Compare commits
22 Commits
f39da786ed
...
main
| Author | SHA1 | Date | |
|---|---|---|---|
|
|
2f177b5ea4 | ||
|
|
0c17ec8a33 | ||
|
|
eafc1433ff | ||
|
|
37dd6d7e9e | ||
|
|
bede275cb2 | ||
|
|
c62127fe6e | ||
|
|
cae7c64324 | ||
| 8240460304 | |||
| ebe2f30d8d | |||
| b32012fe9f | |||
|
|
ff8a3e3e1b | ||
|
|
b3daaa8e54 | ||
|
|
e1e46d94b6 | ||
|
|
9211031e5b | ||
|
|
0f94c73d2d | ||
|
|
3b41eaee88 | ||
|
|
d65e9b551b | ||
|
|
5d719482bf | ||
|
|
71e3ca6bf1 | ||
|
|
df37bd8d46 | ||
|
|
f17a607d39 | ||
|
|
c61194213b |
18
.gitignore
vendored
18
.gitignore
vendored
@@ -1 +1,19 @@
|
||||
public
|
||||
KommutativeAlgebra.aux
|
||||
KommutativeAlgebra.bbl
|
||||
KommutativeAlgebra.blg
|
||||
KommutativeAlgebra.brf
|
||||
KommutativeAlgebra.fdb_latexmk
|
||||
KommutativeAlgebra.fls
|
||||
KommutativeAlgebra.idx
|
||||
KommutativeAlgebra.ilg
|
||||
KommutativeAlgebra.ind
|
||||
KommutativeAlgebra.loa
|
||||
KommutativeAlgebra.lof
|
||||
KommutativeAlgebra.log
|
||||
KommutativeAlgebra.lot
|
||||
KommutativeAlgebra.out
|
||||
KommutativeAlgebra.pdf
|
||||
KommutativeAlgebra.synctex(busy)
|
||||
KommutativeAlgebra.synctex.gz
|
||||
KommutativeAlgebra.toc
|
||||
|
||||
3
.gitmodules
vendored
Normal file
3
.gitmodules
vendored
Normal file
@@ -0,0 +1,3 @@
|
||||
[submodule "bibliography"]
|
||||
path = bibliography
|
||||
url = git@git.cplx.vm.uni-freiburg.de:kebekus/bibliography.git
|
||||
135
.vscode/ltex.dictionary.de-DE.txt
vendored
135
.vscode/ltex.dictionary.de-DE.txt
vendored
@@ -43,3 +43,138 @@ Ganzheitsgleichung
|
||||
Erzeugendensystem
|
||||
Gröbnerbasen
|
||||
Syzygie
|
||||
Substitutionsmorphismus
|
||||
Transzendenzbasen
|
||||
Transzendenzbasis
|
||||
Transzendenzgrad
|
||||
körpertheoretische
|
||||
körpertheoretischen
|
||||
tautologischerweise
|
||||
Verschwindungsmenge
|
||||
Koeffizientenkörper
|
||||
Zariski-Topologie
|
||||
Zariski-abgeschlossenen
|
||||
Zariski-offenen
|
||||
Zariski-offene
|
||||
Hausdorffsch
|
||||
Verschwindungsideal
|
||||
Radikalideal
|
||||
Radikalideals
|
||||
Primideal
|
||||
Maximalitätsannahme
|
||||
Radikalideale
|
||||
Rabinowitsch
|
||||
Primidealen
|
||||
Reduzible
|
||||
Primideale
|
||||
prim
|
||||
Quotientenring
|
||||
Quotientenkörper
|
||||
nullteilerfrei
|
||||
Bloomington
|
||||
Homomorphiesatz
|
||||
repräsentierbaren
|
||||
reduzible
|
||||
Rückzugsabbildung
|
||||
Algebramorphismus
|
||||
Algebrahomomorphismen
|
||||
Varietätenmorphismus
|
||||
funktoriell
|
||||
Substitutionsabbildung
|
||||
Grothendieck
|
||||
Saint-Lizier
|
||||
Saint-Girons
|
||||
Ariège
|
||||
Gradabschätzungen
|
||||
Monomiale
|
||||
monomialen
|
||||
Monom
|
||||
Monome
|
||||
Monomen
|
||||
monomial
|
||||
monomiale
|
||||
Quotientenringes
|
||||
Monomordnungen
|
||||
vier-elementiges
|
||||
Monomordnung
|
||||
Initialterm
|
||||
graduiert-rückwärtslexikografischen
|
||||
rückwärtslexikografische
|
||||
Rückwärtslexika
|
||||
Eindeutigkeitsaussage
|
||||
Gröbnerbasis
|
||||
Gröbner
|
||||
Gossensaß
|
||||
Gröbner-Dualität
|
||||
Heisuke
|
||||
Hironaka
|
||||
Yuu
|
||||
Kuga-gun
|
||||
Iwakuni
|
||||
Yamaguchi
|
||||
Teleskopsumme
|
||||
graduiert-rückwärtslexikografische
|
||||
Tangentialkegel
|
||||
Tangentialkegels
|
||||
Vielfachheit
|
||||
Vielfachheiten
|
||||
Glattheit
|
||||
repräsentierbar
|
||||
Quotientenkörpers
|
||||
def
|
||||
Repräsentantenniveau
|
||||
Moduln
|
||||
Surjektivität
|
||||
Quotientenmodul
|
||||
Lokalisierungsfunktors
|
||||
Lokalisierungskonstruktion
|
||||
Inklusionsabbildung
|
||||
Primideals
|
||||
Nakayama
|
||||
Lokalisierungsabbildung
|
||||
uniformisierende
|
||||
uniformisierenden
|
||||
adische
|
||||
Tangentialgerade
|
||||
uniformisierender
|
||||
Cohen-Seidenberg
|
||||
Krull-Dimension
|
||||
Inklusionszeichen
|
||||
Krull
|
||||
Krullsche
|
||||
Inklusionsmorphismus
|
||||
Isomorphiesatz
|
||||
Faktorielle
|
||||
faktorieller
|
||||
faktoriell
|
||||
Zariski-dichte
|
||||
Zariski-Abschluss
|
