Кіріспе

Алгебралық геометрияда, алгебралық жабық k өрістегі проекциялық алуантүрлілік – k үстіндегі проекциялық n кеңістігінің ішкі жиыны, ол k коэффициенттері бар n + 1 айнымалының гомогенді полиномдарының шекті жиынтығының нөлдік жиыны болып табылады, бұл жиынтық анықтамалық идеалды тудырады, яғни алуантүрліліктің анықтамалық идеалы. Балама түрінде, алгебралық алуантүрлілік проективті болып есептеледі, егер оны Зариски жабық ішкі алуантүрлілігі ретінде ендіруге болады. Проективті алуантүрлілік, егер оның өлшемі бірге тең болса, проективті қисық; егер өлшемі екіге тең болса, проективті бет; ал егер оның өлшемі құрамдас проективті кеңістіктің өлшемінен бірге кем болса, проективті гипербет болып табылады. Соңғы жағдайда, ол бір гомогенді полиномның нөлдер жиыны болып табылады. Егер X – біртекті жайқы идеал I арқылы анықталған проективті алуантүрлілік болса, онда бөлімдік сақина X-тің біртекті координаталық сақинасы деп аталады. X-тің дәрежесі және өлшемі сияқты негізгі инварианттары осы сыныпталған сақинаның Гильберт полиномынан оқылады. Проективті алуантүрліліктер көптеген жолдармен туындайды. Олар толық, яғни "жетіспейтін" нүктелер жоқ. Жалпы жағдайда керісінше дұрыс емес, бірақ Чоу леммасы осы екі ұғымның тығыз байланысын сипаттайды. Алуантүрліліктің проективті екенін көрсету үшін X-тегі түзу бундельдерін немесе бөлгіштерді зерттеу қажет. Проективті алуантүрліліктердің ерекше ерекшелігі – бушақ когомологиясының шектілігі. Тегіс проективті алуантүрліліктер үшін Серр дуалдығы Поанкаре дуалдығының аналогы ретінде қарастырылады. Бұл сондай-ақ проективті қисықтар үшін Риман-Рох теоремасына, яғни 1 өлшемді проективті алуантүрліліктерге алып келеді. Проективті қисықтар теориясы өте бай, оның ішінде қисықтың туысы бойынша жіктелуі бар. Жоғары өлшемді проективті алуантүрліліктерді жіктеу бағдарламасы табиғи түрде проективті алуантүрліліктердің модульдерін құруға әкеледі. Гильберт схемалары Гильберт полиномымен берілген жабық ішкі схемаларды параметризациялайды. Грасманн схемалары ерекше жағдай болып табылатын Гильберт схемалары өздері де схемалар болып табылады. Геометриялық инвариант теориясы басқа тәсіл ұсынады. Классикалық тәсілдерге Тейхмюллер кеңістігі және Чоу алуантүрліліктері жатады. Күрделі проективті алуантүрліліктер үшін, яғни X-ті анықтайтын полиномдардың күрделі коэффициенттері болған кезде, классикалық теорияға дейінгі өте бай теория қол жетімді. Жалпы алғанда, GAGA принципі проективті күрделі аналитикалық кеңістіктердің (немесе көпүрліліктердің) геометриясы проективті күрделі алуантүрліліктердің геометриясына эквивалентті екенін айтады. Мысалы, X-тегі голоморфты векторлық бундельдер теориясы (жалпы алғанда, когерентті аналитикалық бундельдер) алгебралық векторлық бундельдер теориясымен сәйкес келеді. Чоу теоремасы проективті кеңістіктің ішкі жиыны голоморфты функциялардың жиынтығының нөлдік жиыны болып табылады, егер және тек егер ол гомогенді полиномдардың нөлдік жиыны болса. Күрделі проективті алуантүрліліктер үшін аналитикалық және алгебралық әдістердің үйлесімі Ходж теориясы сияқты салаларға алып келеді.

