الهندسة الجبرية والهندسة التحليلية

في الرياضيات ، تُعدّ الهندسة الجبرية والهندسة التحليلية فرعين مترابطين ترابطًا وثيقًا. فبينما تدرس الهندسة الجبرية المتنوعات الجبرية ، تتناول الهندسة التحليلية المتشعبات المركبة والفضاءات التحليلية الأكثر عمومية، والتي تُعرَّف محليًا بانعدام الدوال التحليلية لعدة متغيرات مركبة . وللعلاقة الوثيقة بين هذين الفرعين تطبيقات عديدة، حيث تُطبَّق التقنيات الجبرية على الفضاءات التحليلية، والتقنيات التحليلية على المتنوعات الجبرية.

البيان الرئيسي

يتركX{\displaystyle X}ليكن صنفًا جبريًا معقدًا إسقاطيًا . لأنX{\displaystyle X}هو نوع معقد، ومجموعة نقاطه المعقدةX(ج){\displaystyle X(\mathbb {C} )}يمكن إعطاؤها بنية فضاء تحليلي عقدي مضغوط . يُرمز إلى هذا الفضاء التحليلي بـXأن{\displaystyle X^{\mathrm {an} }}وبالمثل، إذاF{\displaystyle {\mathcal {F}}}هي حزمة علىX{\displaystyle X}ثم هناك حزمة مقابلةFأن{\displaystyle {\mathcal {F}}^{\text{an}}}علىXأن{\displaystyle X^{\mathrm {an} }}إن ربط كائن تحليلي بكائن جبري هو دالة . النظرية النموذجية التي تربطX{\displaystyle X}وXأن{\displaystyle X^{\mathrm {an} }}يقول ذلك لأي حزمتين متماسكتينF{\displaystyle {\mathcal {F}}}وجي{\displaystyle {\mathcal {G}}}علىX{\displaystyle X}، التماثل الطبيعي

هومياX(F،جي)هومياXأن(Fأن،جيأن){\displaystyle {\text{Hom}}_{{\mathcal {O}}_{X}}({\mathcal {F}},{\mathcal {G}})\rightarrow {\text{Hom}}_{{\mathcal {O}}_{X}^{\text{an}}}({\mathcal {F}}^{\text{an}},{\mathcal {G}}^{\text{an}})}

هو تماثل. هناياX{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}}هي حزمة البنية للتنوع الجبريX{\displaystyle X}وياXأن{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}^{\text{an}}}هي حزمة البنية للصنف التحليليXأن{\displaystyle X^{\mathrm {an} }}وبشكل أدق، فئة الحزم المتماسكة على التنوع الجبريX{\displaystyle X}يُعادل فئة الحزم المتماسكة التحليلية على التنوع التحليليXأن{\displaystyle X^{\mathrm {an} }}ويتم تحديد التكافؤ على الكائنات عن طريق التعيينF{\displaystyle {\mathcal {F}}}لFأن{\displaystyle {\mathcal {F}}^{\text{an}}}. بخاصة، ياXأن{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}^{\text{an}}}هي نفسها متماسكة، وهي نتيجة تُعرف باسم نظرية أوكا للتماسك ، [ 1 ] كما تم إثبات ذلك أيضًا في "Faisceaux Algebriques Coherents" [ 2 ] أن حزمة البنية للتنوع الجبريياX{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}}متماسك. [ 3 ]

وثمة بيان مهم آخر هو التالي: لأي حزمة متماسكةF{\displaystyle {\mathcal {F}}}على مجموعة متنوعة جبريةX{\displaystyle X}التشاكلات

εq : حq(X،F)حq(Xأن،Fأن){\displaystyle \varepsilon _{q}\ :\ H^{q}(X,{\mathcal {F}})\rightarrow H^{q}(X^{\text{an}},{\mathcal {F}}^{\text{an}})}

هي عمليات تماثل لجميعq{\displaystyle q}'s. هذا يعني أنq{\displaystyle q}مجموعة التماثل الحزمي رقم -th علىX{\displaystyle X}متماثل مع مجموعة التماثل علىXأن{\displaystyle X^{\mathrm {an} }}.

تنطبق هذه النظرية بشكل أعم بكثير مما ذُكر أعلاه (انظر البيان الرسمي أدناه). ولها ولِبرهانها العديد من النتائج، مثل نظرية تشاو ، ومبدأ ليفشيتز ، ونظرية كودايرا للتلاشي .

