Kählerův diferenciál - Kähler differential
v matematika, Kählerovy diferenciály poskytnout adaptaci diferenciální formy libovolně komutativní prsteny nebo schémata. Pojem představil Erich Kähler ve 30. letech. To bylo přijato jako standard v komutativní algebra a algebraická geometrie o něco později, jakmile byla pociťována potřeba přizpůsobit metody počet a geometrie nad komplexní čísla do kontextů, kde takové metody nejsou k dispozici.
Definice
Nechat R a S být komutativními kruhy a φ : R → S být kruhový homomorfismus. Důležitým příkladem je pro R A pole a S jednotný algebra přes R (tak jako souřadnicový kruh z afinní odrůda ). Kählerovy diferenciály formalizují pozorování, že deriváty polynomů jsou opět polynomy. V tomto smyslu je diferenciace pojmem, který lze vyjádřit čistě algebraicky. Toto pozorování lze proměnit v definici modulu
rozdílů různými, ale rovnocennými způsoby.
Definice pomocí derivací
An R-lineární derivace na S je R-homomorfismus modulu do S-modul M s obrazem R ve svém jádře, uspokojující Leibnizovo pravidlo . The modul Kählerových diferenciálů je definován jako S-modul pro které existuje univerzální derivace . Stejně jako u ostatních univerzální vlastnosti, tohle znamená tamto d je nejlepší možné derivace v tom smyslu, že z ní lze získat jakoukoli jinou derivaci složením s S- homomorfismus modulů. Jinými slovy složení s d poskytuje pro každého S-modul M, an S-izomorfismus modulu
Jedna konstrukce ΩS/R a d postupuje vytvořením bezplatného S-modul s jedním formálním generátorem ds pro každého s v Sa uložení vztahů
- dr = 0,
- d(s + t) = ds + dt,
- d(Svatý) = s dt + t ds,
pro všechny r v R a všechno s a t v S. Univerzální odvození odešle s na ds. Vztahy naznačují, že univerzální derivace je homomorfismus R- moduly.
Definice pomocí ideálního augmentace
Další stavba probíhá pronajímáním Já být ideální v tenzorový produkt definován jako jádro multiplikační mapy
Pak modul Kählerových diferenciálů z S lze ekvivalentně definovat pomocí[1]
a univerzální derivace je homomorfismus d definován
Tato konstrukce je ekvivalentní té předchozí, protože Já je jádro projekce
Máme tedy:
Pak lze identifikovat pomocí Já mapou vyvolanou doplňkovou projekcí
To identifikuje Já s S-modul generovaný formálními generátory ds pro s v S, s výhradou d být homomorfismem R-moduly, které posílají každý prvek R na nulu. Vezmeme kvocient Já2 přesně ukládá Leibnizovo pravidlo.
Příklady a základní fakta
Pro jakýkoli komutativní kruh R, Kählerovy diferenciály polynomiální kruh jsou zdarma S- modul hodnosti n generované diferenciály proměnných:
Diferenciály Kähler jsou kompatibilní s rozšíření skalárů, v tom smyslu, že na vteřinu R-algebra R′ a pro , existuje izomorfismus
V tomto konkrétním případě jsou diferenciály Kähler kompatibilní s lokalizace, což znamená, že pokud Ž je multiplikativní sada v S, pak existuje izomorfismus
Vzhledem k dvěma prstencovým homomorfismům , tady je krátká přesná sekvence z T- moduly
Li pro nějaký ideální Já, termín zmizí a sekvence může pokračovat vlevo následujícím způsobem:
Zobecnění těchto dvou krátkých přesných sekvencí poskytuje kotangensový komplex.
