Twierdzenia o zmianie bazy
W matematyce twierdzenia o zmianie podstawy odnoszą się do bezpośredniego obrazu i odwrotnego obrazu snopów . Dokładniej mówiąc, dotyczą one podstawowej mapy zmian, określonej przez następującą naturalną transformację snopów:
Gdzie
jest kwadratem przestrzeni topologicznych i jest snopem na X .
Takie twierdzenia istnieją w różnych gałęziach geometrii: dla (zasadniczo dowolnych) przestrzeni topologicznych i właściwych odwzorowań f , w geometrii algebraicznej dla snopów (quasi-)spójnych i f właściwych lub g płaskich, podobnie w geometrii analitycznej , ale także dla snopów etale dla f właściwy lub g gładki.
Wstęp
Proste zjawisko zmiany podstawy powstaje w algebrze przemiennej , gdy A jest pierścieniem przemiennym , a B i A' są dwoma A -algebrami. Niech . W tej sytuacji, mając B -moduł M , istnieje izomorfizm ( modułów A' ):
Tutaj indeks dolny wskazuje zapominalski funktor, tj. jest , ale uważany za moduł A. M ZA Rzeczywiście, taki izomorfizm uzyskuje się przez obserwację
Zatem dwie operacje, a mianowicie funktory zapominające i iloczyny tensorowe, komutują w sensie powyższego izomorfizmu. Twierdzenia o zmianie podstawy omówione poniżej są stwierdzeniami podobnego rodzaju.
Definicja podstawowej mapy zmian
Funktory obrazu dla snopów |
---|
obraz bezpośredni f ∗ |
obraz odwrotny f ∗ |
obraz bezpośredni ze zwartym nośnikiem f ! |
wyjątkowy odwrócony obraz Rf ! |
|
Twierdzenia o zmianie podstawy |
Przedstawione poniżej twierdzenia o zmianie podstawy zapewniają, że (dla różnych typów krążków i przy różnych założeniach na danych mapach) następująca mapa zmiany podstawy
jest izomorfizmem, gdzie
które tworzą kwadrat kartezjański , a to snop na X . Tutaj } wyższy bezpośredni obraz f , tj. pochodny funktor bezpośredniego obrazu (znany również jako pushforward) funktor .
Ta mapa istnieje bez żadnych założeń dotyczących map f i g . Jest skonstruowany w następujący sposób: ponieważ jest pozostawiony obok istnieje naturalna mapa (zwana mapą jednostek)
a więc
Sekwencja widmowa Grothendiecka daje następnie pierwszą mapę i ostatnią mapę (są to mapy krawędziowe) w:
Łącząc to z powyższymi plonami
przylegania i daje
Wspomniany powyżej przykład wprowadzający jest tego szczególnym przypadkiem, a mianowicie dla schematów afinicznych i quasi-spójny snop powiązany z modułem B M .
obejmują tylko jeden wyższy bezpośredni funktor obrazu, w taki, który koduje wszystkie jednocześnie . W rzeczywistości podobne argumenty jak powyżej dają mapę w pochodnej kategorii snopów na S ':
gdzie oznacza (całkowity) pochodny funktor funkcji .
Topologia ogólna
Właściwa zmiana bazy
Jeśli X jest przestrzenią topologiczną , S jest lokalnie zwartą przestrzenią Hausdorffa, a jest domkniętą ( zamkniętą mapą dowolnego mapa ciągła ), a następnie mapa zmian bazowych
jest izomorfizmem. Rzeczywiście, mamy: dla ,
i tak dla
Aby zakodować wszystkie indywidualne funktory wyższych pochodnych całość, powyższe stwierdzenie można równoważnie przeformułować, mówiąc, że mapa zmian
jest quasi-izomorfizmem .
Schnürer i Soergel (2016) podważyli założenia, że chodzi o przestrzenie Hausdorffa .
Lurie (2009) rozszerzył powyższe twierdzenie na nieabelową kohomologię snopów , tj. snopów przyjmujących wartości w zbiorach uproszczonych (w przeciwieństwie do grup abelowych).
Bezpośredni obraz z kompaktowym wsparciem
Jeśli mapa f nie jest domknięta, mapa zmian bazowych nie musi być izomorfizmem, jak pokazuje poniższy przykład (mapy są inkluzjami standardowymi):
Z jednej strony zawsze wynosi zero, ale jeśli } jest systemem lokalnym odpowiadającym reprezentacji podstawowej π (który jest izomorficzny z Z ), wtedy można obliczyć jako niezmienniki działania monodromii π na łodydze (dla każdego ), które nie muszą zniknąć.
