順序集合（３）

このあたりが難所で遭難しかかっている。

整列集合の比較定理：２つの整列集合，(Ｗ，≦）と（Ｗ'，≦'）があるとき，つぎの３つの順序同型関係のうちいずれか１つだけが成り立つ。

　(1) Ｗ ≃ Ｗ'

　(2) ａ' ∈ Ｗ' が存在して（一意的に定まり），Ｗ ≃ Ｗ'〈ａ'〉

　(3) ａ ∈ Ｗ が存在して（一意的に定まり），Ｗ〈ａ〉 ≃ Ｗ'

つまり

　(4) 「ａ ∈ Ｗ とａ' ∈ Ｗ' が存在して （それらが一意的に定まり）Ｗ〈ａ〉 ≃ Ｗ'〈ａ'〉 ということはない」ということを暗黙に意味しているような気がするけど・・・。つまり，(4) はどんな整列集合にたいしても自明なんだけれど，そうではない，どちらかあるいは両方の整列集合の切片はとらなくてもいいんだぁということを主張しているのかな。

Ｗが有限集合でＷ'の濃度がそれより大きいならば (2) ，Ｗ'が有限集合でＷの濃度がそれより大きいならば (3)，ＷとＷ'の濃度が等しければ (1) が成り立つという直観的なイメージはあっているのだろうか。あるいは，整列集合の切片は有限集合という直感は正しいのかしら。あるいは，整列集合の濃度はたかだか可算な集合のそれと同じと考えてよいのか。→※

整列集合の比較定理の証明は，松坂本も内田本も準備のための補題がごちゃごちゃとあって，なかなかすっきりと頭に入ってこない。

補題２（松坂本）：整列集合Ｗからそれ自身への順序単射をｆとすると，Ｗのすべての元についてｆ(ｘ)  ≧ ｘ が成り立つ（これはなんとかわかる）。

補題３（松坂本）：整列集合Ｗは，その任意の切片と順序同型にはならない（それはそうだろう）。また，ａ，ｂをＷの異る２元とすると，Ｗ〈ａ〉とＷ〈ｂ〉は順序同型にならない（それはそうだろう）。

補題４（松阪本）：整列集合ＷとＷ'が順序同型ならば，Ｗの任意の切片Ｗ〈ａ〉に対して，順序同型となるようなＷ'の切片Ｗ'〈ｂ〉が存在し，ｂはａに対して一意的に定まる（そうなのか）。

定理３（松坂本103p）：整列集合ＷとＷ'が順序同型ならば，ＷからＷ'への順序同型写像は一意的に定まる（そうなのか）。特に，Ｗからそれ自身への順序同型写像は，Ｗ上の恒等写像Ｉwの他にない。

※追伸

整列可能定理：任意の順序集合は適当な順序をとることによって整列集合にできる。・・・がーん。

順序集合（２）

順序集合（１）からの続き

整列集合：（Ｗ，≦）を全順序集合として，その空でない部分集合がいつも最小元をもつ場合，（Ｗ，≦）を整列集合という。有限の全順序集合や，順序関係として普通の大小関係を考えたときの自然数の集合Ｎは整列集合であり，整数の集合Ｚや有理数の集合Ｑは整列集合でない。

直前の元と直後の元：順序集合Ａの任意の元ａ，ｂについてａ＜ｂかつ，ａ＜ｘ＜ｂとなるＡの元ｘが存在しないとき，ａはｂの直前の元，ｂはａの直後の元であるという。整列集合Ｗについては，その任意の元ａに対して，ａ＜ｂとなるｂが存在すれば，整列集合の定義からａの直後の元が存在する。

切片：Ｗを整列集合として，その一つの元をａとする。ａより小さなＷの元全体の集合を，Ｗのａによる切片といい，Ｗ〈ａ〉で表す。つまり，Ｗ〈ａ〉 = {ｘ| ｘ∈Ｗ，ｘ＜ａ}である。ａ＝min Wのときは，Ｗ〈ａ〉 = φとなる。また，ａが直前の元を持つならばそれは，ａ* = max Ｗ〈ａ〉 とかける。

超限帰納法：整列集合Ｗの元に関する命題Ｐについて，次のことが示されれば，ＰはＷのすべての元について成り立つ。「(1) Ｐがｘ = min Ｗについて成り立つ。(2) ∀ａ∈Ｗ かつ ａ≠ min Ｗ として，∀ｘ∈Ｗ＜ａについてＰが成り立つ ⇒ Ｐはａについて成り立つ」これは自然数に対する数学的帰納法の一般化であり超限帰納法とよばれる。

順序集合（１）

順序関係：同値関係は，反射律＋対称律＋推移律から成り立っていた。順序関係は，反射律＋反対称律（aRb,bRa ⇒a=b）＋推移律から成り立つ。順序関係の例として，大小関係，整除関係，包含関係などがある。大小関係にならって，順序関係を表す記号を ≦ とする。

順序集合：集合Ａにある順序 ≦ が定められたとき，それらの組（Ａ，≦）を順序集合，Ａを台集合という。Ａのどの２元にも順序が定められているとき，≦ はＡの全順序であるといい，（Ａ，≦）を全順序集合という。

順序写像：２つの順序写像（Ａ，≦）と（Ａ'，≦'）があって，ＡからＡ'への写像ｆがある。Ａの任意の元，ａ，ｂに対して，ａ≦ｂ ⇒ f(ａ) ≦' f(ｂ)が成り立つとき，ｆを順序写像という。

順序同型写像：順序写像において，f(ａ) ≦' f(ｂ) ⇒ ａ≦ｂ も成り立つ場合，ｆは単射になり，これを順序単射という。ｆが順序単射でさらにＡからＡ'への全射でもある場合，ｆをＡからＡ'への順序同型写像であるという。

