stringtranslate.com

Группа Чоу

В алгебраической геометрии группы Чжоу (названные в честь Вэй-Ляна Чжоу Клодом Шевалле  (1958)) алгебраического многообразия над любым полем являются алгебро-геометрическими аналогами гомологии топологического пространства . Элементы группы Чжоу образуются из подмногообразий (так называемых алгебраических циклов ) аналогично тому, как симплициальные или клеточные группы гомологии образуются из подкомплексов. Когда многообразие гладкое , группы Чжоу можно интерпретировать как группы когомологий (сравните двойственность Пуанкаре ) и иметь умножение, называемое произведением пересечений . Группы Чжоу несут богатую информацию об алгебраическом многообразии, и их, соответственно, трудно вычислить в общем случае.

Рациональная эквивалентность и группы Чжоу

Для дальнейшего определим многообразие над полем как целочисленную схему конечного типа над . Для любой схемы конечного типа над алгебраический цикл на означает конечную линейную комбинацию подмногообразий с целыми коэффициентами. (Здесь и далее подмногообразия понимаются замкнутыми в , если не указано иное.) Для натурального числа группа -мерных циклов (или -циклов , для краткости) на является свободной абелевой группой на множестве -мерных подмногообразий .

Для множества размерностей и любой рациональной функции, на которой не равен тождественно нулю, делителем является -цикл

где сумма пробегает все -мерные подмногообразия , а целое число обозначает порядок исчезновения вдоль . (Таким образом , отрицательно, если имеет полюс вдоль .) Определение порядка исчезновения требует некоторой осторожности для сингулярных чисел. [1]

Для схемы конечного типа над группа -циклов , рационально эквивалентных нулю, является подгруппой из , порожденной циклами для всех -мерных подмногообразий из и всех ненулевых рациональных функций на . Группа Чжоу -мерных циклов на является факторгруппой из по подгруппе циклов, рационально эквивалентных нулю. Иногда пишут для класса подмногообразия в группе Чжоу, и если два подмногообразия и имеют , то и называются рационально эквивалентными .

Например, когда — многообразие размерности , группа Чжоу является группой классов дивизоров . Когда — гладкое над (или, в более общем случае, локально нётерова нормальная факторная схема [2] ), это изоморфно группе Пикара линейных расслоений на .

Примеры рациональной эквивалентности

Рациональная эквивалентность в проективном пространстве

Рационально эквивалентные циклы, определяемые гиперповерхностями, легко построить на проективном пространстве, поскольку все они могут быть построены как исчезающие локусы одного и того же векторного расслоения. Например, если даны два однородных полинома степени , то , мы можем построить семейство гиперповерхностей, определяемых как исчезающие локусы . Схематически это можно построить как

Используя проекцию, мы можем увидеть, что волокно над точкой является проективной гиперповерхностью, определяемой . Это можно использовать для того, чтобы показать, что класс циклов каждой гиперповерхности степени рационально эквивалентен , поскольку можно использовать для установления рациональной эквивалентности. Обратите внимание, что геометрическое место является и имеет кратность , которая является коэффициентом его класса циклов.

Рациональная эквивалентность циклов на кривой

Если мы возьмем два различных линейных расслоения гладкой проективной кривой , то исчезающее множество общего сечения обоих линейных расслоений определяет неэквивалентные классы циклов в . Это происходит потому , что для гладких многообразий классы дивизоров и определяют неэквивалентные классы.

Ринг Чоу

Когда схема гладкая над полем , группы Чжоу образуют кольцо , а не просто градуированную абелеву группу. А именно, когда гладкая над , определяем как группу Чжоу коразмерности - циклов на . (Когда является многообразием размерности , это просто означает, что .) Тогда группы образуют коммутативное градуированное кольцо с произведением:

Произведение возникает из пересекающихся алгебраических циклов. Например, если и являются гладкими подмногообразиями коразмерности и соответственно, и если и пересекаются трансверсально , ​​то произведение в является суммой неприводимых компонент пересечения , которые все имеют коразмерность .

В более общем смысле, в различных случаях теория пересечений строит явный цикл, который представляет произведение в кольце Чжоу. Например, если и являются подмногообразиями дополнительной размерности (что означает, что их размерности в сумме равны размерности ), пересечение которых имеет размерность ноль, то равно сумме точек пересечения с коэффициентами, называемыми числами пересечений . Для любых подмногообразий и гладкой схемы над , без предположения о размерности пересечения, теория пересечений Уильяма Фултона и Роберта Макферсона строит канонический элемент групп Чжоу , образ которого в группах Чжоу является произведением . [3]

Примеры

Проективное пространство

Кольцо Чжоу проективного пространства над любым полем — это кольцо

где — класс гиперплоскости (нулевой локус одной линейной функции). Более того, любое подмногообразие степени и коразмерности в проективном пространстве рационально эквивалентно . Отсюда следует, что для любых двух подмногообразий и дополнительной размерности в и степеней , , соответственно, их произведение в кольце Чжоу просто

где — класс -рациональной точки в . Например, если и пересекаются трансверсально, то отсюда следует, что — нулевой цикл степени . Если базовое поле алгебраически замкнуто , это означает, что точек пересечения ровно ; это версия теоремы Безу , классического результата исчислительной геометрии .

