局部化的定义
直观上, 关于子集 的局部化 就是使 中元素在 中可逆,由此出发最直接的定义是 ,其中 遍历
。这种定义可以自然地用泛性质表达:
环
关于乘性子集
的局部化 为满足如下泛性质的环 :任意交换环的同态 若满足 ,
则存在唯一的环同态 使下图交换.
R A R [ S ¡ 1 ] ' ' [ S ¡ 1 ]
这种形式上取逆的做法事实上比较非构造性,让我们对
的大小失去了控制,比如我们难以直接知道哪些
中元素会在自然映射
下变成
。如果对
,存在
使
,那么
会被打到
,事实上自然映射
的核由被某个
作用得
的
组成。
直接考虑将
构造出来,仿照熟悉的分式环就是对 商去 当且仅当
,但这样证明传递性时,如果 ,而 ,则 ,需要
非零因子才可以有消去律。这样
不含零因子时可以定义 ,如果 是 中一切非零因子的集合,则 称为 的全商环(total quotient
ring) ,它是 最大的使
仍然是其子环的局部化。
的全商环是
更进一步的,对于
有零因子的情形,令 ,则 在
中的像无零因子,从而可以有局部化 (注意 并不一定单射)
满足 关于 局部化的泛性质,从而
于是 中元素皆有 形式, 当且仅当 对某个 ,一般来说 当且仅当存在某个 使得
,这就是一般局部化构造性的定义。
令
, ,则
令
为 中素理想, ,则 是乘性子集, 记作 ,称为 在 处的局部化。
;
是一切在 处有定义的有理函数。
Reading: Section 2.1
Exercises: 2.1, 2.7
局部化的
如果 是 的理想, 是自然的映射,则 (这里 表示理想的收缩 , 表示理想的扩张 ),于是 是单射
注意到若 , ,则 ,从而 , 。
如果 诺特,则 诺特
可以被嵌入
某种意义上可以将
中元素看作函数,作为 中余维数为
的“点”,其零点就是 ,其中
,那么自然 就是
中去除这些点 事实上
同构于 中与
不交的素理想组成的子空间
首先 中理想的收缩一定与 不交。反过来如果 是 中与 不交的素理想,则只需证明
,而注意到因为素理想而且与
不交,
之后一切显然。
如果 有限生成,则 是 的开子集
一般来说
是无穷多开集的交,并非开集,但实际和开集的行为会比较像。
中素理想有 、 ( 不可约)、 三类,它的素谱在上一章3.10 已经有过可视化。关于
处局部化 的 中只有一般点
,而 则是 对应“一维点”加上一般点,至于
则是点
加上过这点的曲线和一般点 注意素理想局部化的素谱和商环的素谱大相径庭,譬如说
的素谱就是
,
则是
曲线带上其上的这些红点,
就是单点。总体来说,一般直观上商环 的素谱是 以及 “内部”的所有点,而局部化
则是 和在
附近外部的点,在这种意义上商和局部化是相反的操作。
一般来讲, ,把
变成最小的理想,素谱的一般点。而 ,把
变成最大的理想,变成素谱中唯一的闭点。
考虑
在 处的局部化,它的素谱中有三个点
Reading: Section 2.1
Exercises: 2.10
上的函数
对紧Hausdorff空间 ,我们熟知
,而 这元素皆为 上的函数,于是也就是
上的函数。类似地对一般的环
,也有类似的将 视作
上函数的观点。
中极大理想形如 , 中函数在 处取值于实数,也就是
。对一般的环,则 在 处的取值应在 中。
取
,则非零理想都形如
, 处的取值就是
取
, 就具有如下函数图像
但这种函数化会出现一个问题,就是 到函数的映射并不一定是单射。事实上如果
对应的函数是 ,也就是 属于一切 ,也就是
(由上节引理5.6,对任何乘性子集
,如果 与理想 不交,则存在素理想 与 不交,然后取 )。
事实上我们有更好的方法来表示出这样的函数,具体来说是使 在 处在局部化环 中取值。注意到 在 中的像是 当且仅当存在 , ,于是 对应的函数是 的当且仅当存在可逆元杀掉 ,也就是 。现在 对应的函数在 处取值于 ,有时也可以进一步考虑
(如果没用幂零元?),不过一般还是考虑局部环
对开集
,令 表示
上全体连续函数组成集合,则它具有以下性质:
(i):如果
,则有函子性(也就是保持自然含入映射的复合,但是反向)的限制映射
(ii)(预层性质):如果 , 在一切 上的限制是 ,则
(iii)(层性质): 如果
,有一族连续函数 且 在
上的限制相同,则存在 , 在
上的限制是
我们希望对任意的环 定义
。事实证明在处理具体问题时,几乎所有问题中我们都只需要考虑
,所以实际上我们只需要考虑这些基本开集。
直观上来说, 中 的“零点” 是一个超曲面,于是 就是余维数 的集合(直观上讲就是 不为零的点之集合),而对在 上的“好函数”,首先 中的函数都一定可以,其次因为 在 上“不消失”,所以 也行,于是遂把 定义为
Exercise: 2.6
Exercises: Suppose R is the ring of continuous real functions on the
circle. Is the natural map from R to the localization at a maximal ideal
injective? What if R is the ring of smooth functions on the circle? What
if R is the ring of analytic functions on the circle?
仿射概形
某种意义上仿射概形的观点在于将
看作
上的函数环。在此前我们给每个
定义了一个环
,现在我们来说明这种定义确实使 "表现得和
上函数环一样",也就是它满足限制性质、预层性质和层性质。
具体来说 (1) 对含入映射(对应函数的限制) 有自然的映射
,并且显然满足函子性。
假设 被 覆盖, 在一切 上限制为 ,不妨将 替换 ,且设 ,那么诸 覆盖
,也就是没有素理想(极大理想)包含一切 ,因此有有限多个 生成 ,也就是 ,考虑它的幂次知 也是 ,而 在 中为零等于说 ,从而即知 。
这里只考虑
是整环的情形,虽然说非整环情况下结论也正确。如果 ,对每个 给定了 ,且在 上 和 相同。这里依然将 替换为 并设 ,从而诸 覆盖 ,有 ,并且可以将 替换为 ,于是要寻找某个 在一切 上为 变成要找某个 ,在一切 上为 ,也就是 。如果我们找到了这样的 ,那么
,事实上对 ,由于
,有 ,因而
和相应配套的层 与 定义了
的仿射概形 。这种几何语言和交换环本身的代数语言之间具有一些对偶关系,具体来说
下面是一些基本例子
Exercise: 2.19, 2.26
Exercise for the ambitious: Check the sheaf property discussed in the
lecture for rings with zero divisors. (This is tricky.)