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 X → Y 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 الطيفحلقة تبديليةباعتبارها فضاء المثل العليا لـمع بنية طبيعية (تُعرف باسم بنية زاريسكي)، ولكنها مُعززة بحزمة من الحلقات: لكل مجموعة جزئية مفتوحةقام بتعيين حلقة تبديلية، والتي يمكن اعتبارها حلقة الإحداثيات للدوال المنتظمة علىهذه الأشياءهي 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 حقلغالباً 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 الطيفحلقة تبديليةالمخطط عبارة عن مساحة محاطة بحلقة محليةالسماح بتغطية المجموعات المفتوحةبحيث يكون كل(كمساحة محاطة بحلقات محلية) هو مخطط أفيني. [ 8 ] على وجه الخصوص،يأتي مع حزمة، والتي تُخصص لكل مجموعة فرعية مفتوحةحلقة تبديليةيُطلق عليها اسم حلقة الدوال المنتظمةيمكن 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 لـيعني ذلك أن عناصرها ، التي ليست بالضرورة دوال، يمكن مع ذلك تجميعها معًا من قيودها بنفس طريقة الدوال.
مثال أساسي على المخطط الأفيني هو المخطط الأفيني- مساحة فوق حقل، بالنسبة لعدد طبيعيبحسب التعريف،هو طيف حلقة كثيرات الحدود. بروح نظرية المخططات، أفينيةيمكن تعريف الفضاء على أي حلقة تبديلية، معنى.
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 X → Y 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 : X → Y 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 B → A. [ 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 S ↦ X ( 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 الفئوييوجد 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 الأفينيةوالفضاء الأفيني على kعلى 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 الأفينيهو التنوع الجبري لجميع النقاطبإحداثيات في k ؛ حلقة إحداثياتها هي حلقة كثيرات الحدودالمخطط المقابلهو فضاء طوبولوجي ذو طوبولوجيا زاريسكي، ونقاطه المغلقة هي المُثُل القصوى، مجموعة كثيرات الحدود التي تتلاشى عند(هذه الطوبولوجيا متراصة ومنفصلة من النوع T1 ، ولكنها ليست من نوع هاوسدورف ). يحتوي المخطط أيضًا على نقطة غير مغلقة لكل مثالي أولي غير أقصى.، الذي يحدد اختفاؤه صنفًا فرعيًا غير قابل للاختزالالإغلاق الطوبولوجي لنقطة المخططهو المخطط الفرعي، والتي تشمل جميع النقاط المغلقة للتنوع الفرعي، أيمعأو ما يعادل ذلك. المخطط الفرعي المغلق له حلقة إحداثيات: إنه، منذ المُثُل العلياهي في تقابل طبيعي مع.
الخطةيمتلك أساسًا من المجموعات الفرعية المفتوحة المعطاة بواسطة مكملات الأسطح الفائقة، بالنسبة لكثيرات الحدود غير القابلة للاختزالهذه المجموعة مزودة بحلقة إحداثياتها الخاصة بالدوال المنتظمة يُنتج هيكل الحزمة على هذا الغطاء المفتوح حزمة فريدة من نوعهامما يعطي الحلقة المعتادة من الدوال الكسرية المنتظمة على مجموعة مفتوحة معينة.
كل عنصر من عناصر الحلقة، دالة متعددة الحدود علىكما يحدد دالة على نقاط المخططقيمتها عنديقع في حلقة القسمة، الحلقة المتبقية . نُعرّفكصورة لـتحت الخريطة الطبيعيةمثال مثالي أقصىيعطي حقل البقايا، مع التماثل الطبيعي، لهذا السببيتوافق مع القيمة الأصلية.
الموضع المتلاشي لكثير الحدودهو نوع فرعي من الأسطح الفائقة، ويسمى أيضًا قاسمًا ، وهو المقابل للمثالي الرئيسيمع المخطط الفرعي المغلق المقابلعلى سبيل المثال، إذا اعتبرنا k عددًا مركبًا أو حقيقيًا، فإن المعادلةيُعرّف منحنى مكعبًا عقديًا في المستوى الأفيني، بما يتوافق مع المخطط. تفردها عنديمكن تحليلها من خلال مخروطها المماس ، وهو زوج من الخطوط القطريةمحدد بواسطة، الحدود ذات الدرجة الأدنى من؛ يمتلك هذا حلقة إحداثيات معطاة بواسطة الحلقة المتدرجة المرتبطة بهفي الوضع المثالي:
مواصفات الأعداد الصحيحة
حلقة الأعداد الصحيحةيمكن اعتبارها حلقة الإحداثيات الخاصة بالمخططتحتوي طوبولوجيا زاريسكي على نقاط مغلقة، المبادئ الأساسية للأعداد الأوليةبالإضافة إلى النقطة العامة، 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.

