随伴は,圏論における基礎的な概念の一つであり,数学のいたるところで現れます。また, 第5回 と 第6回 の記事で述べたモナドは,随伴と密接な関係にあります。この記事では,随伴の2通りの同値な定義を紹介し,またモナドと随伴の関係などについて述べます。
#1:
圏の定義と具体例
#2:
関手と自然変換
#3:
垂直合成と水平合成
#4:
モノイダル圏
#5:
モナドとは自己関手の圏におけるモノイド対象のこと
#6:
モナドの例
#7: 随伴(この記事)
#8:
関手を表す線の順序の交換
#9:
普遍射と随伴・極限・カン拡張
#10:
ホム関手のストリング図(前編)
#11:
ホム関手のストリング図(後編)
#12:
米田の補題
番外編1:
視覚的に理解するクライスリトリプルとモナドの同値性
番外編2:
線形代数の圏論的な性質(?)を圏論なしで説明する
随伴は次のように定義されます。慣れないうちはこの定義のココロを理解することは難しいと思いますが,気にせずに読み進めてください。
関手
を満たすとき,組
なお,恒等関手
単位
単位
ただし,図式では恒等関手
ジグザグ等式
なお,この式の1番左の式は
のように補助線を引いて4個の領域に分割すればわかりやすいと思います。左上・右上・左下・右下の領域がそれぞれ
式
定義1と同値な定義を紹介します。
関手
が存在し,この写像の組
を満たすとき,組
式
ここでは,定義1で定められた随伴
と定めます。図式で表すと次のようになります。
また,写像
と定めます。図式では次のように表されます。
このとき,
補助線で囲まれた箇所は
式
式
ここでは「定義1
任意の随伴からモナドが得られることが知られています。
任意の随伴
このモナドは,随伴
なお,直観的には,これらの左辺における青線が右辺では太い線で表され,線の内側が緑色になっていると捉えるとわかりやすいかもしれない。次のように,図式を重ねて考えてもよいと思う。
モナドの定義(
第5回の記事
を参照のこと)より,
結合律の証明
また,単位律が成り立つことは次式からわかる。
単位律の証明
ただし,2番目と3番目の等号ではジグザグ等式(式
なお,この命題の逆として,任意のモナド
次の命題が示すように,2個の圏
2個の圏
自然変換
このとき,随伴の定義1より
式
ただし,最初の式の補助線で囲まれた箇所は
が
が成り立つため,
随伴の定義を示した後,随伴とモナドの関係を紹介しました。また,随伴は圏同値の一般化とみなせることを述べました。
今回の記事で示した図式は,慣れれば直観的に理解できることと思います。随伴に関するほかの多くの性質も,同様に視覚的にわかりやすい形で示せます。