ is a set with ๐ + ๐ elements.
โข The cartesian product ๐ดร๐ต is a set with ๐ ร ๐ elements.
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
A: It means that the sets ๐ดร (๐ต + ๐ถ) and (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ) areisomorphic!
๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)
Categorifying cardinal arithmetic
In summary:
โข Natural numbers define cardinalities: there are sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so
that ๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|.โข The equation ๐ = ๐ encodes an isomorphism ๐ด โ ๐ต.
โข The disjoint union ๐ต +๐ถ is a set with ๐ + ๐ elements.
โข The cartesian product ๐ดร๐ต is a set with ๐ ร ๐ elements.
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
A: It means that the sets ๐ดร (๐ต + ๐ถ) and (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ) areisomorphic!
๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)
Categorifying cardinal arithmetic
In summary:
โข Natural numbers define cardinalities: there are sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so
that ๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|.โข The equation ๐ = ๐ encodes an isomorphism ๐ด โ ๐ต.
โข The disjoint union ๐ต +๐ถ is a set with ๐ + ๐ elements.
โข The cartesian product ๐ดร๐ต is a set with ๐ ร ๐ elements.
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
A: It means that the sets ๐ดร (๐ต + ๐ถ) and (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ) areisomorphic!
๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)
Categorifying cardinal arithmetic
In summary:
โข Natural numbers define cardinalities: there are sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so
that ๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|.โข The equation ๐ = ๐ encodes an isomorphism ๐ด โ ๐ต.
โข The disjoint union ๐ต +๐ถ is a set with ๐ + ๐ elements.
โข The cartesian product ๐ดร๐ต is a set with ๐ ร ๐ elements.
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
A: It means that the sets ๐ดร (๐ต + ๐ถ) and (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ) areisomorphic!
๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)
Categorifying cardinal arithmetic
In summary:
โข Natural numbers define cardinalities: there are sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so
that ๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|.โข The equation ๐ = ๐ encodes an isomorphism ๐ด โ ๐ต.
โข The disjoint union ๐ต +๐ถ is a set with ๐ + ๐ elements.
โข The cartesian product ๐ดร๐ต is a set with ๐ ร ๐ elements.
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
A: It means that the sets ๐ดร (๐ต + ๐ถ) and (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ) areisomorphic!
๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)
Categorifying cardinal arithmetic
In summary:
โข Natural numbers define cardinalities: there are sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so
that ๐ โ |๐ด|, ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|.โข The equation ๐ = ๐ encodes an isomorphism ๐ด โ ๐ต.
โข The disjoint union ๐ต +๐ถ is a set with ๐ + ๐ elements.
โข The cartesian product ๐ดร๐ต is a set with ๐ ร ๐ elements.
Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
A: It means that the sets ๐ดร (๐ต + ๐ถ) and (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ) areisomorphic!
๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)
Summary of Step 1Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
A: The sets ๐ดร (๐ต + ๐ถ) and (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ) are isomorphic!
โง{{{{โจ{{{{โฉ
(โ, โฏ) (โ, โฏ)(โ, โญ) (โ, โญ)(โ, โฎ) (โ, โฎ)(โ,โ ) (โ,โ )(โ,โก) (โ,โก)(โ,โข) (โ,โข)(โ,โฃ) (โ,โฃ)
โซ}}}}โฌ}}}}โญ
โ
โง{{โจ{{โฉ
(โ, โฏ) (โ, โญ) (โ,โ ) (โ,โก)(โ, โฎ) (โ,โข) (โ,โฃ)
(โ, โฏ) (โ, โญ) (โ,โ ) (โ,โก)(โ, โฎ) (โ,โข) (โ,โฃ)
โซ}}โฌ}}โญ
๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
Summary of Step 1Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
A: The sets ๐ดร (๐ต + ๐ถ) and (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ) are isomorphic!
โง{{{{โจ{{{{โฉ
(โ, โฏ) (โ, โฏ)(โ, โญ) (โ, โญ)(โ, โฎ) (โ, โฎ)(โ,โ ) (โ,โ )(โ,โก) (โ,โก)(โ,โข) (โ,โข)(โ,โฃ) (โ,โฃ)
โซ}}}}โฌ}}}}โญ
โ
โง{{โจ{{โฉ
(โ, โฏ) (โ, โญ) (โ,โ ) (โ,โก)(โ, โฎ) (โ,โข) (โ,โฃ)
(โ, โฏ) (โ, โญ) (โ,โ ) (โ,โก)(โ, โฎ) (โ,โข) (โ,โฃ)
โซ}}โฌ}}โญ
๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)
By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
Summary of Step 1Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
A: The sets ๐ดร (๐ต + ๐ถ) and (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ) are isomorphic!
โง{{{{โจ{{{{โฉ
(โ, โฏ) (โ, โฏ)(โ, โญ) (โ, โญ)(โ, โฎ) (โ, โฎ)(โ,โ ) (โ,โ )(โ,โก) (โ,โก)(โ,โข) (โ,โข)(โ,โฃ) (โ,โฃ)
โซ}}}}โฌ}}}}โญ
โ
โง{{โจ{{โฉ
(โ, โฏ) (โ, โญ) (โ,โ ) (โ,โก)(โ, โฎ) (โ,โข) (โ,โฃ)
(โ, โฏ) (โ, โญ) (โ,โ ) (โ,โก)(โ, โฎ) (โ,โข) (โ,โฃ)
โซ}}โฌ}}โญ
๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)
โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
Summary of Step 1Q: What is the deeper meaning of the equation
๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐) ?
A: The sets ๐ดร (๐ต + ๐ถ) and (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ) are isomorphic!
โง{{{{โจ{{{{โฉ
(โ, โฏ) (โ, โฏ)(โ, โญ) (โ, โญ)(โ, โฎ) (โ, โฎ)(โ,โ ) (โ,โ )(โ,โก) (โ,โก)(โ,โข) (โ,โข)(โ,โฃ) (โ,โฃ)
โซ}}}}โฌ}}}}โญ
โ
โง{{โจ{{โฉ
(โ, โฏ) (โ, โญ) (โ,โ ) (โ,โก)(โ, โฎ) (โ,โข) (โ,โฃ)
(โ, โฏ) (โ, โญ) (โ,โ ) (โ,โก)(โ, โฎ) (โ,โข) (โ,โฃ)
โซ}}โฌ}}โญ
๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
2
Step 2: the Yoneda lemma
The Yoneda lemma
The Yoneda lemma. Two sets ๐ด and ๐ต are isomorphic if and only if
โข for all sets ๐, the sets of functions
Fun(๐ด,๐) โ {โโถ ๐ด โ ๐} and Fun(๐ต,๐) โ {๐โถ ๐ต โ ๐}
are isomorphic and moreover
โข the isomorphisms Fun(๐ด,๐) โ Fun(๐ต,๐) are โnaturalโ in the
sense of commuting with composition with any function โ โถ ๐ โ ๐.
? ? ?
The Yoneda lemma
The Yoneda lemma. Two sets ๐ด and ๐ต are isomorphic if and only if
โข for all sets ๐, the sets of functions
Fun(๐ด,๐) โ {โโถ ๐ด โ ๐} and Fun(๐ต,๐) โ {๐โถ ๐ต โ ๐}
are isomorphic
and moreover
โข the isomorphisms Fun(๐ด,๐) โ Fun(๐ต,๐) are โnaturalโ in the
sense of commuting with composition with any function โ โถ ๐ โ ๐.
? ? ?
The Yoneda lemma
The Yoneda lemma. Two sets ๐ด and ๐ต are isomorphic if and only if
โข for all sets ๐, the sets of functions
Fun(๐ด,๐) โ {โโถ ๐ด โ ๐} and Fun(๐ต,๐) โ {๐โถ ๐ต โ ๐}
are isomorphic and moreover
โข the isomorphisms Fun(๐ด,๐) โ Fun(๐ต,๐) are โnaturalโ in the
sense of commuting with composition with any function โ โถ ๐ โ ๐.
? ? ?
The Yoneda lemma
The Yoneda lemma. Two sets ๐ด and ๐ต are isomorphic if and only if
โข for all sets ๐, the sets of functions
Fun(๐ด,๐) โ {โโถ ๐ด โ ๐} and Fun(๐ต,๐) โ {๐โถ ๐ต โ ๐}
are isomorphic and moreover
โข the isomorphisms Fun(๐ด,๐) โ Fun(๐ต,๐) are โnaturalโ in the
sense of commuting with composition with any function โ โถ ๐ โ ๐.
? ? ?
Proof of the Yoneda lemma
The Yoneda lemma. ๐ด and ๐ต are isomorphic if and only if for any ๐ the
sets of functions Fun(๐ด,๐) and Fun(๐ต,๐) are โnaturallyโ isomorphic.
Proof (โ): Suppose Fun(๐ด,๐) โ Fun(๐ต,๐) for all ๐. Taking ๐ = ๐ดand ๐ = ๐ต, we use the bijections:
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด) Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
๐ด
โ โ
to define functions ๐โถ ๐ต โ ๐ด and ๐โถ ๐ด โ ๐ต. By naturality:
id๐ด ๐
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด)
Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
๐ id๐ต = ๐ โ ๐
โ โ
โ ๐โโ ๐โโ
โ โ โ
and similarly
๐ โ ๐ = id๐ด.
Proof of the Yoneda lemma
The Yoneda lemma. ๐ด and ๐ต are isomorphic if and only if for any ๐ the
sets of functions Fun(๐ด,๐) and Fun(๐ต,๐) are โnaturallyโ isomorphic.
Proof (โ):
Suppose Fun(๐ด,๐) โ Fun(๐ต,๐) for all ๐. Taking ๐ = ๐ดand ๐ = ๐ต, we use the bijections:
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด) Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
๐ด
โ โ
to define functions ๐โถ ๐ต โ ๐ด and ๐โถ ๐ด โ ๐ต. By naturality:
id๐ด ๐
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด)
Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
๐ id๐ต = ๐ โ ๐
โ โ
โ ๐โโ ๐โโ
โ โ โ
and similarly
๐ โ ๐ = id๐ด.
Proof of the Yoneda lemma
The Yoneda lemma. ๐ด and ๐ต are isomorphic if and only if for any ๐ the
sets of functions Fun(๐ด,๐) and Fun(๐ต,๐) are โnaturallyโ isomorphic.
Proof (โ): Suppose Fun(๐ด,๐) โ Fun(๐ต,๐) for all ๐.
Taking ๐ = ๐ดand ๐ = ๐ต, we use the bijections:
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด) Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
๐ด
โ โ
to define functions ๐โถ ๐ต โ ๐ด and ๐โถ ๐ด โ ๐ต. By naturality:
id๐ด ๐
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด)
Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
๐ id๐ต = ๐ โ ๐
โ โ
โ ๐โโ ๐โโ
โ โ โ
and similarly
๐ โ ๐ = id๐ด.