順序同型：順序集合（Ａ，≦）から順序集合（Ａ'，≦'）への順序同型写像ｆが存在するとき，両者は順序同型であるといい（Ａ，≦）≃（Ａ'，≦'）と表記する。順序同型関係は，反射律，対称律，推移律を満足する同値関係である。順序同型ならばＡとＡ'には全単射ｆが存在するのでＡとＡ'は対等関係（Ａ〜Ａ'）になる。その逆は必ずしも真ではない。

双対順序：順序集合（Ａ，≦）があるとき，Ａの元ａ，ｂに対して，ｂ≦ａのときに限り，ａ≦' ｂとして関係 ≦' を定義する。これもまたＡにおける１つの順序を与えるが，≦' を ≦ の双対順序とよんで， ≦' = ≦^{-1} と表記する。また，（Ａ，≦^{-1}）を，順序集合（Ａ，≦）の双対順序集合とよぶ。

※ N, Z, Q は互いに対等な全順序集合ではあるが，どの２つも順序同型ではない？と本にはかいてあるのだけれど，そもそもどんな順序を導入したかを書かずに，順序同型かどうかを判定することはできないだろう。どういうことなのか。

集合の濃度（２）

集合の濃度（１）からの続き

濃度の和：２つの集合Ａ，Ｂに対してそれぞれの濃度を μ = card Ａ，ν = card Ｂ とする。Ａ∩Ｂ = φ が満足されるとき（いつでもこのようなＡ，Ｂあるいは対等で濃度の等しい集合を設定することができる），２つの濃度の和とよばれる演算を，μ + ν = card (Ａ∪Ｂ)  によって定義する。

濃度の和が満たす法則：定義により，交換則，結合則，零元（空集合の濃度）の存在，などが満たされる。可算集合の濃度 ℵ_0 について，ℵ_0 =1+ℵ_0 =2+ℵ_0 =ℵ_0 +ℵ_0 が成り立つ。

濃度の積：２つの集合Ａ，Ｂに対してそれぞれの濃度を μ = card Ａ，ν = card Ｂ とする。２つの濃度の積とよばれる演算を，μ ν = card (Ａ×Ｂ) によって定義する。ただし，Ａ×Ｂは２つの集合の直積である。

濃度の積が満たす法則：定義により，交換則，結合則，単位元（要素が１つの集合の濃度）と零元の存在，分配法則などが成り立つ。例えば，card (Ｎ×Ｎ) = ℵ_0 なので，ℵ_0 ℵ_0 = ℵ_0 である。

配置集合：任意の集合Ａ，Ｂにおいて，ＡからＢへの写像ｆのすべての集合を配置集合といい，𝔉(Ａ, Ｂ) または Ｂ^Ａで表す。Ａ，Ｂがｍ個およびｎ個の元を持つ有限集合の場合は，配置集合の元の数はｎ^ｍ個になる（f(1)〜f(m)に重複を許して1〜nを当てはめる場合の数）。

濃度の冪：２つの集合Ａ，Ｂに対してそれぞれの濃度を μ = card Ａ，ν = card Ｂ とする。このとき， ２つの濃度の冪とよばれる演算を， ν ^ μ = card (Ｂ^Ａ) によって定義する。ν ^ 1 = ν，1 ^ μ = １などが成り立つ。

濃度の冪が満たす法則：０でない濃度に対して，普通の自然数の冪に対して成り立つ指数法則が成り立つ。例えば，λ^μ λ^ν = λ ^ (μ+ν)，(μ ν) ^ λ = μ^λ ν^λ，(λ ^ μ) ^ ν = λ ^ (μ ν) など。また，card M = μ となる集合Ｍの冪集合の濃度は，card 𝔓(Ｍ) = ２^ μ ＞ μ である。

無限濃度の演算則：有限の濃度を𝔫，可算の濃度を𝔞，連続の濃度を𝔠とすると，

　(1)  𝔫 ≦ 𝔞 ⇒ 𝔫 + 𝔞 = 𝔞

　(2)  𝔫 ≦ 𝔠 ⇒ 𝔫 + 𝔠 = 𝔠

　(3)  1 ≦ 𝔫 ≦ 𝔞 ⇒ 𝔫 𝔞 = 𝔞

　(4)  2 ≦ 𝔫 ≦ 𝔞 ⇒ 𝔫^𝔞 = 𝔠

　(5)  1 ≦ 𝔫 ≦ 𝔠 ⇒ 𝔫 𝔠  = 𝔠

　(6)  2 ≦ 𝔫 ≦ 𝔠 ⇒ 2^𝔠 = n^𝔠

集合の濃度（１）

集合族からの続き

前回の続きのキーワードは，「集合族・一般の直積・選出公理・関係・同値関係・同値律・類別・直和・同値類・商集合」ということで，61pの第２章　集合の濃度にはいる。

対等関係：集合Ａから集合Ｂの全単射が存在するとき，ＢとＡは対等であるといい，Ａ〜Ｂと書き，Ａ〜Ａ，Ａ〜Ｂ⇒Ｂ〜Ａ，Ａ〜Ｂ，Ｂ〜Ｃ⇒Ａ〜Ｃ，が成り立つ

濃度：対等関係を集合の同値関係とみなして，「集合全体のあつまり」を同値類に類別できる。この同値類を濃度（基数）といい，集合Ａの属する類の濃度（同値類の名前）をcard Ａであらわす。そこで，Ａ〜Ｂ⇔card Ａ= card Ｂ（card Aはあたかも数のようにみえるが，この等号はいったいなにかしら）

濃度の大小：ＡからＢへの単射が存在するとき，これを集合のあいだの関係とみなして，「大小関係」と名付け，card Ａ≦ card B と表記する。card Ａ≦ card Bでありかつ，card Ａ= card Bでないときに，card Ａ＜ card Bと表記する。

有限集合の濃度：有限集合Ａの元の個数をｎ（これは自然数）として，card A = ｎ と表記する。空集合φにたいしては，card φ = 0 と表記する。濃度の大小関係と自然数の通常の大小関係は対応している。

