2-Kategorie

Im mathematischen Gebiet der Kategorientheorie sind 2-Kategorien die einfachsten Beispiele höherer Kategorien.

Definition und Notation

Ausführlich

Eine strikte 2-Kategorie bringt folgende Daten mit:

Wir schreiben , um zu deklarieren, dass ein 1-Morphismus von nach , also Element von ist, und , um zu deklarieren, dass ein 2-Morphismus von nach , also Element von ist.

Diese Daten gehorchen folgenden Axiomen:

Per Anreicherung

Eine strikte 2-Kategorie ist eine -angereicherte Kategorie. Das heißt, eine strikte 2-Kategorie bringt folgende Daten mit:

und diese gehorchen folgenden Axiomen für alle :

Bezug zur ausführlichen Definition

Die Objekte eines sind die 1-Morphismen in . Die Pfeile eines sind die 2-Morphismen in .

Die Wirkung der Funktoren auf Objekte ergibt die Komposition von 1-Morphismen. Die Kategorienstruktur der ergibt die vertikale Komposition von 2-Morphismen. Die Wirkung der Funktoren auf Pfeile ergibt die horizontale Komposition von 2-Morphismen.

Notation

Häufig wird anstelle des infix- für die Komposition von 1-Morphismen und die horizontale Komposition von 2-Morphismen einfach Juxtaposition verwendet, natürlicherweise mit stärkerer Bindung als das infix- für die vertikale Komposition: . Des Weiteren schreibt man die Identität auf dem 1-Morphismus häufig auch als , und die Identität auf dem 0-Morphismus häufig auch als .

Begriffsübertragung

Diverse Begriffsbildungen über Kategorien, Funktoren und natürliche Transformationen kann man in jede 2-Kategorie übertragen.

Beispiel: der Begriff der Adjunktion von Funktoren: Es sei eine beliebige 2-Kategorie, und 0-Morphismen in , und . Dann heißt rechtsadjungiert zu und linksadjungiert zu (notiert ), wenn es 2-Morphismen und in gibt mit

In kürzerer Form: , wenn es und gibt mit

Beispiele

  • ist die Klasse aller Mengen,
  • ist die Klasse der Relationen von nach ,
  • Elemente von mit sind "Zeugen" für , wobei auf den jeweiligen definiert ist durch ,
  • die Komposition von 1-Morphismen ist die Komposition von Relationen,
  • die vertikale Komposition von 2-Morphismen bezeugt die Transitivität der jeweiligen ,
  • die horizontale Komposition von 2-Morphismen bezeugt die Monotonie der Kompositionsoperation von Relationen bzgl. in beiden Argumenten,
  • fasst man Funktionen in üblicher Weise als spezielle Relationen auf, dann sind in dieser 2-Kategorie Funktionen genau die linksadjungierten, also jene 1-Morphismen zu denen es ein einen rechtsadjungierten 1-Morphismus gibt.
für alle .
für alle .
für alle .

Literatur