相交理论

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Template:Distinguish 相交理论(Intersection theory)是代数几何的主要分支之一,给出了给定代数簇的两个子簇的交点信息。Template:Sfn簇理论更老,源于曲线上的贝祖定理消去理论;拓扑理论更快地达到了确定形式。

相交理论仍在不断发展。目前的主要重点是:虚基本循环、量子相交环、格罗莫夫-威滕量及将相交理论从概形推广到Template:Sfn

拓扑相交形式

Template:See also维度Template:Math连通有向流形Template:Mvar相交形式是通过对Template:Math中的基类Template:Math上积求值,从而定义在第Template:Mvar上同调群(通常称作“中维”)。确切地说,有双线性形式

λM:Hn(M,M)×Hn(M,M)𝐙

由下式给出

λM(a,b)=ab,[M]𝐙

其中

λM(a,b)=(1)nλM(b,a)𝐙.

Template:Mvar为偶数时这是对称双线性形式(因此Template:Math),这时Template:Mvar符号数被定义为形式的符号数;Template:Mvar为奇数时,则定义为交替形式。这些形式可统称为ε对称形,当中Template:Math分别表示对称形和斜对称形。某些情况下,可以将形式细化为Template:Mvar二次型,但需要额外数据,如切丛的框架。也可以去除有向性条件,改用Template:Math系数。

这些形式是重要的拓扑不变量。例如,迈克尔·弗里德曼的一个定理指出,在同胚意义上,单连通4维流形(几乎)由其相交形式决定。


庞加莱对偶性,我们可以从几何角度思考这个问题。试为Template:MvarTemplate:Mvar的庞加莱对偶择有代表性的Template:Mvar维子流形Template:MvarTemplate:Mvar,则Template:MathTemplate:MvarTemplate:Mvar的有向交数(oriented intersection number),是良定义的,因为Template:MvarTemplate:Mvar维数之和等于Template:Mvar的维数,所以它们通常交于孤立的点。这就是“相交形式”这一术语的由来。

代数几何中的相交理论

威廉·富尔顿在《相交理论》(1984)中写道:

... 若Template:MvarTemplate:Mvar是非奇异簇Template:Mvar的子簇,那么交积Template:Math应是代数循环的等价类,代数循环与Template:Math、以及Template:MvarTemplate:MvarTemplate:Mvar中的几何位置密切相关。有两种情况最著名。若相交是真相交(proper),即Template:Math,则Template:MathTemplate:Math的不可约成分的线性组合,系数是相交乘数。在另一个极端,若Template:Math是非奇异子簇,则自交公式表示Template:MathTemplate:MvarTemplate:Mvar法丛的顶陈类表示。

安德烈·韦伊《代数几何基础》(1946)中主要关注的是在一般情况下给出相交乘法的定义。1920年代,巴特尔·伦德特·范德瓦尔登的工作已经涉及这一问题;在意大利代数几何学派中,这观点已广为人知,但基础问题并未以同样的精神得到解决。

移动循环

要使循环Template:MvarTemplate:Mvar的相交机制运行良好,就不能只取循环的交集Template:Math。若两个循环处于“良位置”,则“交积”Template:Math就应包含两个子簇的交集。循环若处于“不良位置”,例如平面上的两条平行线,或包含直线的平面(在3维空间相交),相交都应该只有一个点,因为若要移动一个循环,这就是交点。两循环Template:MvarTemplate:Mvar的交集Template:Math余维若等于Template:MvarTemplate:Mvar余维之和,就称相交为“真相交”(proper intersection)。 因此,我们使用循环上适当等价关系的“移动循环”概念。等价必须足够广,以至任给两个循环Template:MvarTemplate:Mvar都有等价循环Template:MathTemplate:Math使相交Template:Math为真相交。当然,另一方面,对第二等价的Template:MathTemplate:MathTemplate:Math需要等价于Template:Math

就相交理论而言,“有理等价”是最重要的一种。简言之,若在簇Template:MvarTemplate:Math维子簇Template:Mvar上有有理函数Template:Math,则Template:Mvar上的两Template:Mvar维循环有理等价;其中Template:Mvar函数域Template:Math的元素或等价于函数Template:Math,使得Template:Math(其中Template:Math用乘法计算)。有理等价满足上述要求。

交乘

线与抛物线的交点

定义循环的交乘的指导原则是一定意义上的连续型。请看下面这个简单例子:抛物线Template:Math和轴Template:Math的交点应为Template:Math,因为若其中一个循环移动、接近所述位置时,两个交点恰好汇聚于Template:Math(图中只描绘了方程的实解,会引起误解)。

