黎曼曲面與代數曲線

黎曼-赫爾維茨公式(Riemann-Hurwitz formula)

/ REE-mahn HOOR-vits /

如果你把一個曲面以分歧覆疊的方式罩在另一個之上,它們的洞數如何相關?樸素地想,把球面 d 重覆疊應給出歐拉示性數為 d 倍的曲面——但在分歧點處把葉片捏在一起是要付代價的。黎曼-赫爾維茨公式正是這精確的記帳:它說覆疊的虧格由底空間的虧格、次數,以及每個分歧點處付出的精確罰金所決定。

精確地說,設 f: X -> Y 是緊黎曼曲面之間的 d 次分歧覆疊,虧格分別為 g_X 與 g_Y。對 X 中每點 p 令 e_p 為其分歧指數(無分歧處 e_p = 1)。則 2 g_X - 2 = d (2 g_Y - 2) + sum over p of (e_p - 1)。以歐拉示性數的形式即 chi(X) = d chi(Y) - sum over p of (e_p - 1):d 重覆疊本應把 chi 乘以 d,而每個指數 e_p 的分歧點扣去 (e_p - 1),因為有那麼多葉片被黏成一片。由於只有有限多點分歧,此和為有限。數 R = sum over p of (e_p - 1) 是總分歧。

為何重要:這是計算虧格的主力。給定一條以分歧覆疊呈現的曲線——譬如球面上的 y^2 = f(x)——你讀出分歧資料,虧格便立刻得出,無需三角剖分。它也強制了結構性事實:非常數映射只能「降低」或保持虧格(你無法把球面映成環面),並限制可能的分歧點數目。誠實提醒:公式需要 X 與 Y 為緊;分歧項計的是 (e_p - 1),「不」是 e_p;在每個分歧點上方,你必須計入「每一個」分歧的原像,因為一個值之上可能有好幾葉同時分歧。

對 y^2 = (x - a_1)...(x - a_6),通往 x 球面的映射次數為 2,在六個根 a_i 上方分歧(各 e = 2,無窮遠處因次數為偶故不分歧),故 R = 6。黎曼-赫爾維茨給出 2 g_X - 2 = 2(2*0 - 2) + 6 = 2,於是 g_X = 2——一個虧格 2 的曲面。

在 6 點上方分歧的球面 2 重覆疊虧格為 2:2g - 2 = 2(-2) + 6。

分歧項是 sum of (e_p - 1),而非 sum of e_p,且 X、Y 必須為緊。無窮遠處要小心:對 y^2 =(n 次多項式),無窮遠點分歧當且僅當 n 為奇,這會改變 R 進而改變虧格。

又称
Hurwitz formula赫爾維茨公式