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La definición de la cohomología de una gavilla abeliana

Así es como se define la cohomología de una gavilla abeliana en las Variedades Algebraicas de Kempf:

Recordemos que tenemos las secuencias exactas $0 \to \mathcal{F}\to D(\mathcal{F})\to D(\mathcal{F})/\mathcal{F} \to 0$

Podemos iterar esta construcción como sigue: Sea $C^0(\mathcal{F})=\mathcal{F}$ , $D^i(\mathcal{F})=D(C^i(\mathcal{F}))$ y $$0 \to C^{i}(\mathcal{F}) \to D^i(\mathcal{F}) \to C^{i+1}(\mathcal{F})\to0$$ sea la secuencia canónica del cociente. Juntando estas secuencias exactas cortas (¿cómo?) obtenemos una resolución

$$\mathcal{F} \to D^0(\mathcal{F}) \to D^1(\mathcal{F})\to \cdots$$ de $\mathcal{F}$ por el complejo $D^*(\mathcal{F})$ . Las gavillas son $D^{i}(\mathcal{F})$ son construcciones flácidas (¿por qué?) y la construcción es functorial en $\mathcal{F}$ . Obtenemos un complejo $\Gamma(X,D^*\mathcal{F})$ tomando secciones globales. El $i$ -grupo de homología de este complejo es el $i$ - grupo de cohomología $H^i(X,\mathcal{F})$ . Claramente, $H^i(X,-)$ es un functor aditivo. Tenemos un mapeo natural $\Gamma(X,\mathcal{F}) \to H^0(X,\mathcal{F})$ que se ve fácilmente que es un isomorfismo.

Mis preguntas:

1) ¿Cómo es $C^{i+1}(\mathcal{F})$ ¿se define? ¿Es lo mismo que $D^{i}(\mathcal{F})/C^i(\mathcal{F})$ ? Porque no lo veo desde la definición iterativa dada por Kempf y sólo estoy adivinando.

2) Un complejo es como una cadena de objetos y flechas $d_i$ tal que $d_{i+1} \circ d_i = 0$ . ¿Estoy en lo cierto?

3) ¿Por qué las gavillas son flácidas por construcción? ¿Qué hace la construcción es functorial en $\mathcal{F}$ ¿se refiere a este contexto?

4) ¿Por qué el último mapeo es un isomorfismo?

Por favor, perdóneme si mis preguntas son muy básicas. No tengo conocimientos de homología/teoría de la cohomología y creo que Kempf ha asumido que el lector ya sabe estas cosas porque no ha explicado estas cosas en absoluto.

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Kenny Wong Puntos 28

Pregunta 0: El mapa $$ \delta_i : D^{i}(\mathcal F) \to D^{i+1}(\mathcal F)$$ en la resolución se define como la composición del mapa suryectivo $D^{i}(\mathcal F) \to C^{i+1}(\mathcal F)$ con el mapa inyectivo $C^{i+1}(\mathcal F) \to D^{i+1}(\mathcal F)$ .

Es un ejercicio estándar en la búsqueda de diagramas para verificar que la resolución $$ 0 \to \mathcal F \to D^0(\mathcal F) \to D^1(\mathcal F) \to \dots$$ construido de esta manera es realmente exacto.

Pregunta 1: $C^{i+1}(\mathcal F)$ se define como $D^{i}(\mathcal F)/ C^i(\mathcal F)$ .

En realidad, esto está implícito en la breve secuencia exacta $$0 \to C^{i}(\mathcal{F}) \to D^i(\mathcal{F}) \to C^{i+1}(\mathcal{F})\to 0 ,$$ que te dice que $C^{i+1}(\mathcal {F})$ es el cokernel del mapa inyectivo $C^{i}(\mathcal{F}) \to D^i(\mathcal{F})$ la única manera de que esto sea posible es si $C^{i+1}(\mathcal F)$ es isomorfo al cociente $D^{i}(\mathcal F)/ C^i(\mathcal F)$ .