||||
Ganzheitsgleichungen
|
||||
Krullschen
|
||||
Funktiongraf
|
||||
Konik
|
||||
Eindeutigkeitsbeweis
|
||||
Bahnenraum
|
||||
Antipodenpunkten
|
||||
Antipodenpunkte
|
||||
Normparabel
|
||||
kompaktifiziert
|
||||
Asymptotenrichtungen
|
||||
Normhyperbel
|
||||
Perge
|
||||
Apollonius
|
||||
Pergaeus
|
||||
Koniken
|
||||
Apollonios
|
||||
Projektivitäten
|
||||
Projektivität
|
||||
Dehomogenisierung
|
||||
dehomogenisierten
|
||||
.te
|
||||
Bézout
|
||||
Nemours
|
||||
Avon
|
||||
Barth-Sextik
|
||||
Jaffe
|
||||
Ruberman
|
||||
Labs
|
||||
|
||||
1
.vscode/ltex.dictionary.en-US.txt
vendored
1
.vscode/ltex.dictionary.en-US.txt
vendored
@@ -1,2 +1,3 @@
|
||||
Kebekus
|
||||
syzygy
|
||||
sextic
|
||||
|
||||
39
.vscode/ltex.hiddenFalsePositives.de-DE.txt
vendored
39
.vscode/ltex.hiddenFalsePositives.de-DE.txt
vendored
@@ -3,3 +3,42 @@
|
||||
{"rule":"DE_CASE","sentence":"^\\QWikipedia schreibt: Rationale Parametrisierung des Kreises Pythagoreische Tripel finden sich bereits auf babylonischen Tontafeln, die in die Zeit der Hammurabi-Dynastie datiert werden (1829 bis 1530 v. Chr.).\\E$"}
|
||||
{"rule":"DE_CASE","sentence":"^\\QWikipedia schreibt: Zahlreiche teils romantische, teils dramatische, aber auch tragische Episoden dieser Geschichte haben [den Großen Satz von Fermat] weit über den Kreis der Mathematiker hinaus populär gemacht.\\E$"}
|
||||
{"rule":"KLEINSCHREIBUNG_KEIN_NAME","sentence":"^\\QDer Beweis von Satz \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q verwendet die \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, die sie aus der Vorlesung „Lineare Algebra“ kennen (sollten).\\E$"}
|
||||
{"rule":"KOMMA_ZWISCHEN_HAUPT_UND_NEBENSATZ","sentence":"^\\Q\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q ist algebraisch über \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q sind algebraisch abhängig über \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q.\\E$"}
|
||||
{"rule":"PLURAL_APOSTROPH","sentence":"^\\QIn diesem Fall sehen wir auch ohne Verwendung von Zorn's Lemma, dass wir \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q zu einer maximal großen algebraisch unabhängigen Teilmenge \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q vergrößern können.\\E$"}
|
||||
{"rule":"KOMMA_ZWISCHEN_HAUPT_UND_NEBENSATZ_2","sentence":"^\\QDann definiere den Transzendenzgrad von \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q über \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q als \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q falls \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q eine endlich Transzendenzbasis mit \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Elementen besitzt \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q sonst.\\E$"}
|
||||
{"rule":"KLEINSCHREIBUNG_KEIN_NAME","sentence":"^\\QIn der Vorlesung „Lineare Algebra I“ beweist man den Basisergänzungssatz.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QDer folgende Satz unterscheidet sich von der Vorabversion, die wir auf Seite satz:shn formuliert hatten, durch die Diskussion des algebraischen Abschlusses.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\Q\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, geboren als Ascher Zaritsky, (* 24. April 1899, in Kobryn, Weißrussland; † 4. Juli 1986 in Brookline, Massachusetts, USA) war ein US-amerikanischer Mathematiker, der wichtige Beiträge zur Grundlegung der algebraischen Geometrie leistete.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\Q\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q (* als Georg oder Juri Rabinowitsch 25. März 1886 in Odessa; † 10. Oktober 1968 in Ann Arbor) war ein russisch-US-amerikanischer Mathematiker und theoretischer Physiker.\\E$"}
|
||||
{"rule":"UPPERCASE_SENTENCE_START","sentence":"^\\Qlightgray Algebra Geometrie Radikalideale algebraische Mengen maximale Ideale Punkte Primideale irreduzible Mengen Radikalideale sind Durchschnitte von Primidealen Zerlegung von algebraischen Mengen in irreduzible Komponenten Noether-Eigenschaft des Polynomrings Existenz von Zerlegungen\\E$"}
