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参照用 記事

可換図式とペースティング図

昨日の記事「はてなブログで貧相なペースティング図」に書いたやり方で、不格好ながらもなんとかペースティング図を描けるようになりました。そこで、通常の図式(1次元の図式)とペースティング図(2次元の図式)の可換性について考えてみます。(可換図式の基本的なことは「圏論図式の描き方と解釈のコツ」参照。)

まずは可換図式の例を挙げます。

\require{AMScd}
\newcommand{\hyph}{\mbox{-}}%
\newcommand{\cat}[1]{{\mathcal {#1}}}%
\newcommand{\incat}{\:\: \mbox{in}\:}%
\newcommand{\SW}{\swarrow\!\!\!\swarrow} %
%
\begin{CD}
A      @>{f}>>  C \\
@V{h}VV         @VV{k}V \\
B      @>{g}>>  D \\
\end{CD}\\
\mbox{commutative}\incat \cat{C}

これは、次の等式と同じことです。

  • f;k = h;g : A→D in C

Cが2次元の圏ならば、次のペースティング図が意味を持ちます。


\begin{CD}
A       @=   {}    @>{f}>>  C \\
@V{h}VV      @.{\alpha\SW}  @VV{k}V \\
B       @=   {}    @>{g}>>  D \\
\end{CD}\\
\incat \cat{C}

これは、次のような、2-射 α の宣言と同じことです。

  • α:: f;k ⇒ h;g : A→D in C

等式と2-射の宣言を見比べれば、同じ形式だとわかるでしょう。実際、等式は特殊な2-射の宣言とみなせます。「等しい」ことを表す2-射を eq と書けば、最初の等式は次のように書いてもかまいません。

  • eq:: f;k ⇒ h;g : A→D in C

これをペースティング図で描けば:


\begin{CD}
A       @=   {}    @>{f}>>  C \\
@V{h}VV      @.{eq\SW}  @VV{k}V \\
B       @=   {}    @>{g}>>  D \\
\end{CD}\\
\incat \cat{C}

つまり、可換図式は特殊なペースティング図なのです。一般に次のことが言えます。

  1. ペースティング図は、2-射を宣言または定義する。
  2. 可換図式は、「等しい」を意味する2-射 eq を宣言または定義する。
  3. 射に関する(幾つかの)等式はペースティング図で表現できる。

さてところで、ペースティング図の等式というものがあります。


図の出典はそれぞれ:


2つのペースティング図を S, T とすると、ペースティング図の等式は S = T という形です。「等式はペースティング図で表現できる」という原則を適用すると、ペースティング図の等式もペースティング図で表現できるはずです。ただし、高次元のペースティング図になります。

通常の可換図式が、辺達の等式を表す可換多角形を持つのに対して、高次元の可換図式は、面達の等式を表す可換多面体を持つことになります。多面体の集まり(3次元図形)をリアルに描くのは手間なので、高次元の可換図式はあまり見かけません。たいていは、ペースティング図の等式で済ませています。

立体的に描く代わりに、次のような描画法もあります。


これは1-射(通常の射)を省略して、2-射達のあいだをつなぐ3-射と、3-射達のあいだをつなぐ4-射を描いています。立体的に描く代わりに、矢印の“太さ”で次元を表すことにより平面内に収めています。

一般的に言えば; n-射の組み合わせのあいだの等式は、(n + 1)-射の特別なものになり、(n + 1)次元の“多面体”に'eq'とマークされた“可換多面体”で表現されます。