ازدواجية سير
في الهندسة الجبرية ، وهي فرع من فروع الرياضيات ، تُعدّ ثنائية سير ثنائيةً لتماثل الحزم المتماسكة للأصناف الجبرية، وقد أثبتها جان بيير سير . ينطبق الإصدار الأساسي على حزم المتجهات على صنف إسقاطي أملس، لكن ألكسندر غروتينديك وجد تعميمات واسعة، على سبيل المثال للأصناف الشاذة. على صنف ذي بُعد n ، تنص النظرية على أن مجموعة التماثلهو الفضاء المزدوج لفضاء آخر،. إن ازدواجية سير هي النظير لتشابه الحزمة المتماسكة لازدواجية بوانكاريه في الطوبولوجيا، حيث تحل حزمة الخط المتعارف عليها محل حزمة التوجيه .
تنطبق نظرية الازدواجية لسير أيضًا على الهندسة المعقدة بشكل عام، وذلك بالنسبة للمشعبات المعقدة المدمجة التي لا تُعدّ بالضرورة أصنافًا جبرية معقدة إسقاطية . في هذا السياق، تُعتبر نظرية الازدواجية لسير تطبيقًا لنظرية هودج في علم التماثل دولبو ، ويمكن اعتبارها نتيجة في نظرية المؤثرات الإهليلجية .
يتطابق هذان التفسيران المختلفان لثنائية سير بالنسبة للأصناف الجبرية المعقدة الإسقاطية غير المنفردة، وذلك من خلال تطبيق نظرية دولبو التي تربط علم التماثل الحزمي بعلم التماثل دولبو.
ازدواجية سير للحزم المتجهة
نظرية جبرية
ليكن X تنوعًا أملسًا ذو بُعد n على حقل k . عرّف حزمة الخط القانونيةأن تكون حزمة الأشكال من الرتبة n على X ، القوة الخارجية العليا لحزمة الظل التمام :
لنفترض بالإضافة إلى ذلك أن X مجموعة فعلية (على سبيل المثال، إسقاطية ) على k . عندئذٍ، تنص ثنائية سير على ما يلي: بالنسبة لحزمة متجهات جبرية E على X وعدد صحيح i ، يوجد تماثل طبيعي:
من فضاءات المتجهات k ذات الأبعاد المحدودة . هنايرمز إلى حاصل الضرب الموتري لحزم المتجهات. ويترتب على ذلك أن أبعاد مجموعتي التماثل متساوية:
كما هو الحال في ثنائية بوانكاريه، فإن التشاكل في ثنائية سير ينشأ من حاصل الضرب الكأسي في علم تماثل الحزم. أي، تركيب حاصل الضرب الكأسي مع خريطة أثر طبيعية علىإنه مزيج مثالي :
خريطة التتبع هي نظير لتجانس الحزمة المتماسكة للتكامل في تجانس دي رام . [ 1 ]
نظرية الهندسة التفاضلية
أثبت سير أيضًا نفس بيان الازدواجية لـ X، وهو مشعب عقدي مضغوط ، و E، وهو حزمة متجهات هولومورفية . [ 2 ] هنا، تُعد نظرية ازدواجية سير نتيجة لنظرية هودج . أي، على مشعب عقدي مضغوطمزود بمقياس ريماني ، يوجد مؤثر نجمي هودج :
- :\Omega ^{p}(X)\to \Omega ^{2n-p}(X),}
أينبالإضافة إلى ذلك، بما أنإذا كان الأمر معقدًا، فهناك انقسام للأشكال التفاضلية المعقدة إلى أشكال من النوعيتفاعل عامل هودج النجمي (الممتد خطيًا إلى أشكال تفاضلية ذات قيم مركبة) مع هذا التصنيف على النحو التالي:
- :\Omega ^{p,q}(X)\to \Omega ^{nq,np}(X).}
لاحظ أن المؤشرين الهولومورفي والمضاد للهولومورفي قد تبادلا مكانيهما. يوجد اقتران على الأشكال التفاضلية المركبة التي تتبادل أشكال النوعووإذا عرّفنا عامل هودج النجمي الخطي المترافق بـثم لدينا:
باستخدام نجم هودج المترافق الخطي، يمكن تعريف النجم الهرميتي-الضرب الداخلي على الأشكال التفاضلية المعقدة، بواسطة:
أين الآن؟هو-form، وعلى وجه الخصوص ذات القيم المركبة-form وبالتالي يمكن دمجها علىفيما يتعلق بتوجهها المتعارف عليه . علاوة على ذلك، لنفترضهي حزمة متجهات هيرميتية هولومورفية. إذن، المقياس الهيرميتييعطي تماثلًا خطيًا مترافقًابينوحزمة المتجهات الثنائية الخاصة بها ، على سبيل المثالتعريف، فيحصل المرء على تماثل:
أينيتكون من سطح أملسالأشكال التفاضلية المركبة ذات القيم n. باستخدام الاقتران بينومقدم منووبالتالي، يمكن تعريف الشخص الهرمستي.-المنتج الداخلي على هذاالأشكال ذات القيم المحددة بواسطة:
أين هنايعني الضرب الخارجي للأشكال التفاضلية واستخدام الاقتران بينومقدم من.