|
||||
{"rule":"IDEN_IDEEN","sentence":"^\\QBeeinflusst durch politische Ideen des Mai 1968 in Frankreich, zog er sich bereits um 1970 weitgehend aus seiner zentralen Position im mathematischen Leben von Paris zurück.\\E$"}
|
||||
{"rule":"DOPPELTE_SATZZEICHEN","sentence":"^\\QLiegt mein Element im Ideal?.\\E$"}
|
||||
{"rule":"WHITESPACE_RULE","sentence":"^\\QSituation \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Polynome \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, sodass \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q–\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q gelten Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, …, \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Schwache Division mit Rest Statt eines abstrakten Existenzsatzes finden Sie in Algorithmus \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q eine konkrete Vorschrift zur Berechnung der Polynome \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q.\\E$"}
|
||||
{"rule":"DE_CASE","sentence":"^\\QSituation \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Polynome \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, sodass \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q–\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q gelten Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, …, \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Schwache Division mit Rest Statt eines abstrakten Existenzsatzes finden Sie in Algorithmus \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q eine konkrete Vorschrift zur Berechnung der Polynome \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_WORD_REPEAT_BEGINNING_RULE","sentence":"^\\QDie Implikation “\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q” ist der wesentliche Punkt des Beweises.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_WORD_REPEAT_BEGINNING_RULE","sentence":"^\\QDie Implikation „\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q“ ist der wesentliche Punkt des Beweises.\\E$"}
|
||||
{"rule":"DOPPELTE_SATZZEICHEN","sentence":"^\\QWorum geht es?.\\E$"}
|
||||
{"rule":"UPPERCASE_SENTENCE_START","sentence":"^\\Qeigentlich notwendig ist.\\E$"}
|
||||
{"rule":"KLEINSCHREIBUNG_KEIN_NAME","sentence":"^\\QIn der Vorlesung „Lineare Algebra“ haben Sie exakte Sequenzen kennengelernt, aber vielleicht nicht gemocht.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_WORD_REPEAT_BEGINNING_RULE","sentence":"^\\QVerstehe, wie sich der Modul \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q aus den kleineren Moduln \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q zusammensetzt.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_WORD_REPEAT_BEGINNING_RULE","sentence":"^\\QEs ist \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q.\\E$"}
|
||||
{"rule":"KOMMA_ZWISCHEN_HAUPT_UND_NEBENSATZ_2","sentence":"^\\QGegeben eine rationale Funktion \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q falls \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q bei \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q eine Nullstelle von Ordnung \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q hat \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q falls \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q bei \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q eine Polstelle von Ordnung \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q hat \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q sonst\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QDie Krullsche Dimension von \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q ist das Maximum aller Längen von Ketten von Primidealen, \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QGoing up.