خلفية

تُعرَّف الأصناف الجبرية محليًا على أنها مجموعات الأصفار المشتركة لكثيرات الحدود، وبما أن كثيرات الحدود على الأعداد المركبة هي دوال تحليلية ، فإن الأصناف الجبرية علىج{\displaystyle \mathbb {C} }يمكن تفسيرها على أنها فضاءات تحليلية. وبالمثل، تُفسَّر التشكلات المنتظمة بين الأصناف على أنها دوال هولومورفية بين الفضاءات التحليلية. ومن المثير للدهشة أنه غالبًا ما يكون من الممكن اتباع النهج المعاكس، أي تفسير الكائنات التحليلية بطريقة جبرية.

على سبيل المثال، من السهل إثبات أن الدوال التحليلية من كرة ريمان إلى نفسها هي إما دوال كسرية أو دالة اللانهاية المطابقة (امتداد لنظرية ليوفيل ). لأنه إذا كانت مثل هذه الدالةو{\displaystyle f}إذا كانت غير ثابتة، فبما أن مجموعةz{\displaystyle z}أينو(z){\displaystyle f(z)}إذا كانت اللانهاية معزولة وكانت كرة ريمان مضغوطة، فهناك عدد محدود منz{\displaystyle z}معو(z){\displaystyle f(z)}يساوي اللانهاية. لننظر في متسلسلة لوران عند كل من هذاz{\displaystyle z}وبطرح الجزء المفرد: يتبقى لدينا دالة على كرة ريمان بقيم فيج{\displaystyle \mathbb {C} }وهو ثابت وفقًا لنظرية ليوفيل. وبالتاليو{\displaystyle f}هي دالة كسرية. تُظهر هذه الحقيقة أنه لا يوجد فرق جوهري بين الخط الإسقاطي المركب كنوع جبري، أو ككرة ريمان .

نتائج مهمة

هناك تاريخ طويل من المقارنات بين الهندسة الجبرية والهندسة التحليلية، بدأ في القرن التاسع عشر. وفيما يلي بعض أهم التطورات مرتبة ترتيباً زمنياً.

نظرية ريمان للوجود

تُظهر نظرية سطح ريمان أن سطح ريمان المضغوط يحتوي على عدد كافٍ من الدوال الميرومورفية ، مما يجعله منحنى جبريًا (إسقاطيًا أملسًا) . تحت مسمى نظرية وجود ريمان [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ، عُرفت نتيجة أعمق تتعلق بالتغطيات المتفرعة لسطح ريمان المضغوط: تُصنف هذه التغطيات المحدودة ، مثل الفضاءات الطوبولوجية، بواسطة تمثيلات التبديل للمجموعة الأساسية لمكمل نقاط التفرع . ولأن خاصية سطح ريمان محلية، فمن السهل جدًا ملاحظة أن هذه التغطيات هي تغطيات بالمعنى التحليلي المركب. ومن ثم، يمكن استنتاج أنها ناتجة عن خرائط تغطية للمنحنيات الجبرية - أي أن هذه التغطيات جميعها ناتجة عن امتدادات محدودة لحقل الدوال .

مبدأ ليفشيتز

في القرن العشرين، استُشهد بمبدأ ليفشيتز ، نسبةً إلى سولومون ليفشيتز ، في الهندسة الجبرية لتبرير استخدام التقنيات الطوبولوجية في الهندسة الجبرية على أي حقل مغلق جبريًا K ذي خاصية صفرية، وذلك بمعاملة K كما لو كان حقل الأعداد المركبة. ينص أحد أشكاله الأولية على أن العبارات الصحيحة لنظرية الحقول من الرتبة الأولى حول C صحيحة لأي حقل مغلق جبريًا K ذي خاصية صفرية. ويُعزى المبدأ الدقيق وبرهانه إلى ألفريد تارسكي ، وهما قائمان على المنطق الرياضي . [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]

يسمح هذا المبدأ بنقل بعض النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام الطرق التحليلية أو الطوبولوجية للأصناف الجبرية على C إلى حقول أرضية مغلقة جبريًا أخرى ذات خاصية 0. (على سبيل المثال ، نظرية التلاشي من نوع كودايرا . [ 11 ] )

نظرية تشاو

تُعدّ نظرية تشاو ( تشاو، 1949 )، التي أثبتها وي ليانغ تشاو ، مثالًا على أكثر أنواع المقارنة فائدةً مباشرةً. تنصّ هذه النظرية على أن أي فضاء جزئي تحليلي من فضاء إسقاطي معقد مغلق (بالمعنى الطوبولوجي المعتاد) هو صنف فرعي جبري. [ 12 ] ويمكن إعادة صياغة ذلك على النحو التالي: "أي فضاء جزئي تحليلي من فضاء إسقاطي معقد مغلق في الطوبولوجيا القوية يكون مغلقًا في طوبولوجيا زاريسكي ". وهذا يتيح استخدامًا واسعًا للأساليب التحليلية المعقدة ضمن الأجزاء الكلاسيكية للهندسة الجبرية.

