Кіріспе
Алгебралық кеңістіктер немесе схемалардың жалпылауы
Математикада алгебралық стек – модульдер теориясын зерттеу үшін негізгі болып табылатын алгебралық кеңістіктер немесе схемалардың кеңейтілген жалпылауы болып табылады. Көптеген модульдік кеңістіктер алгебралық стектерге тән әдістерді пайдалана отырып құрастырылады, мысалы, Артиннің өкілдік теоремасы, ол нүктеленген алгебралық қисықтардың модульдік кеңістігін және эллиптік қисықтардың модульдік стегін құру үшін қолданылады. Бастапқыда оларды Александр Гротендик модульдік кеңістіктердегі автоморфизмдерді қадағалау үшін енгізді, бұл техника осы модульдік кеңістіктерді олардың негізгі схемалары немесе алгебралық кеңістіктері тегіс болғандай қарастыруға мүмкіндік береді. Гротендик түсудің жалпы теориясын, ал Жиро стектердің жалпы теориясын жасағаннан кейін, алгебралық стектер ұғымын Майкл Артин анықтады.
In mathematics, an algebraic stack is a vast generalization of algebraic spaces, or schemes, which are foundational for studying moduli theory. Many moduli spaces are constructed using techniques specific to algebraic stacks, such as Artin's representability theorem, which is used to construct the moduli space of pointed algebraic curves and the moduli stack of elliptic curves. Originally, they were introduced by Alexander Grothendieck to keep track of automorphisms on moduli spaces, a technique which allows for treating these moduli spaces as if their underlying schemes or algebraic spaces are smooth. After Grothendieck developed the general theory of descent, and Giraud the general theory of stacks, the notion of algebraic stacks was defined by Michael Artin.
Мотивация
Алгебралық стектердің ынталандыратын мысалы – белгілі бір схемаға қарағанда топтық схеманы қарастыру. Мысалы, егер (бірліктің түбірлерінің топтық схемасы болса), онда проекциялық картасы , топтық әрекеті және көбейту картасы болса, схема берілгенде, топтық схема топтық схеманы құрайды (олардың сәйкес функторлары). Бұдан әрі, бұл құрылым кіші категориялардың 2-категориясы бойынша контрвариантты 2-функторды құрайды. Мұны Гротендик құрылымы арқылы талшықты категория ретінде қарастыруға болады. Гротендик топологиясы сияқты дұрыс техникалық шарттарды алу алгебралық стектердің анықтамасын береді. Мысалы, өріс үшін нүктелердің байланысты топтық схемасында, бастапқы объектіде автоморфизмдердің топтық схемасы бар. Дегенмен, тек стек емес, алгебралық стек алу үшін , үшін қосымша техникалық гипотезалар қажет.
fppf топологиясын пайдалану
Біріншіден, fppf топологиясы төмендеуге қатысты жақсы қасиеттері болғандықтан қолданылады. Мысалы, егер схемалар және fppf жабынына дейін нақтылануы мүмкін болса, және егер ол тегіс, жергілікті шекті типте немесе жергілікті шекті бейнелеуде болса, онда ол да осы қасиетке ие болады. Бұл ойды мақсат немесе морфизмнің бастапқы нүктесі бойынша жергілікті қасиеттерді қарастыру арқылы одан әрі кеңейтуге болады. Жабын үшін, егер және тек қана егерде бар болса, қасиет бастапқы нүктеде жергілікті деп айтамыз. Яғни, егер және тек қана егерде әрқайсысы болса, онда жабынның әрқайсысы да осы қасиетке ие болады. Мақсатта жергілікті деген ұғым да бар. Яғни, егер және тек қана егерде әрқайсысы болса, онда жабынның әрқайсысы да осы қасиетке ие болады. fppf топологиясы үшін, ену мақсатта жергілікті болып табылады. fppf топологиясы үшін бастапқы нүктеде жергілікті болатын алдыңғы қасиеттерге қоса, жалпы ашық болу да бастапқы нүктеде жергілікті болып табылады. Сонымен қатар, Noetherian және Jacobson қасиеттері fppf топологиясы үшін бастапқы нүкте мен мақсатта жергілікті болып табылады. Бұл fpqc топологиясында орын алмайды, сондықтан ол техникалық қасиеттері тұрғысынан "жақсырақ" емес. Бұл рас болғанымен, fpqc топологиясы бойынша алгебралық стектерді қолдану әлі де пайдалы, мысалы, хроматикалық гомотопия теориясында. Себебі, формалды топтық заңдардың модулі стегі fpqc алгебралық стек болып табылады, 40-бет.
