形式陈述
如何给 的所有 维子空间建立不依赖所选基的代数坐标?设 ,Grassmann 簇 参数化这些子空间公理库线性子空间Linear subspace · Vector subspace在原向量运算下封闭、因而自身构成向量空间的非空子集。。严格地说,这些 -子空间对应它的 值点;后文的仿射图构造其概形公理库概形与结构层Scheme · Structure sheaf · 概形在主开集上清分母证明结构层的粘合与茎公式,用双数区分拓扑点和局部环,再把两条仿射线粘成射影直线并计算全部全局正则函数。结构,扩域 上的值点则对应 的 维子空间。对一个子空间 选基 ,取外积公理库外代数Exterior algebra把张量代数按 v⊗v=0 的关系取商所得的分次代数。
换基矩阵为 时,该外积乘以 。因此其射影类公理库射影空间Projective space把非零向量按非零标量倍数关系取商所得的直线空间。只依赖 ,得到Plücker映射
它是闭嵌入。若把基向量排成 矩阵的行,坐标 就是列集 对应的 阶子式公理库行列式Determinant交换含幺环上方阵的交替多线性标量不变量。。
像只包含非零可分解外积的射影类。一般 中的非零向量未必可分解,因此不能把整个目标射影空间都当作Grassmann簇。
直觉
一个子空间可以由很多矩阵的行空间表示;对矩阵作可逆行变换不改变子空间。最大子式虽然改变,却只会同时乘同一个行列式,于是变成一组适合射影化的共同坐标。
某个最大子式非零,就能把那组列化为单位矩阵。其余列成为自由参数,这给出Grassmann簇的局部坐标;不同选择之间通过矩阵求逆转换。
例子与边界
四维空间中的二维平面
对 ,共有六个坐标
它们满足Plücker关系
在 图中,对基作可逆换基公理库换基与坐标变换Change of basis · Coordinate transformation用可逆过渡矩阵在不同基之间转换向量坐标与算子矩阵。,可以唯一将表示矩阵写成
直接取子式得到
代入式 (1) 正好为零。反向,任意满足式 (1) 且 的六元组,取
式 (1) 便强制最后一项等于 。因此这一图精确为 ,不是六个坐标可以独立变化的区域。
例如
给坐标 ,核验为 。对任意底域将这些整数取其像即可使用此例。
一个外积空间中的点不代表平面
考虑
它的六元组为 ,式 (1) 左侧为1,所以不可分解,不对应任何二维子空间。这在任意特征都成立。
特征不为2时,也可由 看出不可分解。但在特征2中这个检验恒丢掉因子2,不能拿它代替式 (1)。子式关系才是本页跨特征使用的判据。
推论与应用
外积如何恢复原子空间
若 ,则
一边显然包含原来的 。反向把 扩充为整个空间的一组基。将 按此基展开, 中来自后面各基向量的外积线性无关,故它们的系数都必须为零。于是 。式 (3) 证明射影外积没有把两个不同子空间识别。
仿射图给出维数与正则过渡
一般选 个列指标 ,在 的区域把这些列化为 ,其余部分是一张任意 矩阵。该图因此是 。
换到另一组非零子式时,左乘所选新子矩阵的逆;逆矩阵由伴随矩阵除以非零行列式给出,所以图的过渡是相应开集上的正则函数。这些图形成一个光滑的维数 的代数簇。
关系为何给闭嵌入
将 按指标交替延拓,重复指标时置零。对长度分别为 与 的指标列 ,有二次关系
这些是行列式展开的Plücker关系。它们刻画可分解外积;在 图上,先由只换入一列的坐标读出矩阵的 个条目,再由式 (4) 依次表达其余坐标为这张矩阵的子式。因而每张关系图的坐标环就是上述自由多项式环,局部逆与图过渡一致,得到闭嵌入。
对 ,式 (4) 只留下式 (1)。六张标准图都可按式 (2) 的方式处理,所以式 (1) 定义的整个射影二次超曲面恰好是 ,没有额外分支或厚化。
Grassmann簇将“选择一个子空间”变成在参数空间上选一点;下一步的典范向量丛公理库典范子丛与商丛Tautological vector bundle · Universal subbundle · Tautological quotient bundle在Grassmann图上同时构造典范子丛和商丛,明确正交补的选择性,并核对复射影典范线的负号。会把这点所代表的子空间本身放到它的纤维里。自检可以对上述数值矩阵乘一个可逆二阶矩阵,验证六个子式同时乘其行列式,而式 (3) 恢复的平面不变。
参考资料