代數幾何二:概形與層

擬凝聚層(quasi-coherent sheaf)

在概形上,結構層 O_X 扮演「函數」的角色;於是 O_X-模層就是「環上的模」的幾何版本——把它想成一束向量空間,其截面可乘以函數。但並非每個模層都配得上「代數的」之名:你要的是那些局部來自座標環上如假包換之模的層。擬凝聚層正是這樣的層——一個局部可由生成元與關係呈現、作為自由模之餘核的層——而它是用以做代數幾何的正確一類層。

精確地說,在仿射概形 Spec R 上,每個 R 模 M 產生一個層 M~,其在基本開集 D(f) 上的截面是局部化模 M_f、其在素理想 p 處的莖是 M_p;這給出 R 模與 Spec R 上擬凝聚層之間的等價,是環/仿射概形反等價的模層級版本。在一般概形 X 上,O_X-模 F 是擬凝聚的,當 X 有一仿射開覆蓋 Spec R_i,在每片上 F 都限制成某 R_i 模 M_i 的 M_i~。等價地,F 擬凝聚當它局部是自由 O_X-模的一個(可能無窮的)映射之餘核:局部存在正合序列 O_X^{(I)} -> O_X^{(J)} -> F -> 0。擬凝聚層構成一個對核、餘核、擴張、張量積與拉回都封閉的阿貝爾範疇——恰恰是代數幾何所需的運算,而純粹的 O_X-模未必尊重這些。

擬凝聚層是概形層上同調賴以建立的基本對象,並打包了理想層(定義閉子概形)、微分模,以及一切標準構造。其定義特徵是與代數的聯繫:擬凝聚層由仿射圖卡上相容的模資料所決定,所以關於它的問題歸結為交換代數。兩個誠實的告誡。其一,「擬凝聚」確實弱於「凝聚」:模 M 可能無窮生成,所以擬凝聚層可以巨大無比(無窮直和所相伴的層是擬凝聚卻非凝聚的)。其二,並非每個 O_X-模都擬凝聚——例如支撐在非閉點的摩天樓層,或某些手工搭建的層,都可能不滿足局部模條件;擬凝聚性是一道真正的限制,把層繫於結構層的代數,而不容它成為任意的拓樸玩意。

在 Spec R 上,R 的理想 I 給出擬凝聚理想層 I~,其在 D(f) 上的截面是 I_f;商 O_X / I~ 是閉子概形 Spec(R/I) 的結構層。對 R = k[x, y] 與 I = (y),這是截出 x 軸的擬凝聚層。一切都歸結為模 I 與 R/I 及其局部化。

理想層是擬凝聚的:Spec R 上的模 I 層化後截出一個閉子概形。

擬凝聚弱於凝聚:局部的模可能無窮生成,所以這些層可以極大。又,並非每個 O_X-模都擬凝聚——擬凝聚性把層繫於仿射圖卡上如假包換的模資料。

又称
quasi-coherent O_X-modulesheaf associated to a module擬凝聚層擬凝聚 O_X 模