Толық сорттарға қатынасы

Анықтама бойынша, әртүрлілік толық болады, егер ол k-ден артық болса. Қасиеттіліктің бағалау критерийі дұрыс әртүрлілікте "жоғалған" нүктелер жоқ деген түсінікті білдіреді. Толық және проективті сорттар арасында тығыз байланыс бар: бір жағынан, проективті кеңістік, демек кез келген проективті сорт толық. Жалпы, керісінше дұрыс емес. Алайда:

С тегіс қисығы тек қана толық болса, проективті болады. Бұл C-ді k(C)/k функциялық өрісінің дискретті бағалау сақиналары жиынымен сәйкестендіру арқылы дәлелденеді. Бұл жиын Зариски–Риман кеңістігі деп аталатын Зарискидің табиғи топологиясына ие. Чуа леммасы кез келген толық X сорты үшін проективті Z сорты және Z → X бирационалдық морфизмнің бар екенін көрсетеді. (Сонымен қатар, нормализация арқылы бұл проективті сорттың қалыпты екенін қарастыруға болады.) Проективті сорттың кейбір қасиеттері толықтығынан туындайды. Мысалы,

кез келген проективті X сорты үшін k-ден. Бұл факт Лиувилль теоремасының алгебралық аналогы болып табылады (байланысты, компактты кешенді көптүрліліктегі кез келген голоморфтық функция тұрақты). Шындығында, күрделі проективті сорттардағы күрделі аналитикалық геометрия мен алгебралық геометрия арасындағы ұқсастық одан да жоғары, төменде түсіндірілгендей. Квазипроективті сорттар, анықтама бойынша, проективті сорттардың ашық ішкі сорттары болып табылады. Бұл сорттар класына аффинді сорттар кіреді. Аффинді сорттар көбінесе толық (немесе проективті) болмайды. Шын мәнінде, аффинді сорттың проективті ішкі сортының өлшемі нөл болуы керек. Өйткені тек тұрақтылар ғана проективті сорттағы жайылған тұрақты функциялар болып табылады.

Мысалдар және негізгі инварианттар

Анықтама бойынша, полиномдық сақинадағы кез келген гомогендік идеал проекциялық схеманы тудырады (түрлілікті алу үшін оның жай идеал болуы керек). Осыған байланысты, проективті сорттардың көптеген мысалдары бар. Төмендегі тізімде ерекше зерттелгендіктен назар аударуға лайық проективті сорттардың әр түрлі кластары келтірілген. Күрделі проективті сорттардың маңызды класы, яғни жағдай , әрі қарай төменде талқыланады. Екі проективті кеңістіктің көбейтіндісі проективті болады. Шындығында, нақты енгізу (Сегре енгізуі деп аталады) бар. Салдарынан, k-дағы проективті сорттардың көбейтіндісі де проективті болады. Плюкер енгізуі Грассмандықтанды проективті сорт ретінде көрсетеді. Жоғарғы үшбұрышты матрицалардың кіші тобына қатысты жалпы сызықтық топтың бөліндісі сияқты жалауша сорттары да проективті, бұл алгебралық топтар теориясындағы маңызды факт.

Секциялардың сақинасы

X проективті түрлік, ал L оның үстіндегі сызық бумасы болсын. Онда келесі градуирленген сақина

L-дің қималар сақинасы деп аталады. Егер L кең болса, онда осы сақинаның Proj-і X-ке тең болады. Сонымен қатар, егер X қалыпты және L өте кең болса, онда L-мен анықталатын X-тің біртекті координаттық сақинасының интегралды жабылуы болады; яғни, L-ге кері тартылады. Қолданбалар үшін сызық бундеттерін ғана емес, бөлгіштерді (немесе бөлгіштерді) де қарастыру пайдалы; X қалыпты деп есептегенде, алынған сақина жалпыланған қималар сақинасы деп аталады. Егер X-тің каноникалық бөлгіші болса, онда жалпыланған қималар сақинасы X-тің каноникалық сақинасы деп аталады. Егер каноникалық сақина шекті түрде туындаса, онда сақинаның Proj-і X-тің каноникалық моделі деп аталады. Каноникалық сақина немесе модель X-тің Кодайра өлшемін анықтау үшін қолданылуы мүмкін.

Жобалау қисықтары

Бір өлшемді проекциялық схемалар проекциялық қисықтар деп аталады. Проекциялық қисықтар теориясының көп бөлігі тегіс проекциялық қисықтарға арналған, себебі қисықтардың сингулярлықтарын қалыпқа келтіру арқылы шешуге болады, бұл тұрақты функциялар сақинасының интегралды жабылуын жергілікті түрде алудан тұрады. Тегіс проекциялық қисықтар, егер және тек қана олардың функциялық өрістері изоморфты болса, изоморфты болады. Шешімді кеңейтімдерді немесе теңдес тегіс проекциялық қисықтарды зерттеу алгебралық сандар теориясының маңызды саласы болып табылады. Бір туысқан тегіс проекциялық қисық эллиптік қисық деп аталады. Риман-Рох теоремасының салдары ретінде, мұндай қисықты жабық субвариант ретінде енгізуге болады. Жалпы алғанда, кез келген (тегіс) проекциялық қисықты енгізуге болады (дәлелдеу үшін Secant variety#Examples қараңыз). Керісінше, үшінші дәрежелі кез келген тегіс жабық қисық туысқан формуласы бойынша бір туысқа ие және осылайша эллиптік қисық болып табылады. Екі дәрежелі шекті морфизм болған жағдайда, екіден үлкен немесе оған тең туысқан тегіс толық қисық гиперэллиптикалық қисық деп аталады.

