9. 解析空间
本节将解析环粘起来得到解析空间. 在此之前先回忆概形是怎么粘出来的. 为便于推广, 我们来回忆函子式的办法. 以 记 (-) 环的范畴. 对任意 , 生成单位理想, 令 覆盖 , 即得 上一个 Grothendieck 拓扑, 称 Zariski 拓扑. 以此将 视为景, 则 Zariski 下降表明 是其上的层, 这就是仿射概形. 不难发现映射 在 中为 -截断; 此类映射称为主开浸入或主局部化, 它们的余极限称为开浸入或 Zariski 局部化. 最后, 概形即定义为仿射概形沿开浸入取余极限所得. Zariski 下降还表明 是 上的对称幺半稳定无穷范畴层, 于是对 , 可定义其 (拟凝聚) 导出范畴为 . 如 是概形, 依定义有 .
解析空间的作法大体与之类似. 不同之处在于由于解析环本身结构复杂, 显式的形如 的局部化未必合理, 只能抽象地以模范畴刻画局部化. 由于我们认为解析环的本体是模范畴, 模范畴一样而底环不同者应当视为一样, 所以本节在完备解析环范畴 中工作, 环张量积符号常指 中的推出.
定义 9.1. 称 中同态 为局部化, 指忘却函子 满忠实.
注 9.2. 这推出 . 事实上, 满忠实函子 给出 上解析结构, 记作 , 其完备化为 . 由解析环余极限的定义显然有 , 从而作为完备解析环余极限, . 用类似的办法可以看出局部化在基变换和余极限下封闭.
反过来 的话 是不是局部化呢, 我还没想. 离散情形当然是这样, 因为 -环同态 的模范畴忘却函子满忠实, 相当于说它的左伴随 复合它为 ; 由于 在余极限下生成 , 这自然就等价于 . 做一些交换代数不难发现, Noether 环之间同态依以上定义是局部化, 当且仅当它是归纳 Zariski 局部化. 固然不 Noether 时会有其它东西, 比如非离散的一维赋值环打到它的剩余域, 但在解析环情境下要做一般理论可能也只能如此定义.
光是局部化并不能保证导出范畴能粘合, 还要引入一个条件.
定义 9.3. 称解析环同态 为稳态, 指对任意同态 , 任意 , . 这自然等价于 保持 . 具体地说, 像命题 8.12 的证明中一样, 对 , 有自然的 模结构, 由给出; 这里要求它仍属于 . 如令 为 中推出, 则实际上 有自然的 模结构, 这也就相当于要求它属于 . 另外, 由于 , 这也等价于 保持 .
以下命题将映射稳态刻画为支持基变换.
命题 9.4. 解析环同态 稳态当且仅当对任意推出图表以及任意 , .
注 9.5. 显然, 稳态映射在基变换下封闭. 由命题 8.13 证明中对左伴随的描述不难看出其也在余极限下封闭. 由定义 9.3 里最后一句话容易发现其还有如下性质: 如解析环同态 复合起来稳态, 则 亦稳态.
正确的解析环覆盖是这样:
定义 9.6. 中, 稳态覆盖指稳态局部化的有限族 , 使得函子 反映同构, 即左边一个态射是同构当且仅当其打到右边之后是同构. 由于 满忠实嵌入对应的 且此函子为右 -正合, 这等价于函子 反映同构, 也等价于它反映零对象. 以此把 视为景.
正是稳态让导出范畴能下降:
定理 9.7. 设 为稳态覆盖. 对 非空, 记 , 则 , 其中 取遍 的非空子集. 换言之, 是 上的对称幺半稳定无穷范畴层.
这样便可定义仿射解析空间.
然后便可如本节开头一样作出解析空间.
定义 9.9. 中映射称为开浸入, 指它是仿射解析空间的稳态局部化的余极限. 开浸入都是 -截断的. 中对象称为解析空间, 指它是仿射解析空间沿开浸入的余极限. 对解析空间 , 定义其 (拟凝聚) 导出范畴为 , 它是 -充实、幂、余幂的对称幺半稳定无穷范畴.
