Skip to content

始对象与终对象

Initial object · Terminal object

分别向每个对象有唯一箭头、或从每个对象接收唯一箭头的泛对象。

条目类型
定义

形式陈述

C范畴。对象 0 称为始对象,若对每个对象 X 恰存在一个态射 0X;对象 1 称为终对象,若对每个对象 X 恰存在一个态射 X1。用 Hom 集表述:

|HomC(0,X)|=1|HomC(X,1)|=1(对所有 X).

两个概念互为对偶:C 的终对象正是反范畴 Cop 的始对象。始(终)对象若存在,则在唯一同构的意义下唯一:任意两个始对象之间恰有一个态射,且该态射是同构。既是始对象又是终对象的对象称为零对象。

直觉

始对象与终对象的"极端性"不按元素多少衡量,而是纯粹用箭头表达:始对象是最无约束的出发点,向任何对象都有且只有一种走法;终对象是万流归一的汇点,从任何对象出发都只有一种到达方式。定义的关键在"恰有一个"而非"至少有一个"——存在性几乎不筛选对象(例如任何群都能接收来自任何群的平凡同态),唯一性才把对象钉死到同构唯一的程度,并让一切相关图表自动交换。这是泛性质思想的最小工作样例:完全不描写对象的内部构造,只规定它与全体对象的映射关系,就足以把它唯一确定。还要留意:两者在同一范畴里可以差异巨大(集合范畴中是空集与单点集),也可以重合(群范畴中的平凡群),可见它们是范畴结构的属性,而非集合大小的属性。

例子与边界

集合范畴 Set 中,空集是始对象:到任何集合 X 恰有一个映射,即空映射;任一单点集是终对象:每个 X 只能整体映到那个点。两者不同构,故 Set 没有零对象。这个例子同时检验了唯一性条款的筛选力:单点集不是始对象,因为它到 X 的映射共有 |X| 个,而且到空集一个也没有。

群范畴中平凡群同时是始对象与终对象,即零对象;向量空间范畴中的零空间同理。零对象带来零态射:复合 X0Y 给出任意两对象之间的典范态射,这是能在此类范畴中谈论"核"的前提。含幺环范畴(同态保幺)中,Z 是始对象——同态必须送 11,于是 nn1 被完全决定,存在且唯一;若该范畴允许 1=0 的零环,则零环是终对象,因为每个环到它都只有一个保幺同态。这里必须说明约定:有些教材把零环排除在含幺环之外,在那种范畴中上述终对象不存在。此例说明始对象与终对象可以是毫不相似的两种结构,也说明泛对象的存在会依赖所选范畴的精确定义。

存在性没有任何保证。把偏序集视为范畴(xy 当且仅当 xy),始对象就是最小元、终对象就是最大元,而 (Z,) 两者皆无。域范畴更极端:不同特征的域之间不存在任何同态,故既无始对象也无终对象;只有限制到固定特征的子范畴,素域(特征 p 时的 Fp、特征零时的 Q)才成为始对象。

推论与应用

始对象的唯一性论证是泛性质推理的模板:若 0,0 均为始对象,则有唯一态射 f:00g:00gf0 的自态射,而 Hom(0,0) 只含恒等态射,故 gf=id0,同理 fg=id0。掌握这三行,就掌握了一切"泛对象在唯一同构下唯一"的证明。结构上,终对象是空图表的范畴极限,始对象是空图表的余极限,因此它们是积与余积等构造的退化基例,也是检验"范畴是否具有全部有限极限"的第一项。更进一步,许多泛构造都可整体改述为某个辅助范畴的始对象:自由对象、张量积、局部化皆然;可表函子的表示对象正是其元素范畴的始对象,这条线索直通 Yoneda 引理

参考资料
关系图谱6 个相邻概念 · 1 类关系

拖动节点调整位置。

显示关系

显示:依赖

  1. 前置三跳
  2. 前置二跳
  3. 前置一跳
  4. 当前条目
  5. 后续一跳
  6. 后续二跳
  7. 后续三跳
文字版关系按与当前条目的最短距离分组