مخطط (رياضيات)

في الرياضيات ، وتحديداً الهندسة الجبرية ، المخطط هو بنية توسع مفهوم التنوع الجبري بعدة طرق، مثل مراعاة التعددية (المعادلتان x = 0 و x 2 = 0 تحددان نفس التنوع الجبري ولكن بمخططات مختلفة) والسماح بتعريف "التنوعات" على أي حلقة تبديلية (على سبيل المثال، يتم تعريف منحنيات فيرما على الأعداد الصحيحة ).

طُرحت نظرية المخططات على يد ألكسندر غروتينديك عام 1960 في كتابه "عناصر الهندسة الجبرية" (EGA)؛ وكان من أهدافها تطوير الصيغة اللازمة لحل مسائل معقدة في الهندسة الجبرية ، مثل حدسيات ويل (التي أثبتها بيير ديلين ). [ 1 ] وبفضل اعتمادها القوي على الجبر التبادلي ، تتيح نظرية المخططات استخدامًا منهجيًا لأساليب الطوبولوجيا والجبر المتجانس . كما توحد نظرية المخططات الهندسة الجبرية مع جزء كبير من نظرية الأعداد ، مما أدى في النهاية إلى برهان وايلز لنظرية فيرما الأخيرة .

تُفصّل المخططات الفكرة الأساسية القائلة بأن أفضل طريقة لتحليل أي تنوع جبري هي من خلال حلقة الإحداثيات للدوال الجبرية المنتظمة المعرفة عليه (أو على مجموعاته الجزئية)، حيث يُقابل كل تنوع جزئي مثالي الدوال التي تتلاشى عليه. وبشكل بديهي، يُعد المخطط فضاءً طوبولوجيًا يتكون من نقاط مغلقة تُقابل نقاطًا هندسية، بالإضافة إلى نقاط غير مغلقة تُمثل نقاطًا عامة للتنوعات الجزئية غير القابلة للاختزال. ويُغطى هذا الفضاء بأطلس من المجموعات المفتوحة، كل منها مزود بحلقة إحداثيات من الدوال المنتظمة، مع تغييرات إحداثيات محددة بين الدوال على المجموعات المفتوحة المتقاطعة. يُطلق على هذا التركيب اسم الفضاء الحلقي أو حزمة الحلقات. وتُعد المخططات النويثرية ، التي تكون فيها حلقات الإحداثيات حلقات نويثرية ، من أهم الحالات .

بصورة رسمية، المخطط هو فضاء حلقي مغطى بمخططات أفينية. المخطط الأفيني هو طيف حلقة تبديلية؛ نقاطه هي المُثُل الأولية للحلقة، ونقاطه المغلقة هي المُثُل القصوى . حلقة الإحداثيات للمخطط الأفيني هي الحلقة نفسها، وحلقات الإحداثيات للمجموعات الجزئية المفتوحة هي حلقات الكسور .

من وجهة النظر النسبية ، ينبغي تطوير جزء كبير من الهندسة الجبرية لتشكل XY للمخططات (يُسمى مخطط X على القاعدة Y )، بدلاً من تطويره لمخطط منفرد. على سبيل المثال، عند دراسة الأسطح الجبرية ، قد يكون من المفيد النظر في عائلات من الأسطح الجبرية على أي مخطط Y. في كثير من الحالات، يمكن اعتبار عائلة جميع الأصناف من نوع معين صنفًا أو مخططًا، يُعرف باسم فضاء المعاملات .

للاطلاع على بعض التعريفات التفصيلية في نظرية المخططات، انظر إلى مسرد نظرية المخططات .

تطوير

تكمن أصول الهندسة الجبرية في الغالب في دراسة المعادلات متعددة الحدود على الأعداد الحقيقية . وبحلول القرن التاسع عشر، اتضح (لا سيما في أعمال جان فيكتور بونسيليه وبرنهارد ريمان ) أن الهندسة الجبرية على الأعداد الحقيقية تُبسط بالعمل على حقل الأعداد المركبة ، الذي يتميز بكونه مغلقًا جبريًا . [ 2 ] شهدت أوائل القرن العشرين أوجه تشابه بين الهندسة الجبرية ونظرية الأعداد، مما أثار التساؤل: هل يمكن تطوير الهندسة الجبرية على حقول أخرى، مثل تلك ذات الخاصية الموجبة ، وبشكل أعم على حلقات الأعداد مثل حلقة الأعداد الصحيحة، حيث لا يبدو أن أدوات الطوبولوجيا والتحليل المركب المستخدمة لدراسة المتنوعات المركبة قابلة للتطبيق؟

تقترح نظرية هيلبرت للأصفار منهجًا للهندسة الجبرية على أي حقل مغلق جبريًا k  : حيث تتطابق المُثُل القصوى في حلقة كثيرات الحدود k [ x1 , ..., xn ] تطابقًا تامًا مع مجموعة kn من n- tuples لعناصر k ، وتتطابق المُثُل الأولية مع المجموعات الجبرية غير القابلة للاختزال في kn ، والمعروفة باسم الأصناف الأفينية. وانطلاقًا من هذه الأفكار، طوّر إيمي نوثر وولفغانغ كرول الجبر التبادلي في عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين. [ 3 ] يُعمّم عملهما الهندسة الجبرية في اتجاه جبري بحت، مُعمّمًا دراسة النقاط (المُثُل القصوى في حلقة كثيرات الحدود) إلى دراسة المُثُل الأولية في أي حلقة تبادلية. على سبيل المثال، قام كرول بتعريف بُعد الحلقة التبديلية من حيث المُثُل الأولية، وعلى الأقل عندما تكون الحلقة نوثرية ، أثبت أن هذا التعريف يفي بالعديد من الخصائص البديهية للبعد الهندسي.

يمكن اعتبار الجبر التبادلي لنوثر وكرول منهجًا جبريًا للأصناف الجبرية الأفينية . مع ذلك، فإن العديد من الحجج في الهندسة الجبرية تُجدي نفعًا أكبر مع الأصناف الإسقاطية ، وذلك أساسًا لكونها متراصة . في الفترة ما بين عشرينيات وأربعينيات القرن العشرين، طبّق كلٌّ من بي. إل. فان دير فاردن ، وأندريه ويل ، وأوسكار زاريسكي الجبر التبادلي كأساس جديد للهندسة الجبرية في سياق الأصناف الإسقاطية (أو شبه الإسقاطية ) الأكثر ثراءً. [ 4 ] وعلى وجه الخصوص، تُعدّ طوبولوجيا زاريسكي طوبولوجيا مفيدة على أي صنف فوق أي حقل مغلق جبريًا، لتحل إلى حدٍّ ما محلّ الطوبولوجيا الكلاسيكية على الأصناف المركبة (المبنية على طوبولوجيا القياس للأعداد المركبة).

في تطبيقات نظرية الأعداد، صاغ فان دير فاردن وويل الهندسة الجبرية على أي حقل، ليس بالضرورة أن يكون مغلقًا جبريًا. وكان ويل أول من عرّف تنوعًا مجردًا (غير مضمن في فضاء إسقاطي )، وذلك بلصق التنوعات الأفينية على طول مجموعات فرعية مفتوحة، على غرار المشعبات المجردة في الطوبولوجيا. وقد احتاج إلى هذه العمومية لبناء تنوع جاكوبي لمنحنى على أي حقل. (لاحقًا، بيّن ويل وتشاو وماتسوساكا أن جاكوبيات هي تنوعات إسقاطية ).

