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深さと次元はどこに現れるか?局所コホモロジーの消えない段

加群のうち、イデアル の冪で消される元だけを集める。この操作の導来関手が局所コホモロジーです[5]。

何段目で消えなくなるかが深さ、何段目まで生き残るかが次元。2 つの不変量が、同じ列の両端として現れます。

冪で消される元を集める

イデアル と加群 に対し、次の部分加群をとります。

ねじれ部分と呼びます[4]。幾何で言えば、台が に収まっている部分。

は左完全ですが、完全ではありません。全射を送っても全射になるとはかぎらない。

そこで導来関手をとります。 と書き、局所コホモロジーと呼びます[2]。

Čech 複体で計算する

入射分解をとるのは大変です。 の生成元があれば、もっと素朴な複体で計算できます[3]。

とすると、次の複体のコホモロジーが局所コホモロジーになります。

各項は局所化です。分母を許すたびに、どんどん大きな加群になっていく。

この形を 拡張 Čech 複体 と呼びます。長さは生成元の本数 です。

複体の長さが なので、 が で自動的に従う。

生成元の本数で上から抑えられる、という結論がここから出ます。 を少ない元で生成できるほど、消えない段が狭くなる。

例:直線から 1 点を抜く

、 で計算します。生成元が 1 個なので複体は 。

は の核です。 は整域なので による局所化は単射。だから 。

は余核になります。

が張る無限次元の空間です。有限生成の加群から出発しても、局所コホモロジーは有限生成になりません。

上と下から挟む

局所環 と有限生成加群 をとります。 の次元を 、深さを とする。

このとき が でない段は、 以上 以下に収まります[1]。

さらに両端では実際に になりません。 かつ が成り立つ。

上側の消滅が Grothendieck の消滅定理、両端が消えないことが非消滅定理です[1]。

深さの定義そのものになる

いちばん下の段を見ると、深さがそのまま出てきます[4]。

正則列の長さとして定義した深さと一致します。正則列を使わずに深さを定義できる、という言い方もできる。

正則列は存在しないこともあり、扱いにくい場面があります。局所コホモロジーの側から定義すると、その困りごとが消えます。

Cohen-Macaulay の言いかえ

帯の上端と下端が一致する場合を考えます。深さと次元が同じ値になる状態です。

このとき は 以外ですべて になります[5]。消えない段がちょうど 1 つ。

Cohen-Macaulay

消えない段は 1 つだけ。深さと次元が一致している

そうでない場合

複数の段が生き残る。低いところに余分な成分が残っている

低い段が消えないのは、埋め込まれた成分や次元のずれがあるときです。幾何で言えば、余分な点や低次元の枝がくっついている。

例:埋め込まれた点がある環

を見ます。次元は です。

をとると 、 なので、。極大イデアルで消える元があります。

だから で、深さは 。次元 とずれています。

帯が 段にまたがるので Cohen-Macaulay ではありません[1]。直線に点が 1 つ埋め込まれた形です。

局所双対

Cohen-Macaulay 局所環で標準加群 を持つ場合、局所コホモロジーが Ext で書けます[1]。

は Matlis 双対です。左辺は有限生成でない大きな加群ですが、右辺は有限生成。

計算しにくい側を、計算しやすい側へ移す道具になります。段の番号が から引いた形でひっくり返る。

が で成り立つ。
が で成り立つ。 は の生成元の本数。
いちばん下の段が深さを与える。
いちばん上の段が次元を与える。
消えない段が 1 つだけなら Cohen-Macaulay。
局所コホモロジーは有限生成にならないことが多い。

局所環 上の有限生成加群 が Cohen-Macaulay であることと同値なのはどれですか。

  • が で成り立つ
  • すべての で
__RESULT__

深さと次元が一致することが、消えない段が の 1 つだけになることと同値です。すべて消えるのは の場合だけになります。

深さは下端、次元は上端。ばらばらに定義していた 2 つの量が、同じ列の両端として並びます。

出典

Mel Hochster, *Local Cohomology*
A. Grothendieck, *Cohomologie locale des faisceaux cohérents(SGA 2)*
The Stacks project, *Tag 0952*
Local cohomology - Encyclopedia of Mathematics
Local cohomology - Wikipedia
イデアル $I$ の冪で消される元だけを集める操作は左完全ですが完全ではありません。そのずれを測る導来関手が局所コホモロジーです。生成元を並べた Čech 複体で計算でき、$k[x]$ と $(x)$ なら $H^1$ が $x^{-1}, x^{-2}, \dots$ の張る無限次元空間になる。局所環では $H^i_\mathfrak{m}(M)$ が消えない段が深さから次元までの帯に収まり、両端では必ず生き残ります。帯が 1 段に潰れる場合が Cohen-Macaulay。$k[x,y]/(x^2,xy)$ で深さが $0$ に落ちる例と、局所双対まで。