Druhá posloupnost a výše uvedený výpočet polynomiálního kruhu umožňuje výpočet Kählerových diferenciálů konečně generovaných R-algebry . Stručně řečeno, tyto jsou generovány diferenciály proměnných a mají vztahy vycházející z diferenciálů rovnic. Například pro jeden polynom v jedné proměnné
Kählerovy diferenciály pro schémata
Protože Kählerovy diferenciály jsou kompatibilní s lokalizací, mohou být konstruovány na obecném schématu provedením jedné ze dvou výše uvedených definic afinních otevřených podsystémů a lepení. Druhá definice má však geometrický výklad, který se globalizuje okamžitě. V této interpretaci Já představuje ideální definování úhlopříčka v vláknitý výrobek z Spec (S) sama sebou Spec (S) → Spec (R). Tato konstrukce má tedy více geometrickou chuť, v tom smyslu, že pojem první nekonečně malé sousedství úhlopříčka je tak zachycena pomocí funkcí mizejících modulo funkce mizející alespoň do druhého řádu (viz kotangensový prostor pro související pojmy). Kromě toho se vztahuje na obecný morfismus schémat nastavením být ideálem úhlopříčky ve vláknovém produktu . The kotangensový svazek , spolu s odvozením definováno analogicky dříve, je univerzální mezi -lineární derivace - moduly. Li U je otevřené afinní podsystém X jehož obrázek v Y je obsažen v otevřeném afinním dílčím schématu PROTI, pak kotangensový svazek omezuje snop na U který je podobně univerzální. Jedná se tedy o svazek spojený s modulem Kählerových diferenciálů pro podkladové prstence U a PROTI.
Podobně jako v případě komutativní algebry existují přesné sekvence spojené s morfismem schémat. Vzhledem k morfismům a schémat je přesná sekvence snopů
Také pokud je uzavřený podsystém daný ideálním svazkem je tam přesná sekvence snopů
Příklady
Konečná oddělitelná rozšíření pole
Li je tedy rozšíření konečného pole kdyby a jen kdyby je oddělitelný. V důsledku toho, pokud je konečné oddělitelné rozšíření pole a je plynulá odrůda (nebo schéma), pak relativní kotangensní posloupnost
dokazuje .
Cotangentové moduly projektivní odrůdy
Vzhledem k projektivnímu schématu , jeho kotangensový svazek lze vypočítat z sheafifikace kotangensového modulu na podkladové gradované algebře. Zvažte například složitou křivku
pak můžeme vypočítat kotangensový modul jako
Pak,
Morfismy schémat
Zvažte morfismus
v . Potom pomocí první sekvence to vidíme
proto
Vyšší diferenciální formy a algebraická de Rhamova kohomologie
komplex de Rham
Stejně jako dříve opravte mapu . Diferenciální formy vyššího stupně jsou definovány jako vnější síly (přes ),
Odvození přirozeným způsobem zasahuje do posloupnosti map
uspokojující Tohle je komplex řetězců známý jako komplex de Rham.
Komplex de Rham má další multiplikativní strukturu, klínový produkt
Tím se komplex de Rham změní v komutativní diferenciálně odstupňovaná algebra. Má také a uhlígebra struktura zděděná od struktury na vnější algebře.[2]
de Rhamova kohomologie
The hyperkohomologie komplexu snopů de Rham se nazývá algebraická de Rhamova kohomologie z X přes Y a je označen nebo prostě -li Y je zřejmé z kontextu. (V mnoha situacích Y je spektrum pole charakteristický nula.) Algebraic de Rham cohomology byl představen Grothendieck (1966) . Je to úzce spjato s krystalická kohomologie.
Jak je známo z koherentní kohomologie jiných kvazi-koherentních snopů je výpočet de Rhamovy kohomologie zjednodušený, když X = Spec S a Y = Spec R jsou afinní schémata. V tomto případě, protože afinní schémata nemají vyšší kohomologii, lze vypočítat jako cohomologii komplexu abelianských skupin
což jsou termíny globální části snopů .
Vezmeme-li velmi konkrétní příklad, předpokládejme to je multiplikativní skupina Protože se jedná o afinní schéma, hyperkohomologie se redukuje na obyčejnou kohomologii. Algebraický de Rhamův komplex je
Diferenciál d dodržuje obvyklá pravidla počtu, význam Jádro a jádro počítají algebraickou de Rhamovu kohomologii
a všechny ostatní algebraické de Rhamovy kohomologické skupiny jsou nulové. Pro srovnání, algebraické de Rhamovy kohomologické skupiny jsou mnohem větší, jmenovitě
Jelikož betti počty těchto kohomologických skupin nejsou takové, jaké se očekávají, krystalická kohomologie byl vyvinut k nápravě tohoto problému; definuje a Weil-cohomology theory přes konečná pole.
