形式陈述
哪些模层能在仿射坐标片上由一个普通模完全恢复?对仿射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。 和 -模 ,在主开集上定义
其中 是模的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。:分式 按再乘某个 的幂后相等来识别。主开集上的这些数据唯一扩张为 -模层公理库模层Sheaf of modules · O-module sheaf将局部函数作为标量定义模层,计算原点支撑的商层及张量失败,并区分茎、纤维和内部Hom。。
在一般概形上,若存在仿射开覆盖 ,使 ,就称 拟凝聚。等价地,可以要求此性质在每个仿射开集上成立。模 不必有限生成。
仿射对应定理给出范畴等价公理库范畴等价Equivalence of categories通过互为拟逆的函子表达两个范畴具有相同的对象—态射结构。
所以在仿射空间上,拟凝聚层不只与普通模有相似公式,而是连全部态射都由模同态决定。
直觉
结构层允许随开集扩大可用的分母。拟凝聚层要求被研究的线性数据跟着用同一套分母:在 上,只需把原模中的 变成可逆标量,不应另加无法由这种局部化解释的数据。
“拟凝聚”描述的是局部代数与限制映射的兼容方式,不是有限维或有限生成的同义词。局部自由层、商模层和无限直和都可拟凝聚;任意模层则可能没有这种局部化规则。
例子与边界
模的支撑成为一条直线
取 、。在 上,
在 上, 同时被规定为零和可逆,所以局部化模为0。
对素理想 ,若 ,茎为0;若 ,则 。后一断言可直接检查:若 在该局部化商中为零,就有某个 属于 ,与 矛盾。
因此非零茎组成的支撑恰为 。在泛点 处,茎为有理函数域 ;在闭点 处,它是 。同一条支撑线上,各点的局部信息仍不同。
拟凝聚不要求有限生成
设 ,令 。它的层满足
每个元素只有有限个非零分量。它拟凝聚,却没有有限组全局模生成元,因为有限组元素共同涉及的坐标仍有限,不能产生更远的单位坐标。
在Noether概形上,凝聚层对应仿射片上的有限生成模;这里额外的有限性正是应与拟凝聚分开的条件。
一个不是拟凝聚的模层
在 上取 。把 延零到 :在开集 上,只允许那些在 上正则、且非零芽的支撑在 中闭的截面。这条局部规则定义一个模层 ,在 上限制为 ,在原点茎为0。
它的全局截面却只有0。因为 的任意非零元素在 的每个茎都非零,支撑为整个 ; 在 中不闭,所以这种截面不允许全局出现。
若 拟凝聚,仿射对应将给出 ,与它在 上非零矛盾。因此“它是模层”不够,还必须检查局部化相容性。
推论与应用
从局部化得到层
式 (1) 的粘合沿用结构层的清分母机制,但元素现在属于任意模。对有限主开覆盖 ,取共同幂 清掉局部截面及其差中的分母,再写
将清好分母的局部元素按 加权相加便得到全局元素;若一个元素在各片上都为零,同样的单位理想关系迫使它为零。这个论证只涉及有限个给定元素,不要求 有限生成。
为什么任何仿射片都能恢复一个模
设 ,选有限主开覆盖 ,在每片有模 和重叠上的相容同构
定义 为 中所有重叠一致的元组,即两个限制映射的等化子。
局部化正合,并与有限乘积交换。把等化子局部化到 后,第 片已经成为整个局部空间;相容元组由其第 分量唯一确定,其他分量由重叠同构给出。因此 。
于是 与 在覆盖各片上一致,重叠识别也一致,故同构。整个空间是 ,所以 。同一证明用于任意仿射开集,得到定义中“某个覆盖”与“每个仿射片”的等价。
态射为什么没有丢失
模同态公理库模同态Module homomorphism同时保持加法与标量乘法的模之间映射。 逐主开局部化,给出 。反向,层态射在全局截面上给 ;由于它在 上 -线性, 的像必为全局 的像除以 。所以态射在全部主开集上已被全局映射确定。这证明了全忠实性。
自检:对 ,比较先取 再取 ,与直接把 都变为可逆的结果。两条路线都给 。拟凝聚性要求这种路径无关的局部代数,而不是仅为每个开集随意安排一个模。
参考资料
- The Stacks Project,§26.7,Tag 01I6,Lemmas 26.7.1、26.7.4–26.7.7:关联模层、仿射粘合与范畴等价。
- The Stacks Project,§17.10,Tag 01BD,Definition 17.10.1:局部自由呈示的定义;在概形上等价于本文的仿射局部化表述。延零反例由支撑规则直接核验。