范畴论中初始对象同构体的证明疑问:同构的唯一性是否为必要条件?
我在看一份初始对象同构性的证明时,卡在了一个细节上——这个证明里提到同构是唯一的,但我感觉这个唯一性性质好像没被用到,这让我特别困惑。
先把这个证明过程理一遍:
假设I是初始对象,I'和I同构,设$f$是从I到I'的同构,$g$是它的逆映射。
我们要证明I'也是初始对象,也就是对任意对象X,存在唯一的态射$I' \rightarrow X$。
因为I是初始对象,所以存在唯一的态射$s: I \rightarrow X$,那我们至少能得到一个从I'到X的态射:$s \circ g$。接下来要证明这个态射是唯一的,我们任取一个态射$t: I' \rightarrow X$,然后推导:
$$
s = t \circ f \tag*{都是从I到X的态射,而s是唯一的}
$$
$$
s \circ g = t \circ f \circ g \tag*{两边左复合g}
$$
$$
s \circ g = t \tag*{因为$f \circ g = id_{I'}$}
$$
这样就得出任何$t: I' \rightarrow X$都等于$s \circ g$,证明就完成了。
但我纠结的点在于:这个证明完全没用到I和I'之间的同构是唯一的这个性质啊。按这个逻辑,如果I和I'之间还有另一个同构$f', g'$,那同样的推导会得出t同时等于$s \circ g$和$s \circ g'$,这看起来是矛盾的?
不过这里其实不会有矛盾,因为I是初始对象的话,它和I'之间的同构本来就是唯一的。可问题是,我觉得这个“同构唯一”的事实应该在证明里被用到才对,但书上却说:“我们不需要用到I和I'唯一同构这一点,因为这个唯一性本身就是I作为初始对象的推论”。
我现在完全搞不懂了,有没有人能帮我理清这个逻辑?
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Andrea Simone Costa

