Рациональное отображение - Rational mapping

В математика, в частности подполе алгебраическая геометрия, а рациональная карта или рациональное отображение это своего рода частичная функция между алгебраические многообразия. В этой статье используется соглашение о том, что разновидности несводимый.

Определение

Формальное определение

Формально рациональная карта ${\displaystyle f\colon V\to W}$ между двумя разновидностями класс эквивалентности пар ${\displaystyle (f_{U},U)}$ в котором ${\displaystyle f_{U}}$ это морфизм разновидностей из непустой открытый набор ${\displaystyle U\subset V}$ к ${\displaystyle W}$, и две такие пары ${\displaystyle (f_{U},U)}$ и ${\displaystyle ({f'}_{U'},U')}$ считаются эквивалентными, если ${\displaystyle f_{U}}$ и ${\displaystyle {f'}_{U'}}$ совпадают на пересечении ${\displaystyle U\cap U'}$ (это, в частности, пусто правда если пересечение пусто, но поскольку ${\displaystyle V}$ считается неприводимым, это невозможно). Доказательство того, что это определяет отношение эквивалентности опирается на следующую лемму:

• Если два морфизма многообразий равны на некотором непустом открытом множестве, то они равны.

${\displaystyle f}$ как говорят бирациональный если существует рациональное отображение ${\displaystyle g\colon W\to V}$ что является его обратным, где композиция понимается в указанном выше смысле.

Важность рациональных отображений для алгебраической геометрии заключается в связи между такими отображениями и отображениями между функциональные поля из ${\displaystyle V}$ и ${\displaystyle W}$. Даже беглое рассмотрение определений обнаруживает сходство между рациональным отображением и рациональной функцией; на самом деле рациональная функция - это просто рациональное отображение, диапазон которого - проективная линия. Затем композиция функций позволяет нам «оттянуть» рациональные функции по рациональной карте, так что единственная рациональная карта ${\displaystyle f\colon V\to W}$ вызывает гомоморфизм полей ${\displaystyle K(W)\to K(V)}$. В частности, центральной является следующая теорема: функтор от категория из проективные многообразия с доминирующими рациональными отображениями (над фиксированным базовым полем, например ${\displaystyle \mathbb {C} }$) в категорию конечно порожденных расширения полей базового поля с обратным включением расширений как морфизмов, которое связывает каждое многообразие с его функциональным полем и каждое отображение с ассоциированным отображением функциональных полей, является эквивалентность категорий.

Примеры

Рациональные отображения проективных пространств

Есть рациональная карта ${\displaystyle \mathbb {P} ^{2}\to \mathbb {P} ^{1}}$ отправка соотношения ${\displaystyle [x:y:z]\mapsto [x:y]}$. Поскольку точка ${\displaystyle [0:0:1]}$ не может иметь изображения, это только рациональное отображение, а не морфизм многообразий. В общем, есть рациональные карты ${\displaystyle \mathbb {P} ^{m}\to \mathbb {P} ^{n}}$ отправка для ${\displaystyle m>n}$ отправка ${\displaystyle m}$-набор к ${\displaystyle n}$-tuple, забыв последние координаты.

Включения открытых подмногообразий

О связанном разнообразии ${\displaystyle X}$, включение любого открытого подмногообразия ${\displaystyle i:U\to X}$ является бирациональной эквивалентностью, поскольку эти два многообразия имеют эквивалентные функциональные поля. То есть каждая рациональная функция ${\displaystyle f:X\to \mathbb {P} ^{1}}$можно ограничить до рациональной функции ${\displaystyle U\to \mathbb {P} ^{1}}$ и наоборот, рациональная функция ${\displaystyle U\to \mathbb {P} ^{1}}$ определяет класс рациональной эквивалентности ${\displaystyle (U,f)}$ на ${\displaystyle X}$. Прекрасным примером этого явления является бирациональная эквивалентность ${\displaystyle \mathbb {A} ^{n}}$ и ${\displaystyle \mathbb {P} ^{n}}$, следовательно ${\displaystyle K(\mathbb {P} ^{n})\cong k(x_{1},\ldots ,x_{n})}$.

