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Frobenius geométrico frente a Frobenius aritmético

Si una variedad algebraica $X$ sobre un campo característico p viene dado por las ecuaciones $f_i(x_1,...,x_k) = 0$ podemos considerar la variedad $X^{(p)}$ obtenida aplicando potencias p-ésimas a todos los coeficientes de todas las $f_i$ 's. El morfismo de Frobenius, como yo lo entiendo, es un morfismo $X \to X^{(p)}$ , dado en puntos como elevar todas las coordenadas a la potencia p-ésima.

¿Puede alguien explicarme, por favor, qué es el Frobenius geométrico, en contraposición al aritmético?

EDIT: Gracias a Florian y George por las respuestas. Ahora entiendo la diferencia. Acepté la respuesta de Florian porque fue el primero y también porque encontré el último enlace http://www.math.mcgill.ca/goren/SeminarOnCohomology/Frobenius.pdf especialmente útil.

17voto

leora Puntos 5626

Brion & Kumar ["Frobenius splitting methods in geom. and rep. thy" Birkhauser 2005] llaman al endomorfismo absoluto de endomorfismo de Frobenius el mapeo $F_{abs}:X \to X$ que es la identidad en $X$ y con comorfismo dado cuando $X = \operatorname{Spec}(A)$ es afín por la regla $(f \mapsto F_{abs}^*(f) = f^p):A \to A$ .

No se trata de un morfismo "sobre $k$ "desde $F^*:A \to A$ es "semilineal" para el endomorfismo de Frobenius de $k$ (= automorfismo de Frobenius en el grupo de Galois de $k$ si $k$ es perfecto).

En Jantzen ["Representaciones de grupos algebraicos", 2ª edición] 9.1 y 9.2, describe el mapa absoluto de Frobenius - es "el mismo" que el descrito por B&K, excepto que el codominio se "retuerce" para hacer $F$ un morfismo sobre $k$ . Para $X = \operatorname{Spec}(A)$ esta tergiversación equivale a: $X^{(p)} = \operatorname{Spec}(A^{(p)})$ donde el $k$ -álgebra $A^{(p)}$ es $A$ como un anillo, sino un elemento $a \in k$ actúa sobre $A^{(p)}$ como $a^{p^{-1}}= a^{1/p}$ hace el $A$ .

Frobenii geométricos y aritméticos sólo tienen sentido (creo) cuando $X$ se "define sobre" un campo finito; aquí supondré que $X$ se define sobre $\mathbf{F}_p$ . E incluso voy a suponer $X$ surge por cambio de base a $k$ de la afinidad $k_0 = \mathbf{F}_p$ -esquema $X_0 = \operatorname{Spec}(A_0)$ (si no, ¡parche!).

Entonces $X = \operatorname{Spec}(A)$ donde $A = A_0 \otimes_{k_0} k$ . En Frobenius aritmético mapa en $X$ es el $k_0$ -morfismo $F_{arith}:X \to X$ cuyo comorfismo viene dado por $$(f \otimes a \mapsto f \otimes a^p):A = A_0 \otimes_{k_0} k \to A = A_0 \otimes_{k_0} k$$ para $f \in A_0$ y $a \in k$ .

Por lo tanto, el conjunto de $k_0$ -señala $X_0(k_0)$ es el conjunto de puntos de $X(k)$ fijado por el Frobenius aritmético $F_{arith}$ es decir, la acción de $F_{arith}$ en puntos sólo da el acción "habitual" del elemento de Frobenius del grupo de Galois sobre puntos racionales (aquí debo estar suponiendo $k$ ser perfecto...)

En Frobenius geométrico de $X$ es el $k$ -morfismo $F_{geom}:X \to X$ cuyo comorfismo viene dado por $$(f \otimes a \mapsto f^p \otimes a):A = A_0 \otimes_{k_0} k \to A = A_0 \otimes_{k_0} k.$$ Si eliges una incrustación $X \subset \mathbf{A}^N$ definido en $k_0$ entonces $F_{geom}$ se da en $k$ -en estas coordenadas mediante $$F_{geom}(x_1,\dots,x_N) = (x_1^p,\dots,x_N^p)$$ .

