Lokálně nilpotentní derivace - Locally nilpotent derivation

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]

Definice

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 .

Příklad 2 (Freudenburgova (2,5) -homogenní derivace[12])

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]

(-akce na afinním 3-prostoru)

Miyanishi věta

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 .

Kaliman věta

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 .

Hlavní ideální věta

Nechat . Pak je věrně plochý přes . Navíc ideální je ředitel školy v .[14]

Trojúhelníkové derivace

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]

Makar-Limanov neměnný

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]

Reference

  1. ^ Daigle, Daniel. „Hilbertův čtrnáctý problém a lokálně nilpotentní derivace“ (PDF). University of Ottawa. Citováno 11. září 2018.
  2. ^ 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.
  3. ^ A b C d E F Freudenburg, G. (2006). Algebraická teorie lokálně nilpotentních derivací. Berlín: Springer-Verlag. CiteSeerX  10.1.1.470.10. ISBN  978-3-540-29521-1.
  4. ^ Zariski, O. (1954). „Interpretations algébrico-géométriques du quatorzième problème de Hilbert“. Býk. Sci. Matematika. (2). 78: 155–168.
  5. ^ Derksen, H. G. J. (1993). "Jádro derivace". J. Pure Appl. Algebra. 84 (1): 13–16. doi:10.1016 / 0022-4049 (93) 90159-Q.
  6. ^ Seshadri, C.S. (1962). „K Weitzenböckově teorii v invariantní teorii“. J. Math. Kjótské Univ. 1 (3): 403–409. doi:10.1215 / kjm / 1250525012.
  7. ^ A b van den Essen, A. (2000). Polynomiální automorfismy a jakobiánská domněnka. Basilej: Birkhäuser Verlag. doi:10.1007/978-3-0348-8440-2. ISBN  978-3-7643-6350-5.
  8. ^ Deveney, J .; Finston, D. (1995). „Správně -akce zapnuta což není místně triviální “ (PDF). Proc. Amer. Matematika. Soc. 123 (3): 651–655. doi:10.2307/2160782. JSTOR  2160782.
  9. ^ Kaliman, S; Saveliev, N. (2004). "-Akce na smluvně trojnásobné “. Michigan Math. J. 52 (3): 619–625. arXiv:matematika / 0209306. doi:10,1307 / mmj / 1100623416.
  10. ^ A b C Kaliman, S. (2004). "Volný, uvolnit -akce na jsou překlady “ (PDF). Vymyslet. Matematika. 156 (1): 163–173. arXiv:matematika / 0207156. doi:10.1007 / s00222-003-0336-1.
  11. ^ Kaliman, S. (2009). Akce a na afinních algebraických odrůdách (PDF). Proc. Symposy. Čistá matematika. Proceedings of Symposia in Pure Mathematics. 80. 629–654. doi:10.1090 / pspum / 080.2 / 2483949. ISBN  9780821847039.
  12. ^ A b Freudenburg, G. (1998). "Akce na definováno homogenními derivacemi ". Journal of Pure and Applied Algebra. 126 (1): 169–181. doi:10.1016 / S0022-4049 (96) 00143-0.
  13. ^ Dubouloz, A .; Finston, D. (2014). „Na exotických afinních 3 sférách“. J. Algebraic Geom. 23 (3): 445–469. arXiv:1106.2900. doi:10.1090 / S1056-3911-2014-00612-3.
  14. ^ A b Daigle, D .; Kaliman, S. (2009). "Poznámka k lokálně nilpotentním derivacím a proměnným " (PDF). Canad. Matematika. Býk. 52 (4): 535–543. doi:10.4153 / CMB-2009-054-5.
  15. ^ Rentschler, R. (1968). "Opérations du groupe additif sur le plan affine". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série A-B. 267: A384 – A387.
  16. ^ Miyanishi, M. (1986). "Normální afinní subalgebry polynomiálního kruhu". Algebraické a topologické teorie (Kinosaki, 1984): 37–51.
  17. ^ 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. ISBN  978-1-4612-8219-8.
  18. ^ A b D., Daigle (2000). "Na jádra homogenních lokálně nilpotentních derivací ". Osaka J. Math. 37 (3): 689–699.
  19. ^ Zurkowski, V.D. „Lokálně konečné derivace“ (PDF). Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  20. ^ Bonnet, P. (2002). "Surjektivita kvocientových map pro algebraiku -akce a polynomiální mapy se stahovatelnými vlákny ". Přeměnit. Skupiny. 7 (1): 3–14. arXiv:matematika / 0602227. doi:10.1007 / s00031-002-0001-6.
  21. ^ Winkelmann, J. (1990). „Na volném holomorfním -akce na a homogenní Steinova potrubí " (PDF). Matematika. Ann. 286 (1–3): 593–612. doi:10.1007 / BF01453590.
  22. ^ Bass, H. (1984). Msgstr "Netuhelníková akce na ". Journal of Pure and Applied Algebra. 33 (1): 1–5. doi:10.1016/0022-4049(84)90019-7.
  23. ^ Popov, V. L. (1987). O akcích na . Algebraické skupiny, Utrecht 1986. Přednášky z matematiky. 1271. 237–242. doi:10.1007 / BFb0079241. ISBN  978-3-540-18234-4.
  24. ^ A b C Freudenburg, G. (1995). "Kritéria trojúhelníkovosti pro aditivní skupinové akce v afinním prostoru". J. Pure Appl. Algebra. 105 (3): 267–275. doi:10.1016/0022-4049(96)87756-5.
  25. ^ Kaliman, S .; Makar-Limanov, L. (1997). „Na smlouvu Russell-Koras s trojnásobnou smlouvou“. J. Algebraic Geom. 6 (2): 247–268.

Další čtení