Proof of the Yoneda lemma
The Yoneda lemma. ๐ด and ๐ต are isomorphic if and only if for any ๐ the
sets of functions Fun(๐ด,๐) and Fun(๐ต,๐) are โnaturallyโ isomorphic.
Proof (โ): Suppose Fun(๐ด,๐) โ Fun(๐ต,๐) for all ๐. Taking ๐ = ๐ดand ๐ = ๐ต, we use the bijections:
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด) Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
๐ด
โ โ
to define functions ๐โถ ๐ต โ ๐ด and ๐โถ ๐ด โ ๐ต. By naturality:
id๐ด ๐
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด)
Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
๐ id๐ต = ๐ โ ๐
โ โ
โ ๐โโ ๐โโ
โ โ โ
and similarly
๐ โ ๐ = id๐ด.
Proof of the Yoneda lemma
The Yoneda lemma. ๐ด and ๐ต are isomorphic if and only if for any ๐ the
sets of functions Fun(๐ด,๐) and Fun(๐ต,๐) are โnaturallyโ isomorphic.
Proof (โ): Suppose Fun(๐ด,๐) โ Fun(๐ต,๐) for all ๐. Taking ๐ = ๐ดand ๐ = ๐ต, we use the bijections:
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด) Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
id๐ด id๐ต
โ โ
โ โ
to define functions ๐โถ ๐ต โ ๐ด and ๐โถ ๐ด โ ๐ต. By naturality:
id๐ด ๐
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด)
Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
๐ id๐ต = ๐ โ ๐
โ โ
โ ๐โโ ๐โโ
โ โ โ
and similarly
๐ โ ๐ = id๐ด.
Proof of the Yoneda lemma
The Yoneda lemma. ๐ด and ๐ต are isomorphic if and only if for any ๐ the
sets of functions Fun(๐ด,๐) and Fun(๐ต,๐) are โnaturallyโ isomorphic.
Proof (โ): Suppose Fun(๐ด,๐) โ Fun(๐ต,๐) for all ๐. Taking ๐ = ๐ดand ๐ = ๐ต, we use the bijections:
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด) Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
id๐ด ๐ ๐ id๐ต
โ โ
โ โ โ โ
to define functions ๐โถ ๐ต โ ๐ด and ๐โถ ๐ด โ ๐ต.
By naturality:
id๐ด ๐
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด)
Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
๐ id๐ต = ๐ โ ๐
โ โ
โ ๐โโ ๐โโ
โ โ โ
and similarly
๐ โ ๐ = id๐ด.
Proof of the Yoneda lemma
The Yoneda lemma. ๐ด and ๐ต are isomorphic if and only if for any ๐ the
sets of functions Fun(๐ด,๐) and Fun(๐ต,๐) are โnaturallyโ isomorphic.
Proof (โ): Suppose Fun(๐ด,๐) โ Fun(๐ต,๐) for all ๐. Taking ๐ = ๐ดand ๐ = ๐ต, we use the bijections:
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด) Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
id๐ด ๐ ๐ id๐ต
โ โ
โ โ โ โ
to define functions ๐โถ ๐ต โ ๐ด and ๐โถ ๐ด โ ๐ต. By naturality:
id๐ด ๐
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด)
Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
๐ id๐ต = ๐ โ ๐
โ โ
โ ๐โโ ๐โโ
โ โ โ
and similarly
๐ โ ๐ = id๐ด.
Proof of the Yoneda lemma
The Yoneda lemma. ๐ด and ๐ต are isomorphic if and only if for any ๐ the
sets of functions Fun(๐ด,๐) and Fun(๐ต,๐) are โnaturallyโ isomorphic.
Proof (โ): Suppose Fun(๐ด,๐) โ Fun(๐ต,๐) for all ๐. Taking ๐ = ๐ดand ๐ = ๐ต, we use the bijections:
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด) Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
id๐ด ๐ ๐ id๐ต
โ โ
โ โ โ โ
to define functions ๐โถ ๐ต โ ๐ด and ๐โถ ๐ด โ ๐ต. By naturality:
id๐ด ๐
Fun(๐ด,๐ด) Fun(๐ต,๐ด)
Fun(๐ด,๐ต) Fun(๐ต,๐ต)
๐ id๐ต = ๐ โ ๐
โ โ
โ ๐โโ ๐โโ
โ โ โ
and similarly
๐ โ ๐ = id๐ด.
Summary of Steps 1 and 2
By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)
โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
By the Yoneda lemma:
Step 2 summary: To prove ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)โ weโll instead define a โnaturalโ isomorphism
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).
Summary of Steps 1 and 2
By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
By the Yoneda lemma:
Step 2 summary: To prove ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)โ weโll instead define a โnaturalโ isomorphism
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).
Summary of Steps 1 and 2
By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
By the Yoneda lemma:
Step 2 summary: To prove ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)
โ weโll instead define a โnaturalโ isomorphism
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).
Summary of Steps 1 and 2
By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
By the Yoneda lemma:
Step 2 summary: To prove ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)โ weโll instead define a โnaturalโ isomorphism
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).
3
Step 3: representability
The universal property of the disjoint union
Q: For sets ๐ต, ๐ถ, and ๐, what is Fun(๐ต + ๐ถ,๐)?
Q: What is needed to define a function ๐โถ ๐ต + ๐ถ โ ๐?
