代數幾何一:代數簇

函數域(function field)

在一個簇上你會想要相除函數,但像 1/x 這樣的商在分母為零之處沒有定義。函數域就是「無論如何都允許這種商」所得到的東西,並接受每個商只在一個薄的壞集之外有定義。它是你能從正則函數造出的最大分式域,並捕捉了簇中「在容許低維雜亂的意義下」所倖存的一切——恰恰是雙有理資訊。

設 X 為不可約仿射簇,故其座標環 k[X] 是整環。函數域 k(X) 是 k[X] 的分式域:元素是比值 f/g,其中 f, g 屬於 k[X] 且 g 非零函數,兩個比值在交叉相乘相符時相等。這樣的元素是 X 上的有理函數;它在「某個代表元的分母不為零」的每一點上是正則的(真正有定義),而其定義域是一個稠密開集。對不可約射影簇,用任一仿射圖卡以同樣方式定義 k(X)——結果與圖卡無關。k(X) 在 k 上的超越次數等於 X 的維數,這是維數最乾淨的定義之一。

函數域是雙有理幾何的居所:兩個不可約簇雙有理等價,恰好在它們的函數域作為 k 代數同構時,故 k(X) 是完全的雙有理不變量。它不單獨看見簇的點,也不局部看見其奇異點——那些在你允許有理函數時便失去了——但它看見維數、有理映射域,以及簇是否有理(k(X) 純超越)。提醒:有理函數並非整個 X 上的函數;它有一個真正的定義域,而忘記分母為零的軌跡會導致錯誤結論,尤其在複合可能在你想要之處無定義的有理映射時。

對於座標環為 k[x] 的仿射直線 A^1,函數域是 k(x),即所有多項式之比 p(x)/q(x)。元素 1/(x-1) 是一個處處正則、唯獨在 x = 1 處例外的有理函數;其定義域是開集 A^1 去掉 {1}。

函數域允許相除;每個有理函數僅在一個稠密開集上正則,而非處處。

函數域是雙有理而非雙正則不變量:雙有理等價的簇(如光滑曲線與它的爆破)可以共有同一函數域,卻在有限多個點或奇異點上相異。

又称
field of rational functions有理函數域k(X)