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La observación de Serre sobre álgebras de grupo y preguntas relacionadas

Recientemente he escuchado sobre una idea de Serre que afirma que para cada grupo finito $G$ existe un esquema de grupo $X$ tal que para cada campo $K$ el grupo $X(K)$ es naturalmente isomorfo al grupo unitario de $K[G]$. Desafortunadamente, el artículo donde se mencionó este hecho no proporcionó referencia alguna, por lo que te pregunto si sabes cómo construir dicho esquema. Por supuesto, una pregunta interesante sería: ¿qué sucede con un conjunto de puntos $R$ de $X$, donde $R$ es un anillo, y cómo está relacionado con $R[G]$?

¿Y esto se puede generalizar de alguna manera a grupos arbitrarios? En la forma dada anteriormente suena poco probable, ya que para $K[\mathbb Z]$, el grupo de unidades es isomorfo a $K^*\times \mathbb Z$ y es difícil imaginar un esquema de grupo cuyo grupo de puntos sobre $K$ sea isomorfo a $\mathbb Z$.

Por cierto, ¿por qué no existe un esquema de grupo cuyo grupo de puntos sea isomorfo a $\mathbb Z$? ¿O acaso sí existe?

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MatteS Puntos 133

Es bastante fácil hacer esto para grupos finitos. De hecho, el funtor $R \mapsto R[G]$ es naturalmente representable por un esquema de anillos: el funtor de conjunto subyacente es representado por $\mathbb A^n$ donde $n = |G|$, y la estructura de anillo proviene del funtor de puntos $R \mapsto R[G]$. Escriba $Y$ para este esquema de anillos (digamos sobre $\operatorname{Spec} \mathbb Z$).

Ahora el grupo unitario se puede construir como el subconjunto cerrado $V \subseteq Y \times Y$ de pares $(x, y)$ tales que $xy = 1$. Es cerrado porque es la pullback del diagrama $$\begin{array}{ccc}V & \to & Y \times Y\\\downarrow & & \downarrow \\ 1 & \hookrightarrow & Y\end{array},$$ donde el mapa vertical derecho es el morfismo de multiplicación en $Y$. Esto muestra que $R \mapsto R[G]^\times$ es representable. Naturalmente se convierte en un esquema de grupo, nuevamente desde el punto de vista de los puntos del funtor. $\square$

En el caso infinito, esta construcción no funciona, porque el funtor $R \mapsto R[G]$ no está representado por $\mathbb A^G$ (este representa el producto directo infinito $R \mapsto R^G$, no la suma directa $R \mapsto R^{(G)}$). No tengo idea de si el funtor $R \mapsto R^{(G)}$ (equivalentemente, el haz $\mathcal O^{(G)}$) está representado, pero creo que puede que no lo esté.

Por otro lado, en el ejemplo que das de $G = \mathbb Z$, el funtor en campos $$K \mapsto K[x,x^{-1}]^\times = K^\times \times \mathbb Z$$ está representado por $\coprod_{i \in \mathbb Z} \mathbb G_m$, pero esto no representa al funtor $R \mapsto R[x,x^{-1}]^\times$ en anillos por varias razones. De hecho, ya no es cierto que $R[x,x^{-1}]^\times = R^\times \times \mathbb Z$ si $R$ no es reducido, ni representa $\coprod \mathbb G_m$ a $R \mapsto R^\times \times \mathbb Z$ si $\operatorname{Spec} R$ está desconectado. Estos problemas no se anulan, como ya se puede ver tomando $R = k[\varepsilon]/(\varepsilon^2)$.

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