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Mostrar que en un esquema cuasi-compacto cada punto tiene un punto cerrado en su cierre

Vakil 5.1 E

Muestra que en un esquema cuasi-compacto cada punto tiene un punto cerrado en su cerradura

Solución: Sea $X$ un esquema cuasi-compacto de manera que tiene una cobertura finita por abiertos afines $U_i$.

Sea $z \in X$, y $\bar z$ su cerradura. Considera la subcolección (finita) de $\{U_i\}_{i=1}^N$ que intersecta a $\bar z$. Porque $U_1$ es simplemente el espectro de un anillo, podemos elegir un punto cerrado $z_1 \in \bar z \cap U_1$. Si $z_1$ también es cerrado en todos los demás $U_i$ que lo contienen, entonces hemos terminado, pero si no es cerrado en algún $U_i$ entonces no es cerrado en $X$. Sin embargo, en ese caso, podemos elegir otro $z_i \in \bar {z_1} \cap U_i$. Ciertamente, $z_i$ no está en $U_1$, porque si lo estuviera, entonces $z_1$ no habría sido un punto cerrado en $U_1$ en primer lugar.

Ahora procedemos de manera obvia hasta llegar a un punto $z_n$ que es cerrado en todos los abiertos afines que lo contienen. Observa que este procedimiento termina porque una vez que pasamos de $z_i$ a $z_{i+1}$ ya no podemos tener a $z_{i+1}$ contenido en algún abierto afín donde alguno de $z_{j\le i}$ fuera cerrado, porque si lo hiciéramos entonces $z_{i+1} \in \bar{z_j} \cap U_j = \{z_j\}$.

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equin Puntos 108

¿Quizás una respuesta más sencilla? Observa que es suficiente mostrar que cada subconjunto cerrado $Z$ de $X$ tiene un punto cerrado. Observa que un punto $p \in Z$ es cerrado en $Z$ si y solo si es cerrado en $X, por lo que basta con mostrar que $Z$ tiene un punto cerrado. Pero $Z$ también es un esquema quasicompacto, así que reducimos al caso de mostrar que un esquema quasicompacto $X$ tiene un punto cerrado. Para esto, digamos que $X = U_1 \cup \dots \cup U_n$ es una descomposición irredundante de $X$ como unión de abiertos afines. Entonces podemos elegir un punto $p \in U_1$ que es cerrado en $U_1$ y tal que $p \notin U_j$ para $j \neq 1$. Debido a que $p \in (U_2 \cup \dots \cup U_n)^c$, la clausura también está en $(U_2 \cup \dots \cup U_n)^c$. Luego es fácil comprobar que la clausura de $p$ en $X$ es $p.

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