Kohomologia lokalna

W geometrii algebraicznej kohomologia lokalna jest algebraicznym odpowiednikiem kohomologii względnej . Alexander Grothendieck przedstawił go na seminariach na Harvardzie w 1961 roku, napisany przez Hartshorne'a (1967) oraz w latach 1961-2 w IHES napisany jako SGA2 - Grothendieck (1968) , ponownie opublikowany jako Grothendieck (2005) . Biorąc pod uwagę funkcję (bardziej ogólnie, odcinek quasi-koherentnego snopka ) zdefiniowaną na otwartym podzbiorze rozmaitości algebraicznej (lub schemat ), lokalna kohomologia mierzy przeszkodę w rozszerzeniu tej funkcji na większą dziedzinę . Na przykład funkcja wymierna jest zdefiniowana tylko dopełnieniu na afinicznej nad polem i nie rozszerzyć na funkcję na całej przestrzeni. Lokalny moduł kohomologii (gdzie jest pierścieniem współrzędnych ) wykrywa to w nieznikaniu klasy kohomologii . W podobny sposób jest zdefiniowany z dala od i w płaszczyźnie afinicznej , ale nie może być rozszerzony ani na dopełnienie osi ani na dopełnienie y {\ displaystyle - sama oś (ani nie może być wyrażona jako suma takich funkcji); ta przeszkoda dokładnie odpowiada niezerowej klasie w lokalnym module kohomologii .

Poza geometrią algebraiczną kohomologia lokalna znalazła zastosowanie w algebrze przemiennej , kombinatoryce i niektórych rodzajach równań różniczkowych cząstkowych .

Definicja

postaci teorii przekroje są rozważane dla snopka grup abelowych w przestrzeni topologicznej } wsparcie w zamkniętym , Funktory pochodne z tworzą lokalne grupy kohomologii

W algebraicznej postaci teorii, przestrzeń X jest widmem Spec( R ) przemiennego pierścienia R (zakłada się, że jest noetherowski w całym artykule), a snop F jest snopkiem quasi-koherentnym związanym z R - modułem M , oznaczonym przez . Zamknięty podschemat Y jest zdefiniowany przez ideał I . W tej sytuacji funktor Γ Y ( F ) odpowiada funktorowi I - torsyjnemu , związkowi anihilatorów

tj. elementy M , które są unicestwiane przez jakąś moc I. Jako prawy wyprowadzony funktor , i -ty lokalny moduł kohomologii w odniesieniu do I jest i- grupą kohomologii kompleksu łańcuchowego uzyskany z przyjęcia części I -skrętnej rozdzielczości iniekcyjnej modułu . Ponieważ składa się z R i R , każda z lokalnych grup kohomologicznych ma naturalną strukturę modułu R.

Część I -skrętną można alternatywnie opisać jako

iz tego powodu lokalna kohomologia R -modułu M zgadza się z bezpośrednim ograniczeniem modułów Ext ,

Z jednej z tych definicji wynika, że , gdyby innym mającym Wynika z tego również, że lokalna kohomologia nie zależy od żadnego wyboru generatorów dla I , co staje się istotne w następującej definicji dotyczącej kompleksu Čecha.

Wykorzystanie kompleksów Koszul i Čech

Definicja funktora pochodnego kohomologii lokalnej wymaga rozwiązania modułu , co może uniemożliwić jego użycie w obliczeniach jawnych Kompleks Čech jest postrzegany jako bardziej praktyczny w pewnych kontekstach. Iyengara i in. (2007) na przykład stwierdzają, że „zasadniczo ignorują” „problem faktycznego wytworzenia dowolnego z tych [iniekcyjnych] rodzajów rozdzielczości dla danego modułu” przed przedstawieniem złożonej definicji kohomologii lokalnej Čecha, oraz Hartshorne ( 1977 ) opisuje kohomologię Čecha jako „podając praktyczną metodę obliczania kohomologii quasi-spójnych snopów na schemacie”. i jako „dobrze nadające się do obliczeń”.