可算集合の濃度：自然数の集合をＮとして，card Ｎ= ℵ_0と表記する。Ｎと対等な集合を可算集合あるいは可付番集合という。任意の有限集合の元の個数ｎに対して，濃度の大小関係としてｎ＜ℵ_0 となる。整数の集合をＺ，有理数の集合をＱとすると，card Ｚ=  card Ｑ= ℵ_0 である。

連続の濃度：実数の集合Ｒに対して，card Ｒ= ℵ と表記し，これを連続の濃度という。対角線論法により，ℵ＞ℵ_0 である。ℵ_0より大きな濃度をもつ集合を非可算集合という。

ベキ集合の濃度：任意の集合Ｍに対して，そのベキ集合を𝔓(Ｍ)とすると，card 𝔓(Ｍ) ＞card Ｍである。

集合族

巨大数のところで，超限順序数のωが登場して，1+ωとω+1が等しくないというロジックがでてくる。そういえば，松坂和夫の「集合・位相入門」ででてきたよなあ思いながら，よくわかっていなかったので，もう一度本をひっくり返してみると，44pの集合族のあたりからわかっていないらしいことがわかった。

そこまでに登場する主なキーワードは，「集合・元・空集合・部分集合・和集合・共通部分・補集合・ベキ集合・集合系・直積・対応・写像・全射・単射・全単射・逆写像・合成写像」であり，正確な定義や証明は十分身に付いていないものの，直観的にはある程度わかる。が，その先の，集合族・選出公理から集合の濃度，順序数とすすむにつれてどんどん霧がかかってくるのだった。

松坂和夫の本は，位相のところでつまづいたので，内田伏一の「集合と位相」も買って手元にある。この本の集合のところは薄すぎて，順序数についての必要な情報は残念ながら得ることができなかった。

ということで，超限順序数の加法と乗法が納得できるまで勉強する予定。

追伸１：きょうのあさイチにmiletがでていて，印象はとてもよかったのだけれど，歌は，自分にとってはCOCCOとか伊藤由奈の系列で，いいといえばいいけれど，平沢進には負ける。

追伸２：利権まみれの GO TO キャンペーンに固執して混乱を極める政治状況のなか，虫の知らせでたまたま見続けていた国会中継に参考人の児玉龍彦さんがでてきて「エピセンター」を強調していた。部分的には納得できる面もあるけれど，「除染」の二の舞いになるのではと不安がよぎった。いずれにせよNHKはこのへんを無視して尾身さんの物語を紡ぐだけ。

巨大数（２）

巨大数（１）からの続き

巨大数の表記法としてよく用いられるものの一つが，ドナルド・クヌースによる矢印表記（Up-Arrow-Notation）である。ここでは簡単のため，$\uparrow^n = \uparrow \uparrow \cdots \uparrow $と表記する。矢印はつねに右結合するものとして，その定義は，$a \uparrow^1 b = a^b$，$ a \uparrow^n 1 = a$， $ a \uparrow^{n+1} (b+1) = a \uparrow^n (a \uparrow^{n+1} b)$とする。

積：$a\times b = a+a+\cdots+a =  a \uparrow^0 b $ 

累乗：$ a^b = a \times a \times \cdots \times a  = a \uparrow^1 b = a \uparrow^0 a \uparrow^0 \cdots \uparrow^0 a  = a \uparrow^0 ( a \uparrow^1 (b-1) ) $

テトレーション：$ ^ba = a^{a^{a^{\cdots^{a}}}}  = a \uparrow^2 b = a \uparrow^1 a \uparrow^1 \cdots \uparrow^1 a = a \uparrow^1 ( a \uparrow^2 (b-1) ) $

ペンテーション：$ _ba = ^{^{^{^{a}\cdots}a}a}a = a \uparrow^3 b = a \uparrow^2 a \uparrow^2 \cdots \uparrow^2 a = a \uparrow^2 ( a \uparrow^3 (b-1) ) $

ヘキセーション：$ a_b = _{_{_{_{a}\cdots}a}a}a  = a \uparrow^4 b = a \uparrow^3 a \uparrow^3 \cdots \uparrow^3 a  = a \uparrow^3 ( a \uparrow^4 (b-1) ) $

 累乗：

$a^0 \equiv 1, \quad 0^b=0\ (b \neq 0),  \quad a^1=a, \quad 1^b = 1, \quad 2^2 = 4, \quad 3^3=27 $

テトレーション：

$^0a \equiv 1, \quad ^b0=\begin{cases} 1\ (b=even) \\ 0\ (b=odd) \end{cases},  \quad ^b1 = 1$

$^1a = a \uparrow^2 1 = a \uparrow^1 ( a \uparrow^2 0 ) = a \uparrow^1 1 = a$

$^2a = a \uparrow^2 2 = a \uparrow^1 ( a \uparrow^2 1 ) = a \uparrow^1 a = a^a$

$^3a = a \uparrow^2 3 = a \uparrow^1 ( a \uparrow^2 2 ) = a \uparrow^1 a^a = a^{a^a}$

${^2}2 = 2^{2} = 4, \quad {^3}3=3^{3^3}=3^{27}=7625597484987$

ペンテーション（左下付き表現は独自）： 

$_0a \equiv 1, \quad _b0=\begin{cases} 1\ (b=even) \\ 0\ (b=odd) \end{cases}, \quad _b1 = 1$

$_1a = a \uparrow^3 1 = a \uparrow^2 ( a \uparrow^3 0 ) = a \uparrow^2 1 = a $

$_2a = a \uparrow^3 2 = a \uparrow^2 ( a \uparrow^3 1 ) = a \uparrow^2 a = {^a}a $

$_3a = a \uparrow^3 3 = a \uparrow^2 ( a \uparrow^3 2 ) = a \uparrow^2 {^a}a = {^{^aa}}a $

${_2}2 = {^2}2 = 2^2 = 4, \quad {_3}3={^{^33}}3=^{7625597484987}3 $

ヘキセーション（右下つき表現は独自）： 

$a_0 \equiv 1, \quad 0_b=\begin{cases} 1\ (b=even) \\ 0\ (b=odd) \end{cases}, \quad 1_b = 1$

