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English

方程式の本数がぴったり足りる……完全交叉環

正則局所環を正則列で割ってできる環が、完全交叉環です[1]

方程式の本数 が、落ちた次元とちょうど一致する。 本切るごとに ずつ落ち、余分な落ち方をしません。

正則局所環のすぐ隣にあるクラスで、特異点を持っていても扱いやすさが残る。

正則列

正則列であるとは、 の上で零因子でなく、 の上で零因子でないことをいいます[3]

割ったあとが にならないことも要求する[3]。全部消えてしまう列を数えないための条件です。

順番が効く場面があります[3] は正則列ですが、並べかえた は正則列になりません。

ネーター局所環なら順番を気にせずに済む[3]。正則列の並べかえは、また正則列になる。

正則列の長さは、割るたびに次元が ずつ落ちることに対応します。 本で割れば になる。

本数が余次元と一致する、という条件はここから来ています。

方程式の本数と余次元

幾何の言葉に直すと分かりやすくなる。余次元 の図形が、ちょうど 本の方程式で定義されるとき、その図形は完全交叉です[2]

本数が足りることは超曲面の重なりで保証される。問題は、余分な成分を出さずにぴったり切れるかどうか。

上の行では余次元 に対して方程式が 本で足ります。下の行は余次元 なのに 本要る。

この 本の差が、完全交叉かどうかの差になる。

ねじれ 3 次曲線

はみ出す側の代表例が、 の中のねじれ 次曲線です[2]。次元 、余次元 の滑らかな曲線になる。

それでも定義イデアルは 本では生成できません[2] 本の 次形式が要る。

局所的には 本で足ります[2]。どのアフィン切片でも 本の式で書けるので、局所完全交叉ではある。

次数を数えると外れる理由が見えます。 で次数 と次数 の曲面を交わらせると、出てくる曲線の次数は になる。

ねじれ 次曲線の次数は なので、、つまり しかありません。 は平面ですが、この曲線は平面に載らない。

大域と局所で答えが分かれるところが要点です。集合として正しく切れることと、イデアルまで一致することも別問題になる[2]

完備化を使った定義

環論の側では、完備化を通した定義が標準です[1]。ネーター局所環 の完備化 が、正則局所環を正則列で割った形に書けるとき、 を完全交叉と呼ぶ。

完備化を挟む理由は、正則局所環への埋め込みがいつでもあるとは限らないためです。完備な場合には表示が確保される。

内在的な言いかえもあります[1]。埋め込み次元が、次元と第一偏差の和に一致することと同値になる。

は関係式の最小本数を測る量です。関係式が余分に要るかどうかが、そのまま判定になる。

例: 超曲面

正則局所環を 本の元で割ると、いつでも完全交叉になる。長さ の正則列だからです。

がその例です[1]。次元は 、正則ではありませんが、完全交叉ではあります。

も同じ形。 の零因子ではないので、正則列として使える。

超曲面はすべてこの型に入ります。方程式が 本なので、本数と余次元が自動でそろう。

例: 2 本で切る

をとり、 と置きます。

は整域なので は零因子ではありません。 は既約なので、割った先 もまた整域になる。

そこで も零因子になりません。 本とも条件を満たすので、これは正則列です。

したがって は完全交叉環になる。次元は で、方程式の本数と落ちた分がそろっています。

整域とは限らない

正則局所環はつねに整域でした。完全交叉環では、その性質が落ちる。

には なのに という冪零元があります。被約ですらない。

割る元を正則列にとっても、割った先の整域性までは保証されません。保証されるのは、深さと次元のそろい方のほうです。

4 つのクラスの入れ子

ネーター局所環には、次の包含があります[1,4]

どの包含も真です[1,4]。外側へ行くほど条件がゆるみ、扱える環が増える。

いちばん外まで広げると、普遍連鎖的な環まで届きます[1,4]

境目にある環

包含が真であることは、境目の例で確かめられる。

は完全交叉ですが正則ではありません[1] つ目の境目にいます。

はゴレンシュタインですが完全交叉ではありません[1,4]。生成元 本に対して関係式が 本要るためです[4]

はコーエン・マコーレーですがゴレンシュタインではありません[4]。ソクルが の張る 次元になり、 次元という条件を満たしません[4]

深さと次元がそろう

コーエン・マコーレー環とは、深さがクルル次元に一致するネーター環のことです[5]。深さは、最長の正則列の長さで測る[5]

深さはつねに次元以下です[5]。等号が成り立つ場合を切り出した条件が、コーエン・マコーレー性です。

完全交叉環はこの条件を満たす[5]。正則局所環では深さと次元が一致し、正則列で割るとどちらも同じだけ落ちるためです。

ゴレンシュタイン環は、自分自身の上での単射次元が有限な局所環です[4]。次元 なら、 次元であることと同値になる[4]

局所化で保たれる

完全交叉環を素イデアルで局所化しても、完全交叉のままです[6]

証明は完備化の忠実平坦性で完備な場合に帰着し、そこで表示 を局所化する[6]。正則列は局所化しても正則列のまま残ります。

局所化で崩れないので、すべての局所環が完全交叉である環を考えられるようになる。

幾何での使い道

余次元と方程式の本数がそろっている図形は、次数や種数の計算が素直に進みます。コシュル複体が分解を与えるためです。

コーエン・マコーレー性も自動で付いてくる。次元の落ち方が予測どおりなので、切断や射影の議論が読みやすい。

完全交叉でない図形では、余分な生成元が計算に効いてきます。ねじれ 次曲線のように、見た目が滑らかでも代数の側で手間が増えることがある。

よくある誤り

方程式の本数が余次元と同じなら完全交叉、とは限りません。余分な成分が出ない切り方であることまで要ります。
局所完全交叉なら完全交叉、とはなりません。ねじれ 次曲線が反例です。
完全交叉なら正則、とは言えません。 は特異ですが完全交叉です。
ゴレンシュタインなら完全交叉、ともなりません。関係式が余分に要る例があります。
正則列は順番によらない、と考えると外します。ネーター局所環に限った性質です。
コーエン・マコーレーであれば深さを調べなくてよい、とはなりません。定義そのものが深さと次元の一致です。
集合として同じ図形を切り出せれば十分、とはなりません。イデアルまで一致するかどうかが別に問われます。

参考文献

Complete intersection ring(英語版 Wikipedia)
Complete intersection(英語版 Wikipedia)
Regular sequence(英語版 Wikipedia)
Gorenstein ring(英語版 Wikipedia)
Anneau de Cohen-Macaulay(フランス語版 Wikipedia)
Stacks Project, Lemma 23.8.6
正則局所環を正則列で割った形に書ける環が完全交叉環です。余次元と方程式の本数がそろう、という幾何の条件がそのまま代数の条件になる。正則列の定義と順序の効き方、超曲面が自動で当てはまる理由、完備化を使った定義と埋め込み次元による言いかえを追います。正則・完全交叉・ゴレンシュタイン・コーエン・マコーレーの入れ子、各境目にいる具体的な環、そしてねじれ 3 次曲線が外れる理由まで。