Grothendieckova věta o srovnání
Li X je hladký existuje přirozená srovnávací mapa
mezi Kählerovými (tj. algebraickými) diferenciálními formami X a hladké (tj. mít deriváty všech objednávek) diferenciální formy , komplexní potrubí spojené s X. Tato mapa nemusí být izomorfismem. Kdy však X je afinní odrůda, indukovaná mapa
mezi algebraickými a hladkými de Rhamova kohomologie je izomorfismus, jak poprvé ukázal Grothendieck (1966) . U hladkých, ale ne nutně afinních odrůd existuje isomorfismus vztahující se k hyperkohomologie algebraického komplexu de Rham k singulární kohomologii. Důkaz tohoto výsledku srovnání pomocí konceptu a Weilova kohomologie byl dán Cisinski & Déglise (2013).
Protiklady v singulárním případě lze najít s singularitami jiných než Du Bois, jako je odstupňovaný prsten s kde a .[3] Další protipříklady lze najít v algebraických rovinných křivkách s izolovanými singularitami, jejichž čísla Milnor a Tjurina jsou nerovná.[4]
Aplikace
Kanonický dělitel
Li X je hladká odrůda na poli k,[je zapotřebí objasnění ] pak je vektorový svazek (tj. místně zdarma -module) hodnosti rovnající se dimenze z X. Z toho zejména vyplývá, že
je svazek řádků nebo ekvivalentně a dělitel. Je označován jako kanonický dělitel. Kanonický dělitel je, jak se ukázalo, a komplexizace a proto se objevuje v různých důležitých větách v algebraické geometrii, jako je Serre dualita nebo Vernější dualita.
Klasifikace algebraických křivek
The geometrický rod hladkého algebraická rozmanitost X z dimenze d přes pole k je definována jako dimenze
U křivek tato čistě algebraická definice souhlasí s topologickou definicí (pro ) jako "počet úchytů" Riemannův povrch spojené s X. Existuje poměrně ostrá trichotomie geometrických a aritmetických vlastností v závislosti na rodu křivky, pro G být 0 (racionální křivky ), 1 (eliptické křivky ) a větší než 1 (hyperbolické Riemannovy povrchy, včetně hyperelliptické křivky ), v uvedeném pořadí.
Tečný svazek a Riemann – Rochova věta
The tečný svazek hladké odrůdy X je, podle definice, duální kotangensového svazu . The Riemann – Rochova věta a jeho dalekosáhlé zobecnění, Grothendieck – Riemann – Rochova věta, obsahují jako zásadní přísadu Toddova třída tangenta svazku.
Unramified a hladké morfismy
Svazek diferenciálů souvisí s různými algebro-geometrickými pojmy. Morfismus schémat je unramified kdyby a jen kdyby je nula.[5] Zvláštní případ tohoto tvrzení je pro pole k, je oddělitelný přes k iff , který lze také odečíst z výše uvedeného výpočtu.
Morfismus F konečného typu je a hladký morfismus Pokud to je byt a pokud je místně zdarma -modul odpovídající pozice. Výpočet výše ukazuje, že projekce z afinní prostor je hladký.
Období
Období jsou, obecně řečeno, integrály určitých, aritmeticky definovaných diferenciálních forem.[6] Nejjednodušší příklad období je , který vzniká jako
Algebraická de Rhamova kohomologie se používá ke konstrukci období takto:[7] Pro algebraickou odrůdu X definováno přes výše zmíněná kompatibilita se změnami bází přináší přirozený izomorfismus
Na druhé straně je pravá kohomologická skupina izomorfní k de Rhamově kohomologii komplexní potrubí spojené s X, označeno zde Ještě další klasický výsledek, de Rhamova věta, tvrdí izomorfismus druhé kohomologické skupiny s singulární kohomologie (nebo svazek kohomologie) se složitými koeficienty, , který věta o univerzálním koeficientu je zase izomorfní s Skládáním těchto izomorfismů se získají dva Racionální vektorové prostory, které po tenzorování pomocí stát se izomorfní. Při výběru základen těchto racionálních podprostorů (nazývaných také mřížky) je determinantem matice základních změn komplexní číslo, dobře definované až po násobení racionálním číslem. Taková čísla jsou období.
