مورفولوجيا الأصناف الجبرية
في الهندسة الجبرية ، يُعرف التشاكل بين المتنوعات الجبرية بأنه دالة بين هذه المتنوعات تُعطى محليًا بواسطة كثيرات الحدود . ويُسمى أيضًا بالخريطة المنتظمة . كما يُطلق على التشاكل من المتنوع الجبري إلى الخط الأفيني اسم الدالة المنتظمة . وتُسمى الخريطة المنتظمة التي يكون معكوسها منتظمًا أيضًا بالخريطة ثنائية الانتظام ، والخرائط ثنائية الانتظام هي تماثلات المتنوعات الجبرية. ولأن الانتظام وثنائية الانتظام شرطان مُقيِّدان للغاية - إذ لا توجد دوال منتظمة غير ثابتة على المتنوعات الإسقاطية - فإن مفهومي الخرائط الكسرية والخرائط ثنائية الانتظام يُستخدمان على نطاق واسع أيضًا؛ وهما دالتان جزئيتان تُعرَّفان محليًا بواسطة كسور نسبية بدلًا من كثيرات الحدود.
يتمتع التنوع الجبري بطبيعته ببنية فضاء حلقي محلي ؛ إن التشكل بين التنوعات الجبرية هو بالضبط تشكل للفضاءات الحلقية المحلية الأساسية.
تعريف
إذا كانت X و Y أصنافًا فرعية مغلقة منو(لذا فهي أصناف خطية )، ثم خريطة منتظمةهو تقييد لخريطة متعددة الحدود. وبشكل صريح، يكون شكله كالتالي: [ 1 ]
حيثتقع العناصر s في حلقة الإحداثيات الخاصة بـ X :
حيث I هو المثالي الذي يُعرّف X (ملاحظة: كثيرتا الحدود f و g تُعرّفان نفس الدالة على X إذا وفقط إذا كانت f − g تنتمي إلى I ). تقع صورة f ( X ) في Y ، وبالتالي تُحقق معادلات تعريف Y. أي أنها دالة منتظمة. وهو نفسه تقييد دالة متعددة الحدود التي تحقق مكوناتها المعادلات التعريفية لـ.
بشكل أعم، تكون الدالة f : X → Y بين مجموعتين منتظمتين عند النقطة x إذا وُجدت جوار U للنقطة x وجوار V للدالة f ( x ) بحيث يكون f ( U ) ⊂ V ، وتكون الدالة المقيدة f : U → V منتظمة كدالة على بعض المخططات الأفينية لـ U و V. ثم تُسمى f منتظمة إذا كانت منتظمة عند جميع نقاط X.
- ملاحظة: ليس من الواضح تمامًا أن التعريفين متطابقان: إذا كان X و Y من الأصناف الأفينية، فإن الدالة f : X → Y تكون منتظمة بالمعنى الأول إذا وفقط إذا كانت كذلك بالمعنى الثاني. [ أ ] كذلك، ليس من الواضح تمامًا ما إذا كانت الانتظامية تعتمد على اختيار المخططات الأفينية (لا تعتمد عليها. [ ب ] ). مع ذلك، يختفي هذا النوع من إشكالية الاتساق عند اعتماد التعريف الرسمي. رسميًا، يُعرَّف الصنف الجبري (المجرد) بأنه نوع خاص من الفضاء الحلقي الموضعي . عند استخدام هذا التعريف، يكون تشاكل الأصناف مجرد تشاكل للفضاءات الحلقية الموضعية.
إن تركيب الخرائط المنتظمة منتظم مرة أخرى؛ وبالتالي، فإن الأصناف الجبرية تشكل فئة الأصناف الجبرية حيث تكون التشكلات هي الخرائط المنتظمة.
تتطابق التطبيقات المنتظمة بين الأصناف الأفينية بشكل متباين أحادي مع التشكلات الجبرية بين حلقات الإحداثيات: إذا كان f : X → Y تشاكلًا بين الأصناف الأفينية، فإنه يُعرّف التشكل الجبري.
