数学中,域上n维非奇异代数簇V的规范丛是线丛\,\!\Omega^n = \omega,是V上余切丛\Omega的n次外幂。
复数上,它是全纯余切丛T^V的行列式丛;等价地,它是V上全纯n形式的线丛。这是V*上塞雷对偶性的对偶化对象,同样可视作可逆层。
规范类是V上卡蒂埃除子K的除子类,产生了规范丛。规范类是V上线性等价的等价类,其中任何除子都可称作规范除子。
反规范丛是相应的逆丛\omega^{-1}。V的反规范丛是丰沛的,则称V是法诺簇。
伴随公式
设X是光滑簇,D是X上的光滑除子。伴随公式将X与D的规范丛关联起来。这是个自然同构
:\omega_D = i^*(\omega_X \otimes \mathcal{O}(D)).
用规范类表示就是
:K_D = (K_X + D)|_D.
此式是代数几何中最强大的公式之一。现代双有理几何的一个重要工具是逆伴随,可以从D的奇点推导出X的奇点的结果。
规范丛公式
令X是正交面(normal surface)。X的*g亏格纤维化*f:X\to B是到光滑曲线的紧合平坦态射f,使f_\mathcal{O}_X\cong \mathcal{O}_B,并且f的所有纤维f都有算术亏格g。若X是光滑射影面、f的纤维不含自交-1的有理曲线,就称纤维化是最小的(minimal)。例如,若X允许(最小)0亏格纤维化,则X就是双有理规则的,即双有理于\mathbb{P}^1\times B。
对最小1亏格纤维化(也称作椭圆纤维化)f:X\to B,除有限多个纤维外,f的所有纤维都是几何积分,且所有纤维都几何连通(由扎里斯基连通性定理)。特别地,对f的纤维F=\sum^{n}_{i=1}a_iE_i,有F.E_i=K_X.E_i=0,其中K_X是X的规范除子,因此对m=\operatorname{gcd}(a_i),若m=1,则F是几何积分,否则m>1。
考虑最小1亏格纤维化f:X\to B。令F_1,\dots,F_r是有限多纤维,且不是几何积分,并记F_i=m_iF_i^',其中m_i>1是F_i展开为积分组分的系数的最大公除子。这些纤维称作多重纤维(multiple fiber)。通过上同调与基变换可得R^1f_*\mathcal{O}_X=\mathcal{L}\oplus\mathcal{T},其中\mathcal{L}是可逆层,\mathcal{T}是扭层(\mathcal{T}受b\in B支持,使得h^0(X_b,\mathcal{O}_{X_b})>1)。那么
:\omega_X\cong f^*(\mathcal{L}^{-1}\otimes \omega_{B})\otimes \mathcal{O}_X\left(\sum^r_{i=1}a_iF_i'\right)
其中\forall i,\ 0\leq a_i,且\operatorname{deg}\left(\mathcal{L}^{-1}\right)=\chi(\mathcal{O}_X)+\operatorname{length}(\mathcal{T})。
我们注意到
:\operatorname{length}(\mathcal{T})=0\iff a_i=m_i-1.
例如,对阿尔巴尼态射诱导的(准)双椭圆曲面的最小1亏格纤维化,规范丛公式给出该纤维无多重纤维。对K3曲面的最小1亏格纤维,也可以做出类似的推论。另一方面,恩里克斯曲面的最小1亏格纤维总包含多重纤维,因此这样的曲面不含截面。
奇异情形
奇异簇X上有几种方法可定义规范除子。若簇是正规的,则在余维度1上一定是光滑的。特别地,可在光滑轨迹(locus)上定义规范除子,这样就可在X上得到唯一的韦伊除子,这个除子类记作K_X,称作X上的规范除子。
另外,同样是在正规簇X上,可以考虑X的正规化对偶化复形的第d上同调h^{-d}(\omega^._X)。这个层对应于一个韦伊除子类,等于上面定义的除子类K_X。在无正规性假设的情形下,若X是S2或1维葛仑斯坦环,结果也成立。
规范映射
若规范类是有效的,则就确定了V到射影空间的有理映射,称作规范映射(canonical map),由规范类的n倍确定的就称作*n-规范映射*。n-规范映射将V送到比n倍规范类的全局截面低1维的射影空间。n*-规范映射可能有基点,就是说它们不是处处有定义的(即可能不是簇的态射)。它们可能有正维纤维,即使有0维纤维,也不一定是局部解析同构。
规范曲线
研究得最好的是曲线。其中,规范丛与(全纯)余切丛相同。因此,规范丛的全局截面与处处规则(everywhere-regular)微分形式相同,经典上这些微分被称作第一类微分。对亏格为g的曲线,规范类的度数为2g-2。
低亏格
设C是亏格为g的光滑代数曲线。若g=0,则C是P1,规范类是2P的类,其中P是C的任一点。这源于微积分公式{\rm d}\left(\frac{1}{t}\right)=-\frac{{\rm d}t}{t^2},例如黎曼球面上原点处有双极点的亚纯微分。特别地,K_C及其倍数不是有效的。若g=1,则C是椭圆曲线,K_C是平凡丛。平凡丛的全局截面构成饿了1维向量空间,因此对任意n,n规范映射就是到一点的映射。
超椭圆情形
若C的亏格大于等于2,则规范类一般很大,因此任意n-规范映射的像都是曲线。1-规范映射的像称作规范曲线。亏格为g的规范曲线总位于维数为g-1的射影空间中。C是超椭圆曲线时,规范曲线是有理正规曲线,而C是其规范曲线的双覆盖。例如,若P是度数为6的多项式(无重根),则
:y^2=P(x)
是亏格2曲线的仿射曲线表示,必然是超椭圆曲线,第一类微分的基用同样的符号可表为
:\frac{{\rm d}x}{\sqrt{P(x)}},\ x\frac{{\rm d}x}{\sqrt{P(x)}}.
