En matemáticas , en particular en geometría algebraica , un morfismo plano f de un esquema X a un esquema Y es un morfismo tal que el mapa inducido en cada tallo es un mapa plano de anillos, es decir,
es un mapa plano para todo P en X. [ 1 ] Un mapa de anillosSe denomina plano si es un homomorfismo que convierte a B en un A -módulo plano . Un morfismo de esquemas se denomina fielmente plano si es sobreyectivo y plano. [ 2 ]
Dos intuiciones básicas con respecto a los morfismos planos son:
- La planitud es una propiedad genérica ; y
- El fallo de planitud se produce en el conjunto de salto del morfismo.
La primera de ellas proviene del álgebra conmutativa : sujeta a ciertas condiciones de finitud sobre f , se puede demostrar que existe un subesquema abierto no vacío.de Y , de tal manera que f restringido aes un morfismo plano ( planitud genérica ). Aquí, la 'restricción' se interpreta mediante el producto fibrado de esquemas , aplicado a f y al mapa de inclusión deen Y.
En segundo lugar, la idea es que los morfismos en geometría algebraica pueden presentar discontinuidades que se detectan mediante la planitud. Por ejemplo, la operación de soplado descendente en la geometría birracional de una superficie algebraica puede generar una única fibra de dimensión 1 cuando todas las demás tienen dimensión 0. Resulta (retrospectivamente) que la planitud en los morfismos está directamente relacionada con el control de este tipo de semicontinuidad o salto unilateral.
Los morfismos planos se utilizan para definir (más de una versión de) el topos plano y la cohomología plana de haces a partir de él. Esta es una teoría profunda y no ha resultado fácil de manejar. El concepto de morfismo étale (y por lo tanto la cohomología étale ) depende del concepto de morfismo plano: un morfismo étale es plano, de tipo finito y no ramificado .
Ejemplos/contraejemplos
Consideremos el morfismo de esquema afín
inducido a partir del morfismo de álgebras
Dado que la planitud de este morfismo es equivalente a la desaparición del grupo Tor [ 3 ]
Resolvemos los números complejos
y tensor por el módulo que representa nuestro esquema dando la secuencia de-módulos
Como t no es un divisor de cero , tenemos un núcleo trivial; por lo tanto, el grupo de homología se anula.
Planitud milagrosa
Otros ejemplos de morfismos planos se pueden encontrar utilizando la "planitud milagrosa" [ 4 ] que establece que si un morfismoSi entre un esquema de Cohen-Macaulay y un esquema regular existen fibras equidimensionales , entonces es plano. Ejemplos sencillos de esto son las fibraciones elípticas , los morfismos suaves y los morfismos a variedades estratificadas que satisfacen la condición de planitud milagrosa en cada uno de los estratos.
Esquemas de Hilbert
Los ejemplos universales de morfismos planos de esquemas vienen dados por los esquemas de Hilbert . Esto se debe a que los esquemas de Hilbert parametrizan clases universales de morfismos planos, y todo morfismo plano es el retroceso de algún esquema de Hilbert. Es decir, sies plano, existe un diagrama conmutativo
para el esquema de Hilbert de todos los morfismos planos a. Desdees plano, las fibrasTodos tienen el mismo polinomio de Hilbert., por lo tanto podríamos haber escrito de manera similarpara el esquema de Hilbert anterior.
No ejemplos
Explosión
Un tipo de contraejemplos lo constituyen los mapas de explosión .
Un ejemplo sencillo es la explosión de un punto en. Si tomamos el origen, esto viene dado por el morfismo
- envío
donde la fibra sobre un puntoes una copia de, es decir,
lo cual se deduce de
Si no fuera por, obtenemos el isomorfismo
La razón por la que esto no es plano se debe al lema de planitud de Miracle, que se puede comprobar localmente.
Resolución infinita
Un ejemplo sencillo que no es un morfismo plano esEsto se debe a que
es un complejo infinito, que podemos encontrar tomando una resolución plana de k ,
y tensorial la resolución con k , encontramos que
demostrando que el morfismo no puede ser plano. Otro ejemplo contrario a un morfismo plano es una explosión, ya que un morfismo plano necesariamente tiene fibras equidimensionales.