كثيرًا ما استخدم علماء الهندسة الجبرية في المدرسة الإيطالية مفهوم النقطة العامة للتنوع الجبري، وهو مفهوم غامض نوعًا ما. فما ينطبق على النقطة العامة ينطبق على "معظم" نقاط التنوع. في كتاب " أسس الهندسة الجبرية" لويل (1946)، تُنشأ النقاط العامة باختيار نقاط من حقل مغلق جبريًا واسع جدًا، يُسمى المجال الشامل . [ 4 ] وقد نتج عن ذلك خللٌ في التطبيق، إذ وُجدت نقاط عامة متعددة للتنوع نفسه. (في نظرية المخططات اللاحقة، لكل تنوع جبري نقطة عامة واحدة).

في خمسينيات القرن العشرين، قام كلود شوفالي ، وماسايوشي ناغاتا ، وجان بيير سير ، مدفوعين جزئيًا بتخمينات ويل التي تربط نظرية الأعداد بالهندسة الجبرية، بتوسيع نطاق الهندسة الجبرية، على سبيل المثال من خلال تعميم حلقات الأساس المسموح بها. وقد استُخدم مصطلح " مخطط" لأول مرة في ندوة شوفالي عام 1956، حيث تابع شوفالي أفكار زاريسكي. [ 5 ] ووفقًا لبيير كارتييه ، فإن أندريه مارتينو هو من اقترح على سير إمكانية استخدام طيف حلقة تبديلية عشوائية كأساس للهندسة الجبرية. [ 6 ]

أصل المخططات

أخذت النظرية شكلها النهائي في كتاب غروتينديك Éléments de géométrie algébrique (EGA) وفي كتابه اللاحق Séminaire de géométrie algébrique (SGA)، مما أدى إلى استنتاج جيل من الاقتراحات التجريبية والتطورات الجزئية. [ 7 ] قام غروتينديك بتعريف الطيفX{\displaystyle X}حلقة تبديليةR{\displaystyle R}باعتبارها فضاء المثل العليا لـR{\displaystyle R}مع بنية طبيعية (تُعرف باسم بنية زاريسكي)، ولكنها مُعززة بحزمة من الحلقات: لكل مجموعة جزئية مفتوحةيو{\displaystyle U}قام بتعيين حلقة تبديليةياX(يو){\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}(U)}، والتي يمكن اعتبارها حلقة الإحداثيات للدوال المنتظمة علىيو{\displaystyle U}هذه الأشياءالمواصفات(R){\displaystyle \operatorname {Spec} (R)}هي المخططات الأفينية؛ ثم يتم الحصول على مخطط عام عن طريق "لصق" المخططات الأفينية معًا.

يركز جزء كبير من الهندسة الجبرية على المتنوعات الإسقاطية أو شبه الإسقاطية على حقلك{\displaystyle k}غالباً ما تُطبَّق هذه النظرية على الأعداد المركبة. وقد طوّر غروتينديك مجموعة كبيرة من النظريات للمخططات العشوائية، موسعاً بذلك الكثير من الحدس الهندسي للتنوعات. على سبيل المثال، من الشائع بناء فضاء المعاملات أولاً كمخطط، ثم دراسة ما إذا كان كائناً أكثر واقعية، مثل التنوع الإسقاطي، لاحقاً. وقد أدى تطبيق نظرية غروتينديك على المخططات فوق الأعداد الصحيحة وحقول الأعداد الأخرى إلى ظهور آفاق جديدة قيّمة في نظرية الأعداد.

تعريف

المخطط الأفيني هو فضاء حلقي محلي متماثل مع الطيفالمواصفات(R){\displaystyle \operatorname {Spec} (R)}حلقة تبديليةR{\displaystyle R}المخطط عبارة عن مساحة محاطة بحلقة محليةX{\displaystyle X}السماح بتغطية المجموعات المفتوحةيوأنا{\displaystyle U_{i}}بحيث يكون كليوأنا{\displaystyle U_{i}}(كمساحة محاطة بحلقات محلية) هو مخطط أفيني. [ 8 ] على وجه الخصوص،X{\displaystyle X}يأتي مع حزمةياX{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}}، والتي تُخصص لكل مجموعة فرعية مفتوحةيو{\displaystyle U}حلقة تبديليةياX(يو){\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}(U)}يُطلق عليها اسم حلقة الدوال المنتظمةيو{\displaystyle U}يمكن اعتبار المخطط بمثابة مخططات إحداثيات متداخلة، وهي مخططات تآلفية. ويعني هذا التعريف تحديدًا أن المخططات تُحصل عليها من خلال دمج المخططات التآلفية باستخدام طوبولوجيا زاريسكي.

في البدايات، كان يُطلق على هذا اسم " مخطط مسبق" ، وكان يُعرَّف المخطط بأنه مخطط مسبق منفصل . وقد اندثر مصطلح "مخطط مسبق"، ولكنه لا يزال موجودًا في كتب قديمة، مثل كتاب "عناصر الهندسة الجبرية" لغروتينديك وكتاب "الكتاب الأحمر" لمومفورد . [ 9 ] خصائص الحزم لـياX(يو){\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}(U)}يعني ذلك أن عناصرها ، التي ليست بالضرورة دوال، يمكن مع ذلك تجميعها معًا من قيودها بنفس طريقة الدوال.

مثال أساسي على المخطط الأفيني هو المخطط الأفينين{\displaystyle n}- مساحة فوق حقلك{\displaystyle k}، بالنسبة لعدد طبيعين{\displaystyle n}بحسب التعريف،أكن{\displaystyle A_{k}^{n}}هو طيف حلقة كثيرات الحدودك[x1،...،xن]{\displaystyle k[x_{1},\dots ,x_{n}]}. بروح نظرية المخططات، أفينيةن{\displaystyle n}يمكن تعريف الفضاء على أي حلقة تبديليةR{\displaystyle R}، معنىالمواصفات(R[x1،...،xن]){\displaystyle \operatorname {Spec} (R[x_{1},\dots ,x_{n}])}.

فئة المخططات

تُشكّل المخططات فئةً ، حيث تُعرَّف التشكلات بأنها تشكلات للفضاءات الحلقية المحلية. (انظر أيضًا: تشكل المخططات ). بالنسبة للمخطط Y ، فإن المخطط X على Y (أو مخطط Y ) يعني تشكلًا XY للمخططات. المخطط X على حلقة تبديلية R يعني تشكلًا X → Spec( R ).

يمكن تعريف التنوع الجبري على حقل k بأنه مخطط على k ذو خصائص معينة. توجد اصطلاحات مختلفة حول تحديد المخططات التي تُسمى تنوعات. أحد الخيارات الشائعة هو أن التنوع على k يعني مخططًا تكامليًا منفصلاً من النوع المحدود على k . [ 10 ]

يُحدد التشكل f : XY للمخططات تماثلًا عكسيًا على حلقات الدوال المنتظمة، f *: O ( Y ) → O ( X ). في حالة المخططات الأفينية، يُعطي هذا البناء تناظرًا أحاديًا بين التشكلات Spec( A ) → Spec( B ) للمخططات وتماثلات الحلقات BA. [ 11 ] وبهذا المعنى ، تشمل نظرية المخططات نظرية الحلقات التبادلية بشكل كامل.

بما أن Z هو كائن أولي في فئة الحلقات التبادلية ، فإن فئة المخططات تحتوي على Spec( Z ) ككائن نهائي .

بالنسبة لمخطط X على حلقة تبديلية R ، تعني نقطة R لـ X مقطعًا من التشكل X Spec( R ). يُكتب X ( R ) لمجموعة نقاط R لـ X. في الأمثلة، يُعيد هذا التعريف بناء المفهوم القديم لمجموعة حلول المعادلات المُعرِّفة لـ X ذات القيم في R. عندما يكون R حقلًا k ، تُسمى X ( k ) أيضًا مجموعة النقاط k- العقلانية لـ X.