تنص نظرية هودج لعلم التماثل دولبو على أنه إذا قمنا بتعريف:
أينهو مشغل دولبو لـوإذا كان هذا هو المرافق الرسمي لها بالنسبة للضرب الداخلي، فإن:
على اليسار يوجد علم التماثل دولبو، وعلى اليمين يوجد الفضاء المتجهي التوافقيالأشكال التفاضلية ذات القيم المحددة بواسطة:
باستخدام هذا الوصف، يمكن صياغة نظرية الازدواجية لسير على النحو التالي: التشاكليُحدث تماثلاً خطياً معقداً:
يمكن إثبات ذلك بسهولة باستخدام نظرية هودج المذكورة أعلاه. أي، إذاهي فئة تماثلية فيمع تمثيل توافقي فريد، ثم:
مع المساواة إذا وفقط إذا. وعلى وجه الخصوص، الاقتران الخطي المعقد:
بينوغير منحل ، ويؤدي إلى التشاكل في نظرية الازدواجية لسير.
يمكن استعادة بيان ازدواجية سير في السياق الجبري عن طريق أخذوبتطبيق نظرية دولبو ، التي تنص على ما يلي:
حيث يوجد على اليسار علم التماثل دولبو، وعلى اليمين علم التماثل الحزمي، حيثيشير إلى حزمة من الهولومورفية-forms. على وجه الخصوص، نحصل على:
حيث استخدمنا أن حزمة من الهولومورفية-forms هي مجرد الحزمة الأساسية لـ.
المنحنيات الجبرية
يُعدّ تطبيق ازدواجية سير الأساسي على المنحنيات الجبرية . (في الأعداد المركبة ، يُكافئ ذلك دراسة أسطح ريمان المدمجة ). بالنسبة لحزمة خطية L على منحنى إسقاطي أملس X فوق حقل k ، فإن مجموعات التماثل الوحيدة غير الصفرية الممكنة هيوتصف الازدواجية السيريةمجموعة من حيثالمجموعة (لحزمة خطوط مختلفة). [ 3 ] هذا أكثر تحديدًا، لأنإن مساحة حزمة الخطوط هي ببساطة مساحة أقسامها.
تُعدّ ازدواجية سير ذات أهمية خاصة لنظرية ريمان-روخ للمنحنيات. بالنسبة لحزمة خطية L من الدرجة d على منحنى X من الجنس g ، تنص نظرية ريمان-روخ على ما يلي:
باستخدام ازدواجية سير، يمكن إعادة صياغة ذلك بعبارات أكثر بساطة:
العبارة الأخيرة (المُصاغة بدلالة القواسم ) هي في الواقع النسخة الأصلية للنظرية من القرن التاسع عشر. وهي الأداة الرئيسية المستخدمة لتحليل كيفية تضمين منحنى معين في الفضاء الإسقاطي ، وبالتالي لتصنيف المنحنيات الجبرية.
مثال: كل مقطع عالمي لحزمة خطية ذات درجة سالبة يساوي صفرًا. علاوة على ذلك، فإن درجة الحزمة القانونية هيلذلك، فإن نظرية ريمان-روخ تعني أنه بالنسبة لحزمة خطية L من الدرجة،يساويعندما يكون الجنس g على الأقل 2، فإنه يترتب على ذلك، وفقًا لثنائية سير، أن. هنايمثل فضاء التشوه من الدرجة الأولى لـ X. هذه هي العملية الحسابية الأساسية اللازمة لإثبات أن فضاء المعاملات لمنحنيات الجنس g له بُعد.