أينهي حلقات الإحداثيات لـ X و Y ؛ وهي محددة جيدًا لأنهي متعددة حدود في عناصر. على العكس من ذلك، إذاإذا كان تماثلًا جبريًا، فإنه يُنتج التشكل
يُعطى عن طريق: الكتابة
أينصورملاحظة [ ج ]إلى جانب[ د ] على وجه الخصوص،fمتماثلًا للأصناف الأفينية إذا وفقط إذاf#متماثلًا لحلقات الإحداثيات.
على سبيل المثال، إذا كانت X مجموعة فرعية مغلقة من مجموعة فرعية خطية Y ، وكانت f هي الاحتواء، فإن f هي تقييد الدوال المنتظمة على Y إلى X. انظر الأمثلة أدناه لمزيد من الأمثلة.
الدوال العادية
في الحالة الخاصة التييساويالخرائط العاديةتُسمى هذه الدوال بالدوال المنتظمة ، وهي نظائر جبرية للدوال الملساء التي تُدرس في الهندسة التفاضلية . تُعد حلقة الدوال المنتظمة (أي حلقة الإحداثيات ، أو بصورة أكثر تجريدًا، حلقة المقاطع العامة لحزمة البنية) عنصرًا أساسيًا في الهندسة الجبرية الأفينية. الدالة المنتظمة الوحيدة على صنف إسقاطي هي دالة ثابتة (ويمكن اعتبار ذلك نظيرًا جبريًا لنظرية ليوفيل في التحليل العقدي ).
دالة قياسيةيكون منتظماً عند نقطة معينةإذا، في جوار أفيني مفتوح منإنها دالة كسرية منتظمة عندأي أن هناك دوال منتظمة،قريببحيثولا يختفي عند[ هـ ] تنبيه: الشرط ينطبق على بعض الأزواج ( g ، h ) وليس على جميع الأزواج ( g ، h ) ؛ انظر الأمثلة .
إذا كانت X منوعًا شبه إسقاطي ؛ أي منوعًا فرعيًا مفتوحًا من منوع إسقاطي، فإن حقل الدالة k(X) هو نفسه حقل الدالة k ( X ) للإغلاق.من X ، وبالتالي فإن الدالة الكسرية على X تكون على الصورة g / h لبعض العناصر المتجانسة g و h من نفس الدرجة في حلقة الإحداثيات المتجانسةل(انظر: التنوع الإسقاطي#بنية التنوع ). عندئذٍ، تكون الدالة الكسرية f على X منتظمة عند النقطة x إذا وفقط إذا وُجدت بعض العناصر المتجانسة g و h من نفس الدرجة فيبحيث يكون f = g / h ولا تنعدم h عند x . يُعتبر هذا التوصيف أحيانًا تعريفًا للدالة المنتظمة. [ 2 ]
مقارنة مع تشاكل المخططات
لووإذا كانت مخططات أفينية ، فإن كل تشاكل حلقييحدد التشكل
عن طريق أخذ الصور العكسية للمثاليات الأولية . جميع التشكلات بين المخططات الأفينية هي من هذا النوع، ولصق هذه التشكلات يعطي تشكلاً للمخططات بشكل عام.
الآن، إذا كانت X و Y منوعات أفينية؛ أي أن A و B مجالان تكامليان يمثلان جبرًا مولدًا نهائيًا على حقل مغلق جبريًا k ، فإن ما سبق، بالعمل مع النقاط المغلقة فقط، يتطابق مع التعريف الوارد في #التعريف . (البرهان: إذا كان f : X → Y تشاكلًا، فإن كتابة، نحتاج إلى إظهار
أينهي المُثُل القصوى المُقابلة للنقطتين x و f ( x )؛ أي،هذا أمر فوري.
هذا يعني أن فئة الأصناف الأفينية يمكن تعريفها بفئة فرعية كاملة من المخططات الأفينية على k . وبما أن تشاكلات الأصناف تُحصل بلصق تشاكلات الأصناف الأفينية بنفس الطريقة التي تُحصل بها تشاكلات المخططات بلصق تشاكلات المخططات الأفينية، فإنه يترتب على ذلك أن فئة الأصناف هي فئة فرعية كاملة من فئة المخططات على k .