بشكلٍ أعم، بالنسبة لمخطط X على حلقة تبديلية R وأي جبر تبديلي على R ، S ، فإن نقطة S في X تعني تشاكل Spec( S ) → X على R. يُكتب X ( S ) لمجموعة نقاط S في X. (هذا يُعمم الملاحظة القديمة التي تنص على أنه عند إعطاء بعض المعادلات على حقل k ، يمكن اعتبار مجموعة حلول هذه المعادلات في أي امتداد حقل E لـ k ). بالنسبة لمخطط X على R ، فإن التعيين SX ( S ) هو دالة من الجبر التبديلي على R إلى مجموعات. ومن الملاحظات المهمة أن مخطط X على R يُحدد بواسطة هذه الدالة من النقاط . [ 12 ]

يوجد دائمًا حاصل الضرب الليفي للمخططات . أي، لأي مخططين X و Z مع تشاكلات إلى مخطط Y ، فإن حاصل الضرب الليفي الفئويX×YZ{\displaystyle X\times _{Y}Z}يوجد هذا في فئة المخططات. إذا كان X و Z مخططين على حقل k ، فإن حاصل ضربهما الليفي على Spec( k ) يُسمى حاصل الضرب X × Z في فئة المخططات k . على سبيل المثال، حاصل ضرب الفضاءات الأفينيةأم{\displaystyle \mathbb {A} ^{m}}وأن{\displaystyle \mathbb {A} ^{n}}الفضاء الأفيني على kأم+ن{\displaystyle \mathbb {A} ^{m+n}}على k .

بما أن فئة المخططات تحتوي على منتجات الألياف وأيضًا كائن طرفي Spec( Z )، فإن لها جميع الحدود المحدودة .

أمثلة

هنا وفيما يلي، جميع الحلقات التي تم النظر فيها هي حلقات تبديلية.

الفضاء الأفيني

ليكن k حقلاً مغلقاً جبرياً. الفضاء الأفينيX¯=أكن{\displaystyle {\bar {X}}=\mathbb {A} _{k}^{n}}هو التنوع الجبري لجميع النقاطأ=(أ1،...،أن){\displaystyle a=(a_{1},\ldots ,a_{n})}بإحداثيات في k ؛ حلقة إحداثياتها هي حلقة كثيرات الحدودR=ك[x1،...،xن]{\displaystyle R=k[x_{1},\ldots ,x_{n}]}المخطط المقابلX=Sصهـج(R){\displaystyle X=\mathrm {Spec} (R)}هو فضاء طوبولوجي ذو طوبولوجيا زاريسكي، ونقاطه المغلقة هي المُثُل القصوىمأ=(x1-أ1،...،xن-أن){\displaystyle {\mathfrak {m}}_{a}=(x_{1}-a_{1},\ldots ,x_{n}-a_{n})}، مجموعة كثيرات الحدود التي تتلاشى عندأ{\displaystyle a}(هذه الطوبولوجيا متراصة ومنفصلة من النوع T1 ، ولكنها ليست من نوع هاوسدورف ). يحتوي المخطط أيضًا على نقطة غير مغلقة لكل مثالي أولي غير أقصى.صR{\displaystyle {\mathfrak {p}}\subset R}، الذي يحدد اختفاؤه صنفًا فرعيًا غير قابل للاختزالV¯=V¯(ص)X¯{\displaystyle {\bar {V}}={\bar {V}}({\mathfrak {p}})\subset {\bar {X}}}الإغلاق الطوبولوجي لنقطة المخططص{\displaystyle {\mathfrak {p}}}هو المخطط الفرعيV(ص)={qX  مع  صq}{\displaystyle V({\mathfrak {p}})=\{{\mathfrak {q}}\in X\ \ {\text{with}}\ \ {\mathfrak {p}}\subset {\mathfrak {q}}\}}، والتي تشمل جميع النقاط المغلقة للتنوع الفرعي، أيمأ{\displaystyle {\mathfrak {m}}_{a}}معأV¯{\displaystyle a\in {\bar {V}}}أو ما يعادل ذلكصمأ{\displaystyle {\mathfrak {p}}\subset {\mathfrak {m}}_{a}}. المخطط الفرعي المغلق له حلقة إحداثياتR/ص{\displaystyle R/{\mathfrak {p}}}: إنهV(ص)Sصهـج(R/ص){\displaystyle V({\mathfrak {p}})\cong \mathop {\rm {Spec}} (R/{\mathfrak {p}})}، منذ المُثُل العلياq¯R/ص{\displaystyle {\bar {\mathfrak {q}}}\subset R/{\mathfrak {p}}}هي في تقابل طبيعي معصqR{\displaystyle {\mathfrak {p}}\subset {\mathfrak {q}}\subset R}.

الخطةX{\displaystyle X}يمتلك أساسًا من المجموعات الفرعية المفتوحة المعطاة بواسطة مكملات الأسطح الفائقة، يوو=XV(و)={صX  مع  وص}{\displaystyle U_{f}=X\setminus V(f)=\{{\mathfrak {p}}\in X\ \ {\text{with}}\ \ f\notin {\mathfrak {p}}\}} بالنسبة لكثيرات الحدود غير القابلة للاختزالوR{\displaystyle f\in R}هذه المجموعة مزودة بحلقة إحداثياتها الخاصة بالدوال المنتظمة ياX(يوو)=R[و-1]={روم  ل  رR، مZ0}.{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}(U_{f})=R[f^{-1}]=\left\{{\tfrac {r}{f^{m}}}\ \ {\text{for}}\ \ r\in R,\ m\in \mathbb {Z} _{\geq 0}\right\}.} يُنتج هيكل الحزمة على هذا الغطاء المفتوح حزمة فريدة من نوعهاياX{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}}مما يعطي الحلقة المعتادة من الدوال الكسرية المنتظمة على مجموعة مفتوحة معينةيو{\displaystyle U}.

كل عنصر من عناصر الحلقةز=ز(x1،...،xن)R{\displaystyle g=g(x_{1},\ldots ,x_{n})\in R}، دالة متعددة الحدود علىX¯{\displaystyle {\bar {X}}}كما يحدد دالة على نقاط المخططX{\displaystyle X}قيمتها عندص{\displaystyle {\mathfrak {p}}}يقع في حلقة القسمةR/ص{\displaystyle R/{\mathfrak {p}}}، الحلقة المتبقية . نُعرّفز(ص){\displaystyle g({\mathfrak {p}})}كصورة لـز{\displaystyle g}تحت الخريطة الطبيعيةRR/ص{\displaystyle R\to R/{\mathfrak {p}}}مثال مثالي أقصىمأ{\displaystyle {\mathfrak {m}}_{a}}يعطي حقل البقاياك(مأ)=R/مأك{\displaystyle k({\mathfrak {m}}_{a})=R/{\mathfrak {m}}_{a}\cong k}، مع التماثل الطبيعيxأناأأنا{\displaystyle x_{i}\mapsto a_{i}}، لهذا السببز(مأ){\displaystyle g({\mathfrak {m}}_{a})}يتوافق مع القيمة الأصليةز(أ){\displaystyle g(a)}.

