分離態射與真態射(separated and proper morphisms)
在普通拓樸裡,兩個性質使空間表現良好:豪斯多夫性(極限唯一——序列不能收斂到兩個不同的點)與緊性(空間不能「漏向無窮」)。札里斯基拓樸太粗糙,使這兩者無法直接派上用場,於是概形論以相對的、概形論的版本取而代之:分離性是豪斯多夫的對應物,真性是緊性的對應物。兩者都是「態射」f: X -> S 上的條件,而非單一空間上的,因為現代代數幾何中的一切都相對於一個基。
分離性:態射 f: X -> S 是分離的,當對角態射 delta: X -> X times_S X 是閉浸入。這正是「對角線為閉」的代數影子,而對拓樸空間而言這恰是豪斯多夫條件;具體說,它禁止那種把兩份概形沿開集黏合、製造出無法分離的「兩個原點」的病態。乾淨的判準是分離性的賦值判準:從賦值環的去心素譜(「去掉一點的曲線」)出發的映射,跨過缺失的那點「至多」有一個延拓——極限若存在則唯一。真性:態射是真的,當它分離、有限型,且「萬有閉」(在任何基變換後仍閉)。相配的真性賦值判準要求這樣的極限總是「存在」且唯一——從去心曲線出發的每個映射都唯一地跨過缺失的那點延拓。所以分離 =「極限唯一」,真 =「極限存在且唯一」= 相對意義下的緊性。
這些條件是良好行為的守門人。真性是保證上同調有限維、以及交截數與次數存在的東西;射影態射(尤其射影簇)是真的,這正是射影空間成為最強定理之天然居所的緣由。分離性如此基本,以致通常全程假設。誠實的告誡:標準的反例——帶雙重原點的仿射直線(兩份 A^1 在 0 之外黏合)——是一個非分離概形:一個完全合格、卻不類豪斯多夫的概形,其中原點沒有唯一的極限。真「不」等同於任何素樸意義下的「緊」(札里斯基拓樸對幾乎一切都是擬緊的,連仿射直線都是),所以空間的擬緊性並不給出真性;真性確實是關於態射的萬有閉、極限存在條件。又,仿射態射是分離的卻幾乎從不真——A^1 -> 點 是分離的但非真,因為 A^1 確實跑向無窮。
帶雙重原點的仿射直線:把兩份 A^1 = Spec k[x] 沿開集 x 不為 0 以恆等映射黏合,留下兩個相異的原點 0_a, 0_b。這是個概形,卻「非」分離——對角線不是閉的,而一條趨近 x = 0 的「曲線」有兩個極限。相對地,P^1 是分離且真的:它是 A^1 帶單一無窮遠點的、表現良好的緊化。
帶兩個原點的直線是非分離的;P^1 是分離且真的。
真「不是」素樸的緊性——札里斯基空間幾乎總是擬緊,故此一無所獲。真意指分離 + 有限型 + 萬有閉(依賦值判準,極限存在且唯一)。仿射映射是分離的,卻鮮少真。