أمثلة
- الوظائف العادية علىهي بالضبط كثيرات الحدود فيالمتغيرات والدوال المنتظمة علىهي بالضبط الثوابت.
- يتركليكن المنحنى الأفيني. ثمهو تشاكل؛ وهو تقابل مع المعكوس. منذوهو أيضاً شكل من أشكال التشاكل،هو تماثل بين الأصناف.
- يتركليكن المنحنى الأفيني. ثمهو تشاكل. وهو يقابل تشاكل الحلقةوالذي يُنظر إليه على أنه أحادي (لأن f شاملة).
- استكمالاً للمثال السابق، ليكن U = A 1 − {1}. بما أن U هو مكمل المستوى الفائق t = 1، فإن U خطي. التقييدهي تقابلية. لكن التشاكل الحلقي المقابل هو التضمين، وهو ليس تماثلاً، وبالتالي فإن التقييد f | U ليس تماثلاً.
- ليكن X هو المنحنى الأفيني x² + y² = 1 وليكنإذن ، f دالة كسرية على X. وهي منتظمة عند (0, 1) على الرغم من التعبير، لأنه، كدالة كسرية على X ، يمكن كتابة f أيضًا على النحو التالي:.
- ليكن X = A² − (0, 0) . إذن، X عبارة عن منوع جبري لأنه مجموعة جزئية مفتوحة من منوع. إذا كانت f دالة منتظمة على X ، فإن f تكون منتظمة علىوكذلك فيوبالمثل، فهو موجود فيوبالتالي، يمكننا أن نكتب:حيث g و h كثيرتا حدود في k [ x , y ]. لكن هذا يعني أن g تقبل القسمة على xⁿ ، وبالتالي فإن f هي في الواقع كثيرة حدود. ومن ثم، فإن حلقة الدوال المنتظمة على X هي k [ x , y ]. (يُبين هذا أيضًا أن X لا يمكن أن تكون خطية، لأنه لو كانت كذلك، لكانت X محددة بحلقة إحداثياتها، وبالتالي X = A² ) .
- يفترضبتحديد النقاط ( x : 1) مع النقاط x على A1 و∞ = (1 : 0). يوجد تشاكل ذاتي σ لـ P1 معطى بالعلاقة σ(x : y) = (y : x)؛ على وجه الخصوص، يبدل σ بين 0 و∞. إذا كانت f دالة كسرية على P1 ، فإن ويكون f منتظمًا عند ∞ إذا وفقط إذا كان f (1/ z ) منتظمًا عند الصفر.
- بأخذ حقل الدوال k ( V ) لمنحنى جبري غير قابل للاختزال V ، يمكن تمثيل جميع الدوال F في حقل الدوال كتشاكلات من V إلى الخط الإسقاطي فوق k . (انظر #الخصائص ). ستكون الصورة إما نقطة واحدة، أو الخط الإسقاطي بأكمله (وهذا نتيجة لاكتمال المتنوعات الإسقاطية ). أي، ما لم تكن F ثابتة بالفعل، يجب أن نُنسب إلى F القيمة ∞ عند بعض نقاط V.
- لأي أصناف جبرية X و Y ، فإن الإسقاطهو تشاكل بين أصناف. إذا كان X و Y خطيين، فإن التشاكل الحلقي المقابل هوأين.
ملكيات
يكون التشكل بين الأصناف مستمرًا بالنسبة إلى طوبولوجيات زاريسكي على المصدر والهدف.
لا يشترط أن تكون صورة تشاكل الأصناف مفتوحة أو مغلقة (على سبيل المثال، صورة(ليست مفتوحة ولا مغلقة). ومع ذلك، يمكن القول: إذا كان f تشاكلاً بين أصناف، فإن صورة f تحتوي على مجموعة جزئية مفتوحة وكثيفة من إغلاقها (انظر المجموعة القابلة للإنشاء ).