الموضع المتلاشي لكثير الحدودو=و(x1،...،xن){\displaystyle f=f(x_{1},\ldots ,x_{n})}هو نوع فرعي من الأسطح الفائقةV¯(و)أكن{\displaystyle {\bar {V}}(f)\subset \mathbb {A} _{k}^{n}}، ويسمى أيضًا قاسمًا ، وهو المقابل للمثالي الرئيسي(و)R{\displaystyle (f)\subset R}مع المخطط الفرعي المغلق المقابلV(و)=المواصفات(R/(و)){\textstyle V(f)=\operatorname {Spec} (R/(f))}على سبيل المثال، إذا اعتبرنا k عددًا مركبًا أو حقيقيًا، فإن المعادلةx2=y2(y+1){\displaystyle x^{2}=y^{2}(y+1)}يُعرّف منحنى مكعبًا عقديًا في المستوى الأفينيأك2{\displaystyle \mathbb {A} _{k}^{2}}، بما يتوافق مع المخططV=المواصفاتك[x،y]/(x2-y2(y+1)){\displaystyle V=\operatorname {Spec} k[x,y]/(x^{2}-y^{2}(y+1))}. تفردها عندأ=(0،0){\displaystyle a=(0,0)}يمكن تحليلها من خلال مخروطها المماس ، وهو زوج من الخطوط القطريةy=±x{\displaystyle y=\pm x}محدد بواسطةx2-y2=0{\displaystyle x^{2}-y^{2}=0}، الحدود ذات الدرجة الأدنى منو(x،y)=x2-y2-y3{\displaystyle f(x,y)=x^{2}-y^{2}-y^{3}}؛ يمتلك هذا حلقة إحداثيات معطاة بواسطة الحلقة المتدرجة المرتبطة بهR/(و){\displaystyle R/(f)}في الوضع المثاليم0=(x،y){\displaystyle {\mathfrak {m}}_{0}=(x,y)}:جيرأد(R/(و)،م0)=R (و)+م0م0(و)+م02م02(و)+م03=ك[x،y](x،y)(x،y)(x2،xy،y2)(x2،xy،y2)(x2-y2-y3،x3،x2y،xy2،y3) ك[x،y](x2-y2).{\displaystyle {\begin{aligned}\mathop {\rm {Grad}} (R/(f),{\mathfrak {m}}_{0})&={\frac {R}{\ (f)+{\mathfrak {m}}_{0}}}\oplus {\frac {{\mathfrak {m}}_{0}}{(f)+{\mathfrak {m}}_{0}^{2}}}\oplus {\frac {{\mathfrak {m}}_{0}^{2}}{(f)+{\mathfrak {m}}_{0}^{3}}}\oplus \cdots \\&={\frac {k[x,y]}{(x,y)}}\oplus {\frac {(x,y)}{(x^{2}\!,\,xy,\,y^{2})}}\oplus {\frac {(x^{2}\!,\,xy,\,y^{2})}{(x^{2}{-}y^{2}{-}y^{3}\!,\,x^{3}\!,\,x^{2}y,\,xy^{2}\!,\,y^{3})}}\oplus \cdots \\&\cong \ {\frac {k[x,y]}{(x^{2}-y^{2})}}\,.\end{aligned}}}

مواصفات الأعداد الصحيحة

حلقة الأعداد الصحيحةZ{\displaystyle \mathbb {Z} }يمكن اعتبارها حلقة الإحداثيات الخاصة بالمخططZ=المواصفات(Z){\displaystyle Z=\operatorname {Spec} (\mathbb {Z} )}تحتوي طوبولوجيا زاريسكي على نقاط مغلقةمص=(ص){\displaystyle {\mathfrak {m}}_{p}=(p)}، المبادئ الأساسية للأعداد الأوليةصZ{\displaystyle p\in \mathbb {Z} }بالإضافة إلى النقطة العامةص0=(0){\displaystyle {\mathfrak {p}}_{0}=(0)}، وهو المثالي الصفري، الذي يمثل إغلاقه المخطط بأكمله . المجموعات المغلقة هي مجموعات منتهية، والمجموعات المفتوحة هي مكملاتها، أي المجموعات المنتهية؛ أي مجموعة غير منتهية من النقاط كثيفة.

Spec(Z)

مجموعة الأساس المفتوحة المقابلة للعنصر غير القابل للاختزالصZ{\displaystyle p\in \mathbb {Z} }يكونيوص=Z{مص}{\displaystyle U_{p}=Z\smallsetminus \{{\mathfrak {m}}_{p}\}}، مع حلقة إحداثياتياZ(يوص)=Z[ص-1]={نصم ل نZ، م0}{\displaystyle {\mathcal {O}}_{Z}(U_{p})=\mathbb {Z} [p^{-1}]=\{{\tfrac {n}{p^{m}}}\ {\text{for}}\ n\in \mathbb {Z} ,\ m\geq 0\}}بالنسبة للمجموعة المفتوحةيو=Z{مص1،...،مص}{\displaystyle U=Z\smallsetminus \{{\mathfrak {m}}_{p_{1}},\ldots ,{\mathfrak {m}}_{p_{\ell }}\}}وهذا يحفزياZ(يو)=Z[ص1-1،...،ص-1]{\displaystyle {\mathcal {O}}_{Z}(U)=\mathbb {Z} [p_{1}^{-1},\ldots ,p_{\ell }^{-1}]}.

رقمنZ{\displaystyle n\in \mathbb {Z} }يتوافق مع دالة على المخططZ{\displaystyle Z}، دالة قيمتها عندمص{\displaystyle {\mathfrak {m}}_{p}}يقع في مجال البقاياك(مص)=Z/(ص)=Fص{\displaystyle k({\mathfrak {m}}_{p})=\mathbb {Z} /(p)=\mathbb {F} _{p}}، الحقل المنتهي للأعداد الصحيحة بترددص{\displaystyle p}: يتم تعريف الدالة بواسطةن(مص)=ن تعديل ص{\displaystyle n({\mathfrak {m}}_{p})=n\ {\text{mod}}\ p}وأيضًان(ص0)=ن{\displaystyle n({\mathfrak {p}}_{0})=n}في حلقة البقايا العامةZ/(0)=Z{\displaystyle \mathbb {Z} /(0)=\mathbb {Z} }الوظيفةن{\displaystyle n}يتم تحديده من خلال قيمه عند النقاطمص{\displaystyle {\mathfrak {m}}_{p}}فقط، حتى نتمكن من التفكير فين{\displaystyle n}باعتبارها نوعًا من "الدوال المنتظمة" على النقاط المغلقة، فهي نوع خاص جدًا بين الدوال العشوائيةو{\displaystyle f}معو(مص)Fص{\displaystyle f({\mathfrak {m}}_{p})\in \mathbb {F} _{p}}.

لاحظ أن النقطةمص{\displaystyle {\mathfrak {m}}_{p}}هو موضع تلاشي الدالةن=ص{\displaystyle n=p}، النقطة التي تكون عندها قيمةص{\displaystyle p}يساوي صفرًا في حقل البواقي. حقل "الدوال الكسرية" علىZ{\displaystyle Z}هو حقل الكسر لحلقة البقايا العامة،ك(ص0)=التكسير(Z)=سؤال{\displaystyle k({\mathfrak {p}}_{0})=\operatorname {Frac} (\mathbb {Z} )=\mathbb {Q} }جزءأ/ب{\displaystyle a/b}يحتوي على "أقطاب" عند النقاطمص{\displaystyle {\mathfrak {m}}_{p}}المقابل للقواسم الأولية للمقام.

وهذا يعطي أيضاً تفسيراً هندسياً لفرضية بيزو، التي تنص على أنه إذا كانت الأعداد الصحيحةن1،...،نر{\displaystyle n_{1},\ldots ,n_{r}}إذا لم يكن لها عامل أولي مشترك، فإن الأعداد الصحيحةأ1،...،أر{\displaystyle a_{1},\ldots ,a_{r}}معأ1ن1++أرنر=1{\displaystyle a_{1}n_{1}+\cdots +a_{r}n_{r}=1}هندسياً، هذه نسخة من نظرية هيلبرت الضعيفة للأصفار للمخططZ{\displaystyle Z}: إذا كانت الدوالن1،...،نر{\displaystyle n_{1},\ldots ,n_{r}}ليس لديهم نقاط تلاشي مشتركةمص{\displaystyle {\mathfrak {m}}_{p}}فيZ{\displaystyle Z}ثم يقومون بتوليد المثالي الواحد(ن1،...،نر)=(1){\displaystyle (n_{1},\ldots ,n_{r})=(1)}في حلقة الإحداثياتZ{\displaystyle \mathbb {Z} }في الواقع، يمكننا النظر في المصطلحاتρأنا=أأنانأنا{\displaystyle \rho _{i}=a_{i}n_{i}}باعتبارها تشكل نوعًا من تقسيم الوحدة التابع لتغطيةZ{\displaystyle Z}بواسطة المجموعات المفتوحةيوأنا=ZV(نأنا){\displaystyle U_{i}=Z\smallsetminus V(n_{i})}.