Algebraická teorie čísel
v algebraická teorie čísel, Kählerovy diferenciály lze použít ke studiu rozvětvení v prodloužení algebraické číselné pole. Li L / K. je konečné rozšíření s kroužky celých čísel Ó a Ó respektive pak jiný ideál δL / K., který kóduje data rozvětvení, je ničitelem Ó-modul ΩÓ/Ó:[8]
Související pojmy
Hochschildova homologie je teorie homologie pro asociativní prstence, která se ukazuje být úzce spjata s Kählerovými diferenciály. Je tomu tak proto, že Hoschild-Kostant-Rosenbergova věta uvádí, že Hochschildova homologie algebry hladké odrůdy je izomorfní s de-Rhamovým komplexem pro pole charakteristik . Existuje odvozené vylepšení této věty, které uvádí, že Hochschildova homologie dga je isomorfní s odvozeným de-Rhamovým komplexem.
The komplex de Rham – Witt je velmi hrubým vyjádřením vylepšení komplexu de Rham pro kruh Wittovy vektory.
Reference
- ^ Hartshorne (1977, str. 172)
- ^ Laurent-Gengoux, C .; Pichereau, A .; Vanhaecke, P. (2013). Poissonovy struktury. §3.3.3: Springer. ISBN 978-3-642-31090-4.CS1 maint: umístění (odkaz)
- ^ „algebraická de Rhamova kohomologie singulárních odrůd“. mathoverflow.net.
- ^ Arapura, Donu; Kang, Su-Jeong (2011), „Kohomologie Kähler-de Rham a kurzy Chern“ (PDF), Komunikace v algebře, 39 (4), doi:10.1080/00927871003610320, PAN 2782596, archivovány z originál (PDF) dne 12. 11. 2015
- ^ Milne, Jamesi, Etale cohomology„Návrh I.3.5CS1 maint: umístění (odkaz); mapa F má být pro tento příkaz lokálně konečného typu.
- ^ André, Yves (2004). Jedinečné úvodní aux motivy. Část III: Société Mathématique de France.
- ^ Období a Nori motivy (PDF). Základní příklady.
- ^ Neukirch (1999, str. 201)
- Cisinski, Denis-Charles; Déglise, Frédéric (2013), „Mixed Weil cohomologies“, Pokroky v matematice, 230 (1): 55–130, arXiv:0712.3291, doi:10.1016 / j.aim.2011.10.021
- Grothendieck, Alexander (1966), „O de Rhamově kohomologii algebraických odrůd“, Publikace Mathématiques de l'IHÉS, 29 (29): 95–103, doi:10.1007 / BF02684807, ISSN 0073-8301, PAN 0199194 (dopis pro Michael Atiyah, 14. října 1963)
- Grothendieck, Alexander (1966), Dopis Johnu Tateovi (PDF).
- Grothendieck, Alexander (1968), „Krystaly a de Rhamova kohomologie schémat“ (PDF)v Giraud, Jean; Grothendieck, Alexander; Kleiman, Steven L.; et al. (eds.), Dix Exposés sur la Cohomologie des Schémas, Pokročilé studium čisté matematiky, 3, Amsterdam: Severní Holandsko, str. 306–358, PAN 0269663
- Johnson, James (1969), „Kählerovy diferenciály a diferenciální algebra“, Annals of Mathematics, 89 (1): 92–98, doi:10.2307/1970810, JSTOR 1970810, Zbl 0179.34302
- Hartshorne, Robine (1977), Algebraická geometrie, Postgraduální texty z matematiky, 52, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-90244-9, PAN 0463157
- Matsumura, Hideyuki (1986), Komutativní prstencová teorie, Cambridge University Press
- Neukirch, Jürgen (1999). Algebraická teorie čísel. Grundlehren der mathematischen Wissenschaften. 322. Berlín: Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-65399-8. PAN 1697859. Zbl 0956.11021.
- Rosenlicht, M. (1976), „K Liouvilleově teorii elementárních funkcí“ (PDF), Pacific Journal of Mathematics, 65 (2): 485–492, doi:10,2140 / pjm.1976,65,485, Zbl 0318.12107
- Fu, Guofeng; Halás, Miroslav; Li, Ziming (2011), „Několik poznámek o Kählerových diferenciálech a běžných diferenciálech v nelineárních řídicích systémech“, Systémy a kontrolní dopisy, 60: 699–703, doi:10.1016 / j.sysconle.2011.05.006
externí odkazy
- Poznámky na p-adické algebraické de-Rhamově kohomologii - poskytuje mnoho výpočtů nad charakteristikou 0 jako motivaci
- A vlákno věnovaný vztahu na algebraických a analytických diferenciálních formách
- Diferenciály (projekt Stacks)