يُقال إن التشكل f : X → Y للمتنوعات الجبرية هو تشكل مهيمن إذا كانت صورته كثيفة. بالنسبة لهذا التشكل f ، إذا كانت V مجموعة جزئية أفينية مفتوحة غير فارغة من Y ، فإنه توجد مجموعة جزئية أفينية مفتوحة غير فارغة U من X بحيث يكون f ( U ) ⊂ V ، وبالتاليهي دالة حقنية. وبالتالي، فإن الخريطة المهيمنة f تُحدث حقنًا على مستوى حقول الدوال:
حيث يمتد الحد المباشر على جميع المجموعات الفرعية الأفينية المفتوحة غير الفارغة من Y. (بصورة أكثر تجريدًا، هذه هي الخريطة المستحثة من حقل البقايا للنقطة العامة في Y إلى حقل البقايا في X ). وعلى العكس من ذلك، فإن كل تضمين للحقول[ 3 ] وبالتالي ، يحدد البناء أعلاه تكافؤًا متغايرًا بين فئة الأصناف الجبرية على حقل k والخرائط العقلانية المهيمنة بينها وفئة امتداد الحقل المولد نهائيًا لـ k . [ 4 ]
إذا كان X منحنىً أملسًا كاملًا (على سبيل المثال، P1 ) وإذا كانت f دالة كسرية من X إلى فضاء إسقاطي Pm ، فإن f دالة منتظمة X → Pm . [ 5 ] على وجه الخصوص، عندما يكون X منحنىً أملسًا كاملًا، يمكن اعتبار أي دالة كسرية على X بمثابة تشاكل X → P1 ، والعكس صحيح، يمكن اعتبار هذا التشاكل بمثابة دالة كسرية على X.
في التنوع الطبيعي (وخاصةً التنوع الأملس )، تكون الدالة الكسرية منتظمة إذا وفقط إذا لم يكن لها أقطاب ذات بُعد مشترك يساوي واحدًا. [ و ] هذا نظير جبري لنظرية هارتوغز للتمديد . وهناك أيضًا صيغة نسبية لهذه الحقيقة؛ انظر.
لا يشترط أن يكون التشاكل بين الأصناف الجبرية، والذي يمثل تماثلاً طوبولوجياً بين الفضاءات الطوبولوجية الأساسية، تماثلاً حقيقياً (ومن الأمثلة المضادة على ذلك تشاكل فروبينيوس).من جهة أخرى، إذا كانت الدالة f ثنائية النسب تقابلية، وكان فضاء الهدف الخاص بها منوعًا طبيعيًا ، فإن f تكون ثنائية الانتظام. (انظر نظرية زاريسكي الرئيسية ).
إنّ التطبيق المنتظم بين المتنوعات الجبرية المركبة هو تطبيق تحليلي . (يوجد في الواقع فرق تقني طفيف: فالتطبيق المنتظم هو تطبيق ميرومورفي يمكن إزالة نقاطه الشاذة ، ولكن عادةً ما يتم تجاهل هذا التمييز عمليًا). على وجه الخصوص، فإنّ التطبيق المنتظم في الأعداد المركبة هو مجرد دالة تحليلية مركبة عادية.
التحويلات إلى فضاء إسقاطي
يترك
ليكن f(x ) تشاكلاً من صنف إسقاطي إلى فضاء إسقاطي. ولتكن x نقطة من X. عندئذٍ، يكون أحد الإحداثيات المتجانسة رقم i للدالة f ( x ) غير صفري؛ ولنقل i = 0 للتبسيط. عندئذٍ، بحسب خاصية الاستمرارية، توجد جوار أفيني مفتوح U للنقطة x بحيث
هو تشاكل، حيث yᵢ هي الإحداثيات المتجانسة. لاحظ أن الفضاء المستهدف هو الفضاء الأفيني Aᵐ من خلال عملية التطابق .وبالتالي، بحسب التعريف، فإن القيد f | U يُعطى بواسطة
حيث تمثل gᵢ دوالًا منتظمة على U. بما أن X إسقاطية، فإن كل gᵢ هي كسر من عناصر متجانسة من نفس الدرجة في حلقة الإحداثيات المتجانسة k [ X ] لـ X. يمكننا ترتيب الكسور بحيث يكون لها جميعًا نفس المقام المتجانس، ولنقل f₀. عندئذٍ يمكننا كتابة gᵢ = fᵢ / f₀ لبعض العناصر المتجانسة fᵢ في k [ X ] . وبالتالي ، بالعودة إلى الإحداثيات المتجانسة،
لكل x في U ، وبحسب خاصية الاستمرارية، لكل x في X طالما أن الدوال fᵢ لا تنعدم عند x في آن واحد. إذا انعدمت هذه الدوال في آن واحد عند نقطة x من X ، فباتباع الإجراء المذكور أعلاه، يمكن اختيار مجموعة مختلفة من الدوال fᵢ التي لا تنعدم عند x في آن واحد (انظر الملاحظة في نهاية القسم).