الخط الأفيني فوق الأعداد الصحيحة

الفضاء الأفينيأZ1={أ ل أZ}{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Z} }^{1}=\{a\ {\text{for}}\ a\in \mathbb {Z} \}}هو نوع ذو حلقة إحداثياتZ[x]{\displaystyle \mathbb {Z} [x]}، وهي كثيرات الحدود ذات المعاملات الصحيحة. المخطط المقابل هوY=المواصفات(Z[x]){\displaystyle Y=\operatorname {Spec} (\mathbb {Z} [x])}، التي تمثل نقاطها جميع المثل العلياصZ[x]{\displaystyle {\mathfrak {p}}\subset \mathbb {Z} [x]}النقاط المغلقة هي مثاليات عظمى من الشكلم=(ص،و(x)){\displaystyle {\mathfrak {m}}=(p,f(x))}، أينص{\displaystyle p}هو عدد أولي، وو(x){\displaystyle f(x)}هي متعددة حدود غير ثابتة ليس لها عامل صحيح وهي غير قابلة للاختزال بترددص{\displaystyle p}وهكذا، يمكننا أن نتصورY{\displaystyle Y}باعتبارها ثنائية الأبعاد، مع "اتجاه مميز" يتم قياسه بواسطة الإحداثيص{\displaystyle p}و"اتجاه مكاني" بإحداثياتx{\displaystyle x}.

Spec Z[x]

تضمين الحلقةZZ[x]{\displaystyle \mathbb {Z} \subset \mathbb {Z} [x]}يتوافق مع إسقاط "المحور p"Sصهـج(Z[x])Sصهـج(Z){\displaystyle \mathop {\rm {Spec}} (\mathbb {Z} [x])\rightarrow \mathop {\rm {Spec}} (\mathbb {Z} )}أليافها هي "الخطوط العمودية"V(ص){\displaystyle V(p)}يحتوي على النقاط المغلقةم=(ص،و(x)){\displaystyle {\mathfrak {m}}=(p,f(x))}للجميعو(x){\displaystyle f(x)}والتي هي تعديل غير قابل للاختزالص{\displaystyle p}هذه هي "الخصائص المميزة"ص{\displaystyle p}نقاط المخطط. لا يوجد إسقاط "محور س" مطابق، حيث أن "الخطوط الأفقية" على سبيل المثالx=أ{\displaystyle x=a}وx=ب{\displaystyle x=b}، المخططات الفرعيةV(x-أ){\displaystyle V(x-a)}وV(x-ب){\displaystyle V(x-b)}تتقاطع هذه النقاط أينماأبتعديلص{\displaystyle a\equiv b\!\!\!\!\mod p}لدينا أيضاً "الخط القطري".V(بx-أ){\displaystyle V(bx-a)}المقابل للإحداثي النسبيx=أ/ب{\displaystyle x=a/b}، والتي لا تتقاطعV(ص){\displaystyle V(p)}لأولئكص{\displaystyle p}الذي يقسمب{\displaystyle b}.

توجد أيضًا مخططات فرعية "أفقية" ذات درجة أعلى مثل:

V(x2+1)=Sصهـج(Z[x]/(x2+1))=Sصهـج(Z[أنا])،{\displaystyle V(x^{2}+1)=\mathop {\rm {Spec}} (\mathbb {Z} [x]/(x^{2}{+}1))=\mathop {\rm {Spec}} (\mathbb {Z} [i]),}

طيف الأعداد الصحيحة الغاوسيةZ[أنا]{\displaystyle \mathbb {Z} [i]}والامتداد التربيعيZZ[أنا]{\displaystyle \mathbb {Z} \subset \mathbb {Z} [i]}يتوافق مع غطاء مزدوج متفرعSصهـج(Z[أنا])Sصهـج(Z){\displaystyle \mathop {\rm {Spec}} (\mathbb {Z} [i])\to \mathop {\rm {Spec}} (\mathbb {Z} )}،ص(ص)=صZ{\displaystyle {\mathfrak {p}}\mapsto (p)={\mathfrak {p}}\cap \mathbb {Z} }الألياف فوق(ص){\displaystyle (p)}يتكون منx{\displaystyle x}القيم التي هي جذورx2+1{\displaystyle x^{2}+1}moduloص{\displaystyle p}والتي قد تنقسم أو تتفرع أو تبقى خاملة . على سبيل المثال، فيص=5{\displaystyle p=5}ينقسم الليف إلى نقطتينx=±2 تعديل 5{\displaystyle x=\pm 2\ {\text{mod}}\ 5}، منذ(5،x2+1)=(5،x+2)(5،x-2){\displaystyle (5,x^{2}+1)=(5,x+2)(5,x-2)}فيZ[x]{\displaystyle \mathbb {Z} [x]}أو بصورة مكافئة، يمكن تحليل العدد الأولي النسبي 5 إلى أعداد أولية غاوسية.5=(أنا+2)(أنا-2){\displaystyle 5=(i+2)(i-2)}. فيص=2{\displaystyle p=2}، نحصل على نقطة مزدوجة متفرعة واحدةx=1 تعديل 2{\displaystyle x=1\ {\text{mod}}\ 2}، منذ(2،x2+1)=(2،(x-1)2){\displaystyle (2,x^{2}+1)=(2,(x-1)^{2})}أو2=أنا(1+أنا)2{\displaystyle 2=i(1+i)^{2}}معأنا{\displaystyle i}وحدة . فيص=3{\displaystyle p=3}الألياف خاملة، بمعنىم=(3،x2+1){\displaystyle {\mathfrak {m}}=(3,x^{2}+1)}هو مثالي أولي يتوافق معx=±-1{\displaystyle x=\pm {\sqrt {-1}}}في حقل إضافيF3F9{\displaystyle \mathbb {F} _{3}\subset \mathbb {F} _{9}}بما أننا لا نستطيع التمييز بين هذه القيم (فهي متناظرة تحت زمرة غالوا )، ينبغي أن نتصورV(3،x2+1){\displaystyle V(3,x^{2}+1)}كنقطتين ملتحمتين. عموماً،V(x2+1){\displaystyle V(x^{2}+1)}هو منحنى من الدرجة الثانية، وله بمعنى ما ليف مزدوج فوق كل(ص){\displaystyle (p)}لا تظهر جميع الامتدادات المنتهية للأعداد الصحيحة بهذه الطريقة كحاصل قسمة لـZ[x]{\displaystyle \mathbb {Z} [x]}، فقط تلك التي يتم إنشاؤها بواسطة عنصر واحد .