$a_1 = a \uparrow^4 1 = a \uparrow^3 ( a \uparrow^4 0 ) = a \uparrow^3 1 = a $

$a_2 = a \uparrow^4 2 = a \uparrow^3 ( a \uparrow^4 1 ) = a \uparrow^3 a = {_a}a $

$a_3 = a \uparrow^4 3 = a \uparrow^3 ( a \uparrow^4 2 ) = a \uparrow^3 {_a}a = {_{_aa}}a $

$2_2 = {_2}2 = {^2}2 = 2^2 = 4$

巨大数（１）

昨年の現代思想の19ｰ12が「巨大数の世界」という特集だった。今月号（20-07）の「圏論の世界」に対応しているような。作品ということで，小林銅蟲の「寿司 虚空編」が掲載されており，「巨大数論」の著者で，巨大数研究家のフィッシュさんが重要な役割を果たしている。なかなか異色な特集号かもしれない。

巨大数を表現するための記法として，累乗（↑）が拡張された，テトレーション（↑↑），ペンテーション（↑↑↑）などのハイパー演算子がある。なかなかマニアックで奥が深い世界だ。

［１］巨大数研究Wiki

［２］Larg Numbers

巨大数（２）へ続く

Tikz-FeynHand

奥村さんがtwitterで，TeXでファインマン・ダイアグラムをかくパッケージを紹介していた。TikZ-FeynmanとTikZ-FeynHandだ。前者はLuaTeXが必要だったが，後者ではその制限がないために，より使いやすくなっている。LuaTeXがなくてもコンパイルはできたのだが，Error when using TikZ-Feynman package のような図になってしまうのだった。

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 

\documentclass[uplatex,a4j,10pt]{jsarticle}

\usepackage{fancybox,boxedminipage,ascmac}

\usepackage{amsmath,amsthm,amssymb,bm}

\usepackage{amsfonts,amscd,mathrsfs}

\usepackage{cases,physics}

\usepackage[dvipdfmx]{graphicx}

\usepackage[all]{xy}

\usepackage{tikz,tikz-cd}

\usetikzlibrary{shadows}

\usepackage{multicol}

\usepackage[version=3]{mhchem}

\usepackage{tcolorbox}

\tcbuselibrary{raster,skins}

\usepackage[compat=1.1.0]{tikz-feynhand} 

%\usepackage{tikz-feynman} 

%\tikzfeynmanset{compat=1.1.0}

\renewcommand{\labelenumi}{[\ \arabic{enumi}\ ]\ \ }

\setlength{\textwidth}{15cm}

\setlength{\oddsidemargin}{-1.0cm}

\setlength{\evensidemargin}{-1.0cm}

\setlength{\topmargin}{-2cm}

\setlength{\textheight}{24cm}

\begin{document}

\begin{center}

\textbf{tikz-feynman の使い方}\ (2020/07/12) \\

\end{center}

\begin{align*}

\int dx\; f(x) = \alpha 

\begin{tikzpicture}[baseline=(o.base)]

\begin{feynhand}

\vertex (a) at (-1,-1); \vertex (b) at (1,-1); \vertex (c) at (0,1);

\vertex [dot, blue] (o) at (0,0) {}; \propag [fermion, blue] (a) to (o);

\propag [anti fermion, blue] (b) to (o); \propag [fermion, blue] (c) to (o);

\end{feynhand}

\end{tikzpicture}

- 2i\,e 

\begin{tikzpicture}[baseline=-0.3cm]

\begin{feynhand}

\vertex (a) at (-1,-1); \vertex (b) at (1,-1); \vertex (c) at (0,1);

\vertex [dot, orange] (o) at (0,0) {}; 

\propag [photon, orange] (a) to (o); 

\propag [photon, orange] (b) to (o); 

\propag [photon, orange] (c) to (o);

\end{feynhand}

\end{tikzpicture}

\end{align*}

\vspace{1cm}

\begin{center}

\begin{tikzpicture}

\begin{feynhand}

\vertex [particle] (a) at (0,0) {e$^-$};

\vertex [dot] (b) at (2,0) {}; 

\vertex (c1) at (4,0.5); 

\vertex (c2) at (4,-0.5); 

\propag [fer] (a) to (b);

\propag [chasca] (b) to (c1);

\propag [chabos] (b) to (c2);

\end{feynhand}

\end{tikzpicture}

\end{center}

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 

図　tikz-feynhandの例

七佛通戒偈

橘寺で改修を待っているお堂にはいると，写経コーナーがあった。般若心経ほどの分量はない，七佛通戒偈（しちぶつかいのげ）という非常に簡単なものだった。薄く印刷してあるところを筆ペンでなぞるだけなのである。１枚500円で，自分の祈願項目（四文字）を添えられるので，「世界平和」にした。

　諸悪莫作　・　諸善奉行　・　自浄其意　・　是諸仏教　・　南無観世音菩薩

　　しょあくまくさ ・ しょぜんぶぎょう ・ じじょうごい ・ ぜしょぶっきょう

意味は，法句経の183にある，「ありとある　悪を作（な）さず　ありとある　善きことは

身をもって行い　おのれのこころを　きよめんこそ　諸仏（ほとけ）のみ教えなり」ということらしい。

なお，七仏とは過去七仏と云われるもので，毘婆尸仏（びばしぶつ）・尸棄仏（しきぶつ）・毘舎浮仏（びしゃふぶつ）・拘留孫仏（くるそんぶつ）・拘那含牟尼仏（くなごんむにぶつ）・迦葉仏（かしょうぶつ）・釈迦牟尼仏（しゃかむにぶつ）のことだとか。