Aby uzyskać wynik zmiany podstawy, funktor musi zostać zastąpiony bezpośrednim obrazem ze zwartym . Na przykład, jeśli powyższym przykładzie jest rozszerzeniem o zero, tj. jego łodygi są podane przez fa {\ displaystyle Rf_ {!}
Ogólnie rzecz biorąc, istnieje mapa izomorfizmem, jeśli f jest właściwe, ale ogólnie nie . Właściwe twierdzenie o zmianie podstawy, o którym mowa powyżej, ma następujące uogólnienie: istnieje quasi-izomorfizm
Zmiana bazy dla krążków quasi-spójnych
Właściwa zmiana bazy
Właściwe twierdzenia o zmianie podstawy dla quasi-spójnych krążków mają zastosowanie w następującej sytuacji: jest właściwym morfizmem między schematami noetherowskimi i jest spójnym snopkiem , który jest płaski nad S (tj. jest płaski nad S (tj. fa jest płaski nad ). W tej sytuacji obowiązują następujące stwierdzenia:
- „Twierdzenie o półciągłości”:
- Dla każdego funkcja jest górnopółciągłe .
- Funkcja lokalnie stała, gdzie s oznacza charakterystykę Eulera .
- „ Twierdzenie Grauerta ”: jeśli S jest zredukowane i połączone, to dla każdego następujące są równoważne
- jest stała.
- jest lokalnie bezpłatny, a mapa naturalna
- { .
- Ponadto, jeśli te warunki są spełnione, to mapa naturalna
- jest izomorfizmem dla wszystkich .
- p , H. dla wszystkich , a następnie mapa naturalna
- jest izomorfizmem dla wszystkich .
Ponieważ łodyga snopka włókna punktu pod f stwierdzenie to mówiąc, że „kohomologia dojeżdża z rozszerzeniem podstawy”.
ZA istnieje skończony kompleks skończenie generowanych rzutowych modułów A i naturalny izomorfizm funktorów
w kategorii algebr .
Płaska zmiana podstawy
Podstawowa mapa zmian
jest izomorfizmem dla quasi-spójnego snopka (na że mapa jest płaska (wraz z kilkoma warunkami technicznymi: f musi być oddzielnym morfizmem typu skończonego , stosowane schematy muszą być noetherowskie).
Płaska zmiana podstawy w kategorii pochodnej
Daleko idące rozszerzenie płaskiej zmiany podstawy jest możliwe przy rozważaniu mapy zmian podstawy
w pochodnej kategorii snopów na S', podobnie jak wspomniano powyżej. Tutaj jest (całkowitym) pochodnym funktorem wycofania (ponieważ obejmuje iloczyn tensorowy, nie jest dokładne, gdy g nie jest płaskie, a zatem nie jest równe jego funktor pochodny ). Ta mapa jest quasi-izomorfizmem, jeśli spełnione są następujące warunki:
- -zwarty i jest quasi-zwarty i quasi-rozdzielony,
- jest obiektem w , ograniczona kategoria pochodna -modułów, a jej snopy kohomologii są quasi-spójne (na przykład może być ograniczonym kompleksem quasi-spójnych krążków)
- i są niezależne od Tora w stosunku do , co , że jeśli i fa dla wszystkich liczb całkowitych ,
- .
- Spełniony jest jeden z poniższych warunków:
- ma skończoną płaską amplitudę względem , co oznacza że jest quasi-izomorficzny w \ mathcal jest - mieszkanie dla wszystkich pewnym ograniczonym przedziałem ; przedział dowolnego w ja dla wszystkich na zewnątrz ; Lub
- ma skończony wymiar Tor, co oznacza, że płaską stosunku do
Jedną z zalet tego sformułowania jest osłabienie hipotezy płaskości. Jednak wykonanie konkretnych obliczeń kohomologii lewej i prawej strony wymaga teraz sekwencji widmowej Grothendiecka .