A: For each ๐ โ ๐ต, we need to specify ๐(๐) โ ๐, and for each ๐ โ ๐ถ,
we need to specify ๐(๐) โ ๐. So the function ๐โถ ๐ต + ๐ถ โ ๐ is
determined by two functions ๐๐ต โถ ๐ต โ ๐ and ๐๐ถ โถ ๐ถ โ ๐.
By โpairingโ
Fun(๐ต + ๐ถ,๐) Fun(๐ต,๐) ร Fun(๐ถ,๐)
๐ (๐๐ต, ๐๐ถ)
โ
โ
โญ
โ
The universal property of the disjoint union
Q: For sets ๐ต, ๐ถ, and ๐, what is Fun(๐ต + ๐ถ,๐)?
Q: What is needed to define a function ๐โถ ๐ต + ๐ถ โ ๐?
A: For each ๐ โ ๐ต, we need to specify ๐(๐) โ ๐, and for each ๐ โ ๐ถ,
we need to specify ๐(๐) โ ๐. So the function ๐โถ ๐ต + ๐ถ โ ๐ is
determined by two functions ๐๐ต โถ ๐ต โ ๐ and ๐๐ถ โถ ๐ถ โ ๐.
By โpairingโ
Fun(๐ต + ๐ถ,๐) Fun(๐ต,๐) ร Fun(๐ถ,๐)
๐ (๐๐ต, ๐๐ถ)
โ
โ
โญ
โ
The universal property of the disjoint union
Q: For sets ๐ต, ๐ถ, and ๐, what is Fun(๐ต + ๐ถ,๐)?
Q: What is needed to define a function ๐โถ ๐ต + ๐ถ โ ๐?
A: For each ๐ โ ๐ต, we need to specify ๐(๐) โ ๐, and for each ๐ โ ๐ถ,
we need to specify ๐(๐) โ ๐.
So the function ๐โถ ๐ต + ๐ถ โ ๐ is
determined by two functions ๐๐ต โถ ๐ต โ ๐ and ๐๐ถ โถ ๐ถ โ ๐.
By โpairingโ
Fun(๐ต + ๐ถ,๐) Fun(๐ต,๐) ร Fun(๐ถ,๐)
๐ (๐๐ต, ๐๐ถ)
โ
โ
โญ
โ
The universal property of the disjoint union
Q: For sets ๐ต, ๐ถ, and ๐, what is Fun(๐ต + ๐ถ,๐)?
Q: What is needed to define a function ๐โถ ๐ต + ๐ถ โ ๐?
A: For each ๐ โ ๐ต, we need to specify ๐(๐) โ ๐, and for each ๐ โ ๐ถ,
we need to specify ๐(๐) โ ๐. So the function ๐โถ ๐ต + ๐ถ โ ๐ is
determined by two functions ๐๐ต โถ ๐ต โ ๐ and ๐๐ถ โถ ๐ถ โ ๐.
By โpairingโ
Fun(๐ต + ๐ถ,๐) Fun(๐ต,๐) ร Fun(๐ถ,๐)
๐ (๐๐ต, ๐๐ถ)
โ
โ
โญ
โ
The universal property of the disjoint union
Q: For sets ๐ต, ๐ถ, and ๐, what is Fun(๐ต + ๐ถ,๐)?
Q: What is needed to define a function ๐โถ ๐ต + ๐ถ โ ๐?
A: For each ๐ โ ๐ต, we need to specify ๐(๐) โ ๐, and for each ๐ โ ๐ถ,
we need to specify ๐(๐) โ ๐. So the function ๐โถ ๐ต + ๐ถ โ ๐ is
determined by two functions ๐๐ต โถ ๐ต โ ๐ and ๐๐ถ โถ ๐ถ โ ๐.
By โpairingโ
Fun(๐ต + ๐ถ,๐) Fun(๐ต,๐) ร Fun(๐ถ,๐)
๐ (๐๐ต, ๐๐ถ)
โ
โ
โญโ
A universal property of the cartesian product
Q: For sets ๐ด, ๐ต, and ๐, what is Fun(๐ด ร ๐ต,๐)?
Q: What is needed to define a function ๐โถ ๐ด ร ๐ต โ ๐?
A: For each ๐ โ ๐ต and ๐ โ ๐ด, we need to specify an element
๐(๐, ๐) โ ๐. Thus, for each ๐ โ ๐ต, we need to specify a function
๐(โ, ๐) โถ ๐ด โ ๐ sending ๐ to ๐(๐, ๐). So, altogether we need to
define a function ๐โถ ๐ต โ Fun(๐ด,๐).
By โcurryingโ
Fun(๐ด ร ๐ต,๐) Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐))
๐โถ ๐ด ร ๐ต โ ๐ ๐โถ ๐ต โ Fun(๐ด,๐)
โ
โ
โญ
โ
A universal property of the cartesian product
Q: For sets ๐ด, ๐ต, and ๐, what is Fun(๐ด ร ๐ต,๐)?
Q: What is needed to define a function ๐โถ ๐ด ร ๐ต โ ๐?
A: For each ๐ โ ๐ต and ๐ โ ๐ด, we need to specify an element
๐(๐, ๐) โ ๐. Thus, for each ๐ โ ๐ต, we need to specify a function
๐(โ, ๐) โถ ๐ด โ ๐ sending ๐ to ๐(๐, ๐). So, altogether we need to
define a function ๐โถ ๐ต โ Fun(๐ด,๐).
