概形
概形(scheme)是代数几何学中的一个基本概念。概形是由亚历山大在他1960年的论文《代数几何基础》中提出的,其中一个目的是为了解决代数几何中的一些问题,例如威尔猜想[1] 。建立在交换代数的基础之上,概形理论允许使用拓扑学、同调代数中有系统的方法。概形理论也将许多代数几何和数论的问题统一,这也使得怀尔斯得以证明费马最后定理。
定义
给定一个局部赋环空间 ,如果对 的一个开集 , 是仿射概形,称 为仿射开集。
一个局部赋环空间 称为概形,如果 的每一点 都有仿射开邻域,即包含 的仿射开集。
直观上说,概形是由仿射概形粘起来得到的,正如流形是由欧几里得空间粘起来得到的。
两个概形之间的态射就是它们作为局部赋环空间的态射。
概形范畴
全体概形构成范畴,其态射取为局部赋环空间之间的态射(另见概形的态射)。给定概形 ,所谓 之上的概形 (又称 -概形)即是概形间的态射 。交换环 上的概形 即是态射 。
域 上的代数簇可定义为 上的满足特定条件的概形,但对于具体何种概形可称为簇,有不同约定,其中一种定义为 之上有限型的整、分离概形。[2]
态射 确定了正则函数环上的拉回同态 。对于仿射概形,此构造给出概形态射 与环同态 之间的一一对应。[3]此意义下,概形论包含了交换环论的全部内容。
由于 是交换环范畴的始对象,概形范畴对应以 为终对象。对于交换环 上的概形 ,所谓 的 值点即是态射 的截面,全体 值点的集合记作 ,其对应的古典概念是定义 的方程组在 中的解集。若 实为域 ,则 亦称为 的 -有理点集。
推而广之,设有交换环 ,其上有概形 和交换代数 ,则 的 值点定义为 之上的态射 (该态射需要与射向 的态射组成交换图表), 值点的集合记作 。(类比到方程组的情况,相当于将某个域 扩张成 ,再考虑 中的解集。)固定 及其上的概形 时,映射 为自交换 代数范畴至集合范畴的函子。 上的概形 可从此点函子确定。[4]
概形的纤维积总存在:对任意两态射 ,皆可在概形范畴内找到纤维积 (即范畴学拉回)。若 为域 上的概形,则两者在 上的纤维积可以视为 -概形范畴中的积,例如仿射空间 与 在 上之积正是 。
由于概形范畴既有纤维积,又有终对象 ,其有齐全部有限极限。
历史
概形的概念是由亚历山大·格罗滕迪克在20世纪50年代引入的。一开始称为“预概形”(法语:préschéma,英语:prescheme),1967年左右改称现名。
概形的中文名称源自日文“概型”。
例
- 仿射概形的开子集不一定仿射,因此需要考虑(非仿射的)一般概形。例如,设 (基域取复域 为例),则当 时, 不为仿射。(但对于 的情况,仿射直线挖去原点,同构于仿射概形 。)欲证 非仿射,可以证出当 时, 上的每个正则映射,皆可延拓至 上。(对正则映射较易证明;对解析函数,则是复分析的哈托格斯延拓定理)。换言之,嵌入 导出自 至 的环同构。假若 仿射,将由此得出 本身亦为同构,但 不为满射,矛盾。因此,概形 不为仿射。[5]
- 设 为域,则可数积 的谱 为仿射概形,底下的拓扑空间为正整数集(离散)的斯通-切赫紧化,因为质理想与正整数集上的超滤子一一对应:超滤子 对应质理想
特别地,正整数 对应的主超滤子,对应的质理想是 。[6]本例仿射概形为零维空间,故而每点自成一个既约分支。由于仿射概形皆拟紧,本例是拟紧但具有无穷多个既约分支的概形。(诺特概形则与之相对,衹有有限多个既约分支。)
参考文献
- ^ Introduction of the first edition of "Éléments de géométrie algébrique".
- ^ Stacks Project, Tag 020D, [2022-11-01], (原始内容存档于2022-11-01).
- ^ Hartshorne 1997,Proposition II.2.3.
- ^ Eisenbud & Harris 1998,Proposition VI-2.
- ^ Hartshorne 1997,Exercises I.3.6 and III.4.3.
- ^ Arapura 2011,section 1.
- Arapura, Donu. Frobenius amplitude, ultraproducts, and vanishing on singular spaces. Illinois Journal of Mathematics. 2011, 55 (4): 1367–1384. MR 3082873. doi:10.1215/ijm/1373636688 .
- Eisenbud, David; Harris, Joe. The Geometry of Schemes. Springer-Verlag. 1998. ISBN 978-0-387-98637-1. MR 1730819.
- Hartshorne, Robin. Algebraic Geometry. Springer-Verlag. 1997 [1977]. ISBN 978-0-387-90244-9. MR 0463157.
参见
- 《代数几何基础》