Kompleks Čech współgranicę kompleksów _ generować . Lokalne moduły kohomologii można opisać jako:

Kompleksy Koszula mają tę właściwość, że mnożenie przez łańcuchów , który jest homotopijny do zera, co oznacza zostaje unicestwiony przez . Niezerowa mapa w colimit zbiorów zawiera mapy ze wszystkich, ale nieskończenie wielu kompleksów Koszula, które nie są unicestwiane przez jakiś element ideału.

Ta granica kompleksów Koszula jest izomorficzna z kompleksem Čech , oznaczona do poniżej.

gdzie i ty lokalny . _ do i- tej grupy kohomologii powyższego kompleksu łańcuchowego ,

Szersze zagadnienie obliczania lokalnych modułów kohomologii (w charakterystyce zero ) jest omówione w Leykin (2002) oraz Iyengar et al. (2007 , Wykład 23).

Podstawowe właściwości

Ponieważ kohomologia lokalna jest zdefiniowana jako funktor pochodny , dla dowolnej krótkiej dokładnej sekwencji R -modułów , z definicji istnieje naturalna długa sekwencja dokładna w kohomologii lokalnej

Istnieje również długa dokładna sekwencja kohomologii snopów , łącząca kohomologię snopów zwykłych X i zbioru otwartego U = X \ Y , z lokalnymi modułami kohomologii. Dla quasi-koherentnego snopka F określonego na X ma to postać

W ustawieniu, w którym X jest schematem afinicznym a Y jest zanikającym zbiorem ideału I , grupy kohomologii znikają dla . Jeśli prowadzi to do dokładnej sekwencji

gdzie środkowa mapa jest ograniczeniem sekcji. Cel tej mapy ograniczeń jest również określany jako idealna transformacja. Dla n ≥ 1 istnieją izomorfizmy

Ze względu na powyższy izomorfizm z kohomologią snopów , lokalną kohomologię można wykorzystać do wyrażenia wielu znaczących konstrukcji topologicznych na schemacie w kategoriach czysto algebraicznych. . Na przykład istnieje naturalny analog w lokalnej kohomologii sekwencji Mayera – Vietorisa w odniesieniu do pary zbiorów otwartych U i V w X , dane przez dopełnienia zamkniętych podschematów odpowiadających odpowiednio parze ideałów I i J . Sekwencja ta ma postać

dla każdego -module .

związania najmniejszej liczby równań (określanych jako ranga arytmetyczna) potrzebnych do (ustawienia teoretycznego w . Jeśli ten sam pierwiastek co jest generowany przez , to kompleks Čech na generatorach ja { nie ma terminów w stopniu . Najmniejsza liczba generatorów spośród wszystkich ideałów taka że ​​jest rangą arytmetyczną oznaczony . Ponieważ lokalna kohomologia względem ja można obliczyć przy użyciu dowolnego takiego ideału, wynika z tego, że dla .

Stopniowana kohomologia lokalna i geometria rzutowa

Kiedy jest przez , jest przez jednorodne elementy i jest modułem, istnieje naturalna ocena R na lokalnym module kohomologii, zgodny z ocenami i i . Wszystkie podstawowe właściwości kohomologii lokalnej wyrażone w tym artykule są zgodne ze strukturą stopniowaną. Jeśli skończenie i przez elementy o dodatnim stopniu są skończenie generowane przez i znikają dla wystarczająco dużego .

Przypadek, w którym ideał generowany przez wszystkie elementy stopnia dodatniego (czasami nazywany ideałem nieistotnym związek z geometrią rzutową. W tym przypadku występuje izomorfizm

gdzie jest rzutowym schematem związanym z a oznacza skręt Serre'a . Ten izomorfizm jest stopniowany, dając

we wszystkich stopniach .

Ten izomorfizm wiąże lokalną kohomologię z globalną kohomologią schematów rzutowych . Na przykład regularność Castelnuovo – Mumforda można sformułować przy użyciu lokalnej kohomologii jako

gdzie najwyższy stopień , że . Lokalna kohomologia może być wykorzystana do udowodnienia pewnych górnych granic wyników dotyczących prawidłowości.

