形式陈述
为什么仿射片上的拟凝聚层没有高阶粘合障碍,而删去一个点后却可能出现?设 是任意交换含幺环,, 是 上的拟凝聚层公理库拟凝聚层Quasi-coherent sheaf把任意模按主开集局部化为拟凝聚层,证明仿射对应并计算直线支撑,同时给无限生成例和延零反例。。仿射消失定理断言
这里的群是通常的层上同调公理库层上同调Sheaf cohomology定义全局截面的右导出群,构造足够内射层,并算出圆周变号整数层中含2阶挠元的一次上同调。。不需要 Noether,也不需要对应模有限生成。
由此得到常用计算规则:若概形有开覆盖 ,其每个非空有限交均仿射,则对任意拟凝聚层
式 (2) 来自交集的式 (1) 与Čech比较定理。分别性保证仿射开片的有限交仿射,是一种方便的充分条件;实际使用时直接检查交集也可以。
直觉
仿射概形的局部函数由同一个环的分式产生,拟凝聚层的局部截面则由同一个模的局部化产生。各片的分母看似不同,但主开覆盖使它们在每个素理想附近至少有一个可逆,从而存在一个消去接缝差的收缩。
删去原点后, 和 能覆盖剩下的平面,却不能覆盖整个平面。 生成的不是单位理想,原点正是两者都不可逆的位置。这个缺口会让同时含 负幂的Laurent项留在一次上同调里。
例子与边界
穿孔仿射平面的一个不可消去项
令 为任意域,
两片及其交 都仿射。结构层为拟凝聚层,所以式 (2) 给
分母是两个子空间之和,不是理想;这个商首先是 -向量空间商,也带相容的 -模结构。
Laurent单项式 ,,构成分子的一组基。第一子空间包含所有 的单项式,第二包含所有 的单项式。因此商中恰好保留
作为 -基。特别地,。
给一个实际化简:
后两项分别来自 和 ,首项两指数均负,不能来自任何一片。这一说法在任意特征下仍成立;系数3或5在相应特征下变零,不影响首项的非零性。
此外
交取在共同的Laurent环中。可见删去原点后全局函数仍是普通多项式,但高阶群已经改变;只看 会漏掉这个变化。
格点 表示 。灰点至少属于一个覆盖片的截面空间,蓝点与红点保留;红点对应 。
两个不能省略的条件
是仿射概形的开子集,但并非因此自动仿射。若它仿射,式 (1) 会迫使式 (3) 为零,与 矛盾。所以 不仿射。
拟凝聚性也重要。仿射上 在拟凝聚层范畴内正合,不能单凭这一点就推出在全部Abel群层中定义的导出群为零:两种范畴的分解对象不同。下面的证明通过主开覆盖直接连接到通常层上同调,补上这一环。
推论与应用
第一步:主开覆盖的局部化复形正合
写 。若有限主开集 覆盖 ,则 。增广Čech复形公理库Čech 上同调Čech cohomology · Cech cohomology以圆周两弧的两个接缝算出整数粘合障碍,定义固定覆盖的Čech复形并说明比较定理的条件。为
对任意素理想 作局部化公理库环的局部化Localization of rings把指定乘法闭集中的元素形式地变为可逆元所得的环。。总有某个 ;在 中, 已可逆,所以把 插入指标不会改变相应局部化模。
把余链写成交替指标形式,定义 。次数0的 是投影到 分量,再识别为 。差分展开时,删去新插入指标的项为 ,其余项两两抵消,故
于是式 (5) 在每个素理想处局部化后正合。模的正合性可逐素理想检测,因此式 (5) 本身正合。这一步没有使用待证的仿射消失。
第二步:从所有基覆盖的Čech消失到导出群消失
所用一般判据如下:取一组开集基 ,为每个基开集选择一族覆盖。假设覆盖中各片及其有限交仍在基内;任意开覆盖都能被这些覆盖细化;并且对这些覆盖的所有正次Čech群均为零。那么 对每个 、 成立。
说明其机制也能避免循环论证。从内射分解公理库内射分解Injective resolution从给定模嵌入并向高次数延伸、由内射模组成且正次数无上同调的增广复形。的首步嵌入 ,其中 内射,令商层为 。一个 截面总有局部提升。细化到指定覆盖后,提升之差是 的一次Čech余循环;由假设可消去,故提升能全局粘合。这证明 满射。
在每个有限交上也同样满射,所以这条层短正合列公理库层的正合列Exact sequence of sheaves · Stalkwise exactness区分层的局部满射与截面满射,用圆周一形式的两个接缝差解释逐茎正合及全局提升障碍。给出逐项正合的 Čech 复形列。内射层的正次Čech群为零, 的也为零,长正合列遂说明 仍满足同一消失假设。再由导出群长正合列,先得 ,并有
对商层重复便依次得到所有次数消失。
应用时取所有仿射开集为基,指定覆盖取每张仿射片的有限主开覆盖。仿射准紧性保证任何开覆盖有这种细化;同一仿射片内主开集的有限交仍为主开集;式 (5) 验证Čech消失。于是一般判据给出式 (1)。
单元任务:两种接缝障碍的完整计算
任务。 完成下列两项,并说明计算的是层上同调而非未经核验的覆盖上同调。
- 圆周两弧上的整数层,在一个交叠分支以 粘合,在另一个以 粘合。求 ,给非零类代表及其阶。
- 对 求 、 及更高次群;判断 是否仿射。
题解一。 两弧和两个交叠分支都使局部系统平凡,区间常值整数层无高阶上同调,故Čech比较适用。差分矩阵为
强制 。其像是 为偶数,所以核为零、余核为 。 不在像中,而 。因此 ,正是绕行变号产生的整数障碍。
题解二。 覆盖片为 与 ,交为 。结构层在各片及其交上拟凝聚,仿射消失已证明,所以仍可作Čech计算。
零次群是两子环的交,故为 ;一次群为式 (3),基为式 (4),特别为无限维 -向量空间;更高次有序Čech项为零,故 ,。若 仿射,一次群应为零,矛盾,故它不是仿射概形。
两例共同点是“可在交集上写出的差,未必能由各片截面的改动消除”。差别在于第一例的障碍来自整数与负号,形成有限挠群;第二例来自允许的分母,留下无限多负指数项。
验收标准。 必须保留圆周交集的两个分支,明确写出整数差分而不先改用实数;必须写出穿孔平面的三个截面环及其限制;必须说明两次Čech比较的局部消失条件;最后分别提交一个非零类的证书,并解释为什么逐茎可提升不等于全局可提升。
参考资料