第一个令人满意的交乘定义由让-皮埃尔·塞尔给出:令周围簇(ambient variety)Template:Mvar光滑(或所有局部环都正则),接着令Template:MvarTemplate:Mvar都为(不可还原的闭)子簇,使其相交为真相交。这个构造是局部的,因此簇可用Template:Mvar的坐标环中的两个理想Template:MvarTemplate:Mvar表示。设Template:Mvar是交集Template:Math中的一个不可约成分,Template:Mvar为其一般点。则Template:Mvar在交积Template:Math中的乘法定义为

μ(Z;V,W):=i=0(1)ilength𝒪X,zTori𝒪X,z(𝒪X,z/I,𝒪X,z/J),

函子环的挠群(torsion group)Template:Mvar中的Template:Mvar的局部环长度上的交替和,对应子簇。这个表达式也称作“塞尔Tor公式”。 注释:

  • 第一个和
    (𝒪X,z/I)𝒪X,z(𝒪X,z/J)=𝒪Z,z
    的长度是对乘法的“天真”猜测;但正如塞尔指出的,这还不充分。
  • 和是有限的,因为正则局部环𝒪X,z具有有限的Tor维度。
  • Template:MvarTemplate:Mvar的相交不是真相交,则上述交乘的结果将为0。若是真相交,则其严格为正。(这两点从定义看并不明显)
  • 谱序列可以证明Template:Math

周环

Template:Main 周环是循环模有理等价所得的群,以及下面的交换交积:

VW:=iμ(Zi;V,W)Zi

其中VW 横截着相交,而VW=iZi是交集的不可约分解。

自交

给定两子簇Template:MvarTemplate:Mvar,可取其相交Template:Math,但也可以定义单个子簇的自交,方法要微妙些。

例如,给定面Template:Mvar上的曲线Template:Mvar,其与自身的相交就是自身:Template:Math。这虽然对,但不够好:任给曲面上两条不同的曲线(没有共同分量),它们相交于某个点集。可以数出点集包含的点数,得到“交数”。我们希望能对给定曲线左同样的处理:不同曲线的相交就像两个数相乘:Template:Math,自交就像乘方:Template:Math。形式上,这种类比就像是对称双线性形式(乘法)与二次型(乘方)。

其几何解法是,将曲线Template:Mvar与略微偏移的自身相交。在平面上这意味着将曲线Template:Mvar向某方向平移,但一般情况下我们谈论的是取与Template:Mvar线性等价的曲线Template:Math,计算交Template:Math的交点数,记作Template:Math。这不同于无关曲线Template:MvarTemplate:Mvar的情形,前者的实际交点取决于Template:Math的选择,但Template:Math的“自交点”可解释为Template:Mvar上的Template:Mvar一般点,且Template:Math。更恰当地说,Template:Mvar的自交点是Template:Mvar的一般点,乘法为Template:Math

或者,也可通过对偶话来代数地“解”这个问题,并查看Template:Math的类——这既给出了一个数,又提出了几何解释问题。传递到上同调类,类似于用线性系统代替曲线。

自交数可以为负,如下所示。

例子

考虑射影空间Template:Math中的直线Template:Mvar:其自交数为1,因为所有直线与之相交1次。可以将Template:Mvar推到Template:Math,对任意的Template:Math的选择都有Template:Math,于是Template:Math。就相交形式而言,我们说平面有Template:Math类型的相交形式(只有一类直线,且都互相相交)。

注意在仿射平面上,可以将Template:Mvar推移到平行线上,于是交点数取决于推离的选择。有人说“仿射平面没有很好的相交理论”,而非射影簇上的相交理论要困难得多。

Template:Math(也可解释为Template:Math中非奇异二次曲面Template:Mvar)上的直线自交为0,因为直线可以从自身移开(是直纹曲面)。就相交形式而言,可以说Template:Math有一个Template:Mvar类型——有2类基本直线,相交于1点(Template:Mvar),但自交为零(没有Template:MathTemplate:Math项)。

拉开

自交数的一个重要例子是拉开的特殊曲线,是双有理几何中的一个核心运算。给定代数曲面Template:Mvar,在一点拉开,会产生一条曲线Template:Mvar,其属(genus)为0,自交数为-1(并不明显)。推论:Template:MathTemplate:Math最小曲面(不是拉开),因为它们没有任何具有负自交的曲线。事实上,卡斯泰尔诺沃收缩定理给出了相反的情况:每条Template:Math曲线都是某个拉开的特殊曲线。

另见

引用

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参考文献

书目

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