\section{Natürliche Transformationen} \begin{definition}{Natürliche Transformation\\} Seien \begin{tikzcd} \mathscr{C} \arrow[shift left, "\mathcal{F}"]{r} \arrow[shift right, "\mathcal{G}"']{r} & \mathscr{D} \end{tikzcd} Funktoren.\\ Eine natürliche Transformation (nat. Trafo.) $\eta$ von $\mathcal{F}$ nach $\mathcal{G}$ ist eine Sammlung von Morphismen wie folgt:\\ $\forall x\in\ob\mathscr{C}$ gilt $\mathcal{F}(x)\xrightarrow{\eta_x}\mathcal{G}(x)$, sodass\\ $\forall f\in\mor{\mathscr{C}}{X}{Y}$ gilt: $\mathcal{G}(f)\circ\eta_x=\eta_y\circ\mathcal{F}(f)$. Folgendes Diagramm soll also kommutieren: \begin{figure}[h] \begin{center} \begin{tikzcd}[sep=large] X \arrow[d, "f"'] \\ Y \end{tikzcd} \hspace{20mm} \begin{tikzcd}[sep=large] \mathcal{F}(x) \arrow[r, "\eta_x"] \arrow[d, "\mathcal{F}(f)"]{}& \mathcal{G}(x) \arrow[d, "\mathcal{G}(f)"]\\ \mathcal{F}(y) \arrow[r, "\eta_y"] & \mathcal{G}(y) \end{tikzcd} \end{center} \caption{Das kommutative Diagramm für eine natürliche Transformation $\eta$.} \end{figure} \end{definition} \begin{example}{Bidualisierung\\} Gegeben seien Die Funktoren:\\ $\mathbb{D}:\cat{K-VR}\mapsto\cat{K-VR}$\\ $V\mapsto V^{*^*}$ und\\ $id: \cat{K-VR}\mapsto\cat{K-VR}$\\ $V\mapsto V$\\ Wir zeigen, dass eine nat. Trafo. $id\xrightarrow{\eta}\mathbb{D}$ existiert.\\ Dazu definieren wir $\forall V\in\ob\cat{K-VR}:\eta_V:V\mapsto V^{*^*}$ mit $v\mapsto[\alpha\mapsto \alpha(v)]$. Das folgende Diagramm muss außerdem kommutieren:\\ \begin{center} \begin{tikzcd}[sep=large] V \arrow[d, "\psi"'] \\ W \end{tikzcd} \hspace{20mm} \begin{tikzcd}[sep=large] V \arrow[r, "\eta_V"] \arrow[d, "\psi"]& V^{*^*} \arrow[d, "\psi^{*^*}"]\\ W \arrow[r, "\eta_W"] & W^{*^*} \end{tikzcd} \end{center} Desweiteren gilt für die Dual- und Bidualabbildung: $W^*\xrightarrow{f^*}V^*:\alpha\mapsto\alpha\circ f$ und $V^{*^*}\xrightarrow{f^{*^*}}W^{*^*}:\alpha\mapsto\alpha\circ f^*$\\ Bleibt noch die Kommutativität des oben genannten Diagramms zu zeigen:\\ Sei $v\in V$ und $\alpha\in W^*$.\\ \underline{Behauptung:} \begin{flalign*} & [(\psi^{*^*}\circ\eta_V)(v)](\alpha) \\ & =[(\eta_W\circ\psi)(v)](\alpha) \end{flalign*} \underline{Beweis:}\\ \begin{flalign*} & (\psi^{*^*}(\eta_V(v)))(\alpha) \\ & =(\eta_V(v)\circ\psi^*)(\alpha) \\ & =\eta_V(v)(\alpha\circ\psi) \\ & =(\alpha\circ\psi)(v) \end{flalign*} und \begin{flalign*} & ((\eta_W\circ\psi)(v))(\alpha) \\ & = (\eta_W(\psi(v)))(\alpha) \\ & =\alpha(\psi(v)) \\ & =(\alpha\circ\psi)(v) \end{flalign*} $\implies$ Beh.\qed \end{example}