今回の記事はLaTeXのxymatrixで可換図式を書くことについての一連のシリーズの最終回である。
前回の記事はこちら
第一回目の記事はこちら
今回は圏論に出てくる特別な概念---終対象と始対象、積と双対積、イクワライザーとコイクワライザー、そしてプルバックとプッシュアウト---の図式を書く。勝手に参照してくれて構わんよ~~~。
追記 2018/12/01
可換図式のまとめを見やすく書いた。こちら を参照。
終対象と始対象
最初は一番易しい概念である終対象と始対象のテンプレートを書く。
(40): 終対象(Terminal Objects) と 始対象(Initial Objects)
INPUT
An object $T$ in a category $\textbf{C}$ is called a \textit{terminal object} if for any object $A$ in $\textbf{C}$ there is a unique arrow from $A$ to $T$. Dually an object $I$ in $\textbf{C}$ is called an \textit{initial object} if for any object $A$ in $\textbf{C}$ there is a unique arrow from $I$ to $A$.
¥begin{align}
&\xymatrix{
A\ar@{.>}[r]^-{t_A}&T
}
&
\xymatrix{
I\ar@{.>}[r]^-{i_A}&A
}
¥end{align}
OUTPUT
積と双対積
次に積と双対積(和)を書いてみよう。
(41): 積(Products)
INPUT
Let $A$ and $B$ be objects in a category $\textbf{C}$. An object $P$ in a category $\textbf{C}$ is called a \textit{product} of $A$ and $B$ if there are arrows $A\overset{p_A}{\leftarrow}P\overset{p_B}{\to}B$ such that for any pair of arrows $A\overset{f}{\leftarrow}X\overset{g}{\to}B$ there is a unique arrow $\langle f, g \rangle: X\dasharrow P$ making the following diagram commutative:
¥begin{equation}
\xymatrix{
&X\ar[dl]_-{f}\ar@{.>}[d]|{^{\exists !}\langle f, g \rangle}\ar[dr]^-{g}\ar@{}@<2.5ex>[ld]|{\circlearrowright}\ar@{}@<-2.5ex>[rd]|{\circlearrowleft}&\\
A&P\ar[l]^-{p_A}\ar[r]_-{p_B}&B}
¥end{equation}
That is, $p_A\circ \langle f, g \rangle = f$ and $p_B\circ \langle f, g \rangle = g$.
OUTPUT
(42) 双対積(Coproducts)
INPUT
Dually an object $Q$ in $\textbf{C}$ is called a \textit{coproduct} of $A$ and $B$ if there are arrows $A\overset{q_A}{\to}Q\overset{q_B}{\leftarrow}B$ such that for any pair of arrows $A\overset{f}{\to}X\overset{g}{\leftarrow}B$ there is a unique arrow $\langle f, g \rangle: Q\dasharrow X$ making the following diagram commutative:
¥begin{equation}
\xymatrix{
&X\ar@{}@<2.5ex>[ld]|{\circlearrowleft}\ar@{}@<-2.5ex>[rd]|{\circlearrowright}&\\
A\ar[ru]^-{f}\ar[r]_-{q_A}&Q\ar@{.>}[u]|{^{\exists !}\langle f, g \rangle}&B\ar[lu]_-{g}\ar[l]^-{q_B}
}
¥end{equation}
That is, $\langle f, g \rangle \circ q_A = f$ and $\langle f, g \rangle \circ q_B = g$.
OUTPUT
イクワライザーとコイクワライザー
次はイクワライザーとコイクワライザーを書く。
(43) イクワライザー(Equalizers)
INPUT
Let $A\overset{f}{\underset{g}{\rightrightarrows}}B$ be a pair of arrows in a category $\textbf{C}$. An \textit{equalizer} of $f$ and $g$ is a pair $(E, e)$ where $E$ is an object of $\textbf{C}$ and $e: E\to A$ is an arrow in $\textbf{C}$ with the following properties:
¥begin{enumerate}
\item
$f\circ e = g\circ e$
\item For any arrow $h: X\to A$ with $f\circ h = g\circ h$ in $\textbf{C}$, there is a unique arrow $\bar{h}: X\dasharrow E$ such that $e\circ \bar{h} = h$; i.e., the diagram below commutes:
¥begin{equation}
\xymatrix{
E\ar[r]^-{e}&A\ar@<0.6ex>[r]^-{f}\ar@<-0.6ex>[r]_-{g}&B\\
X\ar@{.>}[u]^-{\bar{h}}\ar[ur]_-{h}\ar@{}@<2.5ex>[ur]|{\circlearrowright}
}
¥end{equation}
¥end{enumerate}
OUTPUT
(44) コイクワライザー(Coequalizers)
INPUT
Dually A \textit{coequalizer} of $f$ and $g$ is a pair $(C, c)$ where $C$ is an object in $\textbf{C}$ and $c: B\to C$ is an arrow in $\textbf{C}$ with the following properties:
