V matematice, a derivace a komutativní prsten se nazývá a lokálně nilpotentní derivace (LND) pokud každý prvek je zničen nějakou silou .
Jedna motivace ke studiu lokálně nilpotentních derivací pochází ze skutečnosti, že některé z protipříkladů Hilbertův 14. problém jsou získána jako jádra derivace na polynomiálním kruhu.[1]
Přes pole charakteristické nuly, dát lokálně nilpotentní derivaci na integrální doméně , definitivně generované přes pole, je ekvivalentní akci akce aditivní skupina k afinní odrůdě . Zhruba řečeno, afinní odrůda připouštějící „spoustu“ akcí skupiny aditiv je považována za podobnou afinnímu prostoru.[vágní ][2]
Nechat být prsten. Připomeňme, že a derivace z je mapa uspokojení Leibnizovo pravidlo pro všechny . Li je algebra přes pole , navíc požadujeme být -lineární, takže .
Odvození se nazývá a lokálně nilpotentní derivace (LND) pokud pro každého , existuje kladné celé číslo takhle .
Li je odstupňované, říkáme, že lokálně nilpotentní derivace je homogenní (stupně ) pokud pro každého .
Sada lokálně nilpotentních derivací prstenu je označen . Všimněte si, že tato sada nemá žádnou zjevnou strukturu: není ani uzavřena při přidání (např , pak ale , tak ) ani při násobení prvky (např. , ale ). Pokud však pak naznačuje [3] a pokud , pak .
Vztah k -akce
Nechat být algebrou nad polem charakteristické nuly (např. ). Pak existuje lokální korespondence mezi místně nilpotentem -derviace zapnuty a akce skupiny aditiv z na afinní odrůdě , jak následuje.[3] A -akce zapnuta odpovídá -algebra homomorfismus . Jakýkoli takový určuje lokálně nilpotentní derivaci z tím, že vezmeme jeho derivát na nulu, jmenovitě kde označuje hodnocení v . Naopak jakákoli lokálně nilpotentní derivace určuje homomorfismus podle
Je snadné vidět, že konjugované akce odpovídají konjugovaným derivacím, tj. Pokud a pak a
Algoritmus jádra
Algebra se skládá z invarianty odpovídající -akce. Je to algebraicky a faktoriálně uzavřeno .[3] Zvláštní případ Hilbertův 14. problém ptá se, zda je definitivně generováno, nebo, pokud , ať už kvocient je afinní. Podle Zariskiho věta o konečnosti,[4] je pravda, pokud . Na druhou stranu je tato otázka velmi netriviální i pro , . Pro odpověď je obecně záporná.[5] Pouzdro je otevřeno.[3]
V praxi se to však často stává je známo, že je definitivně generován: zejména Maurer-Weitzenböckovou větou,[6] to je případ pro lineární LND polynomiální algebry nad polem charakteristické nuly (o lineární máme na mysli homogenní stupeň nula s ohledem na standardní třídění).
Převzít je definitivně generován. Li je konečně generovaná algebra nad polem charakteristické nuly lze vypočítat pomocí van den Essenova algoritmu,[7] jak následuje. Vyber místní plátek, tj. prvek a dal . Nechat být Satelitní mapa Dixmier dána . Nyní pro každého , vybral minimální celé číslo takhle , dát a definujte indukčně být podřetězcem generováno uživatelem . Indukcí to člověk dokazuje jsou definitivně generovány a pokud pak , tak pro některé . Nalezení generátorů každého z nich a zkontrolovat, zda je standardní výpočet pomocí Gröbnerovy základny.[7]
Věta o řezu
Předpokládat, že připouští a plátek, tj. takhle . The věta o řezu[3] tvrdí to je polynomiální algebra a .
Pro jakýkoli místní plátek můžeme použít větu o řezu na lokalizace, a tím to získat je lokálně polynomiální algebra se standardní derivací. Geometricky, pokud a geometrický kvocient je afinní (např. když podle Zariskiho věta ), pak má podmnožinu otevřenou Zariski takhle je izomorfní na , kde působí překladem na druhý faktor.
To však obecně není pravda je místně triviální. Například,[8] nechat . Pak je souřadnicový kruh singulární odrůdy a vlákna mapy kvocientu nad singulárními body jsou dvourozměrná.
Li pak je křivka. Popsat -akce, je důležité porozumět geometrii . Předpokládejme dále a to je hladký a smluvní (v jakém případě je také hladký a kontraktační[9]) a vyberte být minimální (s ohledem na zařazení). Pak Kaliman dokázal[10] že každá neredukovatelná složka je polynomiální křivka, tj. jeho normalizace je izomorfní s . Křivka za akci danou Freudenburgovou (2,5) derivací (viz níže ) je spojení dvou řádků v , tak nemusí být neredukovatelné. Předpokládá se však, že je vždy smluvní.[11]
Příklady
Příklad 1
Standardní derivace souřadnic polynomiální algebry jsou lokálně nilpotentní. Korespondence -akce jsou překlady: , pro .
