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

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 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

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

Linki zewnętrzne