Extensive Category

概要

 本稿ではExtensive categoryの定義を述べ、インフォーマルな説明を与える。

$$\newcommand{cat}[0]{\mathcal{C}} \newcommand{commring}[0]{A} \newcommand{domain}[0]{\commring} \newcommand{func}[3]{{#1}\colon{#2}\rightarrow{#3}} \newcommand{ideal}[0]{I} \newcommand{idealgen}[2]{\langle #1 \rangle_{#2}} \newcommand{morph}[3]{{#1}\colon{#2}\rightarrow{#3}} \newcommand{ring}[0]{R} \newcommand{sexseq}[3]{\zeroobj\rightarrow{#1}\rightarrow{#2}\rightarrow{#3}\rightarrow\zeroobj} \newcommand{zeroobj}[0]{0} $$

 有限和をもつ圏 $\cat$ の対象 $a$ および $b$ について、余積の構造射 $\morph{\iota_a}{a}{a+b}$ および $\morph{\iota_b}{b}{a+b}$ は、overcategoryの間の函手 $\func{F_a}{\overcat{\cat}{a}}{\overcat{\cat}{a+b}}$ および $\func{F_b}{\overcat{\cat}{b}}{\overcat{\cat}{a+b}}$ が誘導される。本稿では、この二つの函手が誘導する函手$\overcat{\cat}{a}\times\overcat{\cat}{b}\rightarrow\overcat{\cat}{a+b}$$F_{a,b}$ と書く。

Extensive category

 有限和をもつ圏 $\cat$ が extensive であるとは、$\cat$ の任意の対象 $a$ および $b$ について、$F_{a,b}$ が圏同値であることをいう。

インフォーマルな説明

 本節ではExtensive Categoryのインフォーマルな説明を与える。そのため内容は曖昧・不正確であるか、もしくは客観性を欠いています。
 圏 $\cat$ として $\SetCat$$\TopCat$ などを考える。圏 $\cat$ の射 $\morph{f}{e}{a}$ が与えられているとき、$a$ の底集合の元$x$ に対して $f$ に沿った逆像 $f\invert(x)$ を考えることができ、このようにして $a$ の元に対して $e$ の部分集合を対応させる射が得られる。このようにして $e$ を「$a$ 上のバンドル(構造物)」であると捉えることがある。このように捉えると $\overcat{\cat}{a+b}$ は「$a+b$ 上のバンドルのなす圏」に他ならず、$\cat$ がいま考えている具体的な圏の場合は $F_{a,b}$ を通して「$a$ 上のバンドルと $b$ 上のバンドルの組のなす圏」$\overcat{\cat}{a}\times\overcat{\cat}{b}$ と圏同値であることが確かめられる。この事実は、圏 $\cat$ においては $a+b$ なる対象が $a$ という対象と $b$ という対象とを「並べただけのもの」であることに由来する。
 よって、$\cat$ がextensive categoryであることは、$\cat$ において $a+b$ なる対象が $a$$b$ という二つの対象を「並べただけのもの」であることを、バンドルを用いて圏論的に抽象化した概念であるといえる。より正確には、「$a$ 上のバンドルと $b$ 上のバンドルの組」と「$a+b$ 上のバンドル」とが同一視できる、というある意味で集合論的な条件をみたすとき、$\cat$ をextensiveであると呼んでいる。

性質

$\cat$ の対象 $x$ がstrictであるとは、任意の射 $\morph{f}{a}{x}$ が同型射であることをいう。

Extensive category $\cat$ において、始対象はstrictである。

例示

Extensive categoryの例:集合の圏

集合の圏 $\SetCat$ は extensive である。

Extensive categoryの例:位相空間の圏

位相空間の圏 $\TopCat$ は extensive である。

Extensive categoryでない例:加群の圏

$\ring$ を零でない環とするとき、$\ring$ 上の左加群のなす圏 $\ModCat{\ring}$ は extensive でない。
実際、この圏は零対象と $\ring$ とを含み、仮定より $\morph{0}{\ring}{\zeroobj}$ は同型ではない。