用户: 数学迷/凝聚态讲义废弃章节: 离散进制空间、整体六函子

本节发展离散进制空间的六函子, 是第 ?? 节的后续. 尽管例 ?? 中已经将离散进制空间做成解析空间, 但仍需要经典的底空间来做几何. 为此先介绍进制谱、进制空间.

回忆. 上的赋值指的是函数 , 其中 是全序交换群, 按乘法书写, 满足:

, , .

.

两个赋值等价指的是对应的集合 相同. 赋值的核指的是 的原像, 记作 . 显然核总是素理想.

环对 进制谱 指的是 的赋值等价类中在 上取值不大于 者. 对 , , 以 处赋值. 对 定义 . 令它们为开集, 便有拓扑结构, 开集基为 , 对 . 此种开集称为标准开集. 对 生成 , 显然 , , 覆盖 . 此种开覆盖称为标准开覆盖.

命题 1 (Huber). 是谱空间. 其标准开集都拟紧, 每个开覆盖都被标准开覆盖加细.

证明. 由赋值等价的定义有集合单射 , . 由赋值的定义, 该单射的像集由满足如下条件的 组成:

对任意 , 至少一个成立.

如果 , , 那么 .

如果 , , 那么 .

对任意 , .

如果 , , 那么 .

.

对任意 , .

由此可见该像集是 中闭集, 其中 带乘积拓扑. 以 记之, 赋予子空间拓扑, 则 为投射有限集. 在 里面看, 无非就是 中开闭集. 且对相异两点 总能找到某个 只包含其中一个: 由于 相异, 必有某 只属于其中一个, 不妨设属于 . 如果 包含 , 不包含 ; 如果 , 那么 , 而 说明 , 于是 包含 不包含 . 于是由以下定理, 是谱空间, 且标准开集都拟紧.

为证明标准开覆盖有关结论, 需先证明包含闭点的标准开集都能写成分子含 的形式. 取闭点 , 设其值群为 . 令 , 则不难发现它是 的子群. 令 为取值在 的赋值, 定义为则显然 推出 , 于是 的特殊化. 由于 是闭点, 所以 , . 现取标准开集 . 则 , 即 , 所以存在 , 使得 , 于是 . 从而 .

现在来证明开覆盖都被标准开覆盖加细. 对一般的开覆盖 , 首先对 的每个闭点都按上一段取个分子包含 的标准开邻域在某 中, 然后由拟紧选出有限子覆盖. 这样便知一般的开覆盖都被分子包含 的标准开集的有限覆盖所加细. 现考虑一个此种覆盖 , , 则 生成 , 否则存在赋值在 上为 , 这便不是覆盖. 令 为所有乘积 , , 组成之集合, 再令 中至少一个 者, 则 , 故 生成 . 以下说明由 给出的标准开覆盖是 的加细. 任取 . 首先因为每个点 必包含在某个 中, 故把对应的因子 换成 不会减小这个乘积在 处的赋值, 于是只要 中元素在 处赋值不大于 , 那么 中的亦然. 其次如果 , 那么显然所以标准开覆盖 的确加细 .

定理 2 (Hochster). 是投射有限集, 是其一族开闭集. 以 记集合 赋予 生成的拓扑, 即使得 中集合都开的拓扑中最粗者. 那么 只要 就是谱空间. 此时 中集合都是拟紧开集.

证明. 由于开闭集的有限交仍是开闭集, 可不妨设 对有限交封闭. 考虑恒同映射 , 依定义它连续. 连续映射下拟紧集的像拟紧, 故 中集合都是 的拟紧开集. 对有限交封闭, 故依定义它构成 的拟紧开集基, 即 拟紧拟分离, 有拟紧开集基. 尚需证明 为 Sober 空间. 由于其已经 , 只需证其每个不可约闭子集都有一般点. 设 不可约闭. 不可约无非是说对任意 , 只要 , 都非空, 也就非空. 于是集族 对有限交封闭. 由条件这是 中非空闭集的族, 而 紧, 所以该族的交非空, 取 在其交中, 则显然 就是 的一般点.

环的素谱自然地是进制谱的子空间: 可以等同于 中值群平凡的点. 也有反过来的映射 , . 显然它们的复合是 .

接下来给 赋予环对层的结构.

命题 3. 对标准开集 , 定义 , 则 . 是层, 称为结构层. 定义 , 则 中的整闭包. 也是层. 每个 自然地是 处的茎 的赋值, 且 .

