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La filosofía detrás de local anillos

Esta pregunta me ha estado molestando por un tiempo y me parece que no puede hacer sentido de ella en un claro nivel conceptual.

La teoría de los locales de los anillos es dado por la toma de la teoría de anillos y la adición de los axiomas \begin{eqnarray} (0=1) \vdash \bot \\ x + y = 1 \vdash \exists z : (xz = 1) \vee \exists z : (yz = 1) \end{eqnarray} Esta teoría es geométrica y por lo tanto tiene una clasificación de topos $S[\text{Local Rings}]$. Con un poco de trabajo se puede demostrar que este topos en realidad está dada por la Zariski topos, es decir, dado como el topos de las Poleas en el Zariski sitio $CRing_{fp}^{op}$ de finitely presenta anillos con revestimientos dado por las particiones de la unidad.

Como una expresión algebraica aparejador con un conocido de la functor de puntos de VISTA que esto ya es un buen hecho, como esto básicamente significa que el esquema de la teoría es un directo consecuencia de la noción de un anillo local (esquemas pueden ser identificados con los manojos que pueden ser cubiertos por representables).

Pero esto no es donde termina la historia. Escribir $S[\text{Rings}]$ para la clasificación de los topos de la teoría de anillos. Un anillo de $R$ es equivalente a una forma geométrica de morfismos $\text{Sets} \rightarrow S[\text{Rings}]$ (eso es sólo cómo clasificar toposes se definen después de todo). También tenemos un geométrica de morfismos $S[\text{Local Rings}] \rightarrow S[\text{Rings}]$. Resulta que el topos de la teórica pullback a lo largo de esas dos geométrica de morfismos es sólo el topos de Poleas en $\text{Spec}(R)$. (Esto fue mencionado en este mathoverflow post por Peter Arndt) (EDIT: Como fue señalado por Simon Henry abajo, esto debe ser tomado con un grano de sal hasta que esté claro en qué sentido este retroceso es decir.)

$\require{AMScd}$ \begin{CD} Sh(Spec(R)) @>>> \text{Sets}\\ @V V V @VV V\\ S[\text{Local Rings}] @>>> S[\text{Rings}] \end{CD}

de ahí la construcción del espectro de un anillo de la siguiente manera directa a partir de la observación de las fibras de la geométrica de morfismos $S[\text{Local Rings}] \rightarrow S[\text{Rings}]$. El lema es "el espectro de un anillo universal es la forma de hacer el anillo en un anillo local" (el correspondiente anillo local está dada por la estructura de la gavilla, que es un anillo local interna a $Sh(Spec(R))$ e impartido por el geométrica de morfismos $Sh(Spec(R)) \rightarrow S[\text{Local Rings}]$).

Por otra parte, localmente anillado espacios como casos especiales de localmente anillado topoi son considerados por algunos autores como la noción de derecho a un "geométrica" de espacio - por ejemplo Jacob Lurie generaliza los conceptos básicos de la geometría de los más altos de la geometría usando localmente anillado espacios. Hay una natural noción de lo que significa ser localmente isomorfo a un determinado localmente anillado espacio y el concepto de suave múltiples, complejas analíticas colector y también el esquema de derivarse naturalmente de que. La categoría de localmente anillado topoi es simplemente el overcategory (o porción de la categoría) de $\text{Topos}$ sobre $S[\text{Local Rings}]$ - una bonita hecho es que esto automáticamente le da a la noción de derecho de un buen mapa entre suave colectores, holomorphic mapa entre el complejo de la analítica de los colectores, etc.

Algunas otras observaciones desde el lado constructivista de las matemáticas que se álgebra lineal constructiva de la configuración funciona mejor local de los anillos (como hay diferentes nociones de campo en la construcción de las matemáticas).

Así que venga a mi pregunta: ¿Qué está pasando aquí? Déjame ser específico: puedo comprender el concepto de un grupo como una descripción sintáctica de lo que queremos decir con las simetrías de un objeto - lo que es la esencia de un anillo local? ¿Qué parte de nuestra intuición humana de hacer que describen de forma natural?

Un pequeño comentario: No es una respuesta parcial a encontrarse en la siguiente: Un anillo local tiene una canónica de apartness relación $x \# y$ donde $x \# y$ fib $x-y$ es invertible. De hecho, un anillo de objeto en la categoría de conjuntos equipado con apartness relaciones es la misma cosa como un anillo local. Sin embargo, estoy todavía no satisfecho con esto.

20voto

MatteS Puntos 133

No estoy seguro de si esto constituye una respuesta completa, y un montón de que ya se ha dicho en alguna forma por HeinrichD en los comentarios. Porque tu pregunta es en última instancia, uno de filosofía, se centrará sobre todo en la historia y la filosofía (y un par de aplicaciones); no tanto de la categoría o de la lógica de las interpretaciones.

