局所化で何が見え、何が隠れるか、分母を許すという操作
局所化は、選んだ元を可逆にする操作です。分母に使ってよい元を増やす、と言い換えられます。
分母が増えると関数は増えます。同時に、その分母が になる点は見えなくなる。
見えるものと隠れるものが同時に決まります。以下では定義を整えてから、何が残り何が消えるかを例で追います。
定義
を可換環、 を乗法的集合とします。 で、積について閉じている集合のことです。
に次の同値関係を入れます[1]。
商集合を と書き、 の類を と記します。和と積は分数の計算と同じ形です。
を掛ける余地を残している点が要です。 に零因子が入っていると、この がないと推移律が壊れます。
例: が効く場面
、 としましょう。
と を比べます。 なので、 をとれば同値です。
つまり の中では になります。 で が可逆だからです。
軸の成分が丸ごと消えました。 という条件が、 軸を視界から外しています。
零因子を可逆にすると、こういうことが起きる。分母に何を許すかで、見える図形が変わります。
2 つの代表的な局所化
よく使う は 2 通りです。
とし、 と書きます。 が消えない開集合 の上の関数環にあたります[3]。
とし、 と書きます。 に対応する点の近くだけを見る操作です。
が素だから が積で閉じます。 なら が素の定義そのものです。
前者は開集合、後者は点の近傍。どちらも「一部だけを見る」操作になっています。
素イデアルの対応
局所化で素イデアルがどう変わるかを見ます[1]。
の素イデアルは、 と交わらない の素イデアルと 1 対 1 に対応します。
なら、 を含まない素イデアルだけが残ります。幾何では の点です。
なら、 に含まれる素イデアルだけが残ります。 より下の鎖しか生き延びません。
したがって です[2]。局所化すると、上向きの鎖が切り落とされます。
局所環になる理由
が局所環であることを確かめます。
が単元であることと、 であることが同値です。 なら が逆元になるためです。
単元でない元の全体は で、これはイデアルです。
単元でない元の全体がイデアルをなす環は局所環でした。したがって は局所環で、極大イデアルは です。
以外の素イデアルは、 に含まれるものだけが残り、すべて極大ではなくなります。1 点だけが特別扱いされる形です。
見える範囲を絵にする
がどこを見ているかを描きます。

白丸が の零点で、 から抜けています。残った青い部分の上で が定義されます。
抜いた点のぶんだけ、使える関数が増える。この交換が局所化の中身です。
点の近くへ寄る
での局所化を、拡大として動かします。
赤い点が局所化する場所です。寄るほど、ほかの点が枠から出ていきます。
環の側では、それらの点で消える関数が可逆になります。 でない値をとる関数として扱えるためです。
極限まで寄せた姿が茎です。 が構造層の茎になります[3]。
完全関手であること
局所化には、扱いやすさを支える性質があります[1]。
完全列を局所化すると、また完全列になります。核も像も余核も、局所化と交換します。
したがって は 上平坦加群です。テンソルしても完全性が崩れません。
計算面では、商と局所化を入れ替えてよいことになります。 が成り立つ。
準連接層の理論が回るのも、この性質のおかげです。開集合を絞る操作が、加群の側の局所化とぴったり対応します。
普遍性
局所化は普遍性で特徴づけられます[1]。
が の元をすべて単元へ送るなら、 がただ 1 つあって となります。ここで は自然な写像です。
「 を可逆にする最小の環」という言い方ができます。余計なものを足していません。
は単射とは限りません。 に零因子が入っていると、核が出てきます。さきほど が消えたのがその例です。
に が入ると は零環になります。 を可逆にすると全部つぶれるためです。
局所的な性質
多くの性質は、すべての局所化で確かめれば十分です[1]。
局所的でない性質もあります。整域であることは、局所化で確かめられません。
は整域ではありませんが、原点以外の点で局所化するとどれも整域になります。原点でだけ整域でない。
貼り合わせて元へ戻すときに、この差が出ます。局所で見えないものがある、という例です。
例: 次元がどう落ちるか
局所化による次元の変化を計算します。
、 とすると です。 次元から へ落ちます。
でとれば です。極大イデアルで局所化しても次元は落ちません。
では落ちないことが多い。 が空でなければ、 が既約の場合に成り立ちます。
開集合をとるか点をとるかで、結果が大きく変わります。前者は広さを保ち、後者は 1 点へ絞ります。
練習
を で局所化した環はどれと同型ですか。
- のまま
- 零環
よくある誤り
まとめます。
分母に何を許したか、それだけを追えば見える範囲が決まります。









x を可逆にすると、xy=0 の両辺に x−1 を掛けて y=0 が出ます。残るのは x とその逆元が生成する環で、k[x,x−1] です。図形の側では、y 軸の成分が D(x) から外れて消えたことにあたります。S に 0 は入っていないので、零環にはなりません。