ازدواجية سير للحزم المتماسكة
توجد صيغة أخرى لازدواجية سير تنطبق على جميع الحزم المتماسكة ، وليس فقط حزم المتجهات. وكخطوة أولى في تعميم ازدواجية سير، بيّن غروتينديك أن هذه الصيغة تعمل مع المخططات ذات التفردات البسيطة، ومخططات كوهين-ماكولي ، وليس فقط المخططات الملساء.
وبعبارة أخرى، بالنسبة لمخطط كوهين-ماكولي X ذي البعد n البحت على حقل k ، عرّف غروتينديك حزمة متماسكةعلى X تسمى الحزمة الثنائية . (يسميها بعض المؤلفين حزمة.) لنفترض بالإضافة إلى ذلك أن X هي مجموعة جزئية على k . بالنسبة لحزمة متماسكة E على X وعدد صحيح i ، تنص ثنائية سير على وجود تماثل طبيعي:
من فضاءات المتجهات k ذات الأبعاد المحدودة . [ 4 ] هنا، تُؤخذ مجموعة Ext في الفئة الأبيلية لـ-الوحدات . وهذا يشمل البيان السابق، لأنمتماثل مععندما تكون E حزمة متجهة.
لاستخدام هذه النتيجة، يجب تحديد حزمة الازدواجية بشكل صريح، على الأقل في حالات خاصة. عندما يكون X أملسًا على k ،هي حزمة الخط المتعارف عليهاكما هو موضح أعلاه. وبشكل أعم، إذا كان X مخططًا فرعيًا من نوع Cohen–Macaulay ذو بُعد مشترك r في مخطط أملس Y على k ، فيمكن وصف الحزمة الثنائية بأنها حزمة Ext : [ 5 ]
عندما يكون X تقاطعًا محليًا كاملًا ذو بُعد مشترك r في مخطط سلس Y ، فهناك وصف أكثر بساطة: الحزمة العادية لـ X في Y هي حزمة متجهة من الرتبة r ، ويتم إعطاء حزمة الازدواجية لـ X بواسطة: [ 6 ]
في هذه الحالة، X عبارة عن مخطط كوهين-ماكولي معحزمة خطية، والتي تنص على أن X هو غورنشتاين .
مثال: ليكن X تقاطعًا كاملاً في الفضاء الإسقاطيعلى حقل k ، معرف بواسطة كثيرات الحدود المتجانسةمن الدرجات(القول بأن هذا تقاطع كامل يعني أن X له بُعديوجد عدد من الحزم الخطية O ( d ) علىبالنسبة للأعداد الصحيحة d ، مع خاصية أن كثيرات الحدود المتجانسة من الدرجة d يمكن اعتبارها مقاطع من O ( d ). عندئذٍ، تكون حزمة الازدواجية لـ X هي حزمة الخط:
باستخدام صيغة الإضافة . على سبيل المثال، حزمة الازدواجية لمنحنى مستوٍ X من الدرجة d هي.
وحدات معقدة من كالابي-ياو ثلاثة أضعاف
على وجه الخصوص، يمكننا حساب عدد التشوهات المعقدة، والذي يساويلثلاثية خماسية في، وهو نوع من أنواع كالابي-ياو، باستخدام ازدواجية سير. بما أن خاصية كالابي-ياو تضمنتُظهر لنا ثنائية سير أنيوضح أن عدد المعاملات المركبة يساويفي ماسة هودج . بالطبع، يعتمد البيان الأخير على نظرية بوغوموليف-تيان-تودوروف التي تنص على أن كل تشوه على ماسة كالابي-ياو غير معاق.