Жобалы гиперүстіңектер

Кез келген азайтылмайтын, кодименсиясы бірге тең жабық жиын гипербет болып табылады; яғни, кейбір гомогенді азайтылмайтын полиномның нөлдік жиынтығы.

Абель сорттары

Проективті түрлілік X-тың тағы бір маңызды инварианты - X-тың Пикард тобы, X-тағы түзу шоғырлардың изоморфизм кластарының жиынтығы. Ол изоморфты және демек, ішкі ұғым (енгізуге тәуелсіз). Мысалы, Пикард тобы градус шешу арқылы изоморфты. -тың ядросы ғана емес абстрактілі абельдік топ, сонымен қатар X-тың Якобтық түрлілігі деп аталатын түрлілігі бар, Jac(X), оның нүктелері осы топқа тең. (Жақсы) қисықтың Якобианы қисықты зерттеуде маңызды рөл атқарады. Мысалы, эллиптік қисық E-нің Якобианы - E-нің өзі. g туысы бар X қисығы үшін Jac(X) өлшемі g-ға тең. Якобиан сияқты толық және топтық құрылымы бар түрліліктер Нильс Абельдің құрметіне абельдік түрліліктер деп аталады. Аффиндік алгебралық топтарға, мысалы , қарағанда айқын контраст, мұндай топтар әрқашан коммутативті, сондықтан олардың аты осылай. Сонымен қатар, олар кең шоғырды қабылдайды және демек, проективті болады. Екінші жағынан, Абель схемасы проективті болмауы мүмкін. Абельдік түрліліктерге эллиптік қисықтар, Якоб түрліліктері және K3 беттері жатады.

Тік, шырышты сорттары

X – барлық иррационалды компоненттерінің өлшемі n-ге тең болатын тегіс проективті алгебралық түрлілік болсын. Мұндай жағдайда, жоғары дәрежелі Кэлер дифференциалдарының (яғни алгебралық n-формалардың) шоғы ретінде анықталған каноникалық шоғы ωX – түзуліктік бумбл болады.

Риманның Рох теоремасы

(Тұйық проективті) қисық X үшін, өлшемдік себептерге байланысты H2 және одан жоғары өлшемдер жоғалады, ал құрылымдық шошаның жаһандық қималарының кеңістігі бір өлшемді болады. Осылайша, X қисығының арифметикалық роды – H0(X, ωX) кеңістігінің өлшемімен анықталады. Геометриялық роды – H0(X, ωX) кеңістігінің өлшемі болып табылады. Серре дуалдығы арифметикалық және геометриялық родардың сәйкес келетінін көрсетеді. Олар жай ғана X қисығының роды деп аталады.

Серре дуалдығы – Риманн-Рох теоремасын дәлелдеудің маңызды құралы болып табылады. X тегіс болғандықтан, (Вейль) бөлгіштері тобынан (модульдік) негізгі бөлгіштері тобына изоморфизм бар. ωX-ке сәйкес бөлгіш канондық бөлгіш деп аталады және K арқылы белгіленеді. Егер l(D) – D бөлгішінің өлшемі болса, онда Риманн-Рох теоремасы былай тұжырымдалады: егер g – X қисығының роды болса, кез келген D бөлгіші үшін X-те:

Серре дуалдығы бойынша, бұл келесідей:

мұны оңай дәлелдеуге болады. Риманн-Рох теоремасының жоғары өлшемдерге жалпыламасы – Хирцебрух-Риманн-Рох теоремасы, сондай-ақ Гротендик-Риманн-Рох теоремасы.