Формула проективного расслоения

Если задано векторное расслоение ранга над гладкой собственной схемой над полем, то кольцо Чжоу соответствующего проективного расслоения можно вычислить с помощью кольца Чжоу и классов Черна . Если мы положим и классы Черна , то существует изоморфизм колец

Поверхности Хирцебруха

Например, кольцо Чжоу поверхности Хирцебруха можно легко вычислить с помощью формулы проективного расслоения. Напомним, что оно строится как над . Тогда единственным нетривиальным классом Черна этого векторного расслоения является . Это означает, что кольцо Чжоу изоморфно

Замечания

Для других алгебраических многообразий группы Чжоу могут иметь более богатое поведение. Например, пусть будет эллиптической кривой над полем . Тогда группа Чжоу нулевых циклов на вписывается в точную последовательность

Таким образом, группа Чжоу эллиптической кривой тесно связана с группой - рациональных точек . Когда — числовое поле , называется группой Морделла–Вейля , и некоторые из самых глубоких проблем в теории чисел — это попытки понять эту группу. Когда — комплексные числа , пример эллиптической кривой показывает, что группы Чжоу могут быть несчетными абелевыми группами.

Функториальность

Для собственного морфизма схем над существует прямой гомоморфизм для каждого целого числа . Например, для собственной схемы над это дает гомоморфизм , который переводит замкнутую точку в в ее степень над . (Замкнутая точка в имеет вид для конечного поля расширения , а ее степень означает степень поля над .)

Для плоского морфизма схем над со слоями размерности (возможно, пустыми) существует гомоморфизм .

Ключевым вычислительным инструментом для групп Чжоу является локализационная последовательность , как показано ниже. Для схемы над полем и замкнутой подсхемы , существует точная последовательность

где первый гомоморфизм — это прямой проталкивание, связанное с собственным морфизмом , а второй гомоморфизм — обратный проталкивание относительно плоского морфизма . [4] Последовательность локализации может быть расширена влево с помощью обобщения групп Чжоу, групп мотивной гомологии (Бореля–Мура), также известных как высшие группы Чжоу . [5]

Для любого морфизма гладких схем над существует гомоморфизм обратного проецирования , который на самом деле является кольцевым гомоморфизмом .

Примеры плоских откатов

Обратите внимание, что не-примеры можно построить с помощью раздутий; например, если мы возьмем раздутие начала координат в , то волокно над началом координат будет изоморфно .

Разветвленные покрытия кривых

Рассмотрим разветвленное покрытие кривых

Так как морфизм разветвляется всякий раз, когда мы получаем факторизацию

где один из . Это подразумевает, что точки имеют кратности соответственно. Плоский откат точки тогда

Плоское семейство сортов

Рассмотрим плоское семейство разновидностей

и подмногообразие . Затем, используя декартов квадрат

мы видим, что изображение является подмножеством . Следовательно, мы имеем

Карты велосипедных маршрутов

Существует несколько гомоморфизмов (известных как отображения циклов ) из групп Чжоу в более вычислимые теории.

Во-первых, для схемы X над комплексными числами существует гомоморфизм из групп Чжоу в гомологии Бореля–Мура : [6]

Множитель 2 появляется, поскольку i -мерное подмногообразие X имеет действительную размерность 2 i . Когда X является гладким по комплексным числам, это отображение цикла можно переписать, используя двойственность Пуанкаре как гомоморфизм

В этом случае ( X гладкое над C ) эти гомоморфизмы образуют кольцевой гомоморфизм из кольца Чжоу в кольцо когомологий. Интуитивно это происходит потому, что произведения как в кольце Чжоу, так и в кольце когомологий описывают пересечение циклов.

Для гладкого комплексного проективного многообразия отображение циклов из кольца Чжоу в обычные когомологии пропускается через более богатую теорию, когомологии Делиня . [7] Это включает отображение Абеля–Якоби из циклов, гомологически эквивалентных нулю, в промежуточный якобиан . Экспоненциальная последовательность показывает, что CH 1 ( X ) отображается изоморфно в когомологии Делиня, но это не выполняется для CH j ( X ) с j > 1.

Для схемы X над произвольным полем k существует аналогичное отображение цикла из групп Чжоу в этальные гомологии (Бореля–Мура) . Когда X является гладким над k , этот гомоморфизм можно отождествить с кольцевым гомоморфизмом из кольца Чжоу в этальные когомологии. [8]

Связь с К-теорией

(Алгебраическое) векторное расслоение E на гладкой схеме X над полем имеет классы Черна c i ( E ) в CH i ( X ) с теми же формальными свойствами, что и в топологии. [9] Классы Черна дают тесную связь между векторными расслоениями и группами Чжоу. А именно, пусть K 0 ( X ) будет группой Гротендика векторных расслоений на X . В рамках теоремы Гротендика–Римана–Роха Гротендик показал, что характер Черна дает изоморфизм

Этот изоморфизм показывает важность рациональной эквивалентности по сравнению с любым другим адекватным отношением эквивалентности на алгебраических циклах.

