Rees 環と随伴次数付き環〜イデアルの冪から接錐と爆発へ
、 とします。 は 次の同次式が並ぶ空間で、次元は です。
段ごとに集めて足し合わせると、もとの がそのまま戻ってくる。イデアルの冪を次数に組み替える、という操作をしている。
この組み替えを 2 通りの環にまとめたものが、Rees 環と随伴次数付き環です。
イデアルの冪を並べる
を可換環、 をイデアルとします。冪をとると、下がっていく列ができる。
が成り立ち、この列は 進フィルトレーションと呼ばれます[1]。
包含だけを見ていると、どこまで下がるかしか分かりません。段と段の差を取り出すか、段を全部横に並べるか。方向が 2 つある。
Rees 環
段を横に並べるほうが Rees 環です。変数 を用意して、 段目に をかけて区別する。
次の成分が になる次数付き環。 の冪を見れば、何段目かが分かる。
と生成されているなら、 と書けます[1]。 に 個の元を添加しただけの環になる。
ネーター性はヒルベルトの基底定理から
がネーター環なら もネーター環です[1]。証明は短い。
の生成元 をとり、多項式環から写します。
は で生成されるため、 は全射です。ヒルベルトの基底定理から はネーター環で、その商もネーター環になる。
有限生成でないイデアルだと、この写像が用意できません。ネーター性がここで効く。
随伴次数付き環
段と段の差を取り出すほうが、随伴次数付き環です。
次成分は 、 次成分は 。積は代表元の積で決める[4]。
Rees 環から見ると、係数を へ落としたものになる。
段を横に並べる。 の情報をすべて持ったまま、次数を付け直しただけ
段の差だけを残す。 の中で 段ぶんずれた情報が消える
拡張 Rees 環では で割る
も入れた環を考えると、2 つの関係がはっきりします。
は の中で零因子になりません。この元で割ると、随伴次数付き環になる。
逆に を可逆にすると が入り、 は に広がる。 を座標と見ると、 でないところの繊維が 、 での繊維が 。
を へ動かす族が、1 つの環の中に収まる。
例: と
で をとります。 はどれも と同型で、 が基底。
冪の段が、そのまま多項式の次数になる。
、 では が 次の同次式の空間で、次元は 。
もとの環に戻りました。 が同次イデアルで、 が最初から次数付きだったからです。

接錐を座標環で書く
を局所環とし、 をとります。 は、その点での接錐の座標環になる。
平面曲線で見ると分かりやすい。 で定まる曲線が原点を通るとします。
の最低次の同次部分を初期形式といいます。初期形式が生成するイデアルが、接錐の方程式になる。
が多項式環になることと、 が正則局所環であることは同値になります。多項式環からずれた分が、特異点の情報。
例:尖点と結節点
の尖点を見ます。 の最低次は 次の 。
接錐は で、 軸が二重に重なった直線です。枝が 本しかない形が、そのまま出ている。
の結節点では、最低次が になる。
と分かれるため、接錐は交わる 本の直線。原点で 本の枝が交差する形に合います。

gr の性質は へ戻る
を見て分かることが、もとの環の性質へ戻ってきます。フィルトレーションが を満たす場合です[4]。
が整域なら、 も整域になる。、 が でないとき、それぞれが属する最小の段をとって初期形式を見ればよい。
初期形式の積が でないなら、 も ではありません。
がネーター環なら もネーター環です[4]。次数付きの側は単項式で扱えるぶん、判定が軽くなる。
Artin-Rees の補題へ
Rees 環は Artin-Rees の補題の土台になる。 の部分加群の列 について、 を 加群と見る[1]。
このとき次の 2 つが同値です[1]。
加群として有限生成になる。
ある番号から先で になる。
がネーター環なら もネーター環で、部分加群も有限生成になる。ここから Artin-Rees の補題が導けます[1]。
に入る側の減り方が、 の冪と同じ速さでそろう、という主張になります。
Hilbert-Samuel 関数
をネーター局所環、 を 準素イデアルとします。この条件があると の長さが有限になる。
が十分大きいところで、 は の多項式に一致します。次数は 。
準素という条件を外すと長さが無限になり、この数え上げが動きません。
多項式の最高次の係数から重複度が読める。 の原点で 、尖点や結節点では になる。
爆発は Rees 環の Proj
、 とします。 に沿った の爆発は、Rees 環の Proj です[2]。
例外因子は の逆像で、 と同じものになります[2]。接錐を射影化したものが、爆発でできた新しい部分。
古典的には、 の中で の生成元の比を座標にとった閉集合として組み立てます[3]。同じものを、環の側から Proj で書いたのが上の式になる。

と同型になるのはどれですか。
の原点での接錐はどれですか。
- 軸と 軸の 本
- の二重直線
- そのもの
の最低次の同次部分は 次の です。初期形式が生成するイデアルが接錐を決めるため、 になります。 次の は次数が高く、初期形式に入りません。
イデアルの冪を横に並べれば Rees 環、段の差だけを残せば随伴次数付き環。前者は爆発を組み立て、後者は接錐を書きます。フィルトレーションを次数に置きかえるという 1 つの操作から、 つの環が決まります。











(pn)/(pn+1) はどれも Fp と同型で、pn の類が基底になります。段を並べると Fp 係数の多項式環。Zp は p 進完備化のほうで、次数付き環ではありません。