مجموعة الأساس المفتوحة المقابلة للعنصر غير القابل للاختزاليكون، مع حلقة إحداثياتبالنسبة للمجموعة المفتوحةوهذا يحفز.
رقميتوافق مع دالة على المخطط، دالة قيمتها عنديقع في مجال البقايا، الحقل المنتهي للأعداد الصحيحة بتردد: يتم تعريف الدالة بواسطةوأيضًافي حلقة البقايا العامةالوظيفةيتم تحديده من خلال قيمه عند النقاطفقط، حتى نتمكن من التفكير فيباعتبارها نوعًا من "الدوال المنتظمة" على النقاط المغلقة، فهي نوع خاص جدًا بين الدوال العشوائيةمع.
لاحظ أن النقطةهو موضع تلاشي الدالة، النقطة التي تكون عندها قيمةيساوي صفرًا في حقل البواقي. حقل "الدوال الكسرية" علىهو حقل الكسر لحلقة البقايا العامة،جزءيحتوي على "أقطاب" عند النقاطالمقابل للقواسم الأولية للمقام.
وهذا يعطي أيضاً تفسيراً هندسياً لفرضية بيزو، التي تنص على أنه إذا كانت الأعداد الصحيحةإذا لم يكن لها عامل أولي مشترك، فإن الأعداد الصحيحةمعهندسياً، هذه نسخة من نظرية هيلبرت الضعيفة للأصفار للمخطط: إذا كانت الدوالليس لديهم نقاط تلاشي مشتركةفيثم يقومون بتوليد المثالي الواحدفي حلقة الإحداثياتفي الواقع، يمكننا النظر في المصطلحاتباعتبارها تشكل نوعًا من تقسيم الوحدة التابع لتغطيةبواسطة المجموعات المفتوحة.
الخط الأفيني فوق الأعداد الصحيحة
الفضاء الأفينيهو نوع ذو حلقة إحداثيات، وهي كثيرات الحدود ذات المعاملات الصحيحة. المخطط المقابل هو، التي تمثل نقاطها جميع المثل العلياالنقاط المغلقة هي مثاليات عظمى من الشكل، أينهو عدد أولي، وهي متعددة حدود غير ثابتة ليس لها عامل صحيح وهي غير قابلة للاختزال بترددوهكذا، يمكننا أن نتصورباعتبارها ثنائية الأبعاد، مع "اتجاه مميز" يتم قياسه بواسطة الإحداثيو"اتجاه مكاني" بإحداثيات.
![Spec Z[x]](https://file.arabipedia.wiki/wikipedia/commons/thumb/1/11/SpecZx.png/500px-SpecZx.png)
تضمين الحلقةيتوافق مع إسقاط "المحور p"أليافها هي "الخطوط العمودية"يحتوي على النقاط المغلقةللجميعوالتي هي تعديل غير قابل للاختزالهذه هي "الخصائص المميزة"نقاط المخطط. لا يوجد إسقاط "محور س" مطابق، حيث أن "الخطوط الأفقية" على سبيل المثالو، المخططات الفرعيةوتتقاطع هذه النقاط أينمالدينا أيضاً "الخط القطري".المقابل للإحداثي النسبي، والتي لا تتقاطعلأولئكالذي يقسم.
توجد أيضًا مخططات فرعية "أفقية" ذات درجة أعلى مثل:
طيف الأعداد الصحيحة الغاوسيةوالامتداد التربيعييتوافق مع غطاء مزدوج متفرع،الألياف فوقيتكون منالقيم التي هي جذورmoduloوالتي قد تنقسم أو تتفرع أو تبقى خاملة . على سبيل المثال، فيينقسم الليف إلى نقطتين، منذفيأو بصورة مكافئة، يمكن تحليل العدد الأولي النسبي 5 إلى أعداد أولية غاوسية.. في، نحصل على نقطة مزدوجة متفرعة واحدة، منذأومعوحدة . فيالألياف خاملة، بمعنىهو مثالي أولي يتوافق معفي حقل إضافيبما أننا لا نستطيع التمييز بين هذه القيم (فهي متناظرة تحت زمرة غالوا )، ينبغي أن نتصوركنقطتين ملتحمتين. عموماً،هو منحنى من الدرجة الثانية، وله بمعنى ما ليف مزدوج فوق كللا تظهر جميع الامتدادات المنتهية للأعداد الصحيحة بهذه الطريقة كحاصل قسمة لـ، فقط تلك التي يتم إنشاؤها بواسطة عنصر واحد .