Los Frobenius aritmético y geométrico se definen (brevemente) en Jantzen ( loc. cit. ).

Tenga en cuenta que $F_{arith} \circ F_{geom} = F_{geom} \circ F_{arith}$ es el "Frobenius absoluto" de B&K mencionado anteriormente.

Véase también "Lectures on Etale Cohomology" de Milne 29.11 para una discusión que reconcilia los teóricos de los números con su acción del automorfismo de Frobenius $\phi=(x \mapsto x^p)$ en el grupo Tate $T_\ell E$ de una curva elíptica definida sobre $k_0$ y los geómetras algebraicos con su acción de $F_{geom}$ en $H^1(E,\mathbf{Z}_\ell)$ .

15voto

Pascal Immerzeel Puntos 36

Los Frobenius geométricos y aritméticos viven en un grupo de Galois, son diferentes del morfismo de Frobenius. El grupo de Galois de un campo finito de cardinalidad $q$ tiene un generador canónico $x \mapsto x^q$ es el elemento aritmético de Frobenius. Su inverso, es decir, $x \mapsto x^{1/q}$ es el elemento geométrico de Frobenius. El grupo de Galois de un campo local no arquimediano (es decir, una extensión finita de $\mathbb Q_p$ o $k((x))$ para un campo finito $k$ ) mapea de forma suryectiva al grupo de Galois de su campo residuo (un campo finito); un elemento en la imagen inversa de un Frobenius aritmético/geométrico se sigue llamando Frobenius aritmético/geométrico (pero ya no existe una elección canónica).

Por último, creo que la razón del término "geométrico" es que para una variedad $X/k$ ( $k$ un campo finito de cardinalidad $q$ ), tenemos un isomorfismo canónico $X^{(q)} \cong X$ por lo que el $q$ -poder morfismo de Frobenius da lugar a un mapa $F : X(\bar k) \to X(\bar k)$ . El grupo de Galois actúa sobre $X(\bar k)$ y la acción del elemento geométrico de Frobenius concuerda con $F$ .

EDIT: Oops, en $X(\bar k)$ la acción del morfismo de Frobenius concuerda con Frobenius aritmético, pero en la cohomología étale de $X_{\bar k}$ coincide con Frobenius geométrico. Déjame intentar encontrar una referencia...

Aquí tiene uno (véase p.89). El nombre del archivo parece indicar que son de Brian Conrad, pero no están en su página web, por lo que espero que no se oponga al enlace.

http://math.unice.fr/~dehon/CohEtale-09/Elencj_Etale/CONRAD%20Etale%20Cohomology.pdf

Creo haber oído que fue Deligne quien acuñó el término "elemento geométrico de Frobenius". La charla de Deligne sobre Bourbaki en 68/69 no parece darle un nombre. (Véase la traducción de Jay Pottharst en http://math.bu.edu/people/potthars/writings/deligne-l-adic.pdf en particular la proposición 4.8.) Deligne menciona SGA 5.XV. No tengo tiempo de comprobarlo más a fondo, supongo que tiene más que ver con el hecho que he mencionado pero no con la terminología.

http://www.msri.org/publications/books/sga/sga/5/SGA5-page-454.html

Por último, véase "Review of l-adic cohomology" de Katz en los volúmenes Motives.

http://books.google.at/books? id=v2CuklFFV5IC&pg=PA26&lpg=PA26&dq=%22geometric+frobenius+element%22&source=bl&ots=QUaysRdc3L&sig=4U_nC8QPWQjdg9RUi1- hHXt1Iec&hl=es&ei=WvstTLzbH8P38Aaj1q2fAw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=4&ved=0CBwQ6AEwAw#v=onepage&q=%22geometric%20frobenius%20element%22&f=false

(retroceda una página)

Actualización: Encontré algunas notas expositivas que no pude encontrar ayer. Al igual que las notas de Brian Conrad, explican por qué el Frobenius geométrico tiene la misma acción que el morfismo de Frobenius en la cohomología étale. (Aunque usan la terminología de morfismo de Frobenius aritmético/geométrico).

http://www.math.mcgill.ca/goren/SeminarOnCohomology/Frobenius.pdf

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