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参照用 記事

圏論的構造のドリルダウン

簡単な呼び名・言い回しで実は複雑な内容を語っていることがあります。簡単な呼び名・言い回しを、ドリルダウン(だんだん詳細化する)方式で分析してみましょう。例えば「小さな圏の圏の2-圏」は、けっこう複雑な内容を表しています。$`\newcommand{\cat}[1]{\mathcal{#1}}
\newcommand{\mbf}[1]{\mathbf{#1}}
\newcommand{\mrm}[1]{\mathrm{#1}}
\newcommand{\msc}[1]{\mathscr{#1}}
\newcommand{\mbb}[1]{\mathbb{#1}}
\newcommand{\In}{\text{ in }}
\newcommand{\twoto}{\Rightarrow }
%\newcommand{\op}{\mathrm{op} }
%\newcommand{\id}{\mathrm{id}}
%\newcommand{\u}[1]{\underline{#1}}
%\newcommand{\o}[1]{\overline{#1}}
%\newcommand{\hyp}{ \text{-} }
%\newcommand{\Iff}{ \Leftrightarrow }
%\newcommand{\Imp}{ \Rightarrow }
`$

内容:

はじめに

次のような言葉を考えましょう。

  1. 自然数の集合
  2. 関係の圏
  3. 圏の圏
  4. 小さな圏の圏の2-圏

これらはけっこう曖昧な言葉なので、「~ 達の ‥」という言い回しと、構成素をもれなく述べることでより正確に書いてみます。

  1. 自然数達の集合
  2. (集合と関係)達の圏
  3. (圏と関手と自然変換)達の2-圏
  4. ( ( (小さな圏と関手)達の1-圏 ) と 関手 と 自然変換 )達の2-圏

簡単な例

 自然数達の集合

これは集合なので要素を持ちます。そのことを次のように書きます。

集合:

  • 要素

要素は自然数です。そのことを次のように書きます。

集合:

  • 要素: 自然数

この集合が $`\mbf{N}`$ のことなのか、$`\mbf{N}`$ の部分集合(例えば、すべての偶数の集合)なのか分かりませんが、いちおう分析は出来たとします。

次は、

 (集合と関係)達の圏

これは圏なので0-射〈対象〉と1-射〈射〉を持ちます。そのことを次のように書きます。

圏:

  • 0-射〈対象〉
  • 1-射

この圏の0-射は集合で、1-射は関係です。そのことを次のように書きます。

圏:

  • 0-射: 集合
  • 1-射: 関係

圏と構成素(の要素)に名前を付けて呼ぶなら、例えば次のようです。

圏 $`\cat{C}`$:

  • 0-射: 集合 $`A, B\In \cat{C}`$
  • 1-射: 関係 $`R: A\to B\In \cat{C}`$

2-圏の例

 (圏と関手と自然変換)達の2-圏

これは2-圏なので0-射〈対象〉と1-射〈射〉と2-射を持ちます。そのことを次のように書きます。

2-圏:

  • 0-射
  • 1-射
  • 2-射

この2-圏の0-射は圏で、1-射は関手で、2-射は自然変換です。そのことを次のように書きます。

2-圏:

  • 0-射: 圏
  • 1-射: 関手
  • 2-射: 自然変換

0-射が圏なので、さらにドリルダウンできます。

2-圏:

  • 0-射: 圏:
    • 0-射: 対象
    • 1-射: 射
  • 1-射: 関手
  • 2-射: 自然変換

2-圏と構成素(の要素)に名前を付けて呼ぶなら、例えば次のようです。

2-圏 $`\msc{A}`$:

  • 0-射: 圏 $`\cat{C}, \cat{D}\In \msc{A}`$
    • 0-射: 対象 $`A, B\In \cat{C}`$
    • 1-射: 射 $`f:A \to B \In \cat{C}`$
  • 1-射: 関手 $`F, G:\cat{C}\to\cat{D}\In \msc{A}`$
  • 2-射: 自然変換 $`\alpha :: F \twoto G:A\to B \In\msc{A}`$

集合の所属記号 $`\in`$ を使って書くならば:

2-圏 $`\msc{A}`$:

  • 0-射: 圏 $`\cat{C}, \cat{D}\in |\msc{A}|`$
    • 0-射: 対象 $`A, B\in |\cat{C}|`$
    • 1-射: 射 $`f\in \cat{C}(A, B)`$
  • 1-射: 関手 $`F, G\in \msc{A}(\cat{C}, \cat{D})`$
  • 2-射: 自然変換 $`\alpha\in \msc{A}(A, B)(F, G)`$

複雑な例

 ( ( (小さな圏と関手)達の1-圏 ) と 関手 と 自然変換 )達の2-圏

これは2-圏なので前節と同じです。

2-圏:

  • 0-射
  • 1-射
  • 2-射

この2-圏の0-射は1-圏で、1-射は関手で、2-射は自然変換です。そのことを次のように書きます。

2-圏:

  • 0-射: 1-圏
  • 1-射: 関手
  • 2-射: 自然変換

0-射が1-圏なので、さらにドリルダウンできます。

2-圏:

  • 0-射: 1-圏:
    • 0-射: 小さな圏
    • 1-射: 関手
  • 1-射: 関手
  • 2-射: 自然変換

2-圏の0-射である1-圏の0-射が小さな圏なので、もっとドリルダウンできます。

2-圏:

  • 0-射: 1-圏:
    • 0-射: 小さな圏:
      • 0-射: 対象
      • 1-射: 射
    • 1-射: 関手
  • 1-射: 関手
  • 2-射: 自然変換

2-圏と構成素(の要素)に名前を付けて呼ぶなら、例えば次のようです。

2-圏 $`\mbb{X}`$:

  • 0-射 : 1-圏 $`\msc{A}, \msc{B}\In \mbb{X}`$:
    • 0-射: 小さな圏 $`\cat{C}, \cat{D} \In \msc{A}`$:
      • 0-射: 対象 $`A, B\In \cat{C}`$
      • 1-射: 射 $`f: A\to B\In \cat{C}`$
    • 1-射: 関手 $`F:\cat{C}\to \cat{D}\In \msc{A}`$
  • 1-射: 関手 $`\Phi, \Psi : \msc{A}\to \msc{B}\In \mbb{X}`$
  • 2-射: 自然変換 $`\alpha :: \Phi \twoto \Psi : \msc{A}\to \msc{B}\In \mbb{X}`$

集合の所属記号 $`\in`$ を使って書くならば:

2-圏 $`\mbb{X}`$:

  • 0-射: 1-圏 $`\msc{A}, \msc{B}\in |\mbb{X}|`$
    • 0-射: 小さな圏 $`\cat{C}, \cat{D}\in |\msc{A}|`$:
      • 0-射: 対象 $`A, B\in |\cat{C}|`$
      • 1-射: 射 $`f\in \cat{C}(A, B)`$
    • 1-射: 関手 $`F \in \msc{A}(\cat{C}, \cat{D})`$
  • 1-射: 関手 $`\Phi , \Psi\in \mbb{X}(\msc{A}, \msc{B})`$
  • 2-射: 自然変換 $`\alpha \in \mbb{X}(\msc{A}, \msc{B})(\Phi , \Psi)`$

入れ子になった〈ネストした〉圏論的構造は、内部へ内部へとドリルダウンして、その構造全体を把握することが重要です。