غاغا

وُضعت أسس العلاقات العديدة بين النظريتين خلال أوائل خمسينيات القرن العشرين، كجزء من عملية إرساء أسس الهندسة الجبرية لتشمل، على سبيل المثال، تقنيات من نظرية هودج . وكانت الورقة البحثية الرئيسية التي رسّخت هذه النظرية هي " الهندسة الجبرية والهندسة التحليلية" لجان بيير سير ، [ 13 ] والتي يُشار إليها الآن عادةً باسم GAGA . تُثبت هذه الورقة نتائج عامة تربط بين فئات الأصناف الجبرية، والتشاكلات المنتظمة، والحزم، وفئات الفضاءات التحليلية، والتحويلات الهولومورفية، والحزم. وتُختزل كل ذلك إلى مقارنة فئات الحزم.

Nowadays the phrase GAGA-style result is used for any theorem of comparison, allowing passage between a category of objects from algebraic geometry, and their morphisms, to a well-defined subcategory of analytic geometry objects and holomorphic mappings.

Formal statement of GAGA

  1. Let (X,OX){\displaystyle (X,{\mathcal {O}}_{X})} be a scheme of finite type over C{\displaystyle \mathbb {C} }. Then there is a topological space Xan{\displaystyle X^{\mathrm {an} }} that consists of the closed points of X{\displaystyle X} with a continuous inclusion map λX:XanX{\displaystyle \lambda _{X}:X^{\mathrm {an} }\to X}. The topology on Xan{\displaystyle X^{\mathrm {an} }} is called the "complex topology" (and is very different from the subspace topology).
  2. Suppose ϕ:XY{\displaystyle \phi :X\to Y} is a morphism of schemes of locally finite type over C{\displaystyle \mathbb {C} }. Then there exists a continuous map ϕan:XanYan{\displaystyle \phi ^{\mathrm {an} }:X^{\mathrm {an} }\to Y^{\mathrm {an} }} such that λYϕan=ϕλX{\displaystyle \lambda _{Y}\circ \phi ^{\mathrm {an} }=\phi \circ \lambda _{X}}.
  3. There is a sheaf OXan{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}^{\mathrm {an} }} on Xan{\displaystyle X^{\mathrm {an} }} such that (Xan,OXan){\displaystyle (X^{\mathrm {an} },{\mathcal {O}}_{X}^{\mathrm {an} })} is a ringed space and λX:XanX{\displaystyle \lambda _{X}:X^{\mathrm {an} }\to X} becomes a map of ringed spaces. The space (Xan,OXan){\displaystyle (X^{\mathrm {an} },{\mathcal {O}}_{X}^{\mathrm {an} })} is called the "analytification" of (X,OX){\displaystyle (X,{\mathcal {O}}_{X})} and is an analytic space. For every ϕ:XY{\displaystyle \phi :X\to Y} the map ϕan{\displaystyle \phi ^{\mathrm {an} }} defined above is a mapping of analytic spaces. Furthermore, the map ϕϕan{\displaystyle \phi \mapsto \phi ^{\mathrm {an} }} maps open immersions into open immersions. If X=Spec(C[x1,,xn]){\displaystyle X=\operatorname {Spec} (\mathbb {C} [x_{1},\dots ,x_{n}])} then Xan=Cn{\displaystyle X^{\mathrm {an} }=\mathbb {C} ^{n}} and OXan(U){\displaystyle {\mathcal {O}} _ {X}^ {\mathrm {an} }(U)} for every polydisc U{\displaystyle U} is a suitable quotient of the space of holomorphic functions on U{\displaystyle U}.
  4. For every sheaf F{\displaystyle {\mathcal {F}}} on X{\displaystyle X} (called algebraic sheaf) there is a sheaf Fan{\displaystyle {\mathcal {F}}^{\mathrm {an} }} on Xan{\displaystyle X^{\mathrm {an} }} (called analytic sheaf) and a map of sheaves of OX{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}}-modules λX:F(λX)Fan{\displaystyle \lambda _{X}^{*}:{\mathcal {F}}\rightarrow (\lambda _{X})_{*}{\mathcal {F}}^{\mathrm {an} }}. The sheaf Fan{\displaystyle {\mathcal {F}}^{\mathrm {an} }} is defined as λX1FλX1OXOXan{\displaystyle \lambda _{X}^{-1}{\mathcal {F}}\otimes _{\lambda _{X}^{-1}{\mathcal {O}}_{X}}{\mathcal {O}}_{X}^{\mathrm {an} }}. The correspondence FFan{\displaystyle {\mathcal {F}}\mapsto {\mathcal {F}}^{\mathrm {an} }} defines an exact functor from the category of sheaves over (X,OX){\displaystyle (X,{\mathcal {O}}_{X})} to the category of sheaves of (Xan,OXan){\displaystyle (X^{\mathrm {an} },{\mathcal {O}}_{X}^{\mathrm {an} })}.The following two statements are the heart of Serre's GAGA theorem[14][15] (as extended by Alexander Grothendieck, Amnon Neeman, and others).
  5. If f:XY{\displaystyle f:X\to Y} is an arbitrary morphism of schemes of finite type over C{\displaystyle \mathbb {C} } and F{\displaystyle {\mathcal {F}}} is coherent then the natural map (fF)anfanFan{\displaystyle (f_ {*}{\mathcal {F}})^{\mathrm {an} }\rightarrow f_{*}^{\mathrm {an} }{\mathcal {F}}^{\mathrm {an} }} is injective. If f{\displaystyle f} is proper then this map is an isomorphism. One also has isomorphisms of all higher direct image sheaves (RifF)anRifanFan{\displaystyle (R^{i}f_{*}{\mathcal {F}})^{\mathrm {an} }\cong R^{i}f_{*}^{\mathrm {an} }{\mathcal {F}}^{\mathrm {an} }} in this case.[16]
  6. Now assume that Xan{\displaystyle X^{\mathrm {an} }} is Hausdorff and compact. If F,G{\displaystyle {\mathcal {F}},{\mathcal {G}}} are two coherent algebraic sheaves on (X,OX){\displaystyle (X,{\mathcal {O}}_{X})} and if f:FanGan{\displaystyle f\colon {\mathcal {F}}^{\mathrm {an} }\rightarrow {\mathcal {G}}^{\mathrm {an} }} is a map of sheaves of OXan{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}^{\mathrm {an} }}-modules then there exists a unique map of sheaves of OX{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}}-modules φ:FG{\displaystyle \varphi :{\mathcal {F}}\rightarrow {\mathcal {G}}} with f=φan{\displaystyle f=\varphi ^{\mathrm {an} }}. If R{\displaystyle {\mathcal {R}}} is a coherent analytic sheaf of OXan{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}^{\mathrm {an} }}-modules over Xan{\displaystyle X^{\mathrm {an} }} then there exists a coherent algebraic sheaf F{\displaystyle {\mathcal {F}}} of OX{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}}-modules and an isomorphism FanR{\displaystyle {\mathcal {F}}^{\mathrm {an} }\cong {\mathcal {R}}}.

