ホモトピー型理論
[006A] 命題

関数外延性を仮定する。iiを階数、C,D:PreCat(i)C,D:\mathord {\textnormal {\textsf {PreCat}}}(i)を前圏、F,G:Fun(C,D)F,G:\mathord {\textnormal {\textsf {Fun}}}(C,D)を関手、t:NatTrans(F,G)t:\mathord {\textnormal {\textsf {NatTrans}}}(F,G)を自然変換とする。次は論理的に同値である。

  1. 1任意のx:Cx:Cに対して、t(x):Map(F(x),G(x))t(x):\mathord {\textnormal {\textsf {Map}}}(F(x),G(x))は同型である。
  2. 2ttは前圏Fun(Cat)(C,D)\mathord {\textnormal {\textsf {Fun}}}^{(\mathord {\textnormal {\textsf {Cat}}})}(C,D)の射として同型である。

証明

2から1は自明である。

1から2を示す。各x:Cx:Cに対して、射s(x),u(x):Map(G(x),F(x))s(x),u(x):\mathord {\textnormal {\textsf {Map}}}(G(x),F(x))と同一視p(x):s(x)t(x)=idp(x):s(x)\circ t(x)=\mathord {\textnormal {\textsf {id}}}q(x):t(x)u(x)=idq(x):t(x)\circ u(x)=\mathord {\textnormal {\textsf {id}}}を得る。[0068]より、ssuuの自然性を確認すれば十分である。x1,x2:Cx_{1},x_{2}:Cを対象、f:Map(x1,x2)f:\mathord {\textnormal {\textsf {Map}}}(x_{1},x_{2})を射とする。F(f)s(x1)=s(x2)G(f)F(f)\circ s(x_{1})=s(x_{2})\circ G(f)を言うには、[005G]よりF(f)s(x1)t(x1)=s(x2)G(f)t(x1)F(f)\circ s(x_{1})\circ t(x_{1})=s(x_{2})\circ G(f)\circ t(x_{1})を示せば十分で、これは次のように分かる。

F(f)s(x1)t(x1)F(f)\circ s(x_{1})\circ t(x_{1})== {p(x1)p(x_{1})}F(f)F(f)== {(p(x2))1{(p(x_{2}))}^{-1}}s(x2)t(x2)F(f)s(x_{2})\circ t(x_{2})\circ F(f)== {ttの自然性}s(x2)G(f)t(x1)s(x_{2})\circ G(f)\circ t(x_{1})
uuの自然性も同様である。