形式陈述
沿一个连续映射公理库拓扑连续性Topological continuity · Continuous map目标开集的逆像始终开放,从而在不使用距离时表达映射不破坏局部邻近。 搬运层,两个方向为什么采用不同公式?若 是 上的层,直像定义为
限制映射由 的限制给出。开覆盖的逆像仍为开覆盖,所以这已经是层。
若 是 上的层,先在 上定义逆像预层
其中 遍历包含 的开邻域,按不断缩小取余极限公理库极限与余极限Limit and colimit用锥的终对象或余锥的始对象统一积、等化子、拉回及其对偶。。再取层化公理库层化Sheafification · Associated sheaf由局部可表示芽族构造层化,证明茎保持与泛性质,并用圆周角度商和两点预层展示新增与识别截面的两种作用。:
它满足 ,并与直像组成伴随公理库伴随Adjunction两个反向函子之间由自然同构的态射集双射刻画的关系。:
这里上标 表示层的逆像,不要求 可逆。
直觉
直像是在 的开集上,读取它覆盖到的全部 区域的截面。它不是把每条纤维上的值简单相加,也不自动给每个点一个固定维数的向量空间。
逆像则将 中的局部数据带到 。如果 不是开集, 根本没有定义,所以必须用包围 的开邻域。缩小邻域去掉无关的远处信息,再通过层化允许 上各处的局部数据粘合。
例子与边界
一个点看见的是茎
令 。对实线上的层 ,唯一非空开集上的逆像为
因此点逆像给出的是芽,而不是函数点值。连续函数 在0取值为0,却不是零芽,因为它在任何0的邻域都不恒为零。
反向对单点上的Abel群 ,直像为
这叫摩天楼层。其0处茎为 ,其他点的茎为0。最后一句使用的是实线可以将不同点分开的拓扑,不能未经检查搬到任意非Hausdorff空间。
逆像与模拉回还差一次标量变换
若 是环空间态射, 自然是 -模,而未必已经是 -模。对模层公理库模层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。定义
这个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。才完成标量变化。
取闭点态射 ,由 给出,令 。普通逆像在这个点上为
仍有非零的 芽。模拉回则为
后者把 当成点值0,删掉了这一阶幂零信息。两种构造不能都叫作“在点上取值”而不区分。
推论与应用
茎公式与伴随的具体来源
逆像茎包含两个缩小过程:先让 缩向 ,再让 围住 。任意 的开邻域 都可与 配对,反向每个这样的 又包含 。这使双重余极限等于 。层化不改变茎,所以得到所述公式。
若有 ,则对 ,先将 送到 ,再限制到 。这些映射与缩小 相容,故经余极限得到 ,再经层化得到 。
反向,对 的一个截面,它在 上给出逆像预层截面;与 复合便得到直像一侧的态射。两次构造互逆,因为都保留原来每个开邻域的代表。这实际构造了伴随双射。
两种“拉回”有不同正合性
Abel群层的 正合,因为正合性可逐茎检查公理库层的正合列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。,茎只变成原来的 。模层的 却包含式 (1) 的张量积,通常只右正合;要保证左正合,可要求每个 通过结构同态成为 上的平坦模公理库平坦模Flat module · Flatness张量后保留所有单射的模;以整数短正合列和局部化证明有理数模平坦但不投射。。
直像 左正合,但一般不右正合。极端例子是 :此时 就是全局截面群,圆周上的局部原函数无法全局粘合已经说明它可能丢失满射。
函数拉回的方向
概形态射的结构层映射写成 ,也等价于 。点沿 向前走,函数则通过复合向后走;两种层态射写法由上面的伴随连接,不是互相矛盾的方向约定。
自检:对常映射 ,一个群 的逆像是 上的常值层,即局部常值 值函数层,通常不是“每个非空开集只放同一个 ”的常值预层。这里恰好可以看见最后那次层化的必要性。
参考资料