写真：橘寺の簡易写経，七佛通戒偈（撮影 2020.7.12）

橘寺

明日香の橘寺は聖徳太子の生誕地だ。買物の途中の時間調整で訪れることに。厩戸皇子は馬小屋で生まれたのではなかったのか？そういえば寺の境内には馬の銅像があったけれどあれはなんだったのだろうか。明日香の観光スポットからすこし外れた落ち着いた場所にあり，ちょっと寂れた感じがしている。令和４年度にむけて老朽化したお堂を改修するための１億三千万円の募金をしていたが大丈夫だろうか。

写真：橘寺の二面石と賓頭盧さん（撮影 2020.7.12）

圏論入門（３）

数学に慣れていない人向けの圏論の入門を探すのだけれど，なかなか見当たらない。結局，谷村さんの参考文献のトップにあった檜山正幸さんの「はじめての圏論　その第１歩：しりとりの圏」に立ち戻ることになった。はてなブログの檜山正幸のキマイラ飼育記は，内容にはついていけなくても，その図絵表現がおもしろくてなんだか引き込まれる。このブログは feedly に登録して定期的にアクセスしているのでなじみ深い。

さて，このように具体例で示してもらうと非常にわかりやすかった。ショックだったのは，圏の対象を結ぶ射とは，関数のようなものをイメージしていたにもかかわらず，しりとりの圏ではこれが実体としての文字列であるというところだ。そうなのか。目からウロコ状態である。圏は射による関係性のネットワークであって，それがモノによる集合論的な見方との違いの本質だと思っていた。その射がモノだったわけで，モノとコトの見え方がこうして入れ替わることになる。なんだかすごいわ。その次の行列の圏の例でも同様だった。射は行列という実体だった。

　圏Ｃ　　　　　行列の圏　　　　　しりとりの圏

　対象 Obj(C)　　自然数　　　　　　ひらがな１文字

　射 Mor(C)　　   行列　　　　　　　ひらがな文字列

　恒等射 id　　　単位行列　　　　　長さ１の文字列

　結合 f;g   　　　合成行列の掛け算　しりとり結合

　対象の集合　　自然数の集合 N　　ひらがな１文字の集合 H

　射の集合　　　行列の集合 Mat　　ひらがな文字列の集合 HStr

というわけで，次の圏を定義するには次の要素が必要だった。

(1) 対象（と呼ばれるモノ）の集合

(2) 射（と呼ばれるモノ）の集合

(3) 射に，域（または始域と呼ばれる）対象を対応させる関数（一般的にはdomと書く）

(4) 射に，余域（または終域と呼ばれる）対象を対応させる関数（一般的にはcodと書く）

(5) 対象に恒等射（と呼ばれる）射を対応させる関数（一般的にはidと書く）

(6) cod(f) = dom(g) のときにだけ定義される結合（と呼ばれる）二項演算（一般的にはf;gと書く）・・・普通の合成関数のような図式順でない表記g○fなどもあるので注意する

※始域，終域は始対象，終対象とは違うので注意しよう

※(1) (2) では集合と書き切っているが，集合（公理的集合論で定義されるもの）でなくてもよいらしいが，そもそも集合論の公理，ZF/ZFCとかがまったく腑に落ちていない...orz

※グラフ理論とは違って，２つの対象を結ぶ射はいくつ（?）あっても構わない

圏論入門（２）

さあ次は森田真生の「哲学者のための圏論入門」にとりかかろうとしたが，これだと普通の圏論入門の数学書を読むのと同レベルのハードルがあるではないか。チーン。「圏の世界では、対象は「中身が何か」(a ∈ A)ではな く，「他の対象たちとどのように関係しているか」(B → A)ということによって 特徴づけられます」はよかったのだけれど，その次にある「普遍写像性(Universal Mapping Property) による対象の定義」のところで壁にぶつかってしまった。

つまづきの要因のひとつがわかった。8pの，「命題 3.1 写像 f : A → B が Sets の射としてモニック(resp. エピック)であること と，写像として単射(resp. 全射)であることは同値」で，いきなり，Sets が無定義で示されているのだ。ここがつまづきの端緒だったかも。「写像の単射性や全射性は，実は集合の中に一切立 ち入ることなく，他の写像との関係性だけによって external に定式化することが 可能なのです」ということで楽しみにしていたのに・・・。

森田真生の Sets は集合の圏の Set と同じなのだろうか？集合論自身がハードルなので，ハードルの二乗になってしまった。圏の定義（ここまではいちおういいことにした）の後に，小圏（small category）とか局所小圏（local small category）の注釈があって，なんのことかと気持ち悪かったけど，その心配が的中した。

P. S. やはり，「圏 C の対象全体の集まりを Ob(C) と書いたり，C0 と書いたりします。また圏 C の射全体の集まりは Ar(C) と書いたり，C1 と書いたりします。また，圏 C の対 象 A, B に対して，A から B への射全体の集まりを HomC(A, B) と書きます。ここ で、一般に C0 や C1 や HomC(A, B) は集合になるとは限らないことに注意してく ださい」がわかっていなかった。数学で出てくる対象が，集まりだけど集合でない，とはどういうことなのだろうか。

圈論入門（１）

現代思想７月号の特集「圈論の世界」を読むための準備として，谷村省吾さんの「物理学者のための圈論入門（2017）」を斜め飛ばし読みした。気になったフレーズだけを抜き出してみる。

１．はじめに

（これは講演録なのね。）

２．三種の矢

「圏論 の道具を一言で言い表すと，「圏論は ３ 種の矢からなる」と言えると思います」

（なるほど，［対象＋射」＝圈，圈：対象・射→関手→圈：対象・射，関手→自然変換→関手，というのが基本的道具立てなのか。対象は集合とは限らない，射は写像とは限らない）

３．普遍性

「ある圏の一部分あるいは全体の，すべての各対象に対して唯一のやり方で働き掛ける対象や射があれば，それは普遍性を持つと言われるのです」

（もうひとつピンとこない）

４．圈論の考え方

「圏論の対極には集合論があります・・・圏論では，元や集合の存在に先立って，射の存在を認めるのです」「対象と射の意味づけ・解釈が， 他者との関係性・文脈・コミュニケーション・ネットワークを通して行われるというあたりが，複雑な世界を記述する豊かな表現力が圏論に備わっている」

