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¿Por qué la condición algebraica de planitud en las laminillas de estructura da una buena definición de familia?

Hartshorne señala que es un misterio por qué la condición algebraica de planitud en las estructuras de las láminas da una buena definición de familia (véase más adelante). ¿Se conoce alguna explicación esclarecedora que sirva para desentrañar este misterio? A continuación se presenta la motivación introductoria de Hartshorne a las familias planas que contiene dicha observación:

Por muchas razones es importante tener una buena noción de una algebraica de variedades o esquemas. La definición más ingenua sería simplemente tomar las fibras de un morfismo. Sin embargo, para tener una buena noción, deberíamos requerir que ciertos invariantes numéricos permanezcan constantes en una familia, como como la dimensión de las fibras. Resulta que si estamos tratando con no singulares (o incluso normales) sobre un campo, entonces la definición ingenua es una buena definición. Prueba de ello es el teorema (9.13) de que en tal familia familia, el género aritmético es constante.

Por otro lado, si tratamos con variedades no normales, o mor esquemas más generales, la definición ingenua no servirá. Así que consideraremos una familia plana de esquemas, es decir, las fibras de un morfismo plano, lo cual es una noción noción. ¿Por qué la condición algebraica de planitud en la estructura de láminas da una buena definición de familia es un misterio. Pero Pero al menos justificaremos esta elección mostrando que las familias planas tienen muchas buenas propiedades, y dando condiciones necesarias y suficientes para la en algunos casos especiales. En particular, demostraremos que una familia de subesquemas cerrados del espacio proyectivo (sobre un esquema integral) es plana si y sólo si los polinomios de Hilbert de las fibras son iguales. -- Hartshorne, Algebraic Geometry, 1977, III.9.5, p. 256

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JimmyJ Puntos 1443

He aquí una explicación elemental e intuitiva. La fibra de un mapa es localmente una producto tensorial : si $X=\text{Spec} S$ y $Y=\text{Spec} R$ y el mapa anular es $R \to S$ entonces la fibra en un punto $p \in Y$ es el Spec de $R_p/pR_p \otimes_R S$ .

La planitud es exactamente la condición que hace que los productos tensoriales se comporten como un sueño (casi por definición), preserva un montón de estructuras útiles. Muchos resultados algebraicos con consecuencias geométricas son como esto: sea $(P)$ ser una propiedad razonable y $f: R\to S$ un homomorfismo local plano. Entonces $S$ satisface $(P)$ sólo si $R$ y la fibra en el punto cerrado satisfacen $(P)$ (se denominan Problema de localización de Grothendieck ).

No soy historiador, pero sospecho que fue así como surgió la planitud: la gente quería que ciertas cosas bonitas fueran ciertas, y se vieron conducidos de forma natural a la planitud (véase el comentario de BCnrd más abajo para conocer la historia exacta).

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Nick Retallack Puntos 5994

También existe el siguiente punto de vista (probablemente no histórico) (es una versión de la respuesta de Hailong Dao). A saber, no hay que trabajar con familias planas en absoluto, así que si se quiere, se puede simplemente declarar que todos los morfismos son "familias". El problema con este enfoque es que se trata de una familia de objetos `derivados'. He aquí un ejemplo:

Sea $S$ sea un esquema, y sea $F$ sea una gavilla coherente sobre S. ¿Cuándo es una "familia" de sus fibras? Si es plana, sin duda merece llamarse familia de espacios vectoriales (un haz vectorial). Pero incluso si no es plana, se puede considerar una familia, pero ¿una familia de qué? Las fibras (derivadas) de $F$ ya no son espacios vectoriales, son complejos de espacios vectoriales (precisamente porque $F$ no es plana), por lo que podemos ver $F$ como una bonita familia de complejos de espacios vectoriales, aunque $F$ es una gavilla, no un complejo.

Resumiendo: por supuesto, olvidémonos de la planitud y declaremos que cualquier morfismo es una familia . . de algún tipo de objetos derivados. Si ahora queremos que los miembros de la familia sean objetos reales (esquemas, espacios vectoriales, láminas, o lo que sea que estemos intentando incluir en una familia), la planitud se ve forzada más o menos por definición.

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Chris Farmer Puntos 10681

Bayer y Mumford ofrecen una buena perspectiva computacional. ¿Qué se puede calcular en geometría algebraica? páginas 4,5.

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