In slightly lesser generality, the GAGA theorem asserts that the category of coherent algebraic sheaves on a complex projective variety X{\displaystyle X} and the category of coherent analytic sheaves on the corresponding analytic space Xan{\displaystyle X^{\mathrm {an} }} are equivalent. The analytic space Xan{\displaystyle X^{\mathrm {an} }} is obtained roughly by pulling back to X{\displaystyle X} the complex structure from Cn{\displaystyle \mathbb {C} ^{n}}من خلال مخططات الإحداثيات. في الواقع، إن صياغة النظرية بهذه الطريقة أقرب في روحها إلى ورقة سير، بالنظر إلى أن لغة نظرية المخططات الكاملة التي يستخدمها البيان الرسمي أعلاه بشكل كبير لم تكن قد تم اختراعها بعد وقت نشر GAGA.

انظر أيضاً

  • الوحدة المسطحة - تم تقديم مفهوم التسطيح بواسطة سير (1956) . الحلقات المحلية الجبرية والتحليلية لها نفس الإكمال، وبالتالي تصبح "زوجًا مسطحًا" (زوج مسطح). [ 17 ]

ملحوظات

  1. قاعة 2023 .
  2. سير 1955 .
  3. ريمرت 1994 .
  4. Grauert & Remmert 1958 .
  5. هارباتر 2003 .
  6. ^ جروتينديك ورينود 2002 ، العرض الثاني عشر، النظرية 5.1 (« نظرية وجود ريمان »).
  7. هارتشورن 1977 ، الملحق ب ، النظرية 3.1 (الجزء (ب)) و 3.2.
  8. Seidenberg 1958 ، تعليقات على مبدأ ليفشيتز.
  9. Frey & Rück 1986 ، مبدأ ليفشيتز القوي في الهندسة الجبرية.
  10. كولمان 2001 .
  11. ^ كاواماتا وماتسودا وماتسوكي 1987 .
  12. هارتشورن 1970 .
  13. سير 1956 .
  14. غروتينديك وراينو 2002 ، المعرض الثاني عشر..
  15. نيمان 2007 .
  16. ^ جروتينديك ورينود 2002 ، العرض الثاني عشر، 4. نظريات مقارنة التماثل الكوني ونظريات الوجود.
  17. هارتشورن 2010 .

مراجع