Nechat , a nechte být Jacobian derivace . Pak a (vidět níže ); to je ničí žádnou proměnnou. Sada pevných bodů odpovídajících -akce se rovná .
Příklad 3
Zvážit . Lokálně nilpotentní derivace jeho souřadnicového prstence odpovídá přirozenému působení na přes pravé násobení horních trojúhelníkových matic. Tato akce dává netriviální -bundle přes . Pokud však pak je tento balíček triviální v hladké kategorii[13]
LND polynomiální algebry
Nechat být polem charakteristické nuly (pomocí Kambayashiho věty lze snížit většinu výsledků na případ [14]) a nechte být polynomiální algebrou.
(-akce na afinní rovině)
Rentschlerova věta
Každý LND lze konjugovat pro některé . Tento výsledek úzce souvisí se skutečností, že každý automorfismus z afinní letadlo je krotit, a nedrží ve vyšších dimenzích.[15]
Jádro každého netriviálního LND je izomorfní k polynomickému kruhu ve dvou proměnných; to je sada pevných bodů každé netriviální -akce zapnuta je izomorfní s .[16][17]
Jinými slovy, pro každého existují takhle (ale na rozdíl od případu , není nutně polynomiální kruh ). V tomto případě, je Jacobian derivace: .[18]
Zurkowského věta
Předpokládat, že a je homogenní ve vztahu k pozitivnímu hodnocení takhle jsou homogenní. Pak pro některé homogenní . Navíc,[18] -li jsou tedy relativně nejlepší jsou také relativně nejlepší.[19][3]
Bonnetova věta
Kvocient morfismu a -akce je surjektivní. Jinými slovy, pro každého , vložení vyvolává surjektivní morfismus .[20][10]
To již neplatí pro , např. obrázek mapy kvocientu podle a -akce (což odpovídá LND dané rovná se .
Každá akce s pevným bodem zdarma na je konjugován s překladem. Jinými slovy, každý tak, že obraz generuje ideální jednotku (nebo ekvivalentně definuje nikde mizející vektorové pole), připouští řez. Výsledkem jsou odpovědi na jednu z dohadů z Kraftův seznam.[10]
Tento výsledek opět neplatí pro :[21] např. zvážit . Body a jsou na stejné oběžné dráze odpovídající -akce právě tehdy ; proto (topologický) kvocient není ani Hausdorff, natož homeomorfní .
Nechat být libovolný systém proměnných ; to je . Odvození je nazýván trojúhelníkový s ohledem na tento systém proměnných, pokud a pro . Derivace se nazývá trojúhelníkové pokud je konjugovaný s trojúhelníkovým, nebo ekvivalentně, pokud je trojúhelníkový vzhledem k nějaké soustavě proměnných. Každá trojúhelníková derivace je místně nilpotentní. Opak platí pro podle Rentschlerovy věty výše, ale neplatí to pro .
Bassův příklad
Odvození dána není trojúhelníková.[22] Ve skutečnosti je soubor s pevným bodem odpovídající -akce je kvadrický kužel , zatímco výsledkem Popova,[23] sada pevných bodů trojúhelníkového tvaru -akce je izomorfní s pro nějakou afinní odrůdu ; a proto nemůže mít izolovanou singularitu.
Freudenburgova věta
Výše uvedená nezbytná geometrická podmínka byla později zobecněna Freudenburgem.[24] K vyjádření jeho výsledku potřebujeme následující definici:
A klika z je maximální počet takový, že existuje systém proměnných takhle . Definovat tak jako minus klikou .
My máme a právě když v některých souřadnicích, pro některé .[24]
Věta: Pokud je triangulovatelný, pak jakýkoli hyperplocha obsažená v sadě pevných bodů odpovídající -akce je izomorfní s .[24]
Zejména LND s maximálním hodnocením nemůže být trojúhelníková. Takové derivace existují pro : prvním příkladem je (2,5) -homogenní derivace (viz výše) a lze jej snadno zobecnit na jakýkoli .[12]
Průsečík jader všech lokálně nilpotentních derivací souřadnicového kruhu nebo ekvivalentně kruhu invarianty všech -action, nazývá se „Makar-Limanovův invariant“ a je důležitým algebraickým invariantem afinní odrůdy. Například pro afinní prostor je triviální; ale pro Koras – Russell kubický trojnásobně, který je difeomorfní na , Není.[25]
^Arzhantsev, I .; Flenner, H .; Kaliman, S .; Kutzschebauch, F .; Zaidenberg, M. (2013). "Flexibilní odrůdy a skupiny automorfismu". Vévoda Math. J. 162 (4): 767–823. arXiv:1011.5375. doi:10.1215/00127094-2080132.
^Sugie, T. (1989). Algebraická charakterizace afinní roviny a afinního 3-prostoru. Topologické metody ve algebraických transformačních skupinách (New Brunswick, NJ, 1988). Pokrok v matematice. 80. Birkhäuser Boston. 177–190. doi:10.1007/978-1-4612-3702-0_12. ISBN978-1-4612-8219-8.