في الواقع، ينطبق الوصف أعلاه على أي صنف شبه إسقاطي X ، وهو صنف فرعي مفتوح من صنف إسقاطيوالفرق هو أن قيم f i تقع في حلقة الإحداثيات المتجانسة لـ.
ملاحظة : ما سبق لا يعني أن التشكل من صنف إسقاطي إلى فضاء إسقاطي يُعطى بمجموعة واحدة من كثيرات الحدود (على عكس الحالة الأفينية). على سبيل المثال، ليكن X هو القطع المخروطيفي P 2. ثم خريطتانوالاتفاق على المجموعة الفرعية المفتوحةمن X (منذوبالتالي يُعرّف تشاكلاً.
ألياف التشكل
والحقيقة المهمة هي: [ 6 ]
نظرية — ليكن f : X → Y تشاكلاً مهيمناً (أي ذو صورة كثيفة) بين أصناف جبرية، وليكن r = dim X − dim Y. عندئذٍ
- لكل مجموعة فرعية مغلقة غير قابلة للاختزال W من Y ولكل مكون غير قابل للاختزال Z منيهيمن على غرب ،
- يوجد مجموعة فرعية مفتوحة غير فارغة U في Y بحيث (أ)و (ب) لكل مجموعة فرعية مغلقة غير قابلة للاختزال W من Y تتقاطع مع U وكل مكون غير قابل للاختزال Z منمتقاطع،
النتيجة — ليكن f : X → Y تشاكلاً بين أصناف جبرية. لكل x في X ، عرّف
إذن، الدالة e شبه متصلة من الأعلى ؛ أي، لكل عدد صحيح n ، تكون المجموعة
مغلق.
في كتاب مامفورد الأحمر، تم إثبات النظرية باستخدام مبرهنة نوثر للتطبيع . وللحصول على منهج جبري حيث تلعب خاصية الحرية العامة دورًا رئيسيًا، ويُعد مفهوم " الحلقة السلسلية الشاملة " مفتاحًا في البرهان، انظر آيزنبد، الفصل 14 من "الجبر التبادلي مع نظرة نحو الهندسة الجبرية". في الواقع، يُظهر البرهان هناك أنه إذا كانت f مسطحة ، فإن تساوي الأبعاد في الفقرة 2 من النظرية يتحقق بشكل عام (وليس فقط بشكل عام).
درجة التشكل المحدود
ليكن f : X → Y تشاكلًا جبريًا منتهيًا شاملًا بين أصناف جبرية على حقل k . عندئذٍ، بحسب التعريف، درجة f هي درجة امتداد الحقل المنتهي لحقل الدالة k ( X ) على f * k ( Y ). وبحسب خاصية الحرية العامة ، توجد مجموعة جزئية مفتوحة غير فارغة U في Y بحيث يكون تقييد حزمة البنية OX على f⁻¹ ( U ) حرًا كـ OY | U -module . وبالتالي ، فإن درجة f هي أيضًا رتبة هذا الموديول الحر.
إذا كانت f إيتالية وإذا كانت X و Y كاملتين ، فإنه لأي حزمة متماسكة F على Y ، مع كتابة χ للخاصية المميزة لأويلر ،
( توضح صيغة ريمان-هورويتز للغطاء المتفرع أنه لا يمكن حذف "étale" هنا.)