حقل البقايا عندم=(ص،و(x)){\displaystyle {\mathfrak {m}}=(p,f(x))}يكونك(م)=Z[x]/م=Fص[x]/(و(x))Fص(α){\displaystyle k({\mathfrak {m}})=\mathbb {Z} [x]/{\mathfrak {m}}=\mathbb {F} _{p}[x]/(f(x))\cong \mathbb {F} _{p}(\alpha )}، امتداد ميداني لـFص{\displaystyle \mathbb {F} _{p}}مجاور لجذرx=α{\displaystyle x=\alpha }لو(x){\displaystyle f(x)}هذا حقل منتهٍ معصد{\displaystyle p^{d}}عناصر،د=درجة(و){\displaystyle d=\operatorname {deg} (f)}. متعدد الحدودز(x)Z[x]{\displaystyle g(x)\in \mathbb {Z} [x]}يتوافق مع دالة على المخططY{\displaystyle Y}مع القيمز(م)=ز مoد م{\displaystyle g({\mathfrak {m}})=g\ \mathrm {mod} \ {\mathfrak {m}}}، إنهز(م)=ز(α)Fص(α){\displaystyle g({\mathfrak {m}})=g(\alpha )\in \mathbb {F} _{p}(\alpha )}مرة أخرى كلز(x)Z[x]{\displaystyle g(x)\in \mathbb {Z} [x]}يتم تحديده من خلال قيمهز(م){\displaystyle g({\mathfrak {m}})}عند النقاط المغلقة، وV(ص){\displaystyle V(p)}هو موضع تلاشي كثير الحدود الثابتز(x)=ص{\displaystyle g(x)=p}المخطط الفرعي المغلقV(و(x)){\displaystyle V(f(x))}يحتوي على النقاط في كل خاصيةص{\displaystyle p}بما يتوافق مع مدارات غالوا لجذورو(x){\displaystyle f(x)}في الإغلاق الجبريF¯ص{\displaystyle {\overline {\mathbb {F} }}_{p}}.

الخطةY=المواصفات(Z[x]){\displaystyle Y=\operatorname {Spec} (\mathbb {Z} [x])}ليس هذا صحيحًا ، لذا قد لا تتقاطع أزواج المنحنيات بالعدد المتوقع . هذه عقبة رئيسية أمام تحليل المعادلات الديوفانتية باستخدام الأدوات الهندسية . تتغلب نظرية أراكيلوف على هذه العقبة من خلال تكثيف المخططات الحسابية الأفينية، وإضافة نقاط عند اللانهاية تتوافق مع التقييمات الأرخميدية .

الأسطح الحسابية

إذا نظرنا إلى متعددة الحدودوZ[x،y]{\displaystyle f\in \mathbb {Z} [x,y]}ثم المخطط الأفينيX=المواصفات(Z[x،y]/(و)){\displaystyle X=\operatorname {Spec} (\mathbb {Z} [x,y]/(f))}له شكل قانوني لـالمواصفاتZ{\displaystyle \operatorname {Spec} \mathbb {Z} }ويُطلق عليه اسم السطح الحسابي . الأليافXص=X×المواصفات(Z)المواصفات(Fص){\displaystyle X_{p}=X\times _{\operatorname {Spec} (\mathbb {Z} )}\operatorname {Spec} (\mathbb {F} _{p})}إذن، هي منحنيات جبرية فوق الحقول المنتهيةFص{\displaystyle \mathbb {F} _{p}}. لوو(x،y)=y2-x3+أx2+بx+ج{\displaystyle f(x,y)=y^{2}-x^{3}+ax^{2}+bx+c}إذا كان منحنى إهليلجيًا ، فإن الألياف الموجودة فوق موضع تمييزه، حيث Δو=-4أ3ج+أ2ب2+18أبج-4ب3-27ج2=0 تعديل ص،{\displaystyle \Delta _{f}=-4a^{3}c+a^{2}b^{2}+18abc-4b^{3}-27c^{2}=0\ {\text{mod}}\ p,}جميعها مخططات مفردة. [ 13 ] على سبيل المثال، إذاص{\displaystyle p}هو عدد أولي وX=المواصفاتZ[x،y](y2-x3-ص){\displaystyle X=\operatorname {Spec} {\frac {\mathbb {Z} [x,y]}{(y^{2}-x^{3}-p)}}}ثم يكون مميزها-27ص2{\displaystyle -27p^{2}}هذا المنحنى شاذ فوق الأعداد الأولية3،ص{\displaystyle 3,p}.

المخططات غير الخطية

  • لأي حلقة تبديلية R وعدد طبيعي n ، الفضاء الإسقاطيPRن{\displaystyle \mathbb {P} _{R}^{n}}يمكن بناء مخطط عن طريق لصق n + 1 نسخة من الفضاء الأفيني ذي البعد n على R على طول المجموعات الفرعية المفتوحة. هذا هو المثال الأساسي الذي يحفز تجاوز المخططات الأفينية. الميزة الرئيسية للفضاء الإسقاطي على الفضاء الأفيني هي أنPRن{\displaystyle \mathbb {P} _{R}^{n}}فضاء إسقاطي مركب على R ؛ هذه صيغة جبرية هندسية للتراص. في الواقع، الفضاء الإسقاطي المركبجPن{\displaystyle \mathbb {C} \mathbb {P} ^{n}}هو فضاء متراص في الطوبولوجيا الكلاسيكية، بينماجن{\displaystyle \mathbb {C} ^{n}}ليس كذلك.
  • تحدد كثيرة حدود متجانسة f ذات درجة موجبة في حلقة كثيرات الحدود R [ x₀ , ..., xₙ ] مخططًا فرعيًا مغلقًا f = 0 في الفضاء الإسقاطيPRن{\displaystyle \mathbb {P} _{R}^{n}}يُطلق عليه اسم السطح الفائق الإسقاطي . من حيث بناء Proj ، يمكن كتابة هذا المخطط الفرعي على النحو التاليمشروعR[x0،...،xن]/(و).{\displaystyle \operatorname {Proj} R[x_{0},\ldots ,x_{n}]/(f).}على سبيل المثال، المخطط الفرعي المغلق x 3 + y 3 = z 3 منPسؤال2{\displaystyle \mathbb {P} _{\mathbb {Q} }^{2}}هو منحنى إهليلجي فوق الأعداد النسبية .
  • الخط ذو الأصلين (على حقل k ) هو المخطط المُعرَّف بالبدء بنسختين من الخط الأفيني على k ، ولصق المجموعتين الجزئيتين المفتوحتين A 1 − 0 معًا بواسطة دالة التطابق. هذا مثال بسيط على مخطط غير منفصل. على وجه الخصوص، هو ليس خطًا أفينيًا. [ 14 ]
  • أحد الأسباب البسيطة لتجاوز المخططات الأفينية هو أن المجموعة الفرعية المفتوحة من مخطط أفيني لا يشترط أن تكون أفينية. على سبيل المثال، لنفترضX=أن{0}{\displaystyle X=\mathbb {A} ^{n}\smallsetminus \{0\}}لنفترض على الأعداد المركبةج{\displaystyle \mathbb {C} }إذاً، فإن X ليس خطًا تآلفيًا لـ n ≥ 2. (مع ذلك، فإن الخط التآلفي ناقص نقطة الأصل متماثل مع المخطط التآلفي).Sصهـجج[x،x-1]{\displaystyle \mathrm {Spec} \,\mathbb {C} [x,x^{-1}]}لإثبات أن X ليس خطيًا، يتم حساب أن كل دالة منتظمة على X تمتد إلى دالة منتظمة علىأن{\displaystyle \mathbb {A} ^{n}}عندما يكون n ≥ 2: هذا مشابه لفرضية هارتوغز في التحليل المركب، وإن كان إثباته أسهل. أي أن التضمينو:Xأن{\displaystyle f:X\to \mathbb {A} ^{n}}يُحدث تماثلاً منيا(أن)=ج[x1،...،xن]{\displaystyle O(\mathbb {A} ^{n})=\mathbb {C} [x_{1},\ldots ,x_{n}]}ليا(X){\displaystyle O(X)}لو كان X خطيًا، لكان من الممكن أن يكون f تماثلًا، لكن f ليس شاملًا، وبالتالي ليس تماثلًا. لذلك، فإن المخطط X ليس خطيًا. [ 15 ]
  • ليكن k حقلاً. عندئذٍ يكون المخططالمواصفات(ن=1ك){\textstyle \operatorname {Spec} \left(\prod _{n=1}^{\infty }k\right)}هو مخطط أفيني، وفضاؤه الطوبولوجي الأساسي هو تكثيف ستون-تشيك للأعداد الصحيحة الموجبة (مع الطوبولوجيا المنفصلة). في الواقع، تتطابق المُثُل الأولية لهذه الحلقة تطابقًا تامًا مع المرشحات الفائقة على الأعداد الصحيحة الموجبة، مع المُثُل.منك{\textstyle \prod _{m\neq n}k}يتوافق هذا مع المرشح الفائق الرئيسي المرتبط بالعدد الصحيح الموجب n . [ 16 ] هذا الفضاء الطوبولوجي صفري الأبعاد ، وعلى وجه الخصوص، كل نقطة فيه عبارة عن مكون غير قابل للاختزال . وبما أن المخططات الأفينية شبه متراصة ، فإن هذا مثال على مخطط شبه متراص غير نوثري ذي عدد لا نهائي من المكونات غير القابلة للاختزال. (على النقيض من ذلك، يحتوي المخطط النوثري على عدد محدود فقط من المكونات غير القابلة للاختزال).

