この章では、第2部で学んだ「条件(If)」と第3部で学んだ「範囲(Quantifiers)」を統合し、集合間の**関係(Relation)写像(Map/Function)**を厳密に定義します。これが、圏論への入り口となります。

1. 関係(Relation):論理の二項演算

集合論において、関係  は、要素  と  の間の「つながり」を論理命題として捉えます。

数学英語では、この関係性を記述するために以下の表現が頻出します。

  • Related to:  is related to  via .
  • Depends on:  depends on .
  • Corresponds to:  corresponds to .

【重要】同値関係(Equivalence Relation)の定義
関係  が同値関係であることは、以下の三つの論理条件が満たされることとして定義されます。

  1. Reflexivity (反射律): .
    • “Every element is related to itself.”
  2. Symmetry (対称性): .
    • “If  is related to , then  is related to .”
  3. Transitivity (推移律): .
    • “If  is related to  and  is related to , then  is related to .“

2. 写像(Function/Map):関係の特殊化

写像  は、関係  の特殊なケースです。各  に対して、ただ一つの  が対応します。

数学英語における「写像」の定義表現は非常に定型化されています。

  • Let  be a function.
  • For each , let  denote the unique element in  such that…
  • The map  sends  to .

3. 圏論への橋渡し:要素なしの写像

集合論では、写像は「要素の対応」として定義されます。しかし、圏論では要素(Element)を直接扱うことなく、写像(Morphism)の性質だけで対象(Object)を定義します

これをYonedaの補題の精神で説明します。

“An object is determined by its relationships with other objects.”
(対象は、他の対象との関係性によって決定される。)

集合論では  ( は  の要素)と言いますが、圏論では  自体を、 への射の集まりとして捉えます。