忠实函子(faithful functor)亦称信守函子,是满函子的对偶概念。设F:C→D为函子,若τ,σ∈HomC(A,B),τ≠σ,必F(τ)≠F(σ),则称F为C到D的忠实函子。类似地可定义反变忠实函子。包含函子当然是忠实函子,嵌入函子也是忠实函子。
忠实函子定义
定义1 设
为共变(反变)函子,若对任意的
以及任意的
,在
时必有
,则称F为忠实函子(faithful functor)。否则称F为不忠实函子,注意函子的忠实性是对态射而言的。
定义2 设F是由范畴
到
的函子,若对于
的每对对象
都能使
到
中的映射
是单射,则称F为忠实函子(faithful functor)。
忠实函子其他函子
定义3 设F是由范畴
到
的函子,若对于
的每对对象
都能使
到
中的映射
是满射,则称F为满函子(full functor)。
例1(1)设
是范畴
的子范畴,则
到
的、使
的每个对象A映射到(
的)对象A,且使
的每个态射
映射到(
的)态射
的映射F作成一个由
到
的单射函子(injection functor)。
(2)由群范畴Grp到集范畴Set的函子F:它是一个使群的对象类映射入群的基集,使群的同态射映入相应的映射的映射。
(3) 取任一单元环
,则它具有两种代数结构:加群
及单元半群
,此外,一个环同态同时也是一个加群同态和一个单元半群同态,按照上述方法可得到由Ring到Ab的函子及由Ring到Mon的函子。
(4) 积范畴
到范畴
中的射影函子(projectionfunctor):它是将
的对象
映射到
的对象A,将
映射到
的映射
。
分析:
(1)由范畴
的子范畴
到
的单射函子是忠实函子;它是满函子当且仅当
是
的满子范畴。
(2)、(3)的由Grp到Set、由Ring到Ab及由Ring到Mon的函子都是忠实的,但却不是完满的。
(4)由
到
的射影函子是满的但却不是忠实的。
如果
使
,且
对任意的
中态射成立,则F称为恒等(单位)函子(identity functor)。容易看出,恒等函子是忠实函子。
忠实函子相关概念
忠实函子具体范畴
在范畴论的应用中,特别是在同调代数中,最感兴趣的是所谓“具体范畴”(concrete category)。通常认为:若范畴
的对象都是集合,且态射首先是集映射,则
为具体范畴,对这种范畴
中任意的对象A,以
表示A的基础集(即将A只看作集合)。于是
且
。容易看出,
也是一个共变的忠实函子。于是,更一般地,若有从范畴
到
的忠实函子
,则称
为一个具体范畴。
当具体范畴
的对象都具有某些结构时,比如拓扑群范畴
中的对象都有拓扑结构与群结构,上述的
起着“忘却
中对象的结构,只看作集合,态射也只看作集映射”的作用,特称为底函子(forgetful functor)。有时,将忘却部分结构的函子称为部分忘却函子,比如忘却拓扑群的拓扑结构,只注意群结构,则得
到G的部分忘却函子。
忠实函子范畴生成子
范畴生成子(generator of a category)是范畴的一个特殊对象,范畴C中使
为忠实函子的对象A称为它的一个生成子。换句话说,对任意的C中对象X,Y,若
,且
,则必有
使
,这时就称A为C的一个生成子。对偶地可定义上生成子的概念,即C中使
为忠实函子(即对上述的
,必有
使
)的对象A称为它的一个上生成子,A为C的上生成子等价于A为C的对偶范畴C°的生成子。