Өңдеуге болатын диагональ
Анықтама бойынша, топтастырылған санаттардың 1-морфизмі алгебралық кеңістіктермен бейнеленеді, егер кез келген схемалардың fppf-морфизмі және кез келген 1-морфизм үшін, сәйкес келетін топтастырылған санат алгебралық кеңістік ретінде бейнелене алатын болса, яғни, сәйкес келетін жіктелген санатқа эквивалентті алгебралық кеңістік бар. Бұл техникалық шартты түсінуге көмектесетін диагональдың бейнеленуіне қатысты бірнеше эквивалентті шарттар бар, бірақ негізгі мотивациялардың бірі мынадай: схема және объектілер үшін, сәйкес келетін шоғыр алгебралық кеңістік ретінде бейнеленеді. Атап айтқанда, стектегі кез келген нүкте үшін тұрақтандырушы топ алгебралық кеңістік ретінде бейнеленеді. Диагональдың бейнеленуіне қатысты маңызды эквиваленттілік – алгебралық стектегі кез келген екі алгебралық кеңістіктің қиылысы алгебралық кеңістік болатын техникалық шарт. Талшықтық көбейтулерді пайдалана отырып қайта формулирленгенде, диагональдың бейнеленуі алгебралық кеңістік үшін бейнеленуге тең. Себебі, алгебралық кеңістіктерден берілген морфизмдер диагональдық картадан карталарға дейін кеңейтіледі. Алгебралық кеңістікте шоғырдың бейнеленуін қамтамасыз ететін алгебралық кеңістік үшін де ұқсас мәлімдеме бар. Ескеріңіз, диагональдың бейнеленуіне қатысты ұқсас шарт жоғары сатылы стектердің кейбір түрлері үшін де орындалады, онда талшықтық көбейтулер – стектердің стектері болып табылады.
2-Йонеда леммасы
Сырлы схеманың және талшықты санаттардың 1-морфизмінің болуы, талшықты санаттардың тегіс және серпінді морфизмдерін анықтауға байланысты. Мұнда – бейнеленетін функтордан алынған алгебралық стек, ол топтамалық формадағы талшықты категорияға дейін жаңартылған, онда категориялар тек тривиальды морфизмдерге ие. Бұл, мәселен, жиын категория ретінде қарастырылады, белгіленеді , онда нысандар морфизмдер ретінде қарастырылады, ал морфизмдер – сәйкестік морфизмдері. Сондықтан – бұл группалық формадағы 2-функтор. Бұл 2-функтордың бушақ екенін көрсету – 2-Йонеда леммасының мазмұны. Гротендик құрылысын қолдану арқылы, топтамалық формадағы талшықты категория анықталады, ол деп белгіленеді.
Группоидтерде талшықты санаттардың бейнеленетін морфизмдері
Бұл морфизмді тегіс немесе сюръективті деп айту үшін, біз бейнелене алатын морфизмдерді енгізуіміз керек. Егер берілген объекті және объекті үшін 2-талшықты көбейтіні схемамен бейнелене алса, онда группоидтарда талшықталған санаттардың морфизмі бейнелене алатын болады. Содан кейін, егер схемалардың сәйкес морфизмі тегіс және сюръективті болса, онда группоидтарда талшықталған санаттардың морфизмі тегіс және сюръективті деп айтуға болады.
