Аналоги групп гомологии для алгебраических многообразий
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:
- Теорема Морделла–Вейля подразумевает, что группа классов дивизоров CH n -1 ( X ) конечно порождена для любого многообразия X размерности n над числовым полем. Открытой проблемой является то, являются ли все группы Чжоу конечно порожденными для каждого многообразия над числовым полем. Гипотеза Блоха – Като о значениях L-функций предсказывает, что эти группы конечно порождены. Более того, ранг группы циклов по модулю гомологической эквивалентности, а также группы циклов, гомологически эквивалентных нулю, должен быть равен порядку обращения в нуль L-функции данного многообразия в некоторых целочисленных точках. Конечность этих рангов также следует из гипотезы Басса в алгебраической K-теории.
- Для гладкого комплексного проективного многообразия X гипотеза Ходжа предсказывает образ ( тензорный с рациональными числами Q ) отображения цикла из групп Чжоу в сингулярные когомологии. Для гладкого проективного многообразия над конечно порожденным полем (таким как конечное поле или числовое поле) гипотеза Тейта предсказывает образ (тензорный с Q l ) отображения цикла из групп Чжоу в l-адические когомологии .
- Для гладкого проективного многообразия X над любым полем гипотеза Блоха – Бейлинсона предсказывает фильтрацию на группах Чжоу X (тензорных с рациональными числами) с сильными свойствами. [10] Гипотеза подразумевает тесную связь между сингулярными или этальными когомологиями X и группами Чжоу X.
- 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
- ^ Фултон. Теория пересечений, раздел 1.2 и Приложение A.3.
- ^ Проект Stacks, https://stacks.math.columbia.edu/tag/0BE9
- ^ Фултон, Теория пересечений, раздел 8.1.
- ^ Фултон, Теория пересечений, Предложение 1.8.
- ^ Блох, Алгебраические циклы и высшие K-группы; Воеводский, Триангулированные категории мотивов над полем, раздел 2.2 и предложение 4.2.9.
- ^ Фултон, Теория пересечений, раздел 19.1
- ^ Вуазен, Теория Ходжа и комплексная алгебраическая геометрия, т. 1, раздел 12.3.3; т. 2, теорема 9.24.
- ^ Делинь, Этальные когомологии (SGA 4 1/2), Expose 4.
- ^ Фултон, Теория пересечений, раздел 3.2 и пример 8.3.3.
- ↑ Вуазен, Теория Ходжа и комплексная алгебраическая геометрия, т. 2, гипотеза 11.21.
- ^ Вуазен, Теория Ходжа и комплексная алгебраическая геометрия, т. 2, теорема 10.1.
- ↑ Вуазен, Теория Ходжа и комплексная алгебраическая геометрия, т. 2, гл. 11.
- ^ Фултон, Теория пересечений, Глава 17.
- ^ Фултон, Уильям; Макферсон, Роберт (1981). Категориальная основа для изучения сингулярных пространств. Американское математическое общество . ISBN 9780821822432.
- ^ Б. Тотаро, Группы Чжоу, Когомологии Чжоу и линейные многообразия
- ^ Фултон, Теория пересечений, главы 5, 6, 8.
Вводный
- Эйзенбуд, Дэвид; Харрис, Джо, 3264 и все такое: Второй курс алгебраической геометрии
Передовой
- Блох, Спенсер (1986), «Алгебраические циклы и высшая K -теория», Advances in Mathematics , 61 (3): 267–304, doi : 10.1016/0001-8708(86)90081-2 , ISSN 0001-8708, MR 0852815
- Клод, Шевалле (1958), «Les Classes d'équivalencerationnelle, I», Anneaux de Chow et application , Séminaire Claude Chevalley, vol. 3
- Клод, Шевалле (1958), «Les Classes d'équivalencerationnelle, II», Anneaux de Chow et application , Séminaire Claude Chevalley, vol. 3
- Чжоу, Вэй-Лян (1956), «О классах эквивалентности циклов в алгебраическом многообразии», Annals of Mathematics , 64 : 450–479, doi : 10.2307/1969596, ISSN 0003-486X, MR 0082173
- Делинь, Пьер (1977), Cohomologie Etale (SGA 4 1/2) , Springer-Verlag , ISBN 978-3-540-08066-4, МР 0463174
- Фултон, Уильям (1998), Теория пересечений , Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag , ISBN 978-0-387-98549-7, г-н 1644323
- Севери, Франческо (1932), «La serie canonica e la teoria delle serie Principal di gruppi di punti sopra una superficie algebrica», Commentarii Mathematici Helvetici , 4 : 268–326, doi : 10.1007/bf01202721, JFM 58.1229.01
- Воеводский, Владимир (2000), «Триангулированные категории мотивов над полем», Циклы, трансферы и теории мотивной гомологии , Princeton University Press , стр. 188–238, ISBN 9781400837120, г-н 1764202
- Voisin, Claire (2002), Теория Ходжа и комплексная алгебраическая геометрия (2 тома) , Cambridge University Press , ISBN 978-0-521-71801-1, МР 1997577