By โcurryingโ
Fun(๐ด ร ๐ต,๐) Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐))
๐โถ ๐ด ร ๐ต โ ๐ ๐โถ ๐ต โ Fun(๐ด,๐)
โ
โ
โญ
โ
A universal property of the cartesian product
Q: For sets ๐ด, ๐ต, and ๐, what is Fun(๐ด ร ๐ต,๐)?
Q: What is needed to define a function ๐โถ ๐ด ร ๐ต โ ๐?
A: For each ๐ โ ๐ต and ๐ โ ๐ด, we need to specify an element
๐(๐, ๐) โ ๐.
Thus, for each ๐ โ ๐ต, we need to specify a function
๐(โ, ๐) โถ ๐ด โ ๐ sending ๐ to ๐(๐, ๐). So, altogether we need to
define a function ๐โถ ๐ต โ Fun(๐ด,๐).
By โcurryingโ
Fun(๐ด ร ๐ต,๐) Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐))
๐โถ ๐ด ร ๐ต โ ๐ ๐โถ ๐ต โ Fun(๐ด,๐)
โ
โ
โญ
โ
A universal property of the cartesian product
Q: For sets ๐ด, ๐ต, and ๐, what is Fun(๐ด ร ๐ต,๐)?
Q: What is needed to define a function ๐โถ ๐ด ร ๐ต โ ๐?
A: For each ๐ โ ๐ต and ๐ โ ๐ด, we need to specify an element
๐(๐, ๐) โ ๐. Thus, for each ๐ โ ๐ต, we need to specify a function
๐(โ, ๐) โถ ๐ด โ ๐ sending ๐ to ๐(๐, ๐).
So, altogether we need to
define a function ๐โถ ๐ต โ Fun(๐ด,๐).
By โcurryingโ
Fun(๐ด ร ๐ต,๐) Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐))
๐โถ ๐ด ร ๐ต โ ๐ ๐โถ ๐ต โ Fun(๐ด,๐)
โ
โ
โญ
โ
A universal property of the cartesian product
Q: For sets ๐ด, ๐ต, and ๐, what is Fun(๐ด ร ๐ต,๐)?
Q: What is needed to define a function ๐โถ ๐ด ร ๐ต โ ๐?
A: For each ๐ โ ๐ต and ๐ โ ๐ด, we need to specify an element
๐(๐, ๐) โ ๐. Thus, for each ๐ โ ๐ต, we need to specify a function
๐(โ, ๐) โถ ๐ด โ ๐ sending ๐ to ๐(๐, ๐). So, altogether we need to
define a function ๐โถ ๐ต โ Fun(๐ด,๐).
By โcurryingโ
Fun(๐ด ร ๐ต,๐) Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐))
๐โถ ๐ด ร ๐ต โ ๐ ๐โถ ๐ต โ Fun(๐ด,๐)
โ
โ
โญ
โ
A universal property of the cartesian product
Q: For sets ๐ด, ๐ต, and ๐, what is Fun(๐ด ร ๐ต,๐)?
Q: What is needed to define a function ๐โถ ๐ด ร ๐ต โ ๐?
A: For each ๐ โ ๐ต and ๐ โ ๐ด, we need to specify an element
๐(๐, ๐) โ ๐. Thus, for each ๐ โ ๐ต, we need to specify a function
๐(โ, ๐) โถ ๐ด โ ๐ sending ๐ to ๐(๐, ๐). So, altogether we need to
define a function ๐โถ ๐ต โ Fun(๐ด,๐).
By โcurryingโ
Fun(๐ด ร ๐ต,๐) Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐))
๐โถ ๐ด ร ๐ต โ ๐ ๐โถ ๐ต โ Fun(๐ด,๐)
โ
โ
โญโ
Summary of Steps 1, 2, and 3
By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)
โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
By the Yoneda lemma:
Step 2 summary: To prove ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)โ weโll instead define a โnaturalโ isomorphism
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).
By representability:
Step 3 summary:
โข Fun(๐ต + ๐ถ,๐) โ Fun(๐ต,๐) ร Fun(๐ถ,๐) by โpairingโ andโข Fun(๐ด ร ๐ต,๐) โ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) by โcurrying.โ
Summary of Steps 1, 2, and 3
By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
By the Yoneda lemma:
Step 2 summary: To prove ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)โ weโll instead define a โnaturalโ isomorphism
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).
By representability:
Step 3 summary:
โข Fun(๐ต + ๐ถ,๐) โ Fun(๐ต,๐) ร Fun(๐ถ,๐) by โpairingโ andโข Fun(๐ด ร ๐ต,๐) โ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) by โcurrying.โ
Summary of Steps 1, 2, and 3
By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
By the Yoneda lemma:
Step 2 summary: To prove ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)
โ weโll instead define a โnaturalโ isomorphism
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).
By representability:
Step 3 summary:
โข Fun(๐ต + ๐ถ,๐) โ Fun(๐ต,๐) ร Fun(๐ถ,๐) by โpairingโ andโข Fun(๐ด ร ๐ต,๐) โ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) by โcurrying.โ
Summary of Steps 1, 2, and 3
By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
By the Yoneda lemma:
Step 2 summary: To prove ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)โ weโll instead define a โnaturalโ isomorphism
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).
By representability:
Step 3 summary:
โข Fun(๐ต + ๐ถ,๐) โ Fun(๐ต,๐) ร Fun(๐ถ,๐) by โpairingโ andโข Fun(๐ด ร ๐ต,๐) โ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) by โcurrying.โ
Summary of Steps 1, 2, and 3
By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
By the Yoneda lemma:
Step 2 summary: To prove ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)โ weโll instead define a โnaturalโ isomorphism
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).
