9. 解析空间

本节将解析环粘起来得到解析空间. 在此之前先回忆概形是怎么粘出来的. 为便于推广, 我们来回忆函子式的办法. 以 记 (-) 环的范畴. 对任意 , 生成单位理想, 令 覆盖 , 即得 上一个 Grothendieck 拓扑, 称 Zariski 拓扑. 以此将 视为, 则 Zariski 下降表明 是其上的层, 这就是仿射概形. 不难发现映射 中为 -截断; 此类映射称为主开浸入主局部化, 它们的余极限称为开浸入Zariski 局部化. 最后, 概形即定义为仿射概形沿开浸入取余极限所得. Zariski 下降还表明 上的对称幺半稳定无穷范畴层, 于是对 , 可定义其 (拟凝聚) 导出范畴. 如 是概形, 依定义有 .

解析空间的作法大体与之类似. 不同之处在于由于解析环本身结构复杂, 显式的形如 的局部化未必合理, 只能抽象地以模范畴刻画局部化. 由于我们认为解析环的本体是模范畴, 模范畴一样而底环不同者应当视为一样, 所以本节在完备解析环范畴 中工作, 环张量积符号常指 中的推出.

定义 9.1. 中同态 局部化, 指忘却函子 满忠实.

注 9.2. 这推出 . 事实上, 满忠实函子 给出 上解析结构, 记作 , 其完备化为 . 由解析环余极限的定义显然有 , 从而作为完备解析环余极限, . 用类似的办法可以看出局部化在基变换和余极限下封闭.

反过来 的话 是不是局部化呢, 我还没想. 离散情形当然是这样, 因为 -环同态 的模范畴忘却函子满忠实, 相当于说它的左伴随 复合它为 ; 由于 在余极限下生成 , 这自然就等价于 . 做一些交换代数不难发现, Noether 环之间同态依以上定义是局部化, 当且仅当它是归纳 Zariski 局部化. 固然不 Noether 时会有其它东西, 比如非离散的一维赋值环打到它的剩余域, 但在解析环情境下要做一般理论可能也只能如此定义.

光是局部化并不能保证导出范畴能粘合, 还要引入一个条件.

定义 9.3. 称解析环同态 稳态, 指对任意同态 , 任意 , . 这自然等价于 保持 . 具体地说, 像命题 8.12 的证明中一样, 对 , 有自然的 模结构, 由给出; 这里要求它仍属于 . 如令 中推出, 则实际上 有自然的 模结构, 这也就相当于要求它属于 . 另外, 由于 , 这也等价于 保持 .

以下命题将映射稳态刻画为支持基变换.

命题 9.4. 解析环同态 稳态当且仅当对任意推出图表以及任意 , .

证明. 由于两边的函子都右 -正合且保持余极限, 故对 和对 提条件是一样的. 「当」比较显然: 就是等号左边, 它等于等号右边当然就是说它附带自然的 模结构属于 . 「仅当」需要证明如果 那么它就是 , 也就是对 证明由于等号左边是 , 等号右边是 , 只需对 由于 , 这是命题 8.12 的推论.

注 9.5. 显然, 稳态映射在基变换下封闭. 由命题 8.13 证明中对左伴随的描述不难看出其也在余极限下封闭. 由定义 9.3 里最后一句话容易发现其还有如下性质: 如解析环同态 复合起来稳态, 则 亦稳态.

正确的解析环覆盖是这样:

定义 9.6. 中, 稳态覆盖指稳态局部化的有限族 , 使得函子 反映同构, 即左边一个态射是同构当且仅当其打到右边之后是同构. 由于 满忠实嵌入对应的 且此函子为右 -正合, 这等价于函子 反映同构, 也等价于它反映零对象. 以此把 视为.

正是稳态让导出范畴能下降:

定理 9.7. 为稳态覆盖. 对 非空, 记 , 则 , 其中 取遍 的非空子集. 换言之, 上的对称幺半稳定无穷范畴层.

证明. 等号右边的范畴其对象形如 , 满足对 , . 左边到右边的自然函子为 . 由于稳态局部化在基变换和复合下封闭, 每个 都是 的稳态局部化. 将每个 视为 的满忠实子范畴, 有反方向函子 . 它们显然是左右伴随, 要证两个复合都是恒同. 是因为其中第一个等号是因为稳定无穷范畴中有限极限是有限余极限, 第二个等号是命题 9.4. 而 是形式的: 推出 , 而由覆盖的定义 反映同构, 故这推出 .

这样便可定义仿射解析空间.

定义 9.8., 定义其解析谱. 由命题 8.15 与定理 9.7, 这是 上的层. 此种层称为仿射解析空间.

然后便可如本节开头一样作出解析空间.

