枚举几何

枚举几何是代数几何的一个分支,主要用相交理论计算几何问题的解的数量。

历史
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阿波罗尼奥斯问题是枚举几何最早的例子之一。这个问题要求找出与3个给定圆、点或与线相切的圆的数量和构造。一般来说,3个给定圆的问题有8个解,可以看做是23个解,每个相切条件都对圆的空间施加了二次条件。然而,对于给定圆的特殊排列,解的数目也可能是0(无解)到6之间的任意整数;没有任何一种排列有7个解。

核心工具
从初级到高级的工具包括:

  • 余维数
  • 贝祖定理
  • 舒伯特积分,以及上同调中的示性类
  • 交点计数与上同调的联系源于庞加莱对偶性
  • 曲线、映射等几何对象的模空间的研究,有时通过量子上同调进行。量子上同调、格罗莫夫-威滕不变量和镜像对称的研究在克莱门斯猜想中取得了重大进展。

枚举几何与相交理论关系密切。

舒伯特积分
19世纪末,枚举几何在赫尔曼·舒伯特手中得到了惊人的发展,他为此引入了舒伯特积分,其在更广泛的领域具有基本的几何与拓扑学价值。直到1960、70年代,枚举几何的特殊需求才得到进一步关注(如Steven Kleiman指出的)。相交数已有严格定义(安德烈·韦伊作为其基础课程1942–6,的一部分提出),但这并没有穷尽枚举问题的基本领域。

修正因子与希尔伯特第15问题
正如下面的例子所示,天真地应用维数计数与贝祖定理会产生错误结果。为解决这些问题,代数几何学家引入了模糊的“修正因子”,几十年后才有严格证明。

例如,计与射影平面中5条给定直线相切的圆锥曲线之数。它们构成维数为5的射影空间,其6个系数作为齐次坐标。若5个点处于一般的线性位置(穿过给定点会带来线性条件),就可以确定一条圆锥曲线。同样,与给定直线L相切(即相交,倍数为2)是个二次条件,于是P^5中确定了二次曲面。但由所有此类二次曲面构成的除子线性系统并非没有基轨;事实上,每个此种二次曲面都包含委罗内塞面,参数化了圆锥曲线

:(aX+bY+cZ)^2=0

称作“双线”。这是因为,双线与平面的每条直线都相交(因为射影平面中的直线都相交),由于是二次所以倍数为2,从而满足与直线相切的非退化圆锥相同的交点条件。

据一般贝祖定理,5维空间中的5个一般二次曲面将有32 = 2^5个交点,其中的相关二次曲面不在一般位置上。必须要从32中减去31,将其归入委罗内塞面,才能得到(几何角度的)正确答案:1。这种将交点归为“退化”情形的过程是典型的几何“修正因子”。

希尔伯特第十五问题便是要克服这些干涉的明显的任意性:这方面超出了舒伯特积分本身的基础问题。

克莱门斯猜想
1984年,赫伯特·克莱门斯研究了5次3维流形X\subset P^4上的有理曲线计数,提出以下猜想:

: 正整数d,则在一般5次3维流形X \subset P^4上只有有限多条度为d的有理曲线。

此猜想d \le 9的情形已有证明。

1991年,论文从弦论角度讨论了P^4中5次3维流形的镜像对称,给出了在所有d > 0下X上度为d的有理曲线的数量。这之前代数几何学家只能计算d \le 5的情况。

例子
代数几何中,历史上重要的枚举几何例子包括:

*2 空间中4条一般直线相交的直线数
*8 与3个一般圆相切的圆数(阿波罗尼奥斯问题)
*27 光滑三次曲面上的直线数(乔治·萨蒙、阿瑟·凯莱)
*2875 一般5次3维流形上的直线数
*3264 与一般位置的5条平面圆锥相切的圆锥曲线数 (米歇尔·沙勒)
*609250 一般5次3维流形上的圆锥曲线数
*4407296 与8个一般二次曲面相切的圆锥曲线数
*666841088 3维空间中与9个一般位置的给定二次曲面相切的二次曲面数
*5819539783680 3维空间中与12个一般位置的给定二次曲面相切的扭曲三次曲面数

参考文献
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外部链接
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