形式陈述
齐次多项式随坐标缩放而改变,为什么仍能在射影空间上成为几何数据?设 X = Proj S 。给分次模规定位移 M ( n ) d = M n + d ,定义
O X ( n ) = S ( n ) ~ . 这里使用Proj 公理库 Proj 构造 Proj construction · Projective spectrum 以零次局部化构造Proj,完整计算射影二次曲线的两张仿射图,并区分射影曲线与仿射锥。 上的关联拟凝聚层 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。 构造:在标准片 D + ( f ) 上,
(1) Γ ( D + ( f ) , O X ( n ) ) = ( S f ) n . 所以零次结构层只保留比值函数,扭转层则保存指定次数的齐次数据。
本页的线丛结论假设 S 由 S 1 在 S 0 上生成。此时次数1的标准片覆盖 X ,每个 O X ( n ) 都是可逆层 公理库 局部自由层与代数线丛 Locally free sheaf · Invertible sheaf 用原点理想展示局部自由性的失败,再构造射影直线的负线丛,区分局部标架、全局基和点纤维。 ,并有
(2) O X ( a ) ⊗ O X ( b ) ≅ O X ( a + b ) , O X ( − a ) ≅ O X ( a ) ∨ . 所有整数 a , b 都允许。式 (1) 在一般分次环上仍成立,式 (2) 则需要上述条件或其他足够的局部生成假设。
直觉
一张图上可以用某个非零一次坐标 x i 消去尺度。次数 n 的齐次多项式 F 除以 x i n 成为这张图上的普通函数,但换图时分母改变,函数也要乘一个过渡因子。
扭转层把这个过渡因子保留下来。F 不是处处独立于坐标缩放的函数,却是能够按规定换标架的线丛截面。
例子与边界
射影直线的全部扭转截面
令 S = k [ X , Y ] ,P k 1 = Proj S 。在 U 0 = D + ( X ) 上取 t = Y / X ,以 e 0 = X n 为 O ( n ) 的标架;在 U ∞ = D + ( Y ) 上取 u = X / Y ,以 e ∞ = Y n 为标架。负整数 n 时,这些符号在相应局部化中解释。
交上 u = t − 1 ,且
e ∞ = t n e 0 . 所以全局截面由 f ( t ) e 0 , g ( u ) e ∞ 给出,兼容条件为
(3) f ( t ) = t n g ( t − 1 ) . 左侧允许非负次幂;右侧允许不超过 n 的次幂。若 n ≥ 0 ,共同允许的幂为 0 , 1 , … , n ,因此
H 0 ( P 1 , O ( n ) ) = ⟨ X n , X n − 1 Y , … , Y n ⟩ k . 若 n < 0 ,两个允许范围不交,故全局截面为0。局部仍各有一维标架,不能据此把负扭转层当成零层。
一次上同调留下哪些Laurent项
这两片及其交均仿射,扭转层为拟凝聚层 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。 ,由仿射消失 公理库 仿射概形上的拟凝聚上同调消失 Affine vanishing theorem · Serre affine vanishing 证明主开局部化复形的正合性及仿射消失,计算穿孔平面的无限维一次上同调并据此判定非仿射。 可用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。 计算层上同调。把重叠区都用 e 0 表示,差分为
( f , g ) ⟼ t n g ( t − 1 ) − f ( t ) . 故
(4) H 1 ( P 1 , O ( n ) ) ≅ k [ t , t − 1 ] k [ t ] + t n k [ t − 1 ] . 若 n = − 3 ,分母分别包含指数至少0和至多 − 3 的项,留下
[ t − 1 ] , [ t − 2 ] 作为二维空间的基。例如 [ 2 t − 4 + t − 2 − 3 + t ] = [ t − 2 ] ;被删掉的项都能由某张片上的截面改动产生。
一般地,n ≤ − 2 时保留指数 n + 1 , … , − 1 ,维数为 − n − 1 ;n ≥ − 1 时没有剩余项,一次群为零。更高次群为零,因为这份无上同调覆盖的有序Čech复形只有两项。
图片加载失败 图中前两行均已换到 e 0 标架,圆点表示该片允许的指数,短横表示不允许;红色末行标出商中的两项基。图只画有限指数窗口,两侧继续按相同规则延伸。
非标准分次下O(1)甚至可以为零
令 S = k [ x ] ,但规定 deg x = 2 。Proj只有一张图 D + ( x ) = Spec k ,因为 ( S x ) 0 = k 。S x = k [ x , x − 1 ] 中只有偶数次数,故
( S x ) 1 = 0 , O X ( 1 ) = 0. 另一方面 ( S x ) 2 = k x ,所以 O X ( 2 ) ≅ O X 。此时 O ( 1 ) ⊗ O ( 1 ) = 0 并不等于 O ( 2 ) 。这准确展示了为什么不能把标准分次条件从式 (2) 删去。
推论与应用
局部标架证明张量规则
在次数1元素 f 的标准片上,每个次数 n 分式都唯一写成 f n 乘一个零次分式。因此 ( S f ) n 是 ( S f ) 0 上以 f n 为基的自由模,O ( n ) 在此片自由秩1。
局部乘法将张量积 公理库 张量积 Tensor product 把双线性映射统一因子化为线性映射,并可在交换环上的模中以平衡关系构造的张量积。 中的 f a ⊗ f b 送为 f a + b ,是自由秩1模之间的同构。由于这些映射来自同一分次乘法,在重叠处相容,故粘成式 (2)。这同时确定了正负扭转的符号约定:O ( − 1 ) 的过渡在射影直线上为 t − 1 ,与前页两片构造一致。
齐次元素到全局截面不总是同构
每个 s ∈ S n 在各片都给出次数 n 的局部化元素,因此有自然映射
S n ⟶ H 0 ( X , O X ( n ) ) . 对多项式环的射影直线,上面证明它是同构;对一般标准分次商环,不能不加条件就照搬。
例如 S = k [ x , y ] / ( x 2 , x y ) ,两个变量次数均为1。由于 x 幂零,Proj由 D + ( y ) 覆盖,而在 S y 中 x = 0 。因此 S 1 中非零元素 x 送到 O ( 1 ) 的零截面。这个自然映射甚至未必单射:Proj看不见完全被正次分母消去的部分。
截面怎样产生射影坐标
选一组同一扭转层的截面,若它们在每个点共同生成该线丛,就得到射影映射 公理库 线性系与射影映射 Linear system of sections · Base-point-free linear system 用线丛截面的比值构造射影态射,定位投影的基点,并以平方映射区分基点自由与闭嵌入。 。使用全部次数 d 单项式将导向Veronese嵌入;只挑部分单项式则需另外检查基点与是否区分不同点。
自检应能同时说清三件事:O ( − 3 ) 局部秩为1,全局截面为0,一次上同调却有维数2。这三项描述的是局部标架、整体兼容截面和接缝差,彼此并不矛盾。
参考资料
The Stacks Project,§27.10,Tag 01MM ,Definition 27.10.1、Lemmas 27.10.2–3:分次位移、局部自由性及标准分次下的张量规则。
The Stacks Project,§27.8,Tag 01M3 ,Lemma 27.8.4 与 Remark 27.8.5:分次模关联层与全局截面映射的边界。
The Stacks Project,§30.2,Tag 01X8 ,Lemma 30.2.6:仿射交覆盖的Čech计算。射影直线的式 (3)–(4) 由本文逐指数求核与余核。