بشكل عام، إذا كان f تشاكلًا شاملًا منتهيًا، وإذا كانت X و Y كاملتين و F حزمة متماسكة على Y ، فمن متتالية ليري الطيفية، يحصل المرء على:
على وجه الخصوص، إذا كانت F قوة موترمن حزمة خطوط، ثمومنذ دعميكون البعد المشترك موجبًا إذا كانت قيمة q موجبة، وبمقارنة الحدود الرئيسية، نحصل على:
(منذ الرتبة العامة لـ(درجة f .)
إذا كانت f إيتالية و k مغلقة جبريًا، فإن كل ليف هندسي f −1 ( y ) يتكون بالضبط من نقاط deg( f ).
انظر أيضاً
- الدالة الجبرية
- التشكل السلس
- Étale morphisms – التناظرية الجبرية للتفاضلات المحلية .
- حل التفردات
- تماثل الانكماش
ملحوظات
- ↑ إليكم الحجة التي تُظهر تطابق التعريفات. من الواضح أنه يمكننا افتراض أن Y = A 1. إذن، المسألة هنا هي ما إذا كان بالإمكان تجميع "الانتظام"؛ والإجابة هي نعم، ويمكن ملاحظة ذلك من خلال بناء حزمة البنية لمتنوعة أفينية كما هو موضح في المتنوعات الأفينية#حزمة البنية .
- ↑ مع ذلك، ليس من الواضح كيفية إثبات ذلك. إذا كانت X و Y شبه إسقاطيتين، فيمكن تقديم البرهان. أما في حالة عدم كونهما شبه إسقاطيتين، فإن الأمر يعتمد بشدة على تعريف المرء للتنوع المجرد.
- ↑ صورةيقع في Y لأنه إذا كانت g متعددة حدود في J ، فعندئذٍ، بالتفكير المسبقهي خريطة للفضاء الأفيني،بما أن g تنتمي إلى J.
- ↑ الدليل:بما أن φ هو تشاكل جبري. أيضاً،
- ↑ البرهان: ليكن A حلقة الإحداثيات لجوار أفيني لـ x . إذا كانت f = g / h حيث g في A و h غير صفريفي A ، فإن f تنتمي إلى A [ h −1 ] = k [ D ( h )]؛ أي أن f دالة منتظمة على D ( h ).
- ↑ البرهان: يكفي النظر في الحالة التي يكون فيها التنوع أفيني ثم استخدام حقيقة أن المجال المغلق بشكل متكامل نوثيري هو تقاطع جميع التموضعات عند المثاليات الأولية ذات الارتفاع واحد.
الاقتباسات
- ↑ شافاريفيتش 2013 ، ص 25، تعريف..
- ↑ هارتشورن 1997 ، الفصل الأول، القسم 3..
- ↑ فاكيل، أسس الهندسة الجبرية ، الاقتراح 6.5.7.
- ↑ هارتشورن 1997 ، الفصل الأول، النظرية 4.4..
- ↑ هارتشورن 1997 ، الفصل الأول، الاقتراح 6.8..
- ↑ مامفورد 1999 ، الفصل الأول، القسم 8. النظريات 2، 3.
- ↑ فولتون 1998 ، مثال 18.3.9..
مراجع
- فولتون، ويليام (1998). نظرية التقاطع . سبرينغر ساينس . ISBN 978-0-387-98549-7.
- هاريس، جو (1992). الهندسة الجبرية، دورة تمهيدية . دار نشر سبرينغر . رقم ISBN 978-1-4757-2189-8.
- هارتشورن، روبن (1997). الهندسة الجبرية . سبرينغر-فيرلاغ . ISBN 0-387-90244-9.
- جيمس ميلن ، الهندسة الجبرية ، الإصدار القديم v. 5.xx.
- 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 354063293X.
- شافاريفيتش، إيغور ر. (2013). الهندسة الجبرية الأساسية 1. سبرينغر ساينس . doi : 10.1007/978-3-642-37956-7 . ISBN 978-0-387-97716-4.
- سيلفرمان، جوزيف هـ. (2009). حساب المنحنيات الإهليلجية ( الطبعة الثانية). سبرينغر فيرلاغ . ISBN 978-0-387-09494-6.
- الأصناف الجبرية
- أنواع الوظائف
- الوظائف والخرائط