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QDer Satz, der als „Going up“ bekannt ist, impliziert dann sehr schnell, dass die Dimensionen von \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q übereinstimmen.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QBeweis des Satzes „Going up“.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QDer Beweis des Satzes „Going up“ ist nicht kompliziert, aber ein wenig mühsam.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QDer Beweis des Satzes „Going up“ ist nicht kompliziert, aber ein mühsam.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QZurück zum eigentlichen Ziel: mithilfe des Satzes „Going up“ können wir jetzt sehr schnell den Satz \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q über die Invarianz der Dimension unter ganzen Ringerweiterungen beweisen.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QGoing down.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QVorlesung 15Die Umkehrung von Satz \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q („Going up“) ist im Allgemeinen falsch, aber mit Zusatzannahmen richtig.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QAnwendungen des Satzes „Going down“ kommen in den Übungen.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QObwohl der Beweis nicht kompliziert ist, möchte ich den Satz „Going down“ in dieser Vorlesung nicht vertiefen und auch nicht beweisen.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QZum einen ist der Satz „Going down“ natürlich nur dann interessant, wenn wir in relevante Situationen die Normalität tatsächlich entscheiden können.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QDer Beweis ist recht algebraisch, aber mit unseren Methoden („Going Up/Down + Noether Normalisierung“) jetzt ohne weiteres möglich.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QDie Schnittmultiplizität sollte eine idealerweise eine Funktion \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Qebene alg.\\E$"}
|
||||
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QKurven in \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Qebene alg.\\E$"}
|
||||
{"rule":"KLEINSCHREIBUNG_KEIN_NAME","sentence":"^\\QIn der Vorlesung „Lineare Algebra“ hatten Sie den Satz des Apollonius von Perge kennengelernt, der die Koniken klassifiziert.\\E$"}
|
||||
{"rule":"KLEINSCHREIBUNG_KEIN_NAME","sentence":"^\\QIn der Vorlesung „Lineare Algebra“ hatten Sie den Satz des Apollonios von Perge kennengelernt, der die Koniken klassifiziert.\\E$"}
|
||||
{"rule":"DE_AGREEMENT","sentence":"^\\QDann gilt für jeden Vektor \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und jedes Skalar \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q die Gleichung \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q.\\E$"}
|
||||
{"rule":"UPPERCASE_SENTENCE_START","sentence":"^\\Qlightgray Algebra Geometrie homogene Radikalideale algebraische Mengen homogene Primideale irreduzible Mengen homogene Radikalideale sind Durchschnitte von homogenen Primidealen Zerlegung von algebraischen Mengen in irreduzible Komponenten Wörterbuch: algebraische Teilmengen des projektiven Raums\\E$"}
|
||||
|
||||
16
03.tex
16
03.tex
@@ -192,14 +192,14 @@ auch für Matrizen über Ringen gilt.
|
||||
b^{n-1}$ erzeugen daher $A[b]$ als $A$-Modul.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{proof}[Beweis von Satz~\ref{satz:3-2-9}, Folgerung \ref{il:3-2-9-2} $⇒$ \ref{il:3-2-9-1}]
|
||||
\begin{proof}[Beweis von Satz~\ref{satz:3-2-9}, Folgerung \ref{il:3-2-9-2} $⇒$ \ref{il:3-2-9-3}]
|
||||
Setze $M := A[b]$, fertig.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{proof}[Beweis von Satz~\ref{satz:3-2-9}, Folgerung \ref{il:3-2-9-3} $⇒$ \ref{il:3-2-9-1}]
|
||||
Wähle ein endliches Erzeugendensystem $m_1, …, m_n$ des Ringes $M$ als
|
||||
$A$-Modul. Wir können also jedes Element von $M$ als $A$-Linear\-kombination
|
||||
der $m_•$ schreiben. Machen wir das.