Przykłady

Najlepsza kohomologia lokalna

kompleksu _ jest generowany przez obrazy ułamków formalnych

dla i . elementowi wtedy i gdy nie ma . Na przykład, jeśli , to

  • K jest polem i jest pierścieniem wielomianowym nad następnie lokalnym n przestrzeń wektorowa nad z podstawą określoną przez ( klasy kohomologii Čecha ) odwrotne jednomiany dla . Jako przez obniża o 1, z zastrzeżeniem warunku Ponieważ uprawnienia można zwiększyć przez pomnożenie przez elementy H. generowane w sposób skończony .

Przykłady H 1

Jeśli gdzie ), moduł można czasami obliczyć jawnie przy użyciu sekwencji

W poniższych jest dowolnym .

  • R i , a następnie przestrzeń pierwszym K 1-wymiarowy przestrzeń wektorowa generowana przez .
  • R m Γ i więc jest nieskończenie wymiarową przestrzeń wektorowa z podstawą

Związek z niezmiennikami modułów

Wymiar dim R (M) modułu (zdefiniowany jako wymiar Krulla jego podparcia) zapewnia górną granicę dla lokalnych modułów kohomologii:

Jeśli R jest lokalny , a M skończenie generowany , to ta granica jest ostra, tj. }

Głębokość (zdefiniowana jako maksymalna długość regularnej sekwencji M ; określana również jako stopień M ) zapewnia ostrą dolną granicę, tj. jest najmniejszą liczbą całkowitą n taką, że

charakterystykę modułów -Macaulaya na lokalnych pierścieniach: są to dokładnie te moduły, w dla ale jeden N.

Lokalna dualność

lokalnej dualności jest lokalnym odpowiednikiem dualności Serre'a . Dla lokalnego pierścienia Cohena-Macaulaya o wymiarze który jest homomorficznym obrazem Gorensteina (na przykład, jeśli jest kompletny ), stwierdza się, że naturalne parowanie

jest idealnym parowaniem , gdzie jest dualizującym modułem dla . Pod względem dualności Matlisa lokalnej można wyrazić jako następujący

Stwierdzenie jest prostsze, gdy hipotezą jest Gorensteinem . Dzieje się tak na przykład , jest .

Aplikacje

Początkowe zastosowania dotyczyły analogii twierdzeń o hiperpłaszczyznach Lefschetza . Ogólnie rzecz biorąc, takie twierdzenia stwierdzają, że homologia lub kohomologia jest obsługiwana na przekroju hiperpłaszczyznowym rozmaitości algebraicznej , z wyjątkiem pewnej „straty”, którą można kontrolować. Wyniki te odnosiły się do podstawowej grupy algebraicznej i do grupy Picarda .

Innym rodzajem zastosowania są twierdzenia o powiązaniach, takie jak twierdzenie o powiązaniach Grothendiecka (lokalny odpowiednik twierdzenia Bertiniego ) czy twierdzenie o powiązaniach Fultona-Hansena na podstawie Fultona i Hansena (1979) oraz Faltingsa (1979) . Ten ostatni twierdzi, że dla dwóch rozmaitości rzutowych V i W w P r nad algebraicznie zamkniętym polem wymiar łączności Z = V W (tj. minimalny wymiar zamkniętego podzbioru T z Z , który należy usunąć z Z , aby dopełnienie Z \ T zostało odłączone ) jest ograniczone przez

c ( Z ) ≥ ciemny V + ciemny W - r - 1.

Na przykład Z jest spójny, jeśli dim V + dim W > r .

W geometrii wielościennej kluczowym składnikiem dowodu Stanleya z 1975 r. Uproszczonej postaci twierdzenia McMullena o górnej granicy jest wykazanie, że pierścień Stanleya-Reisnera odpowiedniego kompleksu uproszczonego to Cohen-Macaulay , a lokalna kohomologia jest ważnym narzędziem w tym obliczeniu, poprzez Wzór Hochstera.

Zobacz też

Notatki

Odniesienie wprowadzające