Computer368461 views
いろは3013586 views
世界の国564972 views
中学英語812035 views
ヒストリア291310 views
中学理科1631220 views
高校物理160543 views
数学講師2890703 views
中学数学623977 views
英語614322 views
Help
Tools
NewsSpreadsheetCalendarBookkeepingMarkdown TablesLanguage Model NewsLinux CommandsSlidesTier ListPen ToolIllustrationCrayonWatercolorPixel ArtASCII ArtPerspectiveEndless StairsGraphMind MapER DiagramFamily TreeMemeCurved TextImage EditorMosaicRetro FilterPencil SketchSwirl EffectLine ArtOCR/HighlighterMakeup EditorFaviconVideo TrimmerScrolling VideoVideo TitleColor PickerColor ExtractorBonfireFireworksCherry BlossomWater RippleWater SplashBreaking GlassGlass TextureFabric TextureWood GrainMarble TextureBrick Wall TextureMetal TextureWashi Paper TextureCardboard TextureCSS ButtonIcon MakerBar ChartGrouped Bar ChartStacked Bar ChartPie ChartLine ChartArea ChartStacked Area ChartScatter Plot3D Bar Chart3D Pie ChartBar Chart RaceBubble ChartPopulation PyramidPictogramEarningsCandlestick ChartInvestment RiskMortgage SimulatorCalculatorMatrix CalculatorFunction GraphPolynomial ExpansionVenn DiagramField VisualizerRubik's Cube Group TheoryTraveling SalesmanVoronoi and DelaunayFractalUniversity Entrance Exam MathColumn ArithmeticDraw Math FiguresArithmetic AnimationArithmetic Word ProblemsCounting with Tree DiagramsCube NetsRolling DiceCross SectionsMotion PathMechanicsWavesUniversity Entrance Exam Physics解析力学Quantum MechanicsStatistical MechanicsRelativityCelestial MechanicsAstrophysicsCosmologyElectromagnetic WavesCapacitorsLight and LensesThermodynamicsHow Semiconductors WorkMolecular StructuresAtomic OrbitalsElectrochemical CellsChemical EquilibriumCrystal LatticesBuffer pHOrganic Reaction MapPeriodic TableComplex IonsDNA Double HelixCell DivisionMembrane ChannelsNerve ImpulseMuscle ContractionHormones and HomeostasisRock ClassificationWeatherConstellationsSolar and Lunar Eclipses3D ModelingFloor PlanSeismic StructuresIntersection TurnMaglevCooking AnimationOrigamiLive Viewer CountGeoJSON MapRailway MapPopulation MapCrime MapLand Price MapSchool MapShrine and Castle MapHouse of Representatives MapWord MapSolitaireReversiHakoiri MusumeChessHamburgerRippleSlide Puzzle MakerNeon PinballNovel MakerJapanese Typing PracticePiano Score EditorMusic TheoryShogi StrategyPiano Rhythm Game

English

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。

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。 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。

1 つの元で

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]

素イデアルの外で

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 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]

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。

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]

であることと、すべての極大イデアルで であることは同値。
が単射であることは、局所化で確かめられる。
平坦性は局所的な性質である。
正則性も局所的で、正則局所環の局所化はまた正則になる[4]

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

で局所化した環はどれと同型ですか。

  • のまま
  • 零環
__RESULT__

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

よくある誤り

まとめます。

がいつでも単射だと思う。零因子を可逆にすると核が出る。
同値関係の を落とす。整域でなければ推移律が壊れる。
局所化で次元が変わらないと思う。素イデアルでとると高さまで落ちる。
すべての性質が局所的だと思う。整域であることは局所化では確かめられない。
を同じ扱いにする。前者は開集合、後者は 1 点の近傍を見ている。
が入っても大丈夫だと思う。零環になってしまう。

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。

参考文献

Localization (commutative algebra)), Wikipedia (English).
Krull dimension, Wikipedia (English).
Coherent sheaf, Wikipedia (English).
Regular local ring, Wikipedia (English).
Scheme (mathematics)), Wikipedia (English).
分母に使ってよい元を増やすと関数は増え、その分母が 0 になる点は見えなくなります。同値関係に $t$ が要る理由を $k[x,y]/(xy)$ で確かめると、$x$ を可逆にした時点で $y$ 軸の成分が丸ごと消える。素イデアルの対応から $\dim R_{\mathfrak{p}}$ が高さに等しくなること、局所環になる理由、完全関手であること、普遍性を並べます。正則性は局所的で、整域であることは局所的でない。この差も扱います。