证明. 第一句话显然. 是层是因为它是概形结构层沿含入映射 的前推. 这样一来最后两句话也显然. 只剩整闭包那句话. 以 , 只需证 的情形. 如 上整, 写出方程. 对任意 , 将上式 移到另一边取赋值得 (省略下标 ) . 另一方面如 不在 上整, 要证明存在 上赋值, 在 上取值不大于 , 但在 上大于 . 由于 不在 上整, 也就不在 上整. 以 可设 . 由于 , 可取 的素理想 包含 . 再任取 的素理想 . 则 是包含于域 的局部环. 由交换代数的经典结论, 存在赋值环支配之, 即存在 的赋值在 上取值不大于 , 在其极大理想上取值小于 . 由于此极大理想包含 , 将此赋值拉回到 上即得所求.

显然 是局部环层空间, 且它只依赖于 中整闭包.

定义 4. 带赋值局部环层空间指的是局部环层空间 附带对每个 指定 上一赋值. 此时对开集 , , , 将 的像之赋值记作 , 并定义 , 则显然 也是层. 定义带赋值局部环层空间之间的映射为局部环层空间的映射 , 满足对每个 , 上指定的赋值沿 拉回便得到 上指定的赋值. 离散进制空间指的是局部同构于 的带赋值局部环层空间, 其同态指的是作为带赋值局部环层空间的同态.

和概形一样, 有

习题 5. 对环对 , 带赋值局部环层空间 , 证明

习题 6. 的点一一对应于形如的交换图表的等价类, 其中 是赋值环, 的分式域, 等价关系由「两个图表间存在映射」这一关系生成. 这对一般的进制空间 也成立, 只要把交换图表改为映射 . 所以 就是进制空间理论中的「点」.

要证明这个经典的空间对解析环也是合理的. ?? 中已经说过, 标准开集的确对应于解析环稳态局部化. 于是只需说明标准开覆盖对应于解析环稳态覆盖, 即

命题 7. 是环对, 记 , . 设 生成 , 记 , , 则函子 反映零对象.

证明. 先证 , 情形. 此时它是万有情形 , 的基变换. 由于下星总是反映零对象, 用命题 ?? 即可化归到万有情形. 此时 , , , 要证 如果在 上都是 , 那么它就是 .

由命题 ??, 等价于 模, 等价于 模. 令 , 则上一句话后半句说明 ; 另一方面, 由于 , 有 , 即 为同构; 所以 , 即 , 是 模. 现在 又是 模又是 模, 而所以 . 以上所有的张量积和商都是导出的.

再证一般情形. 对 归纳. 要证 如果在 上都是 , 那么它就是 . 由 Zariski 下降, 只需证各个 都是 , 于是以 , 不改变 , 可设 中有可逆者, 不妨设 可逆. 再全都除以 , 这不改变 , 故可设 . 由已证, 可不妨设 等于 . 前一种情况下 的标准开覆盖, 后一种情况下 的标准开覆盖, 故由归纳假设命题得证.

于是对一般的离散进制空间 , 将其仿射开子空间 打到 , 便是 上的稳定无穷范畴层. 取整体截面即得稳定无穷范畴, 记为 . 不难发现这就是将 先用例 ?? 的方法做成解析空间 , 再取导出范畴.

接下来我们给概形对作进制空间. 对概形映射 , 定义这里余极限对所有交换图取, 其中水平的箭头都是开浸入. 右边是仿射进制空间沿进制空间开浸入的余极限, 所以是进制空间. 显然 , 我们将其记作 . 对应的解析空间记作 . 可视为映射 用进制空间做出的典范紧化. 以下命题说明映射本身已经紧的时候紧化不改变事情.

命题 8. 对概形映射 , 进制空间映射 在茎上是同构. 如 满足赋值判别法的存在性、唯一性, 则对应地 在点上满、单. 特别地, 如 泛闭且分离, 则 .

证明. 第一句话是由于对环同态 , 本来在茎上就都是同构, 因为对 , 两边的结构层在 处的茎都是 . 剩下就是习题 6 及赋值判别法的显然推论.

现在来作六函子. 先设这些概形都在 上有限型. 对概形映射 , 已上一节中描述. 为定义 , 需像第 ?? 节中一样考虑映射 .

命题 9. 记号承上. 有左伴随, 记为 .

于是定义 . 保持余极限, 因为两步都保持. 故它有右伴随 . 这样便作出了 .

注 10. 我想甩掉进制空间, 只用概形和解析空间做事, 毕竟这里也是要做概形的六函子. 固然对概形映射 能直接定义解析空间 及其导出范畴, 但这里命题 89 的处理都依赖进制空间. 命题 9 应该问题不大, 而命题 8 就比较麻烦. 大抵对紧映射 要证明 , 这看上去无从下手. 我感觉可以试图证明导出范畴同构, 毕竟 显然是 的满子范畴. 但要证这个似乎是需要在更复杂的情况下写出 7 证明的第二段, 我暂时不会.