حقل البقايا عنديكون، امتداد ميداني لـمجاور لجذرلهذا حقل منتهٍ مععناصر،. متعدد الحدوديتوافق مع دالة على المخططمع القيم، إنهمرة أخرى كليتم تحديده من خلال قيمهعند النقاط المغلقة، وهو موضع تلاشي كثير الحدود الثابتالمخطط الفرعي المغلقيحتوي على النقاط في كل خاصيةبما يتوافق مع مدارات غالوا لجذورفي الإغلاق الجبري.
الخطةليس 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 الحدودثم المخطط الأفينيله شكل قانوني لـويُطلق عليه اسم السطح الحسابي . الأليافإذن، هي منحنيات جبرية فوق الحقول المنتهية. لوإذا كان منحنى إهليلجيًا ، فإن الألياف الموجودة فوق موضع تمييزه، حيث جميعها مخططات مفردة. [ 13 ] على سبيل المثال، إذاهو عدد أولي وثم يكون مميزهاهذا المنحنى شاذ فوق الأعداد الأولية.
المخططات غير الخطية
- لأي حلقة تبديلية R وعدد طبيعي n ، الفضاء الإسقاطييمكن 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 أنفضاء إسقاطي مركب على R ؛ هذه صيغة جبرية هندسية للتراص. في الواقع، الفضاء الإسقاطي المركبهو فضاء متراص في الطوبولوجيا الكلاسيكية، بينماليس كذلك.
- تحدد كثيرة حدود متجانسة f ذات درجة موجبة في حلقة كثيرات الحدود R [ x₀ , ..., xₙ ] مخططًا فرعيًا مغلقًا f = 0 في الفضاء الإسقاطييُطلق عليه اسم السطح الفائق الإسقاطي . من حيث بناء Proj ، يمكن كتابة هذا المخطط الفرعي على النحو التاليعلى سبيل المثال، المخطط الفرعي المغلق x 3 + y 3 = z 3 منهو 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، لنفترضلنفترض على الأعداد المركبةإذاً، فإن X ليس خطًا تآلفيًا لـ n ≥ 2. (مع ذلك، فإن الخط التآلفي ناقص نقطة الأصل متماثل مع المخطط التآلفي).لإثبات أن X ليس خطيًا، يتم حساب أن كل دالة منتظمة على X تمتد إلى دالة منتظمة علىعندما يكون n ≥ 2: هذا مشابه لفرضية هارتوغز في التحليل المركب، وإن كان إثباته أسهل. أي أن التضمينيُحدث تماثلاً منللو 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 المخططهو 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.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 + y² = -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 y² = 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 التشكلوهذا بدوره يعادل امتداد الحقول من الدرجة -2وبالتالي، 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 المستوىفوق حقل، مع حلقة إحداثياتانظر إلى المحور السيني ، وهو التنوعوالقطع المكافئ، وهويتم تعريف تقاطعها النظري المخططي بواسطة المثاليبما أن التقاطع ليس عرضيًا ، فهذه ليست مجرد نقطة.محدد بالمثالية، بل نقطة سميكة تحتوي على اتجاه المماس للمحور السيني (المماس المشترك للمنحنيين) ولها حلقة إحداثيات:تُعرَّف تعددية التقاطع 2 بأنها طول هذا-الوحدة، أي بُعدها كـفضاء 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
- ↑ مقدمة الطبعة الأولى من " عناصر الهندسة الجبرية ".
- ^ ديودوني 1985 ، الفصلان الرابع والخامس.
- ^ ديودوني 1985 ، الأقسام VII.2 و VII.5.
- 1 2 ديودوني 1985 ، القسم VII.4.
- ^ شيفالي، سي. (1955-1956)، Les schémas ، Séminaire Henri Cartan، vol. 8 ، ص 1-6
- ↑ كارتييه 2001 ، ملاحظة 29.
