層化(sheafification)
有時一個完全自然的構造只差一步就成為層——它無法黏合,或它有太多看起來局部平凡的截面。把這構造丟掉太可惜。層化是那道萬有的修補:它取任意預層,造出離它最近的層,盡量少改動,同時逼使局部性與黏合公理成立。其口號是:一個預層與它的層化擁有完全相同的莖——局部、逐點的資料被保留;只有整體記帳被校正。
具體地,預層 F 的層化 F+ 在開集 U 上的截面,是那些「局部相容的芽場」:F+ 在 U 上的一個截面是一個函數 s,把 U 中每點 p 指派到莖 F_p 中的一個芽 s(p),並要求在每點附近,這個芽場確實由 F 在某鄰域上的一個如假包換的截面所表示。這自動滿足分離性(在每個覆蓋片上相等的芽場即相等)與黏合性(覆蓋片上相容的芽場可拼接)。此構造附帶一個自然的預層映射 F -> F+,且它是萬有的:任何從 F 到層 G 的預層映射,都唯一地透過 F+ 分解。用範疇語言說,層化是「層嵌入預層」之包含函子的左伴隨,而 F 本身已是層恰當 F -> F+ 為同構。
層化不可或缺,因為許多運算會跳出層的範疇:層態射的像、餘核、張量積、拉回(逆像)以及常值層,全都先造成預層再加以層化。一個常見混淆:層化「不」改變莖,所以它不能增刪局部資訊——若一個預層已正確分離截面,它就只修補黏合;而取值為 A 的常值預層,層化成「局部」常值的 A 值函數層,這在不連通空間上確實更大。別指望層化會「簡化」預層;為了容納黏合,它可能把截面擴大。
在兩點離散空間 X = {a, b} 上,取值為 Z 的常值預層把 X 與每個點都送到 Z,限制為恆等。它不滿足黏合:在 {a} 上取 1、在 {b} 上取 0——局部相容,但預層 F(X) = Z 沒有截面能同時限制成這兩者。它的層化把 X 送到 Z x Z(每個連通片一個整數),如今便能黏合。而 a 與 b 處的莖仍是 Z。
常值預層 Z 層化為局部常值函數:整體截面更大,莖不變。
層化保持莖不變,卻可能改變整體截面(常常將其擴大)。它是「遺忘層公理」的左伴隨——所以層的餘核、像與張量積都必須層化才能仍是層。