（そうなのか）

５．圈論の御利益

「量子トポスあるいはトポス量子論という理論が提案され ています・・・群の表現論も圏の概念を使うと大幅に整理できます」

（そうなのか）

６．圏の定義

「圏(category) とは，対象 (object) と射(arrow, morphism) の集まりで，以下の条件を満たすものです」

　(1) 射には始域と終域とよばれる対象がある。

　(2) 始域と終域が一致する２つの射の合成射が一意的に定まる。

　(3) 三連の合成射に対して結合律が成り立つ。

　(4) 各対象ごとに恒等射が存在する。

（これに加えて，図式，パス，可換図式，などが説明される。自然数を対象とした，大小関係や剰余関係の例がわかりやすい。有向グラフと圏の違いをはっきりとさせておくのが吉）

７．関手

「ある圏と別の圏との連動に注目したい場合や，抽象的な対象からな る圏を具体的な対象からなる圏に写し取りたい場合は，関手という道具を用います」

（共変関手と反変関手があることが説明される。ベキ集合の話は上の空で流す）

８．自然変換

「関手が対象に対象を (a ⇝ F a)，射に射を (f ⇝ F f ) 対応させ るのに対して，自然変換は対象に射を (a → ̇Ta )対応させます」

（そうなのか）

９．普遍射

「圏の内部構造をうまく浮かび上がらせる道具で ある普遍射という概念を説明して，この講演を終わりたいと思います」

（十分理解できなかったのだけれど，会社の組織と会社に属さない個人が，相互作用してジョブを実行するという例えが妙に納得できた。すばらしい）

スコセッシ

マーティン・スコセッシ監督といえば，さきの第92回アカデミー賞授賞式で，ポン・ジュノがパラサイトでオスカーをとったときに，最も影響を受けた監督の１人として名前をあげていたシーンが印象深い。

昔（2012年）の記事で，「スコセッシ監督が，映画監督志望の若者に推薦する傑作39本」というのにぶつかった犬は，記憶のために記録することにした。

「メトロポリス」（1927，フリッツ・ラング）

「ドクトル・マブゼ」（1922，フリッツ・ラング）

「吸血鬼ノスフェラトゥ」（1922，F・W・ムルナウ）

「ナポレオン」（1927，アベル・ガンス）

「大いなる幻影」（1937，ジャン・ルノワール）

「ゲームの規則」（1939，ジャン・ルノワール）

「天井棧敷の人々」（1945，マルセル・カルネ）

「無防備都市」（1945，ロベルト・ロッセリーニ）

「戦火のかなた」（1946，ロベルト・ロッセリーニ）

「揺れる大地」（1948，ルキノ・ビスコンティ）

「自転車泥棒」（1948，ビットリオ・デ・シーカ）

「ウンベルトD」（1951，ビットリオ・デ・シーカ）

「美女と野獣」（1946，ジャン・コクトー）

「東京物語」（1953，小津安二郎）

「生きる」（1952，黒澤明）

「七人の侍」（1954，黒澤明）

「雨月物語」（1953，溝口健二）

「山椒大夫」（1954，溝口健二）

「天国と地獄」（1963，黒澤明）

「絞死刑」（1968，大島渚）

「いつもの見知らぬ男たち」 (1958，マリオ・モニチェリ）

「若者のすべて」（1960，ルキノ・ビスコンティ）

「大人は判ってくれない」（1959，フランソワ・トリュフォー）

「ピアニストを撃て」（1960，フランソワ・トリュフォー）

「勝手にしやがれ」（1960，ジャン＝リュック・ゴダール）

「はなればなれに」（1964，ジャン＝リュック・ゴダール）

「ウィークエンド」（1967，ジャン＝リュック・ゴダール）

「追い越し野郎」（1962，ディノ・リージ）

「情事」（1960，ミケランジェロ・アントニオーニ）

「欲望」（1966，ミケランジェロ・アントニオーニ）

「革命前夜」（1964，ベルナルド・ベルトルッチ）

「肉屋」（1969，クロード・シャブロル）

「四季を売る男」（1971，ライナー・ベルナー・ファスビンダー）

「不安は魂を食いつくす」（1974，ライナー・ベルナー・ファスビンダー）

「マリア・ブラウンの結婚」（1979，ライナー・ベルナー・ファスビンダー）

「さすらい」（1976，ビム・ベンダース）

「アメリカの友人」（1977，ビム・ベンダース）

「カスパー・ハウザーの謎」（1974，ベルナー・ヘルツォーク）

「アギーレ・神の怒り」（1972，ベルナー・ヘルツォーク）

半分くらいは名前を知っているけれど，みたことのあるのは邦画だけかもしれない。ウィキペディアには，2013年にあげた好きな映画12本ものっている。こちらも1/3しかみていない。

「2001年宇宙の旅」（スタンリー・キューブリック，1968年）

「8 1/2」（フェディリコ・フェリーニ，1963年）

「灰とダイヤモンド」（アンジェイ・ワイダ，1958年）

「市民ケーン」（オーソン・ウェルズ，1941年）

「山猫」（ルキノ・ヴィスコンティ，1963年）

「戦火のかなた」（ロベルト・ロッセリーニ，1946年）

「赤い靴」（マイケル・パウエル，エメリック・プレスバーガー，1948年）

「河」（ジャン・ルノワール，1951年）

「シシリーの黒い霧」（フランチェスコ・ロージ，1962年）

「捜索者」（ジョン・フォード，1956年）

「雨月物語」（溝口健二，1953年）

「めまい」（アルフレッド・ヒッチコック，1958年）

領空の定義

しばらく前に，東北地方の上空を未確認飛行物体が通過していった。未確認ではあるが，その形は捉えられていて，白い気球に太陽電池やプロペラが付随したものらしい。高度10〜50kmの成層圏を通過していたが，国内からの報告がないことから，日本の西側にあるいずれかの外国からジェット気流に乗って東に進んできたものと推測される。で，これが領空侵犯であると断定的に書かれた記事があったので，領空とはどこまでのことを指すのかと調べたところ，一筋縄では行かなかった。

