高校化学2933198 views
ヒストリア294981 views
高校倫理1444503 views
MathPython501700 views
雑学1474218 views
高校物理162509 views
中学数学625176 views
高校国語790013 views
Computer370048 views
数学講師2913151 views
Help
Tools

English

分離的な射とは何か?ハウスドルフのかわりに対角線を見る

ザリスキ位相では、異なる 2 点を交わらない開集合で分けられません。開集合が大きすぎるためです。

ハウスドルフ性をそのまま課すと、ほとんどのスキームが落ちます。実際、位相としてハウスドルフになるスキームは空か 次元しかありません[5]。

そこで条件の書き方を変えます。ハウスドルフ性には対角線を使った言いかえがあり、そちらならスキームでも意味を持ちます[7]。

ハウスドルフを対角線で言う

位相空間 がハウスドルフであることと、対角線が の中で閉じていることは同値です[1]。

証明は短い。 が対角線の外にあるとき、その点を含む長方形の開集合が対角線と交わらないことと、 と が開集合で分けられることが同じ意味になります。

分ける、という言い方をやめて、閉じている、という言い方に直せた。閉じているかどうかなら、ザリスキ位相でも問題なく判定できます。

対角射

スキームの場合、積のかわりにファイバー積を使います。 に対し、次の射がただ 1 つ定まります[2]。

2 つの射影と合成すると、どちらも恒等写像に戻る射です。これを対角射といいます。

対角射はいつでも埋め込みになります[2]。ただし閉埋め込みとは限りません。この差が分離性です。

が分離的であるとは、 が閉埋め込みになることをいいます[2][5][7]。埋め込みであることは決まっているので、像が閉集合かどうかだけを見ればよい。

アフィンなら必ず分離的

を考えます。対角射に対応する環準同型は、テンソル積から元の環への掛け算の写像です。

これは全射です。全射な環準同型は閉埋め込みを与えるので、アフィンスキームの射はいつでも分離的になります[5]。

分離的でない例は、貼り合わせのところにしか出てきません。1 枚のアフィンで済むうちは、問題は起きない。

例:原点が 2 つある直線

アフィン直線を 2 枚用意します。 と です。

原点を除いた部分 と を、 で貼ります[1]。

できあがるのは、原点だけが 2 つある直線です。原点以外はぴったり重なっているのに、原点だけが分かれて残ります[6]。

この直線は分離的ではありません。対角射の像には原点が 2 つ含まれるのに、閉包には 4 つ現れるためです[5]。

貼り方を変えると結果も変わります。同じ 2 枚を で貼れば、できるのは射影直線で、こちらは分離的です[1]。

x を y に送って貼る

原点が 2 つある直線。分離的でない

x を 1/y に送って貼る

射影直線。分離的で、しかも固有

判定のしかた

定義に戻らずに済ませる方法もあります。アフィン開集合の組で確かめる形です[3]。

が分離的であることは、 の同じ点の上にある任意の 2 点 について、次を満たすアフィン開集合 、 がとれることと同値です。

がアフィンである
環の写像 が全射である

原点が 2 つある直線で試すと、2 つ目が破れます。 は原点を除いた直線で、その上の環は です。ところが と の上の環はどちらも にあたるので、 が像に入りません。

分離的だと何が言えるか

まず切断が閉埋め込みになります[4]。 を満たす があれば、 の像は閉集合です。

合成についても素直です。 が分離的なら も分離的になる[8]。手前の射だけをとり出しても性質が残ります。

基底変換でも保たれます。分離的な射を引き戻せば、また分離的な射が出る[5]。

一意性の主張も使えます。分離的な射のあいだでは、稠密な部分で一致する 2 つの射が全体で一致します。極限が 2 つに割れないという性質が、この形で効いてきます。

付値による判定

もう 1 つの判定法が付値環を使うものです[5]。離散付値環の から への持ち上げを考えます。

一般点だけを与えたときに、閉点への延長がたかだか 1 通りしかないなら分離的です。原点が 2 つある直線では、この延長が 2 通りできてしまう。

「極限がたかだか 1 つ」という言い方が、そのまま条件になっている。固有性の判定に使う条件は、ここを「ちょうど 1 つ」に強めたものです。

よくある誤り

位相がハウスドルフかどうかで判定する。スキームでハウスドルフになるのは空か 次元だけ
の位相を積位相と思う。ザリスキ位相では一致しないので、対角線の議論も積位相では通らない
対角射が埋め込みでないことがあると思う。埋め込みではあり、閉であるかどうかだけが問題
アフィンスキームで分離性を疑う。掛け算の写像が全射なので、いつでも分離的
分離的でない例が特殊だと思う。貼り合わせを 1 か所まちがえるだけで作れる
分離的なら固有だと思う。アフィン直線は分離的でも固有ではない
がアフィンなら分離的と思う。環の写像が全射であることまで要る

参考文献

David Holmes, *Algebraic Geometry* 講義ノート Lecture 2, §3 Separated morphisms, Universiteit Leiden
The Stacks Project, Tag 01KH: Separation axioms(対角射と定義 26.21.3)
The Stacks Project, Tag 01KP: アフィン開集合による分離性の判定
The Stacks Project, Tag 01KT: 分離的な射の切断は閉埋め込み
Separated morphism - Wikipedia
Line with two origins - Wikipedia
Schema (algebraische Geometrie) - Wikipedia(ドイツ語))
The Stacks Project, Tag 01KV: 分離性の消去補題
ザリスキ位相では 2 点を開集合で分けられず、位相としてハウスドルフになるスキームは空か 0 次元しかありません。それでも極限が 2 つに割れるスキームは避けたい。ハウスドルフ性を対角線が閉じていることに言いかえると、スキームでもそのまま意味を持ちます。アフィンならいつでも分離的な理由、原点が 2 つある直線がどこで破れるか、アフィン開集合による判定と付値による判定まで。