Historia. En el análisis funcional, la Gelfand representación muestra que localmente compacto Hausdorff espacios puede ser pensado como conmutativa la C*-álgebras (pero no del todo una equivalencia de categorías). A continuación, Grothendieck, se acercó y se invirtió esta filosofía: podemos tomar cualquier anillo conmutativo $R$, y definir un espacio de $X$ de manera tal que las funciones en $X$ son por definición dada por $R$.

La filosofía. Así que en mi opinión, la filosofía de anillos conmutativos es que se comportan como funciones en un espacio, con las operaciones sobre las funciones a las que estamos acostumbrados (en particular: la multiplicación y la adición).

Local anillos de agregar algo más a este perfil: una noción de fuga o nonvanishing en un punto de una función dada (dependiendo de si está o no en el ideal maximal). Tal vez deberíamos pensar acerca de esto a la luz de la Piedra–Weierstraß teorema: una 'buena', la noción de función debe ser capaz de separar los puntos, y para ello es necesario una noción de fuga en un punto. Tenga en cuenta que para un general de anillo, la declaración de $p(x) \neq p(y)$ no tiene sentido, porque la $p(x)$ e $p(y)$ tomar valores en los anillos de $\kappa(x)$ e $\kappa(y)$ respectivamente. Sin embargo, la declaración "$p$ se desvanece en $x$ e no $y$" tiene sentido.

Se puede hacer con menos? Sí, podemos. Por ejemplo, la sustitución de anillos conmutativos con punta monoids (el punto correspondiente a $0$ en un anillo) da otra teoría geométrica, por lo que algunas personas sugestivamente el uso de la palabra $\mathbb F_1$-esquemas.

En términos de la filosofía anterior, podemos acabar con la adición, pero mantenemos los conceptos de multiplicación y de forma idéntica a la desaparición de las funciones. Creo que es en este punto que nuestra intuición geométrica nos deja atrás, y quizás este es el punto de tu pregunta...

Una teoría general? Podría ser posible resumen de lo que las propiedades de los locales de los anillos nos dan los más de configuración general en el que uno puede hacer en la geometría algebraica. Pero no está claro a todos que no hay una respuesta a esta pregunta, por que depende mucho de cuáles son las propiedades que usted quiere que su teoría geométrica de satisfacer.

Tal vez la única manera para empezar a responder a esta pregunta es mediante el examen de los diferentes "generalizada algebraicas, geométricas' nociones que se han definido y utilizado, y de estudiar cuidadosamente sus propiedades. Hay muchos tipos diferentes de generalizaciones que usa la gente, y creo que un estudio sistemático no es ni posible ni deseable: depende mucho de la aplicación que se tiene en la mente.

Algunos de los ejemplos. Aquí están algunos generalizada/alteración de la noción de que la gente use:

  • adic espacios (esto incluye la rígida geometría analítica y perfectoid espacios): introducir una topología en anillo, y reemplazar local anillos mediante una adecuada valoración de los anillos.
  • como se mencionó anteriormente: $\mathbb F_1$esquemas: reemplace los anillos por punta monoids.
  • casi anillo de teoría: sustituir la categoría de los anillos por la categoría de casi anillos (interno monoids en la categoría de casi módulos, se obtiene como el cociente de la categoría de módulos por un Serre subcategoría).
  • no conmutativa la geometría algebraica: quitar la conmutatividad de la asunción.

Todos ellos (y muchos más) nociones están siendo utilizados por la gente para demostrar que las cosas que están formulados extrínsecamente (sin referencia a la recientemente desarrollada de la teoría). Estas teorías, todos comparten propiedades en común con la teoría de los esquemas, pero su comportamiento geométrico es muy diferente en cada momento, dependiendo de la aplicación deseada.

8voto

Death Puntos 1

Como ya se ha mencionado en los comentarios, local anillos se supone que resumen la idea de gérmenes de funciones. Uno puede hacer esto precisa de la siguiente manera.

Un anillo de gérmenes se define como un homomorphism $$\mathrm{ev}_p : R \to K$$ between commutative rings, interpreted as the evaluation of certain functions at some point $p$, de tal manera que las siguientes propiedades:

  • $K$ es un campo.

  • $\mathrm{ev}_p$ es surjective

  • Si $f \in R$ tiene la propiedad de que $\mathrm{ev}_p(f)$ es invertible, entonces $f$ es invertible.

Una de morfismos de anillos de los gérmenes es simplemente un diagrama conmutativo.

Es fácil ver que la categoría de anillos de los gérmenes es equivalente a la categoría de local de los anillos. Aquí, un anillo local se define como un anillo conmutativo que tiene exactamente un ideal maximal (es decir, el núcleo de $\mathrm{ev}_p$). Por lo tanto, la equivalencia a la de primer orden de la definición mencionada por Georg necesidades del axioma de elección. Creo que también podemos dar una definición de los anillos de los gérmenes, que es directamente equivalente local de los anillos en el primer orden de definición.

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