尖点和节点都能由一条参数直线正规化。原环却只允许其中一部分多项式:尖点不允许一次项,节点要求两个参数值取相同函数值。导子理想收集一批可以安全乘上任意参数多项式、仍回到原环的函数,把这份差异压缩成有限的商数据。
形式陈述
同一个理想属于两个环
设 是整环理路整环Integral domain含单位元 1≠0、无零因子的交换环。,,并且
共享单位元, 是有限生成 -模理路模Module以含幺环元素作标量、以阿贝尔群作加法结构的代数对象。。两环有相同分式域,这里称 为有限双有理扩张;几何上的箭头反向,为 。
导子理想定义为
两种写法相同,因为第二个集合中的 满足 。它是 和 的共同理想理路理想Ideal对加法成子群且吸收环乘法的子集。,并且是包含于 的最大 -理想。
注意 在下式中表示商模,而不是商环:一般来说 不是 的理想。按模的零化理想理路单模与零化理想Simple module · Annihilator of a module分类二阶上三角代数的全部单模,计算零化理想,并区分单性、一维性、忠实性与不可分解性。定义,
对于 的素理想 ,记
这里是在 的分母集上局部化, 未必是局部环。有限模假设给出精确定位:
因此两环局部仍有差异的位置恰为闭集 。这不是说每个该处纤维必有多个点;一个点上也可能留有非零幂零厚度。
直觉
把 看成已允许完整参数的函数环, 看成满足额外条件的函数。一个 若在乘以任何 后仍满足这些条件,就属于导子。因为 已经消掉了全部差异,进一步乘多少次 中的函数都不会离开原环。
在导子元素 可逆的地方,任意 都能写为 ,分子分母已来自 ,于是两环局部相同。导子因此既给出共同理想,也给出可直接验算的局部同构证书。
例子与边界
尖点:缺少的一次项
取任意域 ,令
,而 满足 ; 是 的整闭包理路整闭包Integral closure · Normalization of a domain给定扩环中所有在基环上整的元素所成的子环,以及由此定义的整闭性质。,该页已给完整整闭性证明。
由于只需检查生成元 ,一个 属于导子当且仅当 。后者恰好要求 的常数项为零。因此
这里下标 表示以 为系数生成的理想;在 中只需一个生成元 。同一个集合在两个环里可以需要不同的生成表。
每个 中多项式只差一个一次项就属于 ,所以
第一项的 表示商模中的类,不表示另开一个多项式环。 对它的作用只取常数项,故它是一维 -空间,也是长度1的 -模。
原点的极大理想就是 。正规化在原点的完整纤维环是
其底层只有一个点 ,但作为 -向量空间有基 。只数原像点会漏掉长度2。
节点:两个参数值必须取相同值
现在令 ,取
等号可按奇偶幂验证:,。反过来, 及其乘积均在 中。
这个 是节点曲线 的环,取 ;在 处逆参数是 。整闭包的节点算例理路整闭包Integral closure · Normalization of a domain给定扩环中所有在基环上整的元素所成的子环,以及由此定义的整闭性质。证明这个坐标呈示没有多余关系,并证明 是同一函数域中的正规化。
对任意 ,除以 后余式为 。因为 ,得到
仍有 。若 在 的共同值为 ,则 在两点的值为 。它也属于 当且仅当 ,即 被 整除。所以
此时 同样由 生成,维数1。但
最后一个同构是 。其逆把 送到
所以既能直接验证满射,也保留特征不为2的条件。 在 中的像为对角线 。
原点纤维环就是式(10)的 :它有两个不同点,且约化。尖点与节点的 都为1,纤维总长度也都为2,仍不足以说明两种奇点相同;纤维环的乘法才区分平方为零的类与两个分离的分量。
先区分导子商与原点纤维 图中第三栏的完整计算见三四次参数曲线终点:其导子商与原点纤维已经不同,不能把前两例的巧合当成一般公式。
有限模条件为什么必须写出
考虑同一分式域中的扩张
它不是有限 -模:有限多个Laurent多项式的负指数都有共同下界,用 系数线性组合不能产生更低次的负幂。
导子此时为零。若非零 属于导子,乘以足够高次的 就会出现非零负幂,不再属于 。因此 。
可是对所有不含 的素理想 , 在 中本来可逆,故 。两环真正不同的位置只有 。这个反例说明,无限商模的零化理想可能把其支撑估计得过大;式(3)不能去掉有限模假设。
若 ,导子是整个 ,相应闭集为空。另一个不同的边界是有限但不双有理:对非平凡有限域扩张 ,导子为零,因为任意非零 都有 。有限性本身不保证导子非零,还需同一分式域条件。
推论与应用
共同理想、非零性与定位的证明
式(1)对加法和取负封闭。若 ,则 ,所以 。因此它是 -理想,当然也是 -理想。若 是包含于 的 -理想,则任意 满足 ,故 ,证明最大性。
导子在本页合同下非零。取有限 -模生成元 ,在 中写 ,。共同分母 非零,且 ,因而 。这一步同时使用有限生成和双有理包含。
按模的局部化正合性理路环的局部化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。,
若有 ,则 在局部化后可逆且杀掉全部商模,故局部商为零。反过来,若局部商为零,选 的有限生成元 。每个 都给一个 使 ;乘积 杀掉全部生成元。因此 ,证明式(3)。
有限性还使导子与局部化相容。取乘法闭集 。若 乘全部 都落入 ,只需对有限个 检查;清掉这些乘积的有限多个分母后,某个 满足 。故 ,而 来自 。另一包含显然成立。
商数据怎样把原环恢复出来
因为 同时是两个环的理想,存在 -模的短正合列理路短正合列Short exact sequence · Short exact extension以单态射、满态射和中间正合性把子对象、扩张对象与商对象连接起来的三项正合列。
最后一箭头把 送到 ,其核恰为 。当三项都有限维时,
前两个例子都是 。这个维数等式来自商模正合性,没有断言 是环。
更强的是,给定 及嵌入 ,可以恢复
属于若 的类等于某个 的类,就有 ,故 ;反向包含直接成立。尖点要求模 后的一次系数为零,节点要求模 后的两个值相同。这把“哪些参数函数可以下降”写成有限环上的精确条件。
一份可核验的计算输出
若 已有有限 -模生成元 ,求导子等价于同时求解 。在尖点和节点中,生成表只有 ,一次成员条件就结束了计算。一般输入仍需环或模成员判定,不能仅从“有限”推断多项式时间算法。
对一个具体曲线,完整证书应保留:同一函数域中的环嵌入、 的有限生成表、导子在 和 中各自的生成元、商空间基及纤维环乘法。若只给几个原像点,就既看不见尖点的非约化纤维,也无法核验式(12)的下降条件。
进一步比较奇点,可以同时计算微分模的扭核理路Kähler微分Kähler differentials · Module of differentials · 卡勒微分模用生成关系构造通用微分模,把多项式关系变成Jacobian呈示,并完整计算尖点微分映到正规化后的扭核、零化理想与长度。与切锥的分次关系理路切锥与关联分次环Tangent cone · Associated graded tangent cone · 方案论切锥逐层保留局部函数的消失阶,证明切锥的全部最低齐次关系呈示,并用五维商环证明原生成元初项可能漏掉关键关系。。它们测量的缺口不同:尖点中 的维数为1,微分扭核的维数却为2。不能在没有定理条件时把这些数字直接等同。
参考资料