Делинь-Мамфорд үйінділері
Алгебралық стектер, сондай-ақ Артин стектері деп аталады, олар анықтамасы бойынша тегіс сюръективті атласпен жабдықталған, мұнда атлас қандай да бір схемаға қатысты стек құрайды. Егер атлас эталь болса, онда ол Делинь-Мамфорд стегі деп аталады. Делинь-Мамфорд стектерінің кіші класы пайдалы, себебі ол қарастырылатын көптеген табиғи стектер үшін дұрыс жағдайды қамтамасыз етеді, мысалы, алгебралық қисықтардың модульді стегі сияқты. Сонымен қатар, олар Делинь-Мамфорд стектеріндегі нүктелермен бейнеленген объектілердің шексіз кіші автоморфизмдері болмайтындай қатаң. Бұл өте маңызды, өйткені шексіз кіші автоморфизмдер Артин стектерінің деформация теориясын зерттеуді қиындатады. Мысалы, рангілі векторлық бундельдердің модульді стегі, Артин стегінің деформация теориясында, ішінара Ли алгебрасымен бақыланатын шексіз кіші автоморфизмдерге ие. Бұл, әдетте, деформациялар мен кедергілердің шексіз тізбегіне алып келеді, бұл тұрақты бундельдердің модульдерін зерттеуге ынталандыратын факторлардың бірі. Тек сызықтық бундельдердің деформация теориясының ерекше жағдайында ғана деформация теориясы шешіледі, себебі оған байланысты Ли алгебрасы абельдік. Көптеген стектерді Делинь-Мамфорд стектері ретінде табиғи түрде бейнелеу мүмкін емес, өйткені ол тек шекті жамылғаларды немесе шекті жамылғалары бар алгебралық стектерді ғана қабылдайды. Әрбір эталь жамылғысы жазық және жергілікті түрде шекті ұсынылғандықтан, fppf топологиясымен анықталған алгебралық стектер осы теорияны қамтиды; алайда, бұл әлі де пайдалы, себебі табиғатта кездесетін көптеген стектер осы формада, мысалы, қисықтардың модульдері. Сондай-ақ, мұндай стектердің дифференциалдық-геометриялық аналогы орбифолдтар деп аталады. Эталь шарты схеманы оның торс топтоидтарына жіберген 2 функтордың эталь топологиясы бойынша стек ретінде бейнелене алатынын білдіреді, бірақ торстардың Пикард стегі (яғни, сызықтық бундельдер санаты) бейнеленбейді. Бұл формадағы стектер fppf топологиясы бойынша стектер ретінде бейнеленеді. Fppf топологиясын эталь топологиясымен салыстырудың тағы бір себебі – мінездемелік сандар бойынша Куммер тізбегі тек fppf қаптамаларының тізбегі ретінде ғана дәл, эталь қаптамаларының тізбегі ретінде емес.
Алгебралық стектерді басқа топологияларға қарағанда анықтау
Гротендик топологияларын пайдалану алгебралық стектердің басқаша теорияларын береді, олардың көпшілігі жеткілікті жалпылама емес немесе қаптама негізінен қаптаманың толық кеңістігіне қасиеттерді ауыстыру тұрғысынан дұрыс жұмыс істемейді. Үлкен топологиялардың жалпылану иерархиясы бар екенін еске түсіру пайдалы.
Құрылымдық қап
Алгебралық стектің құрылымдық шоғы - бұл әмбебап құрылымдық шоғынан сайтта тартылған объект. Бұл әмбебап құрылымдық шоқ ретінде анықталады, ал топтық фиброздық санаттағы байланысты құрылымдық шоқ ретінде былай анықталады: мұндағы Grothendieck топологияларының картасынан шығады. Атап айтқанда, бұл дегеніміз , сондықтан , демек, дұрыстығын тексеру үшін, оны схемадан шыққан топтық фиброздық санатпен салыстыруға болады, әртүрлі топологиялар үшін. Мысалы, егер топтық фиброздық санат схеманың үстінде болса, онда ашық ішкі схема үшін құрылымдық шоқ былай беріледі, сондықтан бұл анықтама схемадағы классикалық құрылымдық шоқты қалпына келтіреді. Сонымен қатар, бөлу стегі үшін бұл құрылымдық шоқ тек инвариантты қималарды береді, үшін .
Классификациялау жинақтары
Алгебралық топтарға арналған көптеген жіктеу стектері алгебралық стектер болып табылады. Шындығында, жазық және шекті түрде берілген схемадағы алгебралық топ кеңістігі үшін стек алгебралық болады – теорема 6.1.