Догадки

Некоторые из самых глубоких гипотез в алгебраической геометрии и теории чисел являются попытками понять группы Чжоу. Например:

Например, пусть X — гладкая комплексная проективная поверхность. Группа Чжоу нуль-циклов на X отображается на целые числа гомоморфизмом степеней; пусть K — ядро. Если геометрический род h 0 ( X , Ω 2 ) не равен нулю, Мамфорд показал, что K является «бесконечномерным» (не является образом какого-либо конечномерного семейства нуль-циклов на X ). [11] Гипотеза Блоха–Бейлинсона влечет за собой удовлетворительное обратное утверждение, гипотезу Блоха о нуль-циклах : для гладкой комплексной проективной поверхности X с геометрическим родом ноль, K должен быть конечномерным; точнее, он должен изоморфно отображаться в группу комплексных точек многообразия Альбанезе X . [12]

Варианты

Бивариантная теория

Фултон и Макферсон расширили кольцо Чжоу до сингулярных многообразий, определив « операциональное кольцо Чжоу » и, в более общем смысле, бивариантную теорию, связанную с любым морфизмом схем. [13] Бивариантная теория — это пара ковариантных и контравариантных функторов , которые назначают отображению группу и кольцо соответственно. Она обобщает теорию когомологий , которая является контравариантным функтором, назначающим пространству кольцо, а именно кольцо когомологий . Название «бивариантный» относится к тому факту, что теория содержит как ковариантные, так и контравариантные функторы. [14]

Это в некотором смысле наиболее элементарное расширение кольца Чжоу на сингулярные многообразия; другие теории, такие как мотивные когомологии, отображаются в операциональное кольцо Чжоу. [15]

Другие варианты

Арифметические группы Чжоу представляют собой объединение групп Чжоу многообразий над Q вместе с компонентой, кодирующей теоретическую информацию Аракелова , то есть дифференциальные формы на ассоциированном комплексном многообразии.

Теория групп Чжоу схем конечного типа над полем легко распространяется на теорию алгебраических пространств . Главное преимущество этого расширения в том, что в последней категории проще формировать факторы, и поэтому более естественно рассматривать эквивариантные группы Чжоу алгебраических пространств. Гораздо более грозным расширением является группа Чжоу стека , которая была построена только в некотором частном случае и которая нужна, в частности, для того, чтобы придать смысл виртуальному фундаментальному классу .

История

Рациональная эквивалентность делителей (известная как линейная эквивалентность ) изучалась в различных формах в 19 веке, что привело к идеальной группе классов в теории чисел и якобиевому многообразию в теории алгебраических кривых. Для циклов более высокой коразмерности рациональная эквивалентность была введена Франческо Севери в 1930-х годах. В 1956 году Вэй-Лян Чжоу дал влиятельное доказательство того, что произведение пересечений хорошо определено на циклах по модулю рациональной эквивалентности для гладкого квазипроективного многообразия, используя лемму Чжоу о перемещении . Начиная с 1970-х годов Фултон и Макферсон дали текущую стандартную основу для групп Чжоу, работая с сингулярными многообразиями везде, где это возможно. В их теории произведение пересечений для гладких многообразий строится путем деформации к нормальному конусу . [16]

Смотрите также

Ссылки

Цитаты

  1. ^ Фултон. Теория пересечений, раздел 1.2 и Приложение A.3.
  2. ^ Проект Stacks, https://stacks.math.columbia.edu/tag/0BE9
  3. ^ Фултон, Теория пересечений, раздел 8.1.
  4. ^ Фултон, Теория пересечений, Предложение 1.8.
  5. ^ Блох, Алгебраические циклы и высшие K-группы; Воеводский, Триангулированные категории мотивов над полем, раздел 2.2 и предложение 4.2.9.
  6. ^ Фултон, Теория пересечений, раздел 19.1
  7. ^ Вуазен, Теория Ходжа и комплексная алгебраическая геометрия, т. 1, раздел 12.3.3; т. 2, теорема 9.24.
  8. ^ Делинь, Этальные когомологии (SGA 4 1/2), Expose 4.
  9. ^ Фултон, Теория пересечений, раздел 3.2 и пример 8.3.3.
  10. Вуазен, Теория Ходжа и комплексная алгебраическая геометрия, т. 2, гипотеза 11.21.
  11. ^ Вуазен, Теория Ходжа и комплексная алгебраическая геометрия, т. 2, теорема 10.1.
  12. Вуазен, Теория Ходжа и комплексная алгебраическая геометрия, т. 2, гл. 11.
  13. ^ Фултон, Теория пересечений, Глава 17.
  14. ^ Фултон, Уильям; Макферсон, Роберт (1981). Категориальная основа для изучения сингулярных пространств. Американское математическое общество . ISBN 9780821822432.
  15. ^ Б. Тотаро, Группы Чжоу, Когомологии Чжоу и линейные многообразия
  16. ^ Фултон, Теория пересечений, главы 5, 6, 8.

Вводный

Передовой