Propiedades de los morfismos planos
Dejarser un morfismo de esquemas. Para un morfismo, dejaryEl morfismo f es plano si y solo si para cada g , el retrocesoes un functor exacto de la categoría de cuasi-coherentes-módulos a la categoría de cuasi-coherentes-módulos. [ 5 ]
Asumiryson morfismos de esquemas y f es plano en x en X. Entonces g es plano ensi y solo si gf es plana en x . [ 6 ] En particular, si f es fielmente plana, entonces g es plana o fielmente plana si y solo si gf es plana o fielmente plana, respectivamente. [ 7 ]
Propiedades fundamentales
- La composición de dos morfismos planos es plana. [ 8 ]
- El producto fibrado de dos morfismos planos o fielmente planos es un morfismo plano o fielmente plano, respectivamente. [ 9 ]
- La planitud y la planitud fiel se conservan mediante el cambio de base: Si f es plana o fielmente plana y, luego el producto de fibraes plano o fielmente plano, respectivamente. [ 10 ]
- El conjunto de puntos donde un morfismo (localmente de presentación finita) es plano es abierto. [ 11 ]
- Si f es fielmente plana y de presentación finita, y si gf es de tipo finito o de presentación finita, entonces g es de tipo finito o de presentación finita, respectivamente. [ 12 ]
Suponeres un morfismo plano de esquemas.
- Si F es un haz cuasi-coherente de presentación finita en Y (en particular, si F es coherente), y si J es el aniquilador de F en Y , entonces, el retroceso del mapa de inclusión, es una inyección, y la imagen deenes el aniquilador deen X . [ 13 ]
- Si f es fielmente plana y si G es un cuasi-coherente-módulo, luego el mapa de retroceso en secciones globaleses inyectivo. [ 14 ]
Suponeres plano. Sean X e Y esquemas S , y seayque su base cambie por h .
- Sies cuasicompacto y dominante, entonces su base cambiaes cuasicompacto y dominante. [ 15 ]
- Si h es fielmente plano, entonces el mapa de retrocesoes inyectivo. [ 16 ]
- Asumires cuasicompacto y cuasiseparado . Sea Z la imagen cerrada de X , y seasea la inyección canónica. Entonces el subesquema cerrado determinado por el cambio de basees la imagen cerrada de. [ 17 ]
Propiedades topológicas
SiSi es plano, entonces posee todas las siguientes propiedades:
- Para cada punto x de X y cada generación y ′ de y = f ( x ) , existe una generación x ′ de x tal que y ′ = f ( x ′ ) . [ 18 ]
- Para cada punto x de X ,. [ 19 ]
- Para cada subconjunto cerrado irreducible Y ′ de Y , cada componente irreducible de f −1 ( Y ′ ) domina a Y ′ . [ 20 ]
- Si Z y Z ′ son dos subconjuntos cerrados irreducibles de Y con Z contenido en Z ′ , entonces para cada componente irreducible T de f −1 ( Z ), existe una componente irreducible T ′ de f −1 ( Z ′ ) que contiene a T . [ 21 ]
- Para cada componente irreducible T de X , la clausura de f ( T ) es una componente irreducible de Y . [ 22 ]
- Si Y es irreducible con punto genérico y , y si f −1 ( y ) es irreducible, entonces X es irreducible. [ 23 ]
- Si f también es cerrado, la imagen de cada componente conexa de X es una componente conexa de Y. [ 24 ]
- Para cada subconjunto proconstrucible Z de Y ,. [ 25 ]
Si f es plano y localmente de presentación finita, entonces f es universalmente abierto. [ 26 ] Sin embargo, si f es fielmente plano y cuasicompacto, no es cierto en general que f sea abierto, incluso si X e Y son noetherianos . [ 27 ] Además, no se cumple el recíproco de esta afirmación: si f es la aplicación canónica del esquema reducido X red a X , entonces f es un homeomorfismo universal , pero para X no reducido y noetheriano, f nunca es plano. [ 28 ]
Sies fielmente plano y casi compacto, entonces:
- La topología en Y es la topología cociente relativa a f . [ 29 ]
- Si Z es un subconjunto de Y , entonces Z es un subconjunto localmente cerrado pro-construcible de Y si y solo si f −1 ( Z ) es un subconjunto localmente cerrado pro-construcible de X. [ 30 ]
Si f es plana y localmente de presentación finita, entonces para cada una de las siguientes propiedades P , el conjunto de puntos donde f tiene P es abierto: [ 31 ]
- Condición de Serre S k (para cualquier k fijo ).
