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Ejemplo de esquema afín $X=\operatorname{Spec} R$ e irreducible $U\subset X$ tal que $\mathcal{O}(U)$ no es una localización de $R$

La definición de la gavilla de estructura de un esquema afín $\operatorname{Spec} R$ se suele hacer extendiendo una gavilla definida en la norma abre $D(f)$ , $f\in R$ . A partir de esta definición no queda muy claro qué es lo que los anillos $\mathcal{O}(U)$ para el general $U\subset \operatorname{Spec} R$ . Como señala Ravi Vakil en las notas de la conferencia, cabe esperar que $$\mathcal{O}(U)\cong R_S$$ donde $$S=\{r\in R\mid \forall \mathfrak{p}\in U: r\not\in \mathfrak{p}\}$$ También señala que esto no es cierto, y da un ejemplo de dos planos que se cruzan en un punto, y luego elimina el punto. Más concretamente $$X=\operatorname{Spec} \mathbb{C}[w,x,y,z]/(wy,wz,xy,xz), U=X\setminus\{(w,x,y,z)\}$$ Pero $U$ es claramente la unión de dos subconjuntos abiertos: $U_1$ el $xw$ -con el origen eliminado y $U_2$ el $yz$ -plano con el origen eliminado. Entonces se pueden construir secciones en $U_1$ y $_2$ por separado y pegarlas en una sección de $U$ . Esto deja claro el $\mathcal{O}(U)$ no es una localización de $\mathbb{C}[w,x,y,z]/(wy,wz,xy,xz)$ .

Sin embargo, este ejemplo es en cierto modo trivial, ya que se basa en el hecho de que si $U$ es una unión disjunta de $U_1$ y $U_2$ entonces $$\mathcal{O}(U)=\mathcal{O}(U_1)\times \mathcal{O}(U_2)$$ Así que me pregunto si hay ejemplos que no se basan en este hecho. Así que si hay un esquema afín $\operatorname{Spec} R$ con un subconjunto abierto irreducible $U$ tal que $\mathcal{O}(U)$ no es una localización de $R$ .


Edición: otra forma de ver la misma cuestión es adoptando la perspectiva de Hartshornes. Secciones sobre $U$ son mapas a los tallos que se pueden realizar localmente por fracciones. Entonces, ¿hay un ejemplo de un irreducible $U$ y una sección $s:U\to \bigcup_{\mathfrak{p}\in U}R_\mathfrak{p}$ para que localmente $s=\frac{g}{h}$ pero no es posible escribir $s$ así en todos los $U$ ?

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Rene Schipperus Puntos 14164

Este es mi ejemplo.

Dejemos que $$A=k[x,y,z,w]/(xw-yz)$$ y $$U=D(y)\cup D(w).$$

Ahora, la prueba.

Tenga en cuenta en primer lugar que $A$ es un dominio integral. Porque $k[x,y,z,w]$ es un dominio de factorización único y $xw-yz$ es irreducible (claramente no es el producto de factores lineales).

Esto implica que $U$ es irreducible. Ya que si hay $p,q\in A$ tal que $$pq=0 \ \text{on} \ U$$ entonces $$ywpq=0\ \text{on} \ Spec \ A$$ y esto significa $p=0$ o $q=0$ .

Ahora demostramos que $\mathcal{O}_X(U)$ no es una localización. El hecho de que $A$ es un dominio integral simplifica la definición de localización, ya no tenemos que multiplicar por un factor $f^n$ e implica que los mapas entre localizaciones son inyectivos. Además, si $A_f \subseteq A_g$ entonces $$\frac{1}{f}=\frac{s}{g}$$ y así $$g=sf,$$ es decir $f$ divide $g$ . (Pero $A$ no es un dominio de factorización único).

Ahora $$\mathcal{O}_X(D(y))=A_y$$ $$\mathcal{O}_X(D(w))=A_w$$ $$\mathcal{O}_X(D(y)\cap D(w))=A_{yw}$$

Por lo tanto, la restricción $$\mathcal{O}_X(U)=\mathcal{O}_X(D(y)\cup D(w))\rightarrow \mathcal{O}_X(D(y)\cap D(w))=A_{yw}$$ envía $\mathcal{O}_X(U)$ en $A_y\cap A_w$ .

Ahora $$\mathcal{O}_X(U)\neq A$$ desde

$$\frac{x}{y}=\frac{z}{w}\in \mathcal{O}_X(U)$$ (esta es la idea central).

Para terminar comentar que si $$A_f \subseteq A_y\cap A_w$$ entonces $A_f=A$ . Ya que por las observaciones anteriores tendríamos

$$y=sf$$ $$w=rf$$ y esto implica que $f\in k$ .

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Gracias por su respuesta. Hoy he estado pensando un poco en ello, pero sigo sin estar seguro de lo que realmente ocurre aquí. Parece que se trata de encontrar una función racional $\frac{f}{g}$ en $X$ , tal que, restringido a $U$ los polos de $g$ se cancelan con los ceros de $f$ pero de forma que esta cancelación de polos no se produzca en todo el $X$ ? Para que "parezca" que $\frac{f}{g}$ tendrá postes en $U$ y, por lo tanto, "no debería ser" en $\mathcal{O}(U)$ pero en realidad los polos se anulan con los ceros de $f$ ¿Y todo está bien?

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Para que quede claro, entiendo tu respuesta y veo que funciona, pero me refiero a que no entiendo cuál es la idea de fondo.

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Además, entiendo por qué la restricción de $\frac{x}{y}$ a $D(y)\cap D(w)$ debe estar en $A$ pero no entiendo qué elemento de $A$ ¿realmente lo sería? ¿Se puede determinar esto?

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