座標環(coordinate ring)
幾何與代數是同一事物的兩種觀點,而座標環正是把一個簇變成可計算之代數的裝置。給定一個簇,它的座標環是其上所有多項式函數所成的環——你從所有多項式出發,然後把「在簇的每個點上都相等」的兩個多項式宣告為相等,所得到的就是它。簇的形狀完全編碼在此環的代數結構中。
對於 A^n 中理想為 I(X) 的仿射簇 X,座標環是商環 k[X] = k[x_1, ..., x_n] / I(X)。它的元素是限制在 X 上的多項式,兩個多項式恰好在相差一個屬於 I(X) 的東西(即在整個 X 上為零的函數)時被視為同一。因為 I(X) 是根理想,k[X] 是約化環(無非零冪零元);它也是有限生成的 k 代數。這套辭典緊密且反變:X 的點對應 k[X] 的極大理想;不可約閉子簇對應素理想;X 不可約恰好等於 I(X) 為素,等價於 k[X] 為整環。簇的態射 X -> Y 反向對應到 k 代數同態 k[Y] -> k[X]。
這個反等價——一邊是仿射簇,另一邊是約化的有限生成 k 代數——是整個學科的引擎。它讓你把幾何問題換成環論問題再換回來。維數變成環的克魯爾維數,光滑性變成一個正則條件,而躍向概形只需在代數那一邊單純地允許任意交換環(包括非約化的)。提醒:這個乾淨的故事是針對仿射簇的。射影簇的齊次座標環是分次的且依賴所選嵌入,且它唯一真正的整體函數只有常數,故座標環在射影情形下並非正確的不變量——那裡你要局部地工作並使用函數域。
對於 A^2 中的拋物線 X = V(y - x^2),座標環是 k[x, y] / (y - x^2)。因為 y 被迫等於 x^2,每個函數都化約為僅含 x 的多項式,故 k[X] 同構於 k[x]:拋物線作為抽象簇,不過是偽裝的仿射直線。
座標環看見的是內蘊的簇,而非嵌入:拋物線與直線有同構的座標環。
乾淨的「仿射簇/代數」辭典需要代數封閉域上的約化、有限生成代數。對射影簇而言,齊次座標環依賴嵌入,並非內蘊不變量。