Pregunta 2: Sí, un complejo es una cadena de objetos de una categoría abeliana con flechas $d_i$ tal que $d_{i+1} \circ d_i = 0$ . Desde $$ D^0(\mathcal F) \to D^1(\mathcal F) \to D^2(\mathcal F) \to \dots$$ es una sucesión exacta de láminas, y como la función de secciones globales $\Gamma(X,-)$ es exacta a la izquierda, es un ejercicio estándar para verificar que $$\Gamma(X, D^0(\mathcal F)) \to \Gamma(X, D^1(\mathcal F)) \to \Gamma(X, D^2(\mathcal F)) \to \dots$$ es un complejo.

Pregunta 3a: Kempf sólo afirma que el $D^{i}(\mathcal F)$ 's son flácidos. Esto se desprende de la definición de $D^i(F)$ como la gavilla de secciones discontinuas de $\mathcal F$ que dice que para cualquier $U \subset X$ el grupo de secciones $D^i(\mathcal F)(U)$ es el conjunto de mapas $$D^i(\mathcal F)(U) = \left\{ s : U \to \prod_{p \in U} \mathcal F_p {\rm \ such \ that \ } s(p) \in \mathcal F_p {\rm \ for \ all \ } p \in U \right\}.$$ Para comprobar que $D^i(\mathcal F)$ es flácida, es necesario comprobar que para cualquier abierta $V \subset U$ el mapa de restricción $D^i(\mathcal F)(U) \to D^i(\mathcal F)(V)$ es sobreyectiva. No es muy difícil ver que esto es cierto.

Pregunta 3b: El hecho de que la construcción sea funtorial significa que si se tiene un morfismo de gavillas de grupos abelianos $\phi : \mathcal F \to \mathcal G$ , entonces puede encontrar mapas $$\phi_i : D^i(\mathcal F) \to D^i(\mathcal G)$$ tal que $$\delta^{\mathcal G}_i \circ \phi_i = \phi_{i + 1} \circ \delta^{\mathcal F}_i,$$ donde $\delta_i^{\mathcal F} : D^{i}(\mathcal F) \to D^{i+1}(\mathcal F)$ y $\delta_i^{\mathcal G} : D^{i}(\mathcal G) \to D^{i+1}(\mathcal G)$ son los mapas en las resoluciones de $\mathcal F$ y $\mathcal G$ .

Pregunta 4: El functor de secciones globales $\Gamma(X, - )$ es exacta a la izquierda. Por lo tanto, si se aplica $\Gamma(X, - )$ a la secuencia exacta $ 0 \to \mathcal F \to D^0(\mathcal F) \to D^1(\mathcal F) $ , se ve que $$ 0 \to \Gamma(X, \mathcal F) \to \Gamma(X, D^0(\mathcal F)) \to \Gamma(X, D^1(\mathcal F))$$ es exacta, por lo que $$ \Gamma(X, \mathcal F) \cong {\rm ker}\left(\Gamma(X, D^0(\mathcal F)) \to \Gamma(X, D^1(\mathcal F))\right) := H^0(X, \mathcal F)$$


Detalles adicionales:

(a) Para ver que la resolución de la pregunta 0 es exacta, elige un punto arbitrario $p \in X$ y considerar los mapas de los tallos. En primer lugar, observe que $${\rm im}(D^i(\mathcal F)_p \to D^{i+1}(\mathcal F)_p) = {\rm im}(C^{i+1}(\mathcal F)_p \to D^{i+1}(F)_p)$$ desde $D^i(\mathcal F)_p \to C^{i+1}(\mathcal F)_p$ es suryente.

También, $${\rm ker}(D^{i+1}(\mathcal F)_p \to D^{i+2}(\mathcal F)_p) = {\rm ker}(D^{i+1}(\mathcal F)_p \to C^{i+2}(F)_p)$$ desde $C^{i+2}(\mathcal F)_p \to D^{i+2}(F)_p$ es inyectiva.