ازدواجية غروتينديك
تُعد نظرية غروتينديك للازدواجية المتماسكة تعميمًا واسعًا لازدواجية سير، باستخدام لغة الفئات المشتقة . لأي مخطط X من النوع المحدود على حقل k ، يوجد كائنمن الفئة المشتقة المحدودة للحزم المتماسكة على X ،، ويُطلق عليه اسم المركب الثنائي لـ X على k . رسميًا،هي الصورة العكسية الاستثنائية، حيث f هو التشاكل المعطىعندما يكون X مصفوفة كوهين-ماكولي ذات بُعد n نقي ،يكونأي أنها الحزمة الثنائية المذكورة أعلاه، والتي تُعتبر مُركبًا من الدرجة (التماثلية) - ن . على وجه الخصوص، عندما يكون X أملسًا على k ،هي حزمة الخط المتعارف عليها الموضوعة في الدرجة - ن .
باستخدام المركب الثنائي، تُعمَّم ثنائية سير إلى أي مخطط مناسب X على k . أي أن هناك تماثلًا طبيعيًا للفضاءات المتجهة ذات الأبعاد المحدودة k :
وبشكل أعم، بالنسبة لمخطط مناسب X على k ، فإن الكائن E في، و F مركب مثالي في، أحدها يحمل العبارة الأنيقة:
هنا، يُقصد بـ"الضرب الموتري" الضرب الموتري المشتق ، كما هو الحال في الفئات المشتقة. (للمقارنة مع الصيغ السابقة، لاحظ أنيمكن النظر إليها على أنها.) عندما تكون X سلسة أيضًا على k ، فإن كل كائن فيهو مُركّب مثالي، وبالتالي تنطبق هذه الازدواجية على جميع العناصر E و F فيويمكن تلخيص البيان أعلاه بالقول إندالة سير علىلـ X سلس ومناسب على k . [ 8 ]
ينطبق مبدأ الازدواجية لسير بشكل أعم على الفضاءات الجبرية المناسبة فوق حقل. [ 9 ]
ملحوظات
- ^ هيوبرشتس (2005)، التمرين 3.2.3.
- ^ سيري (1955); Huybrechts (2005)، الاقتراح 4.1.15.
- ↑ بالنسبة للمنحنى، تكون ازدواجية سير أبسط ولكنها لا تزال غير بديهية. وقد ورد أحد البراهين في كتاب تيت (1968).
- ↑ هارتشورن (1977)، النظرية III.7.6.
- ↑ هارتشورن (1977)، برهان القضية III.7.5؛ مشروع ستاكس، الوسم 0A9X.
- ↑ هارتشورن (1977)، النظرية III.7.11؛ مشروع ستاكس، الوسم 0BQZ.
- ↑ هارتشورن (1966)، النتيجة السابعة.3.4(ج)؛ مشروع ستاكس، الوسم 0B6Iمشروع Stacks ، الوسم 0B6S.
- ^ Huybrechts (2006)، التعريف 1.28، النظرية 3.12.
- ↑ مشروع Stacks، الوسم 0E58.
مراجع
- هارتشورن، روبن (1977)، الهندسة الجبرية ، برلين، نيويورك: سبرينغر-فيرلاغ ، ISBN 978-0-387-90244-9، MR 0463157 ، OCLC 13348052
- هارتشورن، روبن (1966)، البواقي والازدواجية ، سلسلة محاضرات في الرياضيات، المجلد 20، برلين، نيويورك: سبرينغر-فيرلاغ ، ISBN 978-3-540-03603-6، MR 0222093
- "الازدواجية" ، موسوعة الرياضيات ، دار نشر EMS ، 2001 [1994]
- Huybrechts، Daniel (2005)، الهندسة المعقدة ، برلين: Springer-Verlag ، ISBN 3-540-21290-6، MR 2093043
- هويبرختس، دانيال (2006)، تحويلات فورييه-موكاي في الهندسة الجبرية ، مطبعة جامعة أكسفورد ، رقم ISBN 978-0199296866MR 2244106
- سيري ، جان بيير (1955)، “Un théorème de Dualité” ، Commentarii Mathematici Helvetici ، 29 : 9– 26، دوى : 10.1007 / BF02564268 ، السيد 0067489
- تيت ، جون (1968)، “بقايا التفاضلات على المنحنيات” (PDF) ، الحوليات العلمية للمدرسة العليا للأساتذة ، السلسلة 4، 1 : 149–159 ، دوى : 10.24033 / asens.1162 ، ISSN 0012-9593 ، MR 0227171
- الأساليب الطوبولوجية للهندسة الجبرية
- المتشعبات المعقدة
- الازدواجية (الرياضيات)