- ^ ديودوني 1985 ، الأقسام VII.4، VIII.2، VIII.3.
- ↑ هارتشورن 1997 ، القسم الثاني.2.
- ↑ مومفورد 1999 ، الفصل الثاني.
- ↑ مشروع ستاكس، الوسم 020D.
- ↑ هارتشورن 1997 ، الاقتراح الثاني.2.3.
- ↑ Eisenbud & Harris 1998 ، الاقتراح السادس-2.
- ↑ "المنحنيات الإهليلجية" (ملف PDF) . ص 20.
- ↑ هارتشورن 1997 ، المثال الثاني.4.0.1.
- ↑ هارتشورن 1997 ، التمارين I.3.6 و III.4.3.
- ↑ أرابورا 2011 ، القسم 1.
- ↑ Eisenbud & Harris 1998 ، المثال الثاني-10.
- ^ ديودوني 1985 ، الأقسام VIII.2 و VIII.3.
- ↑ هارتشورن 1997 ، الفصل الثالث.
- ↑ مشروع ستاكس، الوسم 07Y1.
- ^ فيستولي 2005 ، التعريف 4.6.
مراجع
- أرابورا، دون (2011)، "سعة فروبينيوس، والمنتجات الفائقة، والتلاشي على الفضاءات الشاذة"، مجلة إلينوي للرياضيات ، 55 (4): 1367-1384 ، arXiv : 0806.1033 ، doi : 10.1215/ijm/1373636688 ، MR 3082873
- كارتييه، بيير (2001)، "عمل يوم مجنون: من غروتينديك إلى كونز وكونتسيفيتش. تطور مفاهيم الفضاء والتناظر"، نشرة الجمعية الرياضية الأمريكية ، 38 (4): 389-408 ، doi : 10.1090/S0273-0979-01-00913-2 ، MR 1848254
- ديودوني ، جان (1985)، تاريخ الهندسة الجبرية ، وادزورث، ISBN 978-0-534-03723-9MR 0780183
- أيزنبد، ديفيد ؛ هاريس، جو (1998). هندسة المخططات . سبرينغر-فيرلاغ . ISBN 978-0-387-98637-1MR 1730819 .
- الأماكن القريبة : ديودوني ، جان (1960). "عناصر الهندسة الجبرية: I. لغة المخططات" . منشورات Mathématiques de l'IHÉS . 4 . دوى : 10.1007/bf02684778 . السيد 0217083 .
- هارتشورن، روبن (1997) [1977]. الهندسة الجبرية . سبرينغر-فيرلاغ. ISBN 978-0-387-90244-9MR 0463157 .
- إيغور ر. شافاريفيتش (2013). الهندسة الجبرية الأساسية 2: المخططات والمتشعبات المعقدة . سبرينغر-فيرلاغ. ISBN 978-3642380099MR 0456457 .
- تشينغ ليو (2002). الهندسة الجبرية والمنحنيات الحسابية . مطبعة جامعة أكسفورد . ISBN 978-0-19-850284-5MR 1917232 .
- مامفورد، ديفيد (1999). الكتاب الأحمر للأنواع والمخططات: يتضمن محاضرات ميشيغان (1974) حول المنحنيات ومصفوفات جاكوبي الخاصة بها . سلسلة محاضرات في الرياضيات. المجلد 1358 ( الطبعة الثانية). سبرينغر-فيرلاغ. doi : 10.1007/b62130 . ISBN 978-3-540-63293-1. MR 1748380 .
- فيستولي، أنجيلو (2005)، "طوبولوجيات غروتينديك، والفئات الليفية، ونظرية النزول"، الهندسة الجبرية الأساسية ، بروفيدنس، رود آيلاند: الجمعية الرياضية الأمريكية ، ص 1-104 ، arXiv : math/0412512 ، Bibcode : 2004math.....12512V ، MR 2223406
روابط خارجية
- ديفيد مامفورد، هل يمكن شرح المخططات لعلماء الأحياء؟
- مؤلفو مشروع ستاكس، مشروع ستاكس
- https://quomodocumque.wordpress.com/2012/09/03/mochizuki-on-abc/ – يحتوي قسم التعليقات على بعض المناقشات المثيرة للاهتمام حول نظرية المخططات (بما في ذلك منشورات من تيرينس تاو ).
- نظرية المخططات