- Geométricamente regular.
- Geométricamente normal.
Si además f es propia, entonces lo mismo es cierto para cada una de las siguientes propiedades: [ 32 ]
- Reducido geométricamente.
- Geométricamente reducido y con k componentes geométricamente conectadas (para cualquier k fijo ).
- Geométricamente integral.
Planitud y dimensión
Supongamos que X e Y son localmente noetherianos, y sea.
- Dejarser un punto dey. Sies plano, entonces. [ 33 ] Por el contrario, si esta igualdad se cumple para todo x , X es Cohen-Macaulay , e Y es regular , y además f mapea puntos cerrados a puntos cerrados, entonces f es plana. [ 34 ]
- Si f es fielmente plana, entonces para cada subconjunto cerrado Z de Y , codim Y ( Z ) = codim X ( f −1 ( Z )) . [ 35 ]
- Supongamos que f es plana y F es un módulo cuasi-coherente sobre Y. Si F tiene dimensión proyectiva como máximo n , entoncestiene dimensión proyectiva como máximo n . [ 36 ]
Propiedades de descenso
- Supongamos que f es plana en x en X. Si X es reducida o normal en x , entonces Y es reducida o normal, respectivamente, en f ( x ). [ 37 ] Recíprocamente, si f también es de presentación finita y f⁻¹ ( y ) es reducida o normal, respectivamente, en x , entonces X es reducida o normal, respectivamente, en x . [ 38 ]
- En particular, si f es fielmente plana, entonces X reducida o normal implica que Y es reducida o normal, respectivamente. Si f es fielmente plana y de presentación finita, entonces todas las fibras de f reducidas o normales implican que X es reducida o normal, respectivamente.
- Si f es plana en x en X , y si X es integral o integralmente cerrada en x , entonces Y es integral o integralmente cerrada, respectivamente, en f ( x ). [ 39 ]
- Si f es fielmente plana, X es localmente integral y el espacio topológico de Y es localmente noetheriano, entonces Y es localmente integral. [ 40 ]
- Si f es fielmente plana y cuasicompacta, y si X es localmente noetheriana, entonces Y también es localmente noetheriana. [ 41 ]
- Supongamos que f es plana y que X e Y son localmente noetherianas. Si X es regular en x , entonces Y es regular en f ( x ). Recíprocamente, si Y es regular en f ( x ) y f⁻¹ ( f ( x )) es regular en x , entonces X es regular en x . [ 42 ]
- Supongamos que f es plana y que X e Y son localmente noetherianas. Si X es normal en x , entonces Y es normal en f ( x ). Recíprocamente, si Y es normal en f ( x ) y f⁻¹ ( f ( x )) es normal en x , entonces X es normal en x . [ 43 ]
Sea g : Y ′ → Y fielmente plana. Sea F un haz cuasi-coherente en Y , y sea F ′ el retroceso de F a Y ′ . Entonces F es plana sobre Y si y solo si F ′ es plana sobre Y ′ . [ 44 ]
Supongamos que f es fielmente plana y cuasicompacta. Sea G un haz cuasi-coherente en Y , y sea F su retroceso a X. Entonces F es de tipo finito, de presentación finita o localmente libre de rango n si y solo si G tiene la propiedad correspondiente. [ 45 ]
Supongamos que f : X → Y es un S- morfismo de S- esquemas. Sea g : S ′ → S fielmente plano y cuasicompacto, y sean X ′ , Y ′ , y f ′ los cambios de base por g . Entonces, para cada una de las siguientes propiedades P , si f ′ tiene P , entonces f tiene P . [ 46 ]
- Abierto.