定义 9.9. 中映射称为开浸入, 指它是仿射解析空间的稳态局部化的余极限. 开浸入都是 -截断的. 中对象称为解析空间, 指它是仿射解析空间沿开浸入的余极限. 对解析空间 , 定义其 (拟凝聚) 导出范畴, 它是 -充实余幂的对称幺半稳定无穷范畴.

解析空间的映射指的是它们在 中的映射. 对解析空间映射 , 其拟凝聚导出范畴之间有自然的函子 . 由伴随函子定理它有右伴随, 记作 . 和概形论中一样, 我们可以定义解析空间及其映射的拟紧、拟分离. 不难发现 拟紧拟分离时 保持余极限, 因为仿射时如此.

注 9.10. 这和 [Analytic] 上的说法略有不同, 但它们等价只是 -意象上的抽象废话.

注 9.11. 也可以以环层空间的思路做解析空间. 对解析空间 , 定义其开子空间指解析空间 连同开浸入 . 显然开子空间的任意并和有限交仍是开子空间, 且满足分配律, 于是 的所有开子空间构成一个位象, 记作 , 称为其底位象, 或不正式地, 底空间. 位象指的是 -意象. 的解析空间结构给 以自然的解析环层, 记作 , 于是 便成为解析环层位象. 它显然局部同构于 这样的解析环层位象. 反过来, 如有局部同构于仿射解析空间的解析环层位象, 则将对应局部的解析谱取余极限可以得回上面定义的解析空间. 这样便把解析空间等同于局部同构于仿射解析空间的解析环层位象.

虽然这看似比上面更「几何」, 但实际意义不大, 因为 通常太细, 如同概形论中的投射 Zariski 拓扑. 实际做几何时还是用一个更粗的位象, 这可从下一节看出. 解析空间的好处是提供了统一的理论框架以及合理的导出范畴.

下面来看例子. 在此之前需要给出稳态的充分条件.

命题 9.12. 是解析环同态. 如对任意极不连通空间 以及任意 , 自然映射是同构, 那么 为稳态.

证明. 任取解析环同态 , 令 . 取 , 令 . 下证 .

我们使用函子性. 令 , , 则 正合. 由于 紧生成且有任意余极限, 知 的对象 表示: 如忽略集合论问题, 可令 . 此时对 我们有函子性的同构于是 .

例 9.13. 我们来把离散进制空间, 即离散 Huber 对所粘成的进制空间, 做成解析空间. 这件事分为以下几步:

1.

把离散 Huber 对 做成解析环 . 首先对 上有限型环对 , 这就是命题 6.6. 由习题 6.8, 只依赖于 中整闭包. 然后对离散 Huber 对 , 定义 , 其中 取遍 上有限型环对, 便得到解析环 . 由于此余极限是滤的, 命题 8.13 保证了它完备, 底环为 .

2.

把离散 Huber 对局部化做成稳态局部化. 由于稳态局部化的交还是稳态局部化, 只用做一元情形, 即证明 是稳态局部化. 这可分成两步 . 第一步是 的基变换, 而环局部化总是稳态局部化. 第二步则是 的基变换, 这就稍复杂些. 它当然是局部化, 因为底环相同. 稳态就用命题 9.12. 由命题 7.1 (的证明), 这里的 就是 , 从而

3.

最后, 离散进制空间是离散 Huber 对的进制谱沿局部化的余极限, 于是取相应解析谱的余极限便得到解析空间.

一般进制空间会有一些麻烦. 对一般 Huber 对 , 固然应该定义 , 但由于 Huber 对的局部化涉及环的进制完备化, 故它未必表现良好. [Analytic], 命题 14.7 说局部化至少对在 Noether 的定义环上有限生成的, 或者 Tate 且层的 Huber 环来说表现良好, 但那里没有证明. [An21] 里做了些证明.

做成解析空间的好处是能在非 Archemedes 解析几何中做出表现良好的导出范畴. 实际上 Archemedes 解析几何的对象也能做成解析空间, 但这就需要液态化的实数了.

注 9.14. 我们发展无穷范畴版本的理论, 一个原因就是想把复解析几何囊括其中. 复解析几何中开浸入不平坦: 设 是不交开集, 则理应 , 而全纯函数刚性又导致 , 是单射, 故开浸入不可能平坦. 这样一来, 拟凝聚导出范畴的 结构在局部化下完全混乱, 于是就无法在 Abel 范畴上做事, 必须用无穷范畴.

例 9.15. 一般地对离散环 以及凝聚态 -代数 , 也可以定义 . 由命题 8.12 对此解析环的描述知其完备. 这样便兑现了注 6.12.

术语翻译

-截断 (形容词)英文 -truncated

稳态 (形容词)英文 steady

反映 (动词)英文 reflect

位象英文 locale

进制空间英文 adic space