範疇論

積(範疇論)

範疇論中的積把笛卡兒積的觀念——把兩物配成一對——抽象為純箭頭語言。關鍵洞見是:有序對 (a, b) 與兩條分立資訊(一個 a 與一個 b)是同一份資料。所以兩個物件之積應是這樣一個泛物件:從中可在每個因子上讀出一個座標,而通往它的映射恰是通往每個因子的映射。

形式地說,物件 A 與 B 之積是一個物件 A × B 連同兩個投影態射 p : A × B -> A 與 q : A × B -> B,滿足泛性質:對每個帶有態射 f : X -> A 與 g : X -> B 的物件 X,存在唯一態射 ⟨f, g⟩ : X -> A × B 使得 p ∘ ⟨f, g⟩ = f 且 q ∘ ⟨f, g⟩ = g。於是積是同時映入 A 與 B 的泛方式。

積未必在每個範疇中都存在,但一旦存在便在唯一同構意義下唯一。此構造還原了熟悉的例子:Set 中的積是笛卡兒積,Grp 中是群的直積,Top 中是帶積拓撲的積空間。積恰是無箭頭的兩物件圖上的極限,這正是它何以推廣到任意族之積乃至更廣的原因。

在 Grp 中,Z/2Z 與 Z/3Z 之積是直積 Z/2Z × Z/3Z;因為 gcd(2, 3) = 1,它是 6 階循環群,即 Z/6Z。兩個投影是兩個座標商映射,而映入此積的同態等同於映入各因子的一對同態。

Grp 中的積就是群的直積。