代數幾何二:概形與層

切赫上同調(Čech cohomology)

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以內射分解定義的層上同調概念上乾淨,卻無法徒手計算。切赫上同調是那道腳踏實地、組合性的配方,真正讓你能去算:選定空間的一個開覆蓋,直接從你的層在覆蓋集及其所有多重重疊上的截面,造出上同調。它把上同調的計算化為對有限(或至少具體)交集的記帳,而在代數幾何的空間上,它通常精確地重現出抽象的層上同調。

精確地說,固定 X 的一個開覆蓋 U = {U_i} 與一個層 F。一個切赫 p-上鏈把每個 (p+1) 重交集 U_{i_0} 交 ... 交 U_{i_p} 指派到那裡的一個 F 截面;這些構成群 C^p(U, F)。切赫微分 d: C^p -> C^{p+1} 是限制的交錯和,(d s)_{i_0 ... i_{p+1}} = sum_k (-1)^k s_{i_0 ... (略去 i_k) ... i_{p+1}} 限制到更大的交集。於是 d 與 d 複合為 0,而切赫上同調 H^p(U, F) 是此複形的上同調;完整的切赫上同調 H^p(X, F) 是沿覆蓋之加細所取的正向極限。低次數一目了然:H^0 = 整體截面(一個微分為零的 0-上鏈是一族在重疊處一致的局部截面,依層公理即整體截面),而 H^1 分類黏合的阻礙——一個 1-上閉鏈恰是一套重疊資料,如線叢的轉移函數,模去那些來自 0-上鏈者。

切赫上同調是標準的計算引擎:射影空間上 O(d) 的上同調、從而實務中的塞爾對偶與黎曼-羅赫,都用標準仿射覆蓋的切赫複形算出。決定性的比較定理(勒雷)說:若覆蓋對 F 是非循環的——覆蓋集的每個有限交集都有 F 的消失高階上同調(對擬凝聚層,仿射的有限交集仍仿射,故非循環)——則相對於該覆蓋的切赫上同調等於導出函子的層上同調。誠實的告誡。其一,對「壞」覆蓋,切赫上同調可能給出錯誤答案;你必須用非循環(勒雷)覆蓋,且唯有沿一切加細的極限才在一般情形下保證一致。其二,即便加細後的切赫上同調,在病態(非仿緊)空間上仍可能與導出函子上同調不同;其一致是一條帶前提的定理,對分離概形上的擬凝聚層與對仿緊空間最為乾淨。所以切赫是你拿來計算的工具,但「切赫 = 層上同調」是一句你必須掙得、而非假設的話。

用標準覆蓋 U_0, U_1(兩張仿射圖卡)計算 H^1(P^1, O(-2))。交集是去心直線 Spec k[t, 1/t];一個 1-上鏈是其上的一個羅朗級數、0-上鏈是圖卡上(限為羅朗的)正則函數之對,而 H^1 =(重疊上的羅朗)/(U_0 上正則 + U_1 上正則)。對 O(-2),此商一維,由 1/t 之類生成——與導出函子的答案、以及 H^0(O(0)) = k 的塞爾對偶相符。

切赫經由兩圖卡覆蓋算出 H^1(P^1, O(-2)) = k:羅朗尾項模去正則部分。

切赫上同調唯有對「非循環」(勒雷)覆蓋才等於導出函子的層上同調——壞覆蓋給出錯誤答案,而在非仿緊空間上即便加細的極限也可能不同。對分離概形上的擬凝聚層,仿射覆蓋是非循環的,兩者一致。

又称
Cech cohomology of a covercombinatorial sheaf cohomology切赫上同調切赫-上同調