By representability:
Step 3 summary:
โข Fun(๐ต + ๐ถ,๐) โ Fun(๐ต,๐) ร Fun(๐ถ,๐) by โpairingโ andโข Fun(๐ด ร ๐ต,๐) โ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) by โcurrying.โ
Summary of Steps 1, 2, and 3
By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
By the Yoneda lemma:
Step 2 summary: To prove ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)โ weโll instead define a โnaturalโ isomorphism
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).
By representability:
Step 3 summary:
โข Fun(๐ต + ๐ถ,๐) โ Fun(๐ต,๐) ร Fun(๐ถ,๐) by โpairingโ
and
โข Fun(๐ด ร ๐ต,๐) โ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) by โcurrying.โ
Summary of Steps 1, 2, and 3
By categorification:
Step 1 summary: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐)โ weโll instead show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
By the Yoneda lemma:
Step 2 summary: To prove ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ)โ weโll instead define a โnaturalโ isomorphism
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).
By representability:
Step 3 summary:
โข Fun(๐ต + ๐ถ,๐) โ Fun(๐ต,๐) ร Fun(๐ถ,๐) by โpairingโ andโข Fun(๐ด ร ๐ต,๐) โ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) by โcurrying.โ
4
Step 4: the proof
The proof
Theorem. For any natural numbers ๐, ๐, and ๐,๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐).
Proof:
To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐):โข pick sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so that ๐ โ |๐ด|, and ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|โข and show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).โข By the Yoneda lemma, this holds if and only if, โnaturally,โ
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).โข Now
Fun(๐ด ร (๐ต+๐ถ),๐) โ
Fun(๐ต + ๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โcurryingโโ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) ร Fun(๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โpairingโโ Fun(๐ด ร ๐ต,๐) ร Fun(๐ด ร ๐ถ,๐) by โcurryingโโ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐) by โpairing.โ
The proof
Theorem. For any natural numbers ๐, ๐, and ๐,๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐).
Proof: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐):
โข pick sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so that ๐ โ |๐ด|, and ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|โข and show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).โข By the Yoneda lemma, this holds if and only if, โnaturally,โ
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).โข Now
Fun(๐ด ร (๐ต+๐ถ),๐) โ
Fun(๐ต + ๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โcurryingโโ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) ร Fun(๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โpairingโโ Fun(๐ด ร ๐ต,๐) ร Fun(๐ด ร ๐ถ,๐) by โcurryingโโ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐) by โpairing.โ
The proof
Theorem. For any natural numbers ๐, ๐, and ๐,๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐).
Proof: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐):โข pick sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so that ๐ โ |๐ด|, and ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|
โข and show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).โข By the Yoneda lemma, this holds if and only if, โnaturally,โ
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).โข Now
Fun(๐ด ร (๐ต+๐ถ),๐) โ
Fun(๐ต + ๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โcurryingโโ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) ร Fun(๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โpairingโโ Fun(๐ด ร ๐ต,๐) ร Fun(๐ด ร ๐ถ,๐) by โcurryingโโ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐) by โpairing.โ
The proof
Theorem. For any natural numbers ๐, ๐, and ๐,๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐).
Proof: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐):โข pick sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so that ๐ โ |๐ด|, and ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|โข and show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).
โข By the Yoneda lemma, this holds if and only if, โnaturally,โ
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).โข Now
Fun(๐ด ร (๐ต+๐ถ),๐) โ
Fun(๐ต + ๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โcurryingโโ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) ร Fun(๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โpairingโโ Fun(๐ด ร ๐ต,๐) ร Fun(๐ด ร ๐ถ,๐) by โcurryingโโ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐) by โpairing.โ
The proof
Theorem. For any natural numbers ๐, ๐, and ๐,๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐).
Proof: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐):โข pick sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so that ๐ โ |๐ด|, and ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|โข and show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).โข By the Yoneda lemma, this holds if and only if, โnaturally,โ
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).
โข Now
Fun(๐ด ร (๐ต+๐ถ),๐) โ
Fun(๐ต + ๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โcurryingโโ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) ร Fun(๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โpairingโโ Fun(๐ด ร ๐ต,๐) ร Fun(๐ด ร ๐ถ,๐) by โcurryingโโ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐) by โpairing.โ
The proof
Theorem. For any natural numbers ๐, ๐, and ๐,๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐).
Proof: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐):โข pick sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so that ๐ โ |๐ด|, and ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|โข and show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).โข By the Yoneda lemma, this holds if and only if, โnaturally,โ
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).โข Now
Fun(๐ด ร (๐ต+๐ถ),๐) โ
Fun(๐ต + ๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โcurryingโโ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) ร Fun(๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โpairingโโ Fun(๐ด ร ๐ต,๐) ร Fun(๐ด ร ๐ถ,๐) by โcurryingโโ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐) by โpairing.โ
The proof
Theorem. For any natural numbers ๐, ๐, and ๐,๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐).
Proof: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐):โข pick sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so that ๐ โ |๐ด|, and ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|โข and show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).โข By the Yoneda lemma, this holds if and only if, โnaturally,โ
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).โข Now
Fun(๐ด ร (๐ต+๐ถ),๐) โ Fun(๐ต + ๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โcurryingโ
โ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) ร Fun(๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โpairingโโ Fun(๐ด ร ๐ต,๐) ร Fun(๐ด ร ๐ถ,๐) by โcurryingโโ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐) by โpairing.โ
The proof
Theorem. For any natural numbers ๐, ๐, and ๐,๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐).