Zmiana podstawy w pochodnej geometrii algebraicznej
Wyprowadzona geometria algebraiczna sposób na odrzucenie założenia o płaskości, pod warunkiem, że wycofanie wycofaniem homotopii . W najprostszym przypadku, gdy X , S i jak powyżej), wycofanie homotopii jest określone przez iloczyn tensorowy
Następnie, zakładając, że schematy (lub bardziej ogólnie schematy pochodne) są quasi-zwarte i quasi-oddzielone, naturalna transformacja
jest quasi-izomorfizmem dla dowolnego quasi-spójnego snopka, lub bardziej ogólnie kompleksu quasi-spójnych snopów. Wspomniany powyżej wynik zmiany płaskiej podstawy jest w rzeczywistości przypadkiem szczególnym, ponieważ dla g flat cofnięcie homotopii (które jest lokalnie określone przez pochodny iloczyn tensorowy) zgadza się ze zwykłym wycofaniem (lokalnie określonym przez pochodny iloczyn tensorowy), a ponieważ wycofanie wzdłuż płaskich map g i g ' jest wyprowadzane automatycznie (tj. . Założenia pomocnicze związane z niezależnością Tora lub amplitudą Tora w poprzednim twierdzeniu o zmianie podstawy również stają się niepotrzebne.
W powyższej postaci zmiana bazowa została rozszerzona przez Ben-Zvi, Francis & Nadler (2010) na sytuację, w której X , S i S' są (prawdopodobnie pochodnymi) stosami , pod warunkiem, że mapa f jest mapą doskonałą (która obejmuje przypadek, w którym f jest quasi-zwartą, quasi-rozdzieloną mapą schematów, ale obejmuje również bardziej ogólne stosy, takie jak stos klasyfikacyjny BG grupy algebraicznej w charakterystycznym zerze).
Warianty i zastosowania
Właściwa zmiana podstawy obowiązuje również w kontekście złożonych rozmaitości i złożonych przestrzeni analitycznych . Twierdzenie o funkcjach formalnych jest wariantem właściwej zmiany bazy, w której cofnięcie jest zastąpione operacją uzupełniania .
Zasada huśtawki i twierdzenie o sześcianie , które są fundamentalnymi faktami w teorii rozmaitości abelowych , są konsekwencją właściwej zmiany podstawy.
Zmiana podstawy dotyczy również D-modułów : jeśli X , S , X' i S' są gładkimi odmianami (ale f i g nie muszą być płaskie ani właściwe itp.), Istnieje quasi-izomorfizm
gdzie i dla modułów D.
Zmiana podstawy dla krążków étale
W przypadku étale krążków skrętnych dwa wyniki zmiany podstawy, określane odpowiednio jako właściwa i zmiana podstawy : zmiana podstawy zachodzi, jeśli jest poprawna . Obowiązuje również, jeśli jest gładkie , pod warunkiem że f jest quasi-zwarte i pod warunkiem, że skręcanie jest liczbą pierwszą względem charakterystyki pól resztowych X .
jest następujący fakt (oba twierdzenia są zwykle udowadniane jednocześnie): niech X będzie rozmaitością na rozłącznie zamkniętym polu i konstruowalnym snopkiem na . Wtedy są skończone w każdym z następujących przypadków:
- X jest kompletny lub
- nie ma p -skrętu, gdzie p jest cechą k .
Przy dodatkowych założeniach Deninger (1988) rozszerzył właściwe twierdzenie o zmianie podstawy na nieskrętne snopy étale.
Aplikacje
W ścisłej analogii do wspomnianej powyżej sytuacji topologicznej, podstawowa mapa zmian dla otwartego zanurzenia f ,
zwykle nie jest izomorfizmem. Zamiast tego rozszerzenie o funktor zerowy spełnia izomorfizm
Ten fakt i właściwa zmiana bazy sugerują zdefiniowanie bezpośredniego funktora obrazu ze zwartym wsparciem dla mapy f by
gdzie jest zwartością f , tj. faktoryzacją do otwartego zanurzenia, po którym następuje właściwa mapa. Potrzebne jest odpowiednie twierdzenie o zmianie bazy, aby pokazać, że jest to dobrze zdefiniowane, tj. niezależne (z dokładnością do izomorfizmu) od wyboru zagęszczenia. , ponownie analogicznie do przypadku krążków w przestrzeni topologicznej, wzór na zmianę vs. dotyczy niewłaściwych map f .
Dla mapy na _ , oznaczony przez określane jako kohomologia ze zwartym wsparciem . Jest to ważny wariant zwykłej kohomologii etale .
Podobne idee są również wykorzystywane do konstruowania analogu funktora w teorii A 1 -homotopii .