Покрытие пространств на открытых подмножествах

Накрывающие пространства на открытых подмножествах разнообразия дают обширные примеры рациональных отображений, которые не являются бирациональными. Например, Теорема Белого утверждает, что каждая алгебраическая кривая ${\displaystyle C}$ допускает карту ${\displaystyle f:C\to \mathbb {P} ^{1}}$ который разветвляется в трех точках. Тогда существует соответствующее накрывающее пространство ${\displaystyle C|_{U}\to U=\mathbb {P} ^{1}-\{p_{1},p_{2},p_{3}\}}$ который определяет доминирующий рациональный морфизм, который не является бирациональным. Другой класс примеров взят из Гиперэллиптические кривые которые являются двойными обложками ${\displaystyle \mathbb {P} ^{1}}$ разветвлены в конечном числе точек. Другой класс примеров - взятие гиперповерхности ${\displaystyle X\subset \mathbb {P} ^{n}}$ и ограничивая рациональную карту ${\displaystyle \mathbb {P} ^{n}\to \mathbb {P} ^{n-1}}$ к ${\displaystyle X}$. Это дает разветвленное покрытие. Например, Кубическая поверхность заданный исчезающим локусом ${\displaystyle Z(x^{3}+y^{3}+z^{3}+w^{3})}$ имеет рациональную карту ${\displaystyle \mathbb {P} ^{2}}$ отправка ${\displaystyle [x:y:z:w]\mapsto [x:y:z]}$. Это рациональное отображение можно выразить как степень ${\displaystyle 3}$ расширение поля

${\displaystyle k(x,y,z)\to {\frac {k(x,y,z)[w]}{(x^{3}+y^{3}+z^{3}+w^{3})}}}$

Разрешение особенностей

Одним из канонических примеров бирационального отображения является Разрешение особенностей. Над полем характеристики 0 каждое особое многообразие ${\displaystyle X}$ имеет связанную неособую разновидность ${\displaystyle Y}$ с бирациональным отображением ${\displaystyle \pi :Y\to X}$. Это отображение обладает тем свойством, что оно является изоморфизмом на ${\displaystyle U=X-{\text{Sing}}(X)}$ и волокно над ${\displaystyle {\text{Sing}}(X)}$ - нормальный перекрестный делитель. Например, узловая кривая, такая как ${\displaystyle C=Z(x^{3}+y^{3}+z^{3}-xyz)\subset \mathbb {P} ^{2}}$ бирационально ${\displaystyle \mathbb {P} ^{1}}$ поскольку топологически это эллиптическая кривая с одной из сжатых окружностей. Тогда бирациональное отображение имеет вид нормализация.

Бирациональная эквивалентность

Говорят, что две разновидности бирационально эквивалентный если между ними существует бирациональное отображение; эта теорема утверждает, что бирациональная эквивалентность многообразий тождественна изоморфизму их функциональных полей как расширений основного поля. Это несколько более либерально, чем понятие изоморфизма многообразий (которое требует глобально определенного морфизма, чтобы засвидетельствовать изоморфизм, а не просто рационального отображения), поскольку существуют многообразия, которые являются бирациональными, но не изоморфными.

Обычный пример: ${\displaystyle \mathbb {P} _{k}^{2}}$ бирационально многообразию ${\displaystyle X}$ содержалась в ${\displaystyle \mathbb {P} _{k}^{3}}$ состоящий из множества проективных точек ${\displaystyle [w:x:y:z]}$ такой, что ${\displaystyle xy-wz=0}$, но не изоморфный. Действительно, любые две строки в ${\displaystyle \mathbb {P} _{k}^{2}}$ пересекаются, но линии в ${\displaystyle X}$ определяется ${\displaystyle w=x=0}$ и ${\displaystyle y=z=0}$ не могут пересекаться, так как их пересечение будет иметь нулевые координаты. Чтобы вычислить функциональное поле ${\displaystyle X}$ мы переходим к аффинному подмножеству (которое не меняет поле, что является проявлением того факта, что рациональное отображение зависит только от своего поведения в любом открытом подмножестве своей области), в котором ${\displaystyle w\neq 0}$; в проективном пространстве это означает, что мы можем взять ${\displaystyle w=1}$ и поэтому отождествляем это подмножество с аффинным ${\displaystyle xyz}$-самолет. Там координатное кольцо ${\displaystyle X}$ является

${\displaystyle A(X)=k[x,y,z]/(xy-z)\cong k[x,y]}$

через карту ${\displaystyle p(x,y,z)+(xy-z)A(X)\mapsto p(x,y,xy)}$. И поле дробей из последних просто ${\displaystyle k(x,y)}$, изоморфный ${\displaystyle \mathbb {P} _{k}^{2}}$. Обратите внимание, что мы ни разу не создали рациональную карту, хотя, проследив за доказательством теоремы, это возможно.

Смотрите также

• Бирациональная геометрия
• Взрыв
• Функциональное поле алгебраического многообразия
• Разрешение особенностей
• Программа минимальной модели
• Структура журнала

использованная литература

• Хартсхорн, Робин (1977), Алгебраическая геометрия, Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag, ISBN  978-0-387-90244-9, Г-Н  0463157, раздел I.4.