Proof: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐):โข pick sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so that ๐ โ |๐ด|, and ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|โข and show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).โข By the Yoneda lemma, this holds if and only if, โnaturally,โ
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).โข Now
Fun(๐ด ร (๐ต+๐ถ),๐) โ Fun(๐ต + ๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โcurryingโโ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) ร Fun(๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โpairingโ
โ Fun(๐ด ร ๐ต,๐) ร Fun(๐ด ร ๐ถ,๐) by โcurryingโโ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐) by โpairing.โ
The proof
Theorem. For any natural numbers ๐, ๐, and ๐,๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐).
Proof: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐):โข pick sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so that ๐ โ |๐ด|, and ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|โข and show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).โข By the Yoneda lemma, this holds if and only if, โnaturally,โ
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).โข Now
Fun(๐ด ร (๐ต+๐ถ),๐) โ Fun(๐ต + ๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โcurryingโโ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) ร Fun(๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โpairingโโ Fun(๐ด ร ๐ต,๐) ร Fun(๐ด ร ๐ถ,๐) by โcurryingโ
โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐) by โpairing.โ
The proof
Theorem. For any natural numbers ๐, ๐, and ๐,๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐).
Proof: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐):โข pick sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so that ๐ โ |๐ด|, and ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|โข and show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).โข By the Yoneda lemma, this holds if and only if, โnaturally,โ
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).โข Now
Fun(๐ด ร (๐ต+๐ถ),๐) โ Fun(๐ต + ๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โcurryingโโ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) ร Fun(๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โpairingโโ Fun(๐ด ร ๐ต,๐) ร Fun(๐ด ร ๐ถ,๐) by โcurryingโโ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐) by โpairing.โ
The proof
Theorem. For any natural numbers ๐, ๐, and ๐,๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐).
Proof: To prove ๐ ร (๐ + ๐) = (๐ ร ๐) + (๐ ร ๐):โข pick sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ so that ๐ โ |๐ด|, and ๐ โ |๐ต|, and ๐ โ |๐ถ|โข and show that ๐ดร (๐ต + ๐ถ) โ (๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ).โข By the Yoneda lemma, this holds if and only if, โnaturally,โ
Fun(๐ด ร (๐ต + ๐ถ),๐) โ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐).โข Now
Fun(๐ด ร (๐ต+๐ถ),๐) โ Fun(๐ต + ๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โcurryingโโ Fun(๐ต, Fun(๐ด,๐)) ร Fun(๐ถ, Fun(๐ด,๐)) by โpairingโโ Fun(๐ด ร ๐ต,๐) ร Fun(๐ด ร ๐ถ,๐) by โcurryingโโ Fun((๐ด ร ๐ต) + (๐ด ร ๐ถ),๐) by โpairing.โ
5
Epilogue: what was the point of that?
Generalization to infinite cardinals
Note we didnโt actually need the sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ to be finite.
Theorem. For any cardinals ๐ผ, ๐ฝ, ๐พ,๐ผ ร (๐ฝ + ๐พ) = (๐ผ ร ๐ฝ) + (๐ผ ร ๐พ).
Proof: The one we just gave.
Exercise: Find a similar proof for other identities of cardinal arithmetic:
๐ผ๐ฝ+๐พ = ๐ผ๐ฝ ร ๐ผ๐พ and (๐ผ๐ฝ)๐พ = ๐ผ๐ฝร๐พ = (๐ผ๐พ)๐ฝ .
Generalization to infinite cardinals
Note we didnโt actually need the sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ to be finite.
Theorem. For any cardinals ๐ผ, ๐ฝ, ๐พ,๐ผ ร (๐ฝ + ๐พ) = (๐ผ ร ๐ฝ) + (๐ผ ร ๐พ).
Proof: The one we just gave.
Exercise: Find a similar proof for other identities of cardinal arithmetic:
๐ผ๐ฝ+๐พ = ๐ผ๐ฝ ร ๐ผ๐พ and (๐ผ๐ฝ)๐พ = ๐ผ๐ฝร๐พ = (๐ผ๐พ)๐ฝ .
Generalization to infinite cardinals
Note we didnโt actually need the sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ to be finite.
Theorem. For any cardinals ๐ผ, ๐ฝ, ๐พ,๐ผ ร (๐ฝ + ๐พ) = (๐ผ ร ๐ฝ) + (๐ผ ร ๐พ).
Proof: The one we just gave.
Exercise: Find a similar proof for other identities of cardinal arithmetic:
๐ผ๐ฝ+๐พ = ๐ผ๐ฝ ร ๐ผ๐พ and (๐ผ๐ฝ)๐พ = ๐ผ๐ฝร๐พ = (๐ผ๐พ)๐ฝ .
Generalization to infinite cardinals
Note we didnโt actually need the sets ๐ด, ๐ต, and ๐ถ to be finite.
Theorem. For any cardinals ๐ผ, ๐ฝ, ๐พ,๐ผ ร (๐ฝ + ๐พ) = (๐ผ ร ๐ฝ) + (๐ผ ร ๐พ).
Proof: The one we just gave.
Exercise: Find a similar proof for other identities of cardinal arithmetic:
๐ผ๐ฝ+๐พ = ๐ผ๐ฝ ร ๐ผ๐พ and (๐ผ๐ฝ)๐พ = ๐ผ๐ฝร๐พ = (๐ผ๐พ)๐ฝ .