أمثلة على التشكلات

ومن المفيد أيضاً النظر في أمثلة التشكلات كأمثلة على المخططات لأنها توضح فعاليتها التقنية في تغليف العديد من موضوعات الدراسة في الهندسة الجبرية والحسابية.

دوافع وضع الخطط

فيما يلي بعض الطرق التي تتجاوز بها المخططات المفاهيم القديمة للأصناف الجبرية، وأهميتها.

  • امتدادات الحقول. عند وجود معادلات متعددة الحدود في n متغيرًا على حقل k ، يمكن دراسة مجموعة حلول هذه المعادلات X ( k ) في مجموعة الضرب kⁿ . إذا كان الحقل k مغلقًا جبريًا (مثل الأعداد المركبة)، فيمكن بناء الهندسة الجبرية على مجموعات مثل X ( k ): تعريف طوبولوجيا زاريسكي على X ( k )، ودراسة تطبيقات متعددة الحدود بين مجموعات مختلفة من هذا النوع، وهكذا. أما إذا لم يكن k مغلقًا جبريًا، فإن مجموعة X ( k ) لا تكون غنية بما يكفي. في الواقع، يمكن دراسة حلول X ( E ) للمعادلات المعطاة في أي امتداد حقل E لـ k ، لكن هذه المجموعات لا تُحدد بواسطة X ( k ) بأي معنى منطقي. على سبيل المثال، المنحنى المستوي X على الأعداد الحقيقية المعرف بالمعادلة x² + = -1 تكون X ( R ) فارغة ، لكن X ( C ) ليست فارغة. (في الواقع، يمكن تعريف X ( C ) بـ C − 0). على النقيض من ذلك، يمتلك المخطط X على حقل k معلومات كافية لتحديد مجموعة X ( E ) من النقاط العقلانية E لكل حقل امتداد E لـ k . (على وجه الخصوص، يُعد المخطط الفرعي المغلق لـ A₂R المعرف بـ x² + y² = −1 فضاءً طوبولوجيًا غير فارغ).
  • النقطة العامة. نقاط الخط الأفيني A 1 C ، كمخطط، هي نقاطه المركبة (نقطة لكل عدد مركب) بالإضافة إلى نقطة عامة واحدة (إغلاقها هو المخطط بأكمله). النقطة العامة هي صورة تشاكل طبيعي Spec( C ( x )) → A 1 C ، حيث C ( x ) هو حقل الدوال الكسرية في متغير واحد. لفهم أهمية وجود "نقطة عامة" فعلية في المخطط، انظر المثال التالي.
  • ليكن X المنحنى المستوي = x ( x - 1)( x - 5) على الأعداد المركبة. هذا مخطط فرعي مغلق من A²C . يمكن اعتباره غطاءً مزدوجًا متفرعًا للخط الأفيني A¹C بإسقاطه على الإحداثي x . ألياف التشكل X → A¹ على النقطة العامة لـ A¹ هي بالضبط النقطة العامة لـ X ، مما ينتج عنه التشكلالمواصفاتج(x)(x(x-1)(x-5))المواصفاتج(x).{\displaystyle \operatorname {Spec} \mathbf {C} (x)\left({\sqrt {x(x-1)(x-5)}}\right)\to \operatorname {Spec} \mathbf {C} (x).}وهذا بدوره يعادل امتداد الحقول من الدرجة -2ج(x)ج(x)(x(x-1)(x-5)).{\displaystyle \mathbf {C} (x)\subset \mathbf {C} (x)\left({\sqrt {x(x-1)(x-5)}}\right).}وبالتالي، فإن وجود نقطة عامة فعلية لتنوع ما يُنتج علاقة هندسية بين تشاكل من الدرجة الثانية للتنوعات الجبرية والامتداد المقابل من الدرجة الثانية لحقول الدوال . ويُعمم هذا إلى علاقة بين المجموعة الأساسية (التي تُصنف فضاءات التغطية في الطوبولوجيا) ومجموعة غالوا (التي تُصنف بعض امتدادات الحقول ). في الواقع، تُعامل نظرية غروتينديك للمجموعة الأساسية الإيتالية المجموعة الأساسية ومجموعة غالوا على قدم المساواة.
  • العناصر العديمة القوة . ليكن X المخطط الفرعي المغلق للخط الأفيني A 1 C المعرف بالعلاقة x 2 = 0، والذي يُسمى أحيانًا نقطة سميكة . حلقة الدوال المنتظمة على X هي C [ x ]/( x 2 )؛ وعلى وجه الخصوص، الدالة المنتظمة x على X عديمة القوة ولكنها ليست صفرًا. لتوضيح معنى هذا المخطط: دالتان منتظمتان على الخط الأفيني لهما نفس التقييد على X إذا وفقط إذا كانت لهما نفس القيمة والمشتقة الأولى عند نقطة الأصل. إن السماح بمثل هذه المخططات غير المختزلة يُدخل مفاهيم التفاضل والتكامل والمتناهيات في الصغر إلى الهندسة الجبرية.
  • تنشأ العناصر عديمة القوة بشكل طبيعي في نظرية التقاطع . على سبيل المثال في المستوىأك2{\displaystyle \mathbb {A} _{k}^{2}}فوق حقلك{\displaystyle k}، مع حلقة إحداثياتك[x،y]{\displaystyle k[x,y]}انظر إلى المحور السيني ، وهو التنوعV(y){\displaystyle V(y)}والقطع المكافئy=x2{\displaystyle y=x^{2}}، وهوV(x2-y){\displaystyle V(x^{2}-y)}يتم تعريف تقاطعها النظري المخططي بواسطة المثالي(y)+(x2-y)=(x2،y){\displaystyle (y)+(x^{2}-y)=(x^{2},\,y)}بما أن التقاطع ليس عرضيًا ، فهذه ليست مجرد نقطة.(x،y)=(0،0){\displaystyle (x,y)=(0,0)}محدد بالمثالية(x،y)ك[x،y]{\displaystyle (x,y)\subset k[x,y]}، بل نقطة سميكة تحتوي على اتجاه المماس للمحور السيني (المماس المشترك للمنحنيين) ولها حلقة إحداثيات:ك[x،y](x2،y)ك[x](x2).{\displaystyle {\frac {k[x,y]}{(x^{2},\,y)}}\cong {\frac {k[x]}{(x^{2})}}.}تُعرَّف تعددية التقاطع 2 بأنها طول هذاك[x،y]{\displaystyle k[x,y]}-الوحدة، أي بُعدها كـك{\displaystyle k}فضاء المتجهات.
  • كمثال أكثر تفصيلاً، يمكن وصف جميع المخططات الفرعية المغلقة ذات البعد الصفري من الدرجة 2 في تنوع عقدي أملس Y. يتكون هذا المخطط الفرعي إما من نقطتين عقديتين مختلفتين من Y ، أو من مخطط فرعي متماثل مع X = Spec C [ x ]/( x 2 ) كما في الفقرة السابقة. تُحدد المخططات الفرعية من النوع الأخير بنقطة عقدية y من Y بالإضافة إلى خط في الفضاء المماسي T y Y. [ 17 ] يشير هذا مجددًا إلى أن المخططات الفرعية غير المختزلة لها دلالة هندسية ، مرتبطة بالمشتقات والمتجهات المماسية.