这意味着,齐次坐标[1:\ x]作为到射影线的态射,给出了规范映射。亏格更高的超椭圆曲线的有理正规曲线也以同样方式产生,x的幂次为高次单项式。
一般情形
否则,对非超椭圆的C(即g大于3),态射是C与其像之间的同构,后者的次数为2g-2。因此对g=3,规范曲线(非超椭圆情形)是四次平面曲线。所有非奇异四次平面曲线都这样产生。g=4时,规范曲线是二次曲面与三次曲面的交;g=5时,规范曲线是3个二次曲面的交。
对更大的g,可以获得更精细的信息,但这时规范曲线一般不是完全交,描述时需要更多考虑交换代数。这领域始于马克斯·诺特定理:经过C的二次曲面嵌入为规范曲线的维数为\frac12(g-2)(g-3)。佩特里定理是卡尔·佩特里(1881–1955)于1923年发表的,指出g不小于4时定义规范曲线的齐次理想由其2阶元素生成,例外是(a) 三角曲线;(b) g=6时的非奇异四次平面曲线。例外中,理想由2阶和3阶元素生成。历史上看,这一结果在佩特里之前就已广为人知,称作巴贝奇-Chisini-Enriques定理。这结果也称作诺特–Enriques定理,因此术语上比较混乱。诺特证明超椭圆情形之外(用现代语言来说)规范丛是正规生成(normally generated)的:规范丛的截面空间的对称幂映射到其张量幂的截面上。比如,这说明由第一类微分生成这类曲线上的二次微分,这对局部Torelli定理有影响。佩特里的研究实际上提供了理想(ideal)的二次、三次生成器,表明除了特殊情形外,三次可用二次表示。特殊情形下,通过规范曲线的二次交分别是直纹曲面和维罗纳曲面。
这些经典结果是在复数上证明的,但现代讨论表明,这些技术适用于任何示性的域。
规范环
V的规范环是分次环
:R = \bigoplus_{d = 0}^\infty H^0(V, K_V^d).
若V的规范类是丰沛线丛,则规范环是规范映射的像的齐次坐标环,V的规范类不丰沛也成立。例如,若C是超椭圆曲线,则规范环还是规范映射的像的齐次坐标环。总之,若上面的环是有限生成的,则很容易看出它是k-规范映射(k是任意充分可分的正整数)的像的齐次坐标环。
最小模型纲领(minimal model program)提出,每个光滑或轻度其一射影簇的规范环都是有限生成的。特别地,众所周知,这意味着存在规范模型(即V的一个具有轻度奇点的特殊双有理模型)。若规范环是有限生成的,则规范模型是规范环的Proj。若规范环不是有限生成的,则{\rm Proj}R就不是簇,因此对V不是双有理的;特别地,V不允许规范模型。可以证明,若V的规范除子K是nef除子、K的自交数为正,则V将接纳一个规范模型(更一般地说,这对正规完全戈伦斯坦代数空间是正确的)。
Birkar–Cascini–Hacon–McKernan (2006)的一个基本定理是:光滑或轻度奇异的射影代数簇的规范环是有限生成的。
V的小平维度是规范环的维度减一。这里的规范环维度是克鲁尔维数或超越度。
另见
- 双有理几何
- 微分形式
注释
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