¥begin{enumerate}
\item $c\circ f = c\circ g$
\item For any arrow $h: B\to X$ with $h\circ f = h\circ g$ in $\textbf{C}$, there is a unique arrow $\bar{h}: C\dasharrow X$ in $\textbf{C}$ such that $\bar{h}\circ c = h$; i.e., the diagram below commutes:
¥begin{equation}
\xymatrix{
A\ar@<0.6ex>[r]^-{f}\ar@<-0.6ex>[r]_-{g}&B\ar[r]^-c\ar[rd]_-{h}\ar@{}@<2.5ex>[rd]|{\circlearrowright}&C\ar@{.>}[d]^-{\bar{h}}\\
&&X
}
¥end{equation}
¥end{enumerate}
OUTPUT
プルバックとプッシュアウト
最後にプルバックとプッシュアウトを書く。
(45) プルバック(Pullbacks)
INPUT
Let $A\overset{f}{\to}C\overset{g}{\leftarrow}B$ be arrows in a category $\textbf{C}$. A \textit{pullback} of $f$ and $g$ is an object $P$ in $\textbf{C}$ together with arrows $A\overset{p_A}{\leftarrow}P\overset{p_B}{\to}B$ in $\textbf{C}$ satisfying the following properties:
¥begin{enumerate}
\item $f\circ p_A = g\circ p_B$
\item For any pair of arrows $h: X\to A$ and $k: X\to B$ with $f\circ h = g\circ k$, there is a unique arrow $l: X\dasharrow P$ such that $p_A\circ l = h$ and $p_B\circ l = k$; namely,
¥begin{equation}
\xymatrix{
X\ar@/^10pt/[rrd]^-{k}\ar@/_10pt/[rdd]_-{h}\ar@{.>}[rd]_-{^{\exists !}l}\ar@{}@<-0.5ex>[rrd]|{\circlearrowright}\ar@{}@<-0.5ex>[rdd]|{\circlearrowright}&&\\
&P\ar[r]^-{p_B}\ar[d]_-{p_A}\ar@{}[rd]|{\circlearrowright}&B\ar[d]^-{g}\\
&A\ar[r]_-{f}&C
}
¥end{equation}
¥end{enumerate}
We denote a pullback $P$ of $f$ and $g$ by
¥begin{equation}
\xymatrix{
P\ar[r]^-{p_B}\ar@{}[rd]|{\text{PB}}\ar[d]_-{p_A}&B\ar[d]^-{g}\\
A\ar[r]_-{f}&C
}
¥end{equation}
OUTPUT
(46) プッシュアウト(Pushouts)
INPUT
Dually a \textit{pushout} of $f$ and $g$, where $A\overset{f}{\leftarrow}C\overset{g}{\to}B$ are arrows in $\textbf{C}$, is an object $P$ in $\textbf{C}$ together with arrows $A\overset{p_A}{\to}P\overset{p_B}{\leftarrow}B$ in $\textbf{C}$ satisfying the following properties:
¥begin{enumerate}
\item $p_A\circ f = p_B\circ g$
\item For any pair of arrows $h: A\to X$ and $k: B\to X$ with $h\circ f = k\circ g$, there is a unique arrow $l: P\dasharrow X$ such that $l\circ p_A = h$ and $l\circ p_B = k$. That is, the following diagram commutes:
¥begin{equation}
\xymatrix{
C\ar[r]^-{g}\ar[d]_-{f}&B\ar[d]^-{p_B}\ar@{}[ld]|{\circlearrowright}\ar@/^10pt/[rdd]^-{k}\ar@{}@<0.5ex>[rdd]|{\circlearrowright}&\\
A\ar[r]_-{p_A}\ar@/_10pt/[rrd]_{h}\ar@{}@<-0.5ex>[rrd]|{\circlearrowright}&P\ar@{.>}[rd]^-{^{\exists !}l}&\\
&&X
}
¥end{equation}
¥end{enumerate}
We denote a pushout $P$ of $f$ and $g$ by
¥begin{equation}
\xymatrix{
C\ar[r]^-{g}\ar[d]_-{f}\ar@{}[rd]|{\text{PO}}&B\ar[d]^-{p_B}\\
A\ar[r]_-{p_A}&P
}
¥end{equation}
OUTPUT
終わりに
以上でだいたいの可換図式を書いた。他にも極限の図式とか複体の図式なども書きたかったが、それはいずれ書くだろう。色つけたほうがより見やすくなったかもしれない。色づけをしてくれるアプリがあるらしいからいつかそれを使ってみる。
今後は、適宜調べながら、xymatrixに慣れることである。
(実際の図式を最初に表示してから、そのコードを表示したほうがよかったかも....つまりINPUTとOUTPUTを逆にしたほうがよかったかもな)。
僕から以上
参考文献
(1) http://www.math.u-ryukyu.ac.jp/~tsukuda/computer/tex/files/xypic-example.pdf
(2) http://akagi.ms.u-tokyo.ac.jp/inputxy.pdf
ちなみに荒井先生は私の先生です。学部時代からお世話になっていました。修士のときも指導教官としてお世話になっていましたが、中部大学に移られたので、 先生とは関係がなくなりました。まぁ、荒井先生の話はそのうちということで。