平成28年には逢坂誠二さんが第192国会の80番目の質問主意書で「一　領空とは、国家が領有している領土もしくは領海上の空域と認識しているが、政府の認識はどのようなものか。見解を示されたい。二　日本の領空とは、国家主権が及ぶ領域と政府は認識しているのか。見解を示されたい。」と尋ねているが（この質問もあいまいなのだけれど），安倍総理によるその回答は，「一般に，領空とは領土，領水の上空であり，我が国の主権が及ぶと認識している」なので，結局わけがわからない。まあ，はっきり定義を述べないことは政治的には正しいのかもしれない。しかし，質問主意書や答弁書のpdfファイルが擬似縦書きになっているのは許せない。素直にテキスト化できないのだ。こんなことだから，ITで百年遅れをとる。

そこへ行くと名和小太郎先生の説明はていねいで理路整然としていて救われる「領空か　宇宙空間か（情報管理第50巻(2007)5号）」。ただし，結局，領空の定義に関する結論ははっきり定まっていない。名和先生は，1996年から2001年まで，関西大学総合情報学部に在席していらっしゃった。そのとき，同じ学部の水越敏行先生をリーダーとする高等学校の教科情報の教科書を初めて作るということで，会議でお隣に同席させていただいたことがある。名和先生も出身が東大物理なので，おっしゃることや書かれたものは飲み込みやすかった。その縁で著書を１冊恵贈していただいた。

写真：仙台市天文台が撮影した白い物体（引用）

tikz-cd

Xy-picが世の中の標準であってこれでよいのかと思っていたら，tikz-cdがあった。TikZはよく使っているので，こちらのほうが自分にとっては便利かもしれない。早速 {tikzcd}Commutative diagrams with TikZ のサンプルコードを試してみると，ほとんど同じように使えた。

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 

\documentclass[uplatex,a4j,10pt]{jsarticle}

\usepackage{fancybox,boxedminipage,ascmac}

\usepackage{amsmath,amsthm,amssymb,bm}

\usepackage{amsfonts,amscd,mathrsfs}

\usepackage{cases,physics}

\usepackage[dvipdfmx]{graphicx}

\usepackage[all]{xy}

\usepackage{tikz,tikz-cd}

\usetikzlibrary{shadows}

\usepackage{multicol}

\usepackage[version=3]{mhchem}

\usepackage{tcolorbox}

\tcbuselibrary{raster,skins}

\renewcommand{\labelenumi}{[\ \arabic{enumi}\ ]\ \ }

\setlength{\textwidth}{15cm}

\setlength{\oddsidemargin}{-1.0cm}

\setlength{\evensidemargin}{-1.0cm}

\setlength{\topmargin}{-2cm}

\setlength{\textheight}{24cm}

 

\begin{document}

\begin{center}

\textbf{tikz-cdの使い方}\ (2020/07/05) \\

\end{center}

\begin{tikzcd}

  A \arrow[rd] \arrow[r, "\phi"] & B \\

  & C

\end{tikzcd}

\begin{tikzcd}

  A \arrow[r, "\phi"] \arrow[d, red]

  & B \arrow[d, "\psi" red] \\ C \arrow[r, red, "\eta" blue]

  & D 

\end{tikzcd}

\begin{tikzcd}

  A \arrow[r, "\phi" near start, "\psi"', "\eta" near end] & B

\end{tikzcd}

\begin{tikzcd}

  T

\arrow[drr, bend left, "x"]

\arrow[ddr, bend right, "y"]

\arrow[dr, dotted, "{(x,y)}" description] & & \\

& X \times_Z Y \arrow[r, "p"] \arrow[d, "q"] & X \arrow[d, "f"] \\

& Y \arrow[r, "g"] &Z

\end{tikzcd}

\begin{tikzcd}[column sep=tiny]

  & \pi_1(U_1) \ar[dr] \ar[drr, "j_1", bend left=20]

  &

  &[1.5em] \\

  \pi_1(U_1\cap U_2) \ar[ur, "i_1"] \ar[dr, "i_2"']

  &

  & \pi_1(U_1) \ast_{ \pi_1(U_1\cap U_2)} \pi_1(U_2) \ar[r, dashed, "\simeq"]

  & \pi_1(X) \\

  & \pi_1(U_2) \ar[ur]\ar[urr, "j_2"', bend right=20]

  &

  &

\end{tikzcd}

\begin{tikzcd}[row sep=scriptsize, column sep=scriptsize]

  & f^* E_V \arrow[dl] \arrow[rr] \arrow[dd] & & E_V \arrow[dl] \arrow[dd] \\

  f^* E \arrow[rr,     crossing over] \arrow[dd] & & E \\

  & U \arrow[dl] \arrow[rr] & & V \arrow[dl] \\

  M \arrow[rr] & & N \arrow[from=uu, crossing over]\\

\end{tikzcd}

\begin{tikzcd}

  A \arrow[r]

  & B \arrow[r]

  \arrow[d, phantom, ""{coordinate, name=Z}]

  & C \arrow[dll, "\delta",

  rounded corners,

  to path={ -- ([xshift=2ex]\tikztostart.east)

    |- (Z) [near end]\tikztonodes

     -| ([xshift=-2ex]\tikztotarget.west) -- (\tikztotarget)}] \\

    D \arrow[r]

     & E \arrow[r]

      & F

\end{tikzcd}

\end{document}

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 

図　tikz-cdのサンプル

Xy-pic

現代思想の７月号の「圈論の世界」を買おうと思った。先週の土曜日に３ヶ月ぶりに，大阪上本町（県外）に出る用事があって，近鉄百貨店上本町店11階のジュンク堂をのぞいたところ，バックナンバーはあるけれど残念ながら当該号はなかった。発売日直後だったのが敗因か。