حزم متماسكة

يُعد مفهوم الحزم المتماسكة جزءًا أساسيًا من نظرية المخططات ، وهو تعميم لمفهوم الحزم المتجهة (الجبرية) . بالنسبة لمخطط X ، نبدأ بدراسة الفئة الأبيلية لوحدات OX ، وهي حزم من الزمر الأبيلية على X تُشكل وحدة فوق حزمة الدوال المنتظمة OX . على وجه الخصوص، تُحدد وحدة M فوق حلقة تبديلية R وحدة OX مرتبطة بها ~ M على X = Spec( R ). تعني الحزمة شبه المتماسكة على مخطط X وحدة OX مرتبطة بوحدة على كل مجموعة فرعية مفتوحة أفينية من X. أخيرًا ، الحزمة المتماسكة (على مخطط نوثري X ، على سبيل المثال ) هي وحدة OX مرتبطة بوحدة مولدة نهائيًا على كل مجموعة فرعية مفتوحة أفينية من X.

تشمل الحزم المتماسكة فئة مهمة من حزم المتجهات ، وهي الحزم التي تنشأ محليًا من وحدات حرة مولدة نهائيًا . ومن الأمثلة على ذلك حزمة المماس لمتنوعة ملساء على حقل. مع ذلك، فإن الحزم المتماسكة أكثر ثراءً؛ فعلى سبيل المثال، يمكن اعتبار حزمة متجهات على مخطط فرعي مغلق Y من X بمثابة حزمة متماسكة على X تساوي صفرًا خارج Y (عن ​​طريق بناء الصورة المباشرة ). وبهذه الطريقة، تتضمن الحزم المتماسكة على مخطط X معلومات حول جميع المخططات الفرعية المغلقة لـ X. علاوة على ذلك، يتمتع علم تماثل الحزم بخصائص جيدة للحزم المتماسكة (وشبه المتماسكة). ولعل نظرية تماثل الحزم المتماسكة الناتجة هي الأداة التقنية الرئيسية في الهندسة الجبرية. [ 18 ] [ 19 ]

التعميمات

إذا اعتبرنا المخطط دالة لنقاطه، فهو دالة تمثل حزمة من المجموعات في طوبولوجيا زاريسكي على فئة الحلقات التبادلية، وتكون، محليًا في طوبولوجيا زاريسكي، مخططًا أفينيًا. يمكن تعميم هذا التعريف بعدة طرق، إحداها استخدام طوبولوجيا إيتال . عرّف مايكل آرتين الفضاء الجبري بأنه دالة تمثل حزمة في طوبولوجيا إيتال، وتكون، محليًا في طوبولوجيا إيتال، مخططًا أفينيًا. وبالمثل، فإن الفضاء الجبري هو خارج قسمة المخطط على علاقة تكافؤ إيتال. تُقدم نتيجة قوية، وهي نظرية تمثيل آرتين ، شروطًا بسيطة لتمثيل دالة بواسطة فضاء جبري. [ 20 ]

يُعدّ مفهوم الرزمة تعميمًا إضافيًا . ببساطة، تُعمّم الرزم الجبرية الفضاءات الجبرية من خلال ربط زمرة جبرية بكل نقطة، تُعتبر زمرة التشاكل الذاتي لتلك النقطة. على سبيل المثال، أي تأثير لزمرة جبرية G على صنف جبري X يُحدد رزمة خارج القسمة [ X / G ]، التي تحتفظ بمجموعات التثبيت الفرعية لتأثير G. وبشكل أعم، غالبًا ما يُنظر إلى فضاءات المعاملات في الهندسة الجبرية على أنها رزم، مما يُتيح تتبع زمر التشاكل الذاتي للكائنات المصنفة.

قدّم غروتينديك مفهوم الرزم في الأصل كأداة لنظرية الانحدار . في هذا السياق، تُعتبر الرزم (بصورة غير رسمية) حزمًا من الفئات. [ 21 ] انطلاقًا من هذا المفهوم العام، عرّف آرتين فئة أضيق من الرزم الجبرية (أو "رزم آرتين")، والتي يمكن اعتبارها كائنات هندسية. تشمل هذه الرزم رزم ديلين-مامفورد (المشابهة للمساحات المدارية في الطوبولوجيا)، والتي تكون مجموعات التثبيت فيها منتهية، والفضاءات الجبرية، التي تكون مجموعات التثبيت فيها تافهة. تنص نظرية كيل-موري على أن الرزمة الجبرية ذات مجموعات التثبيت المنتهية تمتلك فضاءً معياريًا خشنًا هو فضاء جبري.

يتمثل نوع آخر من التعميم في إثراء حزمة البنية، مما يُقرّب الهندسة الجبرية من نظرية التماثل . في هذا السياق، المعروف بالهندسة الجبرية المشتقة أو "الهندسة الجبرية الطيفية"، تُستبدل حزمة البنية بنظير تماثلي لحزمة من الحلقات التبادلية (على سبيل المثال، حزمة من أطياف حلقات E-infinity ). تسمح هذه الحزم بعمليات جبرية تجميعية وتبادلية فقط حتى علاقة تكافؤ. بأخذ خارج القسمة على علاقة التكافؤ هذه، نحصل على حزمة بنية مخطط عادي. أما عدم أخذ خارج القسمة، فيؤدي إلى نظرية قادرة على استيعاب معلومات أعلى، بنفس الطريقة التي تُنتج بها الدوال المشتقة في الجبر التماثلي معلومات أعلى حول عمليات مثل الضرب الموتري والدالة التماثلية على الوحدات.

انظر أيضاً

الاقتباسات

  1. مقدمة الطبعة الأولى من " عناصر الهندسة الجبرية ".
  2. ^ ديودوني 1985 ، الفصلان الرابع والخامس.
  3. ^ ديودوني 1985 ، الأقسام VII.2 و VII.5.
  4. 1 2 ديودوني 1985 ، القسم VII.4.
  5. ^ شيفالي، سي. (1955-1956)، Les schémas ، Séminaire Henri Cartan، vol. 8 ،  ص 1-6 
  6. كارتييه 2001 ، ملاحظة 29.
  7. ^ ديودوني 1985 ، الأقسام VII.4، VIII.2، VIII.3.
  8. هارتشورن 1997 ، القسم الثاني.2.
  9. مومفورد 1999 ، الفصل الثاني.
  10. مشروع ستاكس، الوسم 020D.
  11. هارتشورن 1997 ، الاقتراح الثاني.2.3.
  12. Eisenbud & Harris 1998 ، الاقتراح السادس-2.
  13. "المنحنيات الإهليلجية" (ملف PDF) . ص 20. 
  14. هارتشورن 1997 ، المثال الثاني.4.0.1.
  15. هارتشورن 1997 ، التمارين I.3.6 و III.4.3.
  16. أرابورا 2011 ، القسم 1.
  17. Eisenbud & Harris 1998 ، المثال الثاني-10.
  18. ^ ديودوني 1985 ، الأقسام VIII.2 و VIII.3.
  19. هارتشورن 1997 ، الفصل الثالث.
  20. مشروع ستاكس، الوسم 07Y1.
  21. ^ فيستولي 2005 ، التعريف 4.6.

مراجع