Zobacz też
- Względny punkt widzenia Grothendiecka w geometrii algebraicznej
- Zmiana bazy (ujednoznacznienie)
- Podnoszenie zmian bazowych form automorficznych
Dalsza lektura
- Esnault, H.; Kerz, M.; Wittenberg, O. (2016), „Izomorfizm restrykcyjny dla cykli o wymiarze względnym zero”, Cambridge Journal of Mathematics , 4 (2): 163–196, arXiv : 1503.08187v2 , doi : 10.4310/CJM.2016.v4.n2 a1 , S2CID 54896268
Notatki
- Artin, Michał ; Grothendieck, Aleksandr; Verdier, Jean-Louis (1972), Séminaire de Géométrie Algébrique du Bois Marie - 1963-64 - Théorie des topos et cohomologie étale des schémas - (SGA 4) - tom. 3 (PDF) , Notatki z wykładów z matematyki (w języku francuskim), tom. 305, Berlin; Nowy Jork: Springer-Verlag , s. vi+640, doi : 10.1007/BFb0070714 , ISBN 978-3-540-06118-2
- Ben-Cwi, Dawid; Franciszek, Jan; Nadler, David (2010), „Przekształcenia całkowe i centra Drinfelda w wyprowadzonej geometrii algebraicznej”, J. Amer. Matematyka soc. , 23 (4): 909–966, arXiv : 0805.0157 , doi : 10.1090/S0894-0347-10-00669-7 , MR 2669705 , S2CID 2202294
- Berthelot, Pierre ; Grothendieck, Aleksandr ; Illusie, Luc (1971), Séminaire de Géométrie Algébrique du Bois Marie - 1966-67 - Théorie des skrzyżowania et théorème de Riemann-Roch - (SGA 6) (Notatki z wykładów z matematyki 225 ) (w języku francuskim), Berlin; Nowy Jork: Springer-Verlag , xii+700, doi : 10.1007/BFb0066283 , ISBN 978-3-540-05647-8
- Deninger, Christopher (1988), „Właściwe twierdzenie o zmianie podstawy dla snopów nieskrętnych w kohomologii etale”, Journal of Pure and Applied Algebra , 50 (3): 231–235, doi : 10.1016 / 0022-4049 (88) 90102 -8
- Gabber, „ Twierdzenia o skończoności dla kohomologii doskonałych schematów etale ”
- Grauert, Hans (1960), „Ein Theorem der analytischen Garbentheorie und die Modulräume komplexer Strukturen” (PDF) , Publications Mathématiques de l'IHÉS , 5 : 5–64, doi : 10.1007/BF02684746 , S2CID 122593346 , Zbl 0100.08001
- Grothendieck, A. (1963), "Éléments de géométrie algébrique. III. Etude cohomologique des faisceaux cohérents. II" , Publ. Matematyka IHES , zarchiwizowane z oryginału w dniu 05.01.2017 , pobrane 04.01.2017
- Hartshorne, Robin (1977), Geometria algebraiczna , Berlin, Nowy Jork: Springer-Verlag , ISBN 978-0-387-90244-9 , MR 0463157 , OCLC 13348052
- Hotta, Ryoshi; Takeuchi, Kiyoshi; Tanisaki, Toshiyuki (2008), D -moduły, perwersyjne snopy i teoria reprezentacji , Birkäuser
- Iversen, Birger (1986), Kohomologia snopów , Universitext, Berlin, Nowy Jork: Springer-Verlag , doi : 10.1007/978-3-642-82783-9 , ISBN 978-3-540-16389-3 , MR 0842190
- Lurie, Jacob (2009), Wyższa teoria toposu , Annals of Mathematics Studies, tom. 170 , Princeton University Press _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
- Milne, James S. (1980), kohomologia Étale , Princeton University Press , ISBN 978-0-691-08238-7
- Milne, James S. (2012), Wykłady z kohomologii Étale (PDF)
- Mumford, David (2008) [1970], Odmiany abelowe , Tata Institute of Fundamental Research Studies in Mathematics, tom. 5, Providence, RI: Amerykańskie Towarzystwo Matematyczne , ISBN 978-81-85931-86-9 , MR 0282985 , OCLC 138290
- Toën, Bertrand (2012), Właściwe lokalne morfizmy pełnego skrzyżowania zachowują doskonałe kompleksy , arXiv : 1210,2827 , Bibcode : 2012arXiv1210,2827T
- Schnürer, OM; Soergel, W. (2016), „Właściwa zmiana bazy dla wydzielonych lokalnie właściwych map”, Rend. Semin. Mata. Uniw. Padova , 135 : 223–250, arXiv : 1404.7630v2 , doi : 10.4171/RSMUP/135-13 , S2CID 118024164
- Vakil, Ravi (2015), Podstawy geometrii algebraicznej (PDF)