解析空间的映射指的是它们在 中的映射. 对解析空间映射 , 其拟凝聚导出范畴之间有自然的函子 . 由伴随函子定理它有右伴随, 记作 . 和概形论中一样, 我们可以定义解析空间及其映射的拟紧、拟分离. 不难发现 拟紧拟分离时 保持余极限, 因为仿射时如此.
注 9.10. 这和 [Analytic] 上的说法略有不同, 但它们等价只是 -意象上的抽象废话.
注 9.11. 也可以以环层空间的思路做解析空间. 对解析空间 , 定义其开子空间指解析空间 连同开浸入 . 显然开子空间的任意并和有限交仍是开子空间, 且满足分配律, 于是 的所有开子空间构成一个位象, 记作 , 称为其底位象, 或不正式地, 底空间. 位象指的是 -意象. 的解析空间结构给 以自然的解析环层, 记作 , 于是 便成为解析环层位象. 它显然局部同构于 这样的解析环层位象. 反过来, 如有局部同构于仿射解析空间的解析环层位象, 则将对应局部的解析谱取余极限可以得回上面定义的解析空间. 这样便把解析空间等同于局部同构于仿射解析空间的解析环层位象.
虽然这看似比上面更「几何」, 但实际意义不大, 因为 通常太细, 如同概形论中的投射 Zariski 拓扑. 实际做几何时还是用一个更粗的位象, 这可从下一节看出. 解析空间的好处是提供了统一的理论框架以及合理的导出范畴.
下面来看例子. 在此之前需要给出稳态的充分条件.
命题 9.12. 是解析环同态. 如对任意极不连通空间 以及任意 模 , 自然映射是同构, 那么 为稳态.
证明. 任取解析环同态 , 令 . 取 , 令 . 下证 .
例 9.13. 我们来把离散进制空间, 即离散 Huber 对所粘成的进制空间, 做成解析空间. 这件事分为以下几步:
1. | 把离散 Huber 对 做成解析环 . 首先对 上有限型环对 , 这就是命题 6.6. 由习题 6.8, 只依赖于 和 在 中整闭包. 然后对离散 Huber 对 , 定义 , 其中 取遍 上有限型环对, 便得到解析环 . 由于此余极限是滤的, 命题 8.13 保证了它完备, 底环为 . |
2. | 把离散 Huber 对局部化做成稳态局部化. 由于稳态局部化的交还是稳态局部化, 只用做一元情形, 即证明 是稳态局部化. 这可分成两步 . 第一步是 的基变换, 而环局部化总是稳态局部化. 第二步则是 的基变换, 这就稍复杂些. 它当然是局部化, 因为底环相同. 稳态就用命题 9.12. 由命题 7.1 (的证明), 这里的 就是 , 从而 |
3. | 最后, 离散进制空间是离散 Huber 对的进制谱沿局部化的余极限, 于是取相应解析谱的余极限便得到解析空间. |
一般进制空间会有一些麻烦. 对一般 Huber 对 , 固然应该定义 为 , 但由于 Huber 对的局部化涉及环的进制完备化, 故它未必表现良好. [Analytic], 命题 14.7 说局部化至少对在 Noether 的定义环上有限生成的, 或者 Tate 且层的 Huber 环来说表现良好, 但那里没有证明. [An21] 里做了些证明.
做成解析空间的好处是能在非 Archemedes 解析几何中做出表现良好的导出范畴. 实际上 Archemedes 解析几何的对象也能做成解析空间, 但这就需要液态化的实数了.
注 9.14. 我们发展无穷范畴版本的理论, 一个原因就是想把复解析几何囊括其中. 复解析几何中开浸入不平坦: 设 是不交开集, 则理应 , 而全纯函数刚性又导致 , 是单射, 故开浸入不可能平坦. 这样一来, 拟凝聚导出范畴的 结构在局部化下完全混乱, 于是就无法在 Abel 范畴上做事, 必须用无穷范畴.
术语翻译
-截断 (形容词) • 英文 -truncated
稳态 (形容词) • 英文 steady
反映 (动词) • 英文 reflect
位象 • 英文 locale
进制空间 • 英文 adic space