テンソルしてから完全性を判定する|忠実平坦性と降下
平坦な加群は完全列を完全列のまま運びます。忠実平坦な加群は、運んだ先が完全なら、もとも完全だったと言い切れます[2]。
運ぶだけか、判定にも使えるか。この差が忠実平坦性です。
検出する性質として定義する
が忠実平坦であるとは、-加群の複体 について、次が同値になることをいいます[2]。
片方の向きが平坦性です。もう片方の向きが加わって忠実平坦になります。
でない自由加群は忠実平坦です[3]。 なら で、成分ごとに完全性が見えます。
同値な言いかえ
が平坦のとき、忠実平坦であることは次のどれとも同値です[1]。
最後の条件がいちばん使いやすい。極大イデアルを 1 つずつ当てて、消えないかどうかを見るだけです[1]。
は の上のファイバーにあたります。どの点の上にも何か乗っているか、という条件になっている。
完全性を上へ運ぶ。ファイバーが空の点があってもよい
上の完全性から下の完全性が戻る。どの点の上にもファイバーが残る
例: は平坦だが忠実平坦でない
、 をとります。局所化なので平坦です。
ところが になります。 でない加群がつぶれた。
極大イデアル で見ると です。閉点の上のファイバーが空になっている。
の上で計算しても、ねじれの情報は何も見えません。判定には使えない、ということです。
環準同型としての忠実平坦
が忠実平坦とは、 が -加群として忠実平坦なこと。このとき次が成り立ちます[2]。
3 つ目が使いどころの多い形です。 へ広げたイデアルを へ引き戻すと、もとに戻る。
情報が失われないので、 の中で計算して の結論を出せます。
の全射性
平坦な環準同型については、忠実平坦であることと が全射であることが同値です[1]。
さらに、閉点がすべて像に入っていれば全射になります[1]。極大イデアルだけを確かめれば足りる。
で見ると、 は 1 点で、 の生成点にしか写りません。閉点が全部落ちています。

局所環どうしなら自動で忠実平坦
を局所環準同型とします。 という条件が付いている。
が 上平坦なら、これだけで忠実平坦になります。
理由は短い。 なので 。極大イデアルは しかないので、判定条件を満たします[1]。
局所環の完備化 がこの形です。平坦であることが分かれば、忠実平坦まで自動的に付いてきます。
平坦性は局所的な性質
が平坦であることは、すべての素イデアルで が 上平坦であることと同値です[4]。極大イデアルだけ見ても同じ[4]。
だから平坦性の判定は点ごとに落とせます。忠実平坦性のほうは、そこに「どの点も空でない」という大域の条件が乗る。
局所化 は平坦ですが、忠実平坦とは限りません。 が開集合にしかならないためです。
いっぽう が単位イデアルを生むとき、 は 上忠実平坦になります[2]。開被覆を全部集めれば覆い切れる。
局所化を 1 つとるだけでは足りず、被覆になるようにいくつか集めると忠実平坦になります。
幾何で「開被覆をとる」という操作が、代数では忠実平坦な拡大に対応します。
降下という使い方
忠実平坦な をとります。 上の加群に、貼り合わせの条件が付いたものを考える。
そういうデータから 上の加群が一意に復元できます[2]。これを忠実平坦降下といいます。
道具になるのが Amitsur 複体です[2]。、、 と並べた複体で、忠実平坦なら完全になります。
体の Galois 拡大に当てると、Galois 降下が出ます[2]。 が有限 Galois なら、 上の対象に Galois 作用を付けたものが 上の対象に対応する。
例:体の拡大と完備化
を体の拡大とします。 は 上の でない自由加群なので、忠実平坦です[3]。
だから 上の主張を 上で確かめる、という道が使えます。代数閉包まで広げてから議論する手法がこれです。
ネーター局所環の完備化 も忠実平坦です。 の中で計算して の結論を戻せます。
では冪級数が使えるので、もとの環より計算がしやすい。忠実平坦性がその結果を持ち帰る保証になります。
とします。次のうち忠実平坦な -加群はどれですか。
つまずきやすいところ
上へ運ぶだけでなく、下へ戻せる。この往復ができるから、広げた先で計算してよいことになります。











Z は忠実平坦で、Q は平坦です。平坦なものと忠実平坦なものの直和は忠実平坦になります。Q 単独では Z/n をつぶすので判定に使えず、Z/6Z はそもそも平坦ではありません。