- Cerrado.
- Cuasicompacto y un homeomorfismo sobre su imagen.
- Un homeomorfismo.
Además, para cada una de las siguientes propiedades P , f tiene P si y solo si f ′ tiene P. [ 47 ]
- Abierto universalmente.
- Cerrado universalmente.
- Un homeomorfismo universal.
- Casi compacto.
- Casi compacto y dominante.
- Cuasicompacto y universalmente bicontinuo.
- Apartado.
- Cuasi-separados.
- Localmente de tipo finito.
- Localmente de presentación finita.
- Tipo finito.
- Presentación finita.
- Adecuado.
- Un isomorfismo.
- Un monomorfismo .
- Una inmersión abierta.
- Una inmersión casi compacta.
- Una inmersión cerrada .
- Afín.
- Cuasi afín.
- Finito .
- Cuasifinito .
- Integral.
Es posible que f ′ sea un isomorfismo local sin que f sea siquiera una inmersión local. [ 48 ]
Si f es cuasicompacto y L es un haz invertible en X , entonces L es f- amplio o f -muy amplio si y solo si su retroceso L ′ es f′ - amplio o f′ - muy amplio, respectivamente. [ 49 ] Sin embargo, no es cierto que f sea proyectivo si y solo si f ′ es proyectivo. Ni siquiera es cierto que si f es propio y f ′ es proyectivo, entonces f es cuasiproyectivo, porque es posible tener un haz f′ - amplio en X ′ que no desciende a X. [ 50 ]
Véase también
- morfismo fpqc
- Divisor de Cartier efectivo relativo , un ejemplo de morfismo plano.
- Degeneración (geometría algebraica)
Notas
- ↑ EGA IV 2 , 2.1.1.
- ↑ EGA 0 I , 6.7.8.
- ↑ Sernesi, E. (2010). Deformaciones de esquemas algebraicos . Springer . págs. 269–279 .
- ↑ "Morfismos planos y planitud" .
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.1.3.
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 2.2.11(iv).
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 2.2.13(iii).
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 2.1.6.
- ↑ EGA IV 2 , Corolaire 2.1.7 y EGA IV 2 , Corolaire 2.2.13(ii).
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.1.4, y EGA IV 2 , Corolario 2.2.13(i).
- ↑ EGA IV 3 , Teorema 11.3.1.
- ↑ EGA IV 3 , Proposición 11.3.16.
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.1.11.
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 2.2.8.
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.3.7(i).
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 2.2.16.
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.3.2.
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.3.4(i).
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.3.4(ii).
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.3.4(iii).
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 2.3.5(i).
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 2.3.5(ii).
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 2.3.5(iii).
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.3.6(ii).
- ↑ EGA IV 2 , Teorema 2.3.10.
- ↑ EGA IV 2 , Teorema 2.4.6.
- ↑ EGA IV 2 , Observaciones 2.4.8(i).
- ^ EGA IV 2 , Comentarios 2.4.8(ii).
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 2.3.12.
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 2.3.14.
- ↑ EGA IV 3 , Teorema 12.1.6.
- ↑ EGA IV 3 , Teorema 12.2.4.
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 6.1.2.
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 6.1.5. Nótese que la suposición de regularidad sobre Y es importante aquí. La extensiónda un contraejemplo con X regular, Y normal, f sobreyectiva finita pero no plana.
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 6.1.4.
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 6.2.2.
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.1.13.
- ↑ EGA IV 3 , Proposición 11.3.13.
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.1.13.
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.1.14.
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.2.14.
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 6.5.2.
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 6.5.4.
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.5.1.
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.5.2.
- ↑ EGA IV 2 , Proposición 2.6.2.
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 2.6.4 y Proposición 2.7.1.
- ^ EGA IV 2 , Comentarios 2.7.3(iii).
- ↑ EGA IV 2 , Corolario 2.7.2.
- ^ EGA IV 2 , Comentarios 2.7.3(ii).
Referencias
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- Morfismos de esquemas