自由トポス

自由トポス ℱ とは、トポスの2-圏における bi-初始対象。つまり、任意のトポス ℰ に対して一意な(同型を除いた)論理関手 ℱ → ℰ が存在する。

直観的には、外延的直観主義高階論理(IHOL)の構文的モデル — つまり、型・項・証明の圏として構成される。

構成的性質

  • 自由 strict トポス ℱ はトポスの2-圏において bi-初始(命題 1.22 / 1.24)
  • Freyd のグルーイング構成により、ℱ の終対象 1 は射影的 — これは存在性質 (EP) の圏論的対応物
  • ℱ は階数付きトポスの余極限 ℱ ≃ ℱ_∞ = colim_{r∈N} ℱ_r として表せる(コンパクト性)

階数付きトポスとの関係

階数 ∞ のトポス ℱ_∞ は自由トポスと圏同値(命題 2.14)。各階数 r のトポス ℱ_r は有限階数の型のみを持つ「近似」。

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