在代数几何 中,有理映射 是定义在概形 的稠密开集上的态射。有理映射及由此引生的双有理等价 是古典代数几何学的主要对象。
固定概形
V
,
W
{\displaystyle V,W}
。考虑所有的资料
(
U
,
f
)
{\displaystyle (U,f)}
,其中
U
⊂
V
{\displaystyle U\subset V}
是稠密开集,而
f
:
U
→
W
{\displaystyle f:U\to W}
是态射;这些资料代表了
U
{\displaystyle U}
上“部份定义”的态射,
U
{\displaystyle U}
代表
f
{\displaystyle f}
的定义域。定义下述等价关系:
(
U
,
f
)
∼
(
U
′
,
g
)
⟺
f
|
U
∩
U
′
=
g
|
U
∩
U
′
{\displaystyle (U,f)\sim (U',g)\iff f|_{U\cap U'}=g|_{U\cap U'}}
此外,注意到稠密性保证
U
∩
U
′
{\displaystyle U\cap U'}
也是
V
{\displaystyle V}
中的稠密开集。当
V
{\displaystyle V}
不可约,则所有非空开集都是稠密的。若再假设
V
{\displaystyle V}
既约而
W
{\displaystyle W}
是分离概形 ,则任一等价类有唯一一个定义域最大的代表元。
从概形
V
{\displaystyle V}
到
W
{\displaystyle W}
的有理映射
f
{\displaystyle f}
是其中的一个等价类
[
U
,
f
]
{\displaystyle [U,f]}
。
若
f
{\displaystyle f}
是从
U
{\displaystyle U}
到
V
{\displaystyle V}
,
g
{\displaystyle g}
是从
V
{\displaystyle V}
到
W
{\displaystyle W}
的有理映射,则一般并不能定义其合成
g
∘
f
{\displaystyle g\circ f}
。但是当
f
{\displaystyle f}
的像(对某个,因而对每个代表元
(
U
0
,
f
U
0
)
{\displaystyle (U_{0},f_{U_{0}})}
)在
V
{\displaystyle V}
中稠密时,对每个
g
{\displaystyle g}
的代表元
(
V
0
,
g
V
0
)
{\displaystyle (V_{0},g_{V_{0}})}
,
f
U
0
(
U
0
)
∩
V
0
{\displaystyle f_{U_{0}}(U_{0})\cap V_{0}}
皆非空,此时可以定义
g
∘
f
:=
[
f
U
0
−
1
(
V
0
)
,
g
V
0
∘
f
U
0
]
{\displaystyle g\circ f:=[f_{U_{0}}^{-1}(V_{0}),g_{V_{0}}\circ f_{U_{0}}]}
。
同理,若
V
{\displaystyle V}
与
W
{\displaystyle W}
都是
S
{\displaystyle S}
上的概形,也可以类似地定义
S
{\displaystyle S}
-有理映射。
设
k
{\displaystyle k}
为整环 ,设
V
:=
A
k
n
{\displaystyle V:=\mathbb {A} _{k}^{n}}
、
W
:=
A
k
m
{\displaystyle W:=\mathbb {A} _{k}^{m}}
,则从
V
{\displaystyle V}
到
W
{\displaystyle W}
的任何有理映射
f
{\displaystyle f}
有唯一的表法:
f
=
(
f
1
(
x
1
,
…
,
x
n
)
g
1
(
x
1
,
…
,
x
n
)
,
…
,
f
m
(
x
1
,
…
,
x
n
)
g
m
(
x
1
,
…
,
x
n
)
)
{\displaystyle f=\left({\dfrac {f_{1}(x_{1},\ldots ,x_{n})}{g_{1}(x_{1},\ldots ,x_{n})}},\ldots ,{\dfrac {f_{m}(x_{1},\ldots ,x_{n})}{g_{m}(x_{1},\ldots ,x_{n})}}\right)}
其中
f
i
,
g
i
{\displaystyle f_{i},g_{i}}
是多项式。该有理映射可以在
A
k
n
∖
⋃
i
{
g
i
=
0
}
{\displaystyle \mathbb {A} _{k}^{n}\setminus \bigcup _{i}\{g_{i}=0\}}
上定义。
此外,对于不可约
k
{\displaystyle k}
-概形
X
{\displaystyle X}
,其上的有理函数一一对应到从
X
{\displaystyle X}
到
P
k
1
{\displaystyle \mathbb {P} _{k}^{1}}
的有理映射。
优势映射与双有理等价 [ 编辑 ]
之前考虑合成问题时,曾利用像的稠密性条件;满足该条件的有理映射称为优势映射 。由于优势映射可以作合成,定义从概形
V
{\displaystyle V}
到
W
{\displaystyle W}
的双有理等价 为一个优势映射
f
{\displaystyle f}
,使得存在另一个从
W
{\displaystyle W}
到
V
{\displaystyle V}
的优势映射
g
{\displaystyle g}
,使
f
∘
g
=
i
d
W
{\displaystyle f\circ g=\mathrm {id} _{W}}
、
g
∘
f
=
i
d
V
{\displaystyle g\circ f=\mathrm {id} _{V}}
。
以下考虑域
k
{\displaystyle k}
上的不可约代数簇 及其间的
k
{\displaystyle k}
-有理映射。有理映射的地位在于:透过有理函数的“拉回”运算,代数簇之间的优势映射对应到函数域 之间的映射,而双有理等价对应到函数域的同构。由此可知代数簇的双有理等价范畴等价于函数域的反范畴。
双有理等价的例子 [ 编辑 ]
双有理等价的定义较同构宽,因为我们容许态射在某维度较低的闭集上未定义。一个例子是
P
k
2
{\displaystyle \mathbb {P} _{k}^{2}}
与
X
:
x
y
−
w
z
=
0
⊂
P
k
3
{\displaystyle X:xy-wz=0\subset \mathbb {P} _{k}^{3}}
,两者双有理等价,而并不同构。原因如下:
P
k
2
{\displaystyle \mathbb {P} _{k}^{2}}
中的任两条闭曲线都有交点,而在
X
{\displaystyle X}
中,
w
=
x
=
0
{\displaystyle w=x=0}
与
y
=
z
=
0
{\displaystyle y=z=0}
不相交,因而
X
{\displaystyle X}
与
P
k
2
{\displaystyle \mathbb {P} _{k}^{2}}
并不同构。
另一方面,
X
{\displaystyle X}
的函数域 可以在仿射开集
w
≠
0
{\displaystyle w\neq 0}
上计算,此开集的座标环是
k
[
x
,
y
,
z
]
/
(
x
y
−
z
)
≃
k
[
x
,
y
]
{\displaystyle k[x,y,z]/(xy-z)\simeq k[x,y]}
,其函数域是
k
(
x
,
y
)
{\displaystyle k(x,y)}
;这也是
P
k
2
{\displaystyle \mathbb {P} _{k}^{2}}
的函数域,于是二者双有理等价。若细审上述论证,事实上能写出所求双有理等价的式子。
Grothendieck, Alexandre; Jean Dieudonné. Éléments de géométrie algébrique 2nd edition. Berlin; New York: Springer-Verlag. 1971. ISBN 978-3-540-05113-8 (法语) .
Hartshorne, Robin. Algebraic Geoemtry. Berlin; New York: Springer-Verlag. 1977. ISBN 978-0-387-90244-9 (英语) .