De ello se desprende que $${\rm im}( D^i(\mathcal F)_p \to D^{i+1}(\mathcal F)_p) = {\rm ker}(D^{i+1}(\mathcal F)_p \to D^{i+2}(\mathcal F)_p)$$ desde ${\rm im}(C^{i+1}(\mathcal F)_p \to D^{i+1}(\mathcal F)_p)= {\rm ker}(D^{i+1}(\mathcal F)_p \to C^{i+2}(\mathcal F)_p)$ . Dado que el punto $p \in X$ era arbitraria, esto demuestra que la resolución es exacta.

(b) Para ver que se obtiene un complejo en la pregunta 2, utilice la exactitud de la izquierda de $\Gamma(X, - )$ para obtener secuencias exactas $$ 0 \to \Gamma(X, C^{i}(\mathcal F)) \to \Gamma(X, D^{i}(\mathcal F)) \to \Gamma(X, C^{i+1}(\mathcal F))$$

[Tenga en cuenta que el mapa final $\Gamma(X, D^{i}(\mathcal F)) \to \Gamma(X, C^{i+1}(\mathcal F))$ es no surjective!]

Entonces aplique un razonamiento similar al de la pregunta 0 para ver que $ {\rm im}(\Gamma(X, D^{i}(\mathcal F)) \to \Gamma(X, D^{i+1}(\mathcal F)))$ es un subgrupo de ${\rm ker}(\Gamma(X, D^{i+1}(\mathcal F)) \to \Gamma(X, D^{i+2}(\mathcal F)))$ .

[Aquí, $ {\rm im}(\Gamma(X, D^{i}(\mathcal F)) \to\Gamma(X, D^{i+1}(\mathcal F)))$ no es necesariamente igual a ${\rm ker}(\Gamma(X, D^{i+1}(\mathcal F)) \to \Gamma(X, D^{i+2}(\mathcal F)))$ porque el mapa $\Gamma(X, D^{i}(\mathcal F)) \to \Gamma(X, C^{i+1}(\mathcal F))$ no es subjetivo. Si fueran iguales, habríamos obtenido una secuencia exacta en lugar de un complejo].

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stressed-out Puntos 387

Creo que he encontrado las respuestas a mis preguntas. Por favor, verifique si son correctas.

1) Si fijamos $C^{i+1}(\mathcal{F})=D^i(\mathcal{F})/C^i(\mathcal{F})$ entonces funciona. Así que creo que eso es lo que el autor quería decir.

2) Parece que lo que he dicho está mal. Lo que he definido como un complejo era en realidad un complejo de co-cadena. Por eso la co-homología interviene en la definición. ¿Verdad?

3) $D(\mathcal{F})$ es siempre flojo para cualquier gavilla $F$ . ¿No es así? Functorial en este caso significa que $D(-)$ es un functor de la categoría de gavillas abelianas a la categoría de complejos de co-cadenas. ¿Es eso lo que significa?

4) La cohomología n-ésima de $\Gamma(X,D^*(\mathcal{F}))$ viene dada por $$H^n(X,F)=\frac{\mathrm{ker}\hspace{2px}{d_{n}}}{\mathrm{Im}\hspace{2px}{d_{n-1}}}$$ donde $d_n$ es el mapa entre $\Gamma(X,D^n(\mathcal{F}))$ y $\Gamma(X,D^{n+1}(\mathcal{F}))$ . ¿Verdad? Por lo tanto, ya que $\mathrm{Im}\hspace{2px}d_{-1} = 0$ , $H^0(X,F)=\mathrm{ker}\hspace{2px}{d_{0}}=\Gamma(X,D^{0}(\mathcal{F}))$

Creo que hay un problema con la notación de Kempf. El primer índice de la co-cadena que ha introducido es $\mathcal{F}$ y no está de acuerdo con $D^0(\mathcal{F})$ . ¿Está de acuerdo?

Además, sobre la parte que dice que podemos juntar esas secuencias cortas exactas, creo que se hace muy trivialmente pegándolas. ¿Verdad?

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