Generalization to other mathematical contexts
In the discussion of representability or the Yoneda lemma, we didnโt
need ๐ด, ๐ต, and ๐ถ to be sets at all!
Theorem.
โข For vector spaces ๐, ๐, ๐,
๐ โ (๐ โ๐) โ (๐ โ ๐ ) โ (๐ โ๐).
โข For nice topological spaces ๐, ๐, ๐,
๐ ร (๐ โ ๐) = (๐ ร ๐ ) โ (๐ ร ๐).
โข For abelian groups ๐ด, ๐ต, ๐ถ,
๐ดโโค (๐ต โ ๐ถ) โ (๐ด โโค ๐ต) โ (๐ด โโค ๐ถ).
Proof: The one we just gave.
Generalization to other mathematical contexts
In the discussion of representability or the Yoneda lemma, we didnโt
need ๐ด, ๐ต, and ๐ถ to be sets at all!
Theorem.
โข For vector spaces ๐, ๐, ๐,
๐ โ (๐ โ๐) โ (๐ โ ๐ ) โ (๐ โ๐).
โข For nice topological spaces ๐, ๐, ๐,
๐ ร (๐ โ ๐) = (๐ ร ๐ ) โ (๐ ร ๐).
โข For abelian groups ๐ด, ๐ต, ๐ถ,
๐ดโโค (๐ต โ ๐ถ) โ (๐ด โโค ๐ต) โ (๐ด โโค ๐ถ).
Proof: The one we just gave.
Generalization to other mathematical contexts
In the discussion of representability or the Yoneda lemma, we didnโt
need ๐ด, ๐ต, and ๐ถ to be sets at all!
Theorem.
โข For vector spaces ๐, ๐, ๐,
๐ โ (๐ โ๐) โ (๐ โ ๐ ) โ (๐ โ๐).
โข For nice topological spaces ๐, ๐, ๐,
๐ ร (๐ โ ๐) = (๐ ร ๐ ) โ (๐ ร ๐).
โข For abelian groups ๐ด, ๐ต, ๐ถ,
๐ดโโค (๐ต โ ๐ถ) โ (๐ด โโค ๐ต) โ (๐ด โโค ๐ถ).
Proof: The one we just gave.
The real point
The ideas of
โข categorification (replacing equality by isomorphism),
โข the Yoneda lemma (replacing isomorphism by natural
isomorphism),
โข representability (characterizing maps to or from an object),
โข limits and colimits (like cartesian product and disjoint union), and
โข adjunctions (such as currying)
are all over mathematics โ so keep a look out!
Thank you!
The real point
The ideas of
โข categorification (replacing equality by isomorphism),
โข the Yoneda lemma (replacing isomorphism by natural
isomorphism),
โข representability (characterizing maps to or from an object),
โข limits and colimits (like cartesian product and disjoint union), and
โข adjunctions (such as currying)
are all over mathematics โ so keep a look out!
Thank you!
The real point
The ideas of
โข categorification (replacing equality by isomorphism),
โข the Yoneda lemma (replacing isomorphism by natural
isomorphism),
โข representability (characterizing maps to or from an object),
โข limits and colimits (like cartesian product and disjoint union), and
โข adjunctions (such as currying)
are all over mathematics โ so keep a look out!
Thank you!
The real point
The ideas of
โข categorification (replacing equality by isomorphism),
โข the Yoneda lemma (replacing isomorphism by natural
isomorphism),
โข representability (characterizing maps to or from an object),
โข limits and colimits (like cartesian product and disjoint union), and
โข adjunctions (such as currying)
are all over mathematics โ so keep a look out!
Thank you!
The real point
The ideas of
โข categorification (replacing equality by isomorphism),
โข the Yoneda lemma (replacing isomorphism by natural
isomorphism),
โข representability (characterizing maps to or from an object),
โข limits and colimits (like cartesian product and disjoint union),
and
โข adjunctions (such as currying)
are all over mathematics โ so keep a look out!
Thank you!
The real point
The ideas of
โข categorification (replacing equality by isomorphism),
โข the Yoneda lemma (replacing isomorphism by natural
isomorphism),
โข representability (characterizing maps to or from an object),
โข limits and colimits (like cartesian product and disjoint union), and
โข adjunctions (such as currying)
are all over mathematics โ so keep a look out!
Thank you!
The real point
The ideas of
โข categorification (replacing equality by isomorphism),
โข the Yoneda lemma (replacing isomorphism by natural
isomorphism),
โข representability (characterizing maps to or from an object),
โข limits and colimits (like cartesian product and disjoint union), and
โข adjunctions (such as currying)
are all over mathematics
โ so keep a look out!
Thank you!
The real point
The ideas of
โข categorification (replacing equality by isomorphism),
โข the Yoneda lemma (replacing isomorphism by natural
isomorphism),
โข representability (characterizing maps to or from an object),
โข limits and colimits (like cartesian product and disjoint union), and
โข adjunctions (such as currying)
are all over mathematics โ so keep a look out!
Thank you!
The real point
The ideas of
โข categorification (replacing equality by isomorphism),
โข the Yoneda lemma (replacing isomorphism by natural
isomorphism),
โข representability (characterizing maps to or from an object),
โข limits and colimits (like cartesian product and disjoint union), and
โข adjunctions (such as currying)
are all over mathematics โ so keep a look out!
Thank you!