いろいろ評判はあるのだけれど，丸山善宏さんの記事も読みたいかなと思っていた。アマゾンでさくっと注文すればよいのだが，ぐずぐずしているうちに，谷村省吾さんの「物理学者のための圈論入門」とか森田真生さんの「哲学者のための圈論入門」がファイル置き場から出てきた。とりあえずこれを予習してからと考えて読み始めたところ，谷村さんのおすすめの，TeXで圈論のダイヤグラムがかける Xy-pic にたどりついた。

早速，みつかったサンプル（XY-pic(主に xymatrix)の使い方）を代入してみたら，さくっと動きました。

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 

\documentclass[uplatex,a4j,10pt]{jsarticle}

\usepackage{fancybox,boxedminipage,ascmac}

\usepackage{amsmath,amsthm,amssymb,bm}

\usepackage{amsfonts,amscd,mathrsfs}

\usepackage{cases,physics}

\usepackage[dvipdfmx]{graphicx}

\usepackage[all]{xy}

\usepackage{tikz}

\usetikzlibrary{shadows}

\usepackage{multicol}

\usepackage[version=3]{mhchem}

\usepackage{tcolorbox}

\tcbuselibrary{raster,skins}

\renewcommand{\labelenumi}{[\ \arabic{enumi}\ ]\ \ }

\setlength{\textwidth}{15cm}

\setlength{\oddsidemargin}{-1.0cm}

\setlength{\evensidemargin}{-1.0cm}

\setlength{\topmargin}{-2cm}

\setlength{\textheight}{24cm}

 

\begin{document}

\begin{center}

\textbf{xy-picの使い方}\ (2020/07/05) \\

\end{center}

\[

 \xymatrix{

  A \ar[r]^f & BCD \quad \quad

  A \ar[r]^-f & BCD \quad \quad

  A \ar[r]^(0.6)f_(0.65)g & BCD

} \]

\[

 \xymatrix{

  A \ar[r]^f & B \ar[d]^f

             & A \ar[r]_{g_1} & B \ar[d]_{g_1} & A \ar[r]|h & B \ar[d]|h \\

  D \ar[u]^f & C \ar[l]^f

             & D \ar[u]_{g_1} & C \ar[l]_{g_1} & D \ar[u]|h & C \ar[l]|h

} \]

\[

 \xymatrix{

  A \ar[r] \ar[d] \ar[rrd]

  & B \ar[rrd]|f \ar[d]|\hole \ar[rdd]|(.33)\hole & & \\

  C \ar[r] \ar[rrd] & D \ar[rrd]|(.33)\hole|\hole

  & A’ \ar[r] \ar[d] & B’ \ar[d] \\

  & & C’ \ar[r] & D’

} \]

\[

 \xymatrix{

  A \ar[r]^-f

  & B \ar@<-0.5ex>[r]_-f

  & C \ar@<1ex>[r]^-f

  & D \ar@<0.5ex>[d]^-f \\

  E \ar@<-0.3ex>@{^{(}->}[r]^-f

  & F \ar@{_{(}->}@<0.3ex>[r]^-f

  & G \ar@<0.5ex>[r]^-f \ar@<-0.5ex>[r]_-g & H \ar@<0.5ex>[u]^-g

} \]

\[

 \xymatrix{

  A \ar@/^18pt/[r]^f \ar@/_/[r]_g

  \ar@/_3pt/[d] \ar@/_12pt/[d] \ar@/_24pt/[d] \ar@/_48pt/[d] 

  & B \ar@/^/[d] \ar@/^54pt/[rd] & C \ar[l] \ar[d] \\

  D \ar@/_10pt/@{.>}[rr]_{\exists h} & E \ar[r] \ar[l] & F

} \]

\[

 \xymatrix@ur{

  A \ar[r]^f \ar[d] & B \ar[d] \\

  C \ar[r] & D & }

\]

\begin{equation}

\vcenter{

  \xymatrix{

   A \ar[r] \ar[d] & B \ar[d] \\

   C \ar[r] & D \ar@{}[lu]|{\circlearrowright}

} }

\hspace{2cm} \vspace{-1cm}

\fbox{

  \xymatrix@=5pt{

   \bullet \ar@{-} `d[dr] '[rrrd] `[rrrr] [rrrr] & &

   \bullet \ar@{-} '[d] [dd] \ar@{-}[rrdd] & & \bullet \\

   & & & & \\

   \bullet \ar@{-} `r[ruu] '[ru] `[rruu] [rruu]

   &  & \bullet &  & \bullet

   }

}

\end{equation}

\end{document}

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 

図　Xy-picのサンプル

iPhone SE（４）

とりあえず，アプリは精選して再インストールした。この状態でMacBook Proにつなぐと，設定がそうなっていたからだが，勝手に音楽が同期された。写真はiCloudからの同期になっているので，ここには復活されない。iPhone 6sのバッテリケースは装着できたのだけれど，カメラホールがずれていたのでレンズを半分覆ってしまった。これでは芸術的なスモーク写真で満足するか，朝の散歩の写真撮影時にケースの着脱が毎回発生してしまうことになるので，iPhone 7用のバッテリケースを注文したらすぐ届いた。残念ながら iPhone SE用のバッテリケースは売っていない。保証はないのだけれど，とりあえず使ってみることにする。

追伸：気がつかないうちに，iPhone/iOSの写真の画像形式がJPEGからHEIF（High Efficiency Image File Format）に変わっていた。拡張子は HEIC。JPEGに変換するために，iMazing HEIC Converter を引っ張ってきた。メールで写真を送るときとかどうなるのかな？

写真　iPhone7用のバッテリケースを装着した iPhone SE（撮影 2020.7.4）

iPhone SE（３）

記録のために，このiPhone SEの現段階のスクリーンショットを保存しておく。これまでは4.5ページあったが，このたびのリストラで３ページになった。

図：iPhone SE の現時点でのスクリーンショット