Propriété universelle en théorie des catégories

Je vais insister sur la propriété d’universalité, intimement liée à l’idée d’adjonction, ainsi qu’à la théorie des catégories (qui est le royaume, ou ciel platonique, des universaux concrets chers à Hegel) comme je l’ai expliqué hier dans cet article::

https://mathesisuniversalis.wordpress.com/2015/08/12/david-ellerman-foncteurs-adjoints-et-heteromorphismes/

Commençons par la page Wikipedia en anglais:

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Universal_property

qui comme souvent est préférable à celle en français (nous avons déjà constaté cela à propos des algèbres de Von Neumann):

https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Propriété_universelle

La page en anglais se place dans une plus grande généralité puisqu’elle envisage un foncteur entre deux catégories quelconques, alors que dans la page en français la seconde catégorie est celle des ensembles. La page en français commence abruptement par une définition mais comme elle ne donne pas de figure ceux qui ne sont pas habitués sont largués, et c’est dommage.

Donc donnons nous un foncteur entre deux catégories D et C (qui ne sont pas forcément la catégorie des ensembles) :

U : D ———-> C

et un objet X dans la catégorie C.

On se place dans la catégorie notée

image

qui est un cas particulier de ce que l’on appelle « comma-category », voir:

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Comma_category

et qui est appelée « catégorie des morphismes de X vers U » (ce qui est étonnant car X est un objet de C et U est un foncteur de D vers C), elle est définie ainsi: ses objets sont les morphismes dans C de la forme:

X ——–> U(Y) où Y est objet de D, auquel correspond dans C par le foncteur U l’objet U(Y).
Les morphismes entre deux de ces objets, qui sont déjà des flèches X —-> U(Y) et X ——-> U(Z) sont évidemment des morphismes U(Y) —–> U<Z) qui font commuter le diagramme triangulaire qui est représenté dans la page Wiki dans un cas particulier:

image

Ce cas particulier est celui de ce qui est appelé « morphisme initial » de X vers U, qui est un objet initial dans la « comma category » que nous avons deçrite ci dessus : celle des morphismes de x vers U.
Un objet initial est un objet tel qu’il y a un et un seul morphisme allant de cet objet vers tout autre objet de la catégorie, la notion duale (en inversant le sens des flèches) étant celle d’objet terminal:

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Initial_object

De manière duale encore, un morphisme terminal de U (foncteur) vers X (objet de C) est un objet terminal dans la comma category:

image

objet terminal terminal obtenu par le diagramme dual du précédent:

image

Les deux morphismes initial et terminal sont des morphismes universels, et les deux propriétés correspondantes (faire commuter un diagramme du type des deux ci. Dessus est une propriété universelle.

Un objet initial ou terminal est un exemple de limite ou de colimite (notions duales) d’un diagramme : si le diagramme est vide (aucun point, aucune arête ) la limite est objet initial, la colimite est objet terminal.

Produit et coproduit sont d’autres cas particulier de limite et de colimite. Par exemple pour le produit de deux objets dans une catégorie:

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Categorical_product

Voici le diagramme correspondant pour définir la propriété universelle et le morphisme universelle, qui est l’unique morphisme (à un isomorphisme près) f faisant commuter le diagramme :

image

A retenir : une limite, donc un morphisme universel , est toujours défini « à un isomorphisme près », cela veut dire que s’il en existe un il en existe tout un tas d’autres qui sont les composés du premier avec un isomorphisme.

Rappel : un isomorphisme f est une flèche inversible, c’est à dire telle qu’il existe g (l’inverse) tel que :

fg = gf = Id (morphisme identité)

Nous nous sommes limités ici à la définition mathématique, mais il y a beaucoup plus dans cette idée d’universalité, et l’intérêt des travaux de David Ellerman est de prolonger vers les pures idées philosophiques (platoniciennes) ces notions (cependant il est important de comprendre et de garder en mémoire le cadre mathématique, cela évite les dérives).
Nous y reviendrons…il y a énormément à creuser là dessous..

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