Гилберт схемалары

Хилберт схемалары проективті схеманың барлық жабық субварианттарын параметрлейді, яғни Хилберт схемасының нүктелері (функционалдық мағынада) Х схемасының жабық субсхемаларына сәйкес келеді. Осылайша, Хилберт схемасы модульдік кеңістіктің мысалы болып табылады, яғни оның нүктелері басқа геометриялық объектілерді параметрлейтін геометриялық объект. Нақтырақ айтқанда, Хилберт схемасы Хилберт полиномы белгілі бір көпмүшеге тең жабық субварианттарды параметрлейді. Гротендиктің терең теоремасы бойынша, k-дан астам схема бар, сондықтан кез келген k-схемасы T үшін биекция бар.

Бұл сәйкестік картасына сәйкес келетін жабық субсхема әмбебап отбасы деп аталады. Егер схемасы үшін, онда бұл r жазықтықтағы Грассман схемасы деп аталады, ал егер X проективті схема болса, онда бұл X схемасындағы r жазықтықтағы Фано схемасы деп аталады.

Күрделі проективті сорттар

Бұл бөлімде барлық алгебралық сорттар кешенді алгебралық сорттар болып табылады. Кешенді проективті сорттар теориясының маңызды ерекшелігі – алгебралық және аналитикалық әдістердің үйлесімі. Бұл теориялар арасындағы байланыс келесі арқылы қамтамасыз етіледі: кез келген кешенді полином сонымен қатар голоморфтық функция болғандықтан, кез келген кешенді сорт X кешенді аналитикалық кеңістік тудырады, белгіленеді . Сонымен қатар, X-тің геометриялық қасиеттері -тің қасиеттерінде көрінеді. Мысалы, соңғысы кешенді жіккіш болса және тек қана X тегіс болса; ол тығыз болса және тек қана X проекциялық кеңістік үстінен дұрыс болса ғана.

ГАГА және Чоу теоремасы

Чоу теоремасы аналитикалық геометриядан алгебралық геометрияға өтудің таңғажайып жолын ұсынады. Ол комплекс проективті кеңістіктің кез келген аналитикалық субварианты алгебралық екенін көрсетеді. Теореманы белгілі бір өсу шартын қанағаттандыратын голоморфтық функцияның міндетті түрде алгебралық екендігін айту ретінде түсіндіруге болады: «проективті» осы өсу шартын қамтамасыз етеді. Теоремадан мынаны қорытуға болады: Комплекс проективті кеңістіктегі мероморфтық функциялар рационалды. Егер алгебралық сорттар арасындағы алгебралық бейнелеу аналитикалық изоморфизм болса, онда ол (алгебралық) изоморфизм болады. (Бұл бөлім күрделі анализдегі негізгі факті болып табылады.) Атап айтқанда, Чоу теоремасы проективті сорттар арасындағы голоморфтық бейнелеу алгебралық екенін білдіреді. (мұндай бейнелеудің графигін қарастырыңыз.) Проективті сорттағы кез келген голоморфтық векторлық шоғыр бірегей алгебралық векторлық шоғырмен индукцияланады. Проективті сорттағы кез келген голоморфтық түзу шоғыр – бөлгіштің түзу шоғыры. Чоу теоремасын Серренің GAGA принципі арқылы көрсетуге болады. Оның негізгі теоремасы мынадай:

Х проективті схема болсын. Онда Х-тегі когерентті қаптамаларды сәйкес келетін комплекс аналитикалық кеңістіктегі Xan когерентті қаптамаларымен байланыстыратын функтор категориялардың эквиваленттілігі болып табылады. Сонымен қатар, барлық i және Х-тегі барлық когерентті қаптамалар үшін табиғи бейнелеулер изоморфизмдер болып табылады.

Күрделі тори және күрделі абельдік сорттар

Абельдік түрге байланысты күрделі көптік А – компактты күрделі Лай тобы болып табылады. Олардың мынадай формада болатыны көрсетілген және оларды күрделі тори деп те атайды. Мұнда g – тордың өлшемі, ал L – тор (периодтық тор деп те аталады). Жоғарыда айтылған біркелкілік теоремасына сәйкес, 1 өлшемді кез келген тор 1 өлшемді абельдік түрден, яғни эллиптік қисықтан туындайды. Шындығында, L-ге байланысты Вейерштрасс эллиптік функциясы белгілі бір дифференциалдық теңдемені қанағаттандырады және салдарынан жабық ендіруді анықтайды:

p-адық аналогы бар, p-адық біркелкілік теоремасы. Жоғары өлшемдер үшін күрделі абельдік сорттар мен күрделі тори ұғымдары өзгеше: абельдік сорттардан тек поляризацияланған күрделі торилер ғана шығады.