アルファ図法/V字論法と列挙確認

有限集合だけを考える。

  1. $`A = \{a_1, a_2, a_3\}`$
  2. $`B = \{b_1, b_2\}`$
  3. $`C = \{c_1, c_2\}`$

$`A`$ を次のように描く、$`B, C`$ も同様。


  1. 関数も関係も集合だと思えば列挙可能。有限集合の世界では、あらゆるものが具体的に列挙可能
  2. 関数は逆関数が作れないときがあるが、関係だと思えば転置は常に可能。
  3. 直積、ファイバー積、関係の結合〈composition〉、ジョインも列挙可能。
  4. ファイバー積と結合では中間情報は捨てる。ジョインは中間情報も残す。

書き出すときに面倒なら、$`A, B, C \subseteq {\bf N}`$ と考えてしまってもかまわない。それなら:

  1. $`A = \{1, 2, 3\}`$
  2. $`B = \{1, 2\}`$
  3. $`C = \{1, 2\}`$
記法

ここの $`f, g`$ は一般名。

  • $`\newcommand{\NFProd}[3]{ \mathop{_{#1} \!\underset{#2}{\times}\,\!_{#3} } }A\NFProd{f}{B}{g}C`$ ファイバー積、$`B`$ の情報を捨てる。
  • $`\newcommand{\NJoin}[3]{ \mathop{_{#1} \!\underset{#2}{\Join}\,\!_{#3} } } A\NJoin{f}{B}{g}C`$ ジョイン、$`B`$ の情報を残す。
  • $`f;g`$ 関係の結合、関数も関係の一種とみなす。
  • $`f^t`$ 関係の転置、関数も関係の一種とみなす。
  • $`A\times C`$ 単なる直積
設定

ここから先、$`f, g,h,i`$ は固有名。


プロファイル
  1. $`f\subseteq A\times B`$ つまり $`f \in {\bf UTens}(A, B) = \mathrm{Pow}(A\times B)`$
  2. $`g\subseteq C\times B`$
  3. $`h\subseteq C\times B`$
  4. $`i\subseteq A\times B`$
  5. $`A\NFProd{f}{B}{g}C \subseteq A\times C`$
  6. $`A\NJoin{f}{B}{g}C \subseteq A\times B \times C`$
  7. $`f; g^t \subseteq A\times C`$
  8. $`g; f^t \subseteq C\times A`$
  9. $`A\NFProd{f}{B}{h}C \subseteq A\times C`$
  10. $`A\NJoin{f}{B}{h}C \subseteq A\times B \times C`$
  11. $`f; h^t \subseteq A\times C`$
  12. $`h; f^t \subseteq C\times A`$
  13. $`A\NFProd{i}{B}{h}C \subseteq A\times C`$
  14. $`A\NJoin{i}{B}{h}C \subseteq A\times B \times C`$
  15. $`i; h^t \subseteq A\times C`$
  16. $`h; i^t \subseteq C\times A`$
問題 1

要素をすべて列挙せよ。

  1. $`f`$
  2. $`g`$
  3. $`h`$
  4. $`i`$
  5. $`A\NFProd{f}{B}{g}C`$
  6. $`A\NJoin{f}{B}{g}C`$
  7. $`f; g^t`$
  8. $`g; f^t`$
  9. $`A\NFProd{f}{B}{h}C`$
  10. $`A\NJoin{f}{B}{h}C`$
  11. $`f; h^t`$
  12. $`h; f^t`$
  13. $`A\NFProd{i}{B}{h}C`$
  14. $`A\NJoin{i}{B}{h}C`$
  15. $`i; h^t`$
  16. $`h; i^t`$
問題 2

要素をすべて列挙せよ。

  1. $`A\times C`$
  2. $`A\times B \times C`$
  3. $`A\NFProd{!_A}{\bf 1}{!_C}C`$
  4. $`A\NJoin{!_A}{\bf 1}{!_C}C`$
問題 3

問題1で列挙した結果を眺めて、次の一般的定理が成立することを確認せよ。以下で出てくる名前は、今までの固有名ではなくて、一般論における一般的定理を記述する一般名。例えば、$`A`$ は一般的になんらかの集合であって、三元集合とは限らない(老婆心で注意)。

  1. $`A\NFProd{f}{B}{g}C \cong f;g^t`$ (イコールだとしても、それを $`\cong`$ と書いて悪いわけではない。)
  2. $`(A\NFProd{f}{B}{g}C)^t \cong g;f^t`$
  3. $`A\NFProd{f}{B}{g}C \cong \sum_{b \in B}(f^{-1}(b) \times g^{-1}(b))`$
  4. $`(A\NFProd{f}{B}{g}C)^t \cong \sum_{b \in B}(g^{-1}(b) \times f^{-1}(b))`$