|
||||
Wähle ein endliches Erzeugendensystem $m_1, …, m_n$ des Ringes $M$ als
|
||||
$A$-Modul. Wir können also jedes Element von $M$ als $A$-Linear\-kombination
|
||||
der $m_•$ schreiben. Machen wir das.
|
||||
\begin{align*}
|
||||
1_M & = a_1·m_1 + ⋯ + a_n·m_n \\
|
||||
b·m_1 &= a_{11}·m_1 + ⋯ + a_{1n}·m_n \\
|
||||
@@ -284,13 +284,13 @@ knapp wiedergegeben.
|
||||
\[
|
||||
א_1 ⊂ A[b_1, …, b_n].
|
||||
\]
|
||||
Weiter ist $c$ ganz über $A[b_1, …, b_n]$. Also ist $A[b_1, …, b_n, c]$ nach
|
||||
Korollar~\ref{kor:3-3-4} ein endlich erzeugter $A[b_1, …, b_n]$-Modul. Wir
|
||||
wählen ein endliches Erzeugendensystem
|
||||
von $A[b_1, …, b_n]$ als $A$-Modul. Weiter ist $c$ ganz über $A[b_1, …, b_n]$.
|
||||
Also ist $A[b_1, …, b_n, c]$ nach Korollar~\ref{kor:3-3-4} ein endlich
|
||||
erzeugter $A[b_1, …, b_n]$-Modul. Wir wählen ein endliches Erzeugendensystem
|
||||
\[
|
||||
א_2 ⊂ A[b_1, …, b_n, c].
|
||||
\]
|
||||
Dann ist aber
|
||||
von $A[b_1, …, b_n, c]$ als $A[b_1, …, b_n]$-Modul. Dann ist aber
|
||||
\[
|
||||
א_1·א_2 := \{ a_1·a_2 \::\: a_1 ∈ א_1, a_2 ∈ א_2 \} ⊂ A[b_1, …, b_n, c]
|
||||
\]
|
||||
|
||||
138
04.tex
138
04.tex
@@ -16,23 +16,22 @@ als einem Element.
|
||||
\begin{defn}[Algebraische Unabhängigkeit]
|
||||
Es sei $L/K$ eine Körpererweiterung, und es seien $b_1, …, b_n ∈ L$. Nenne
|
||||
die Elemente $b_1,…, b_n$ \emph{algebraisch unabhängige
|
||||
Elemente}\index{algebraisch!Unabhängigkeit}, falls der
|
||||
Substitutionsmorphismus
|
||||
Elemente}\index{algebraisch!Unabhängigkeit}, falls der Substitutionsmorphismus
|
||||
\[
|
||||
K[X_1, …, X_n] \rightarrow L, \quad f(x_1, …, x_n) ↦ f(b_1, …, b_n)
|
||||
\]
|
||||
injektiv ist. Ansonsten nenne die Elemente $b_1,…, b_n$ \emph{algebraisch!
|
||||
Abhängigkeit}. Die Polynome im Kern des Substitutionsmorphismus werden als
|
||||
Abhängigkeit}. Die Polynome im Kern des Substitutionsmorphismus werden als
|
||||
\emph{algebraische Relationen}\index{algebraisch!Relationen} der Elemente
|
||||
$b_1,…, b_n$ bezeichnet.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Genau wie beim Begriff der ``linearen Unabhängigkeit'' ist die Definition der
|
||||
algebraischen Unabhängigkeit mindestens unglücklich. Statt zu sagen ``die
|
||||
Elemente $b_1,…, b_n$ sind algebraisch unabhängig'' wäre es besser und
|
||||
richtiger, zu sagen: ``die Menge $\{b_1,…, b_n\}$ ist algebraisch
|
||||
unabhängig''. Aber solche Traditionen lassen sich nur schwer korrigieren~…
|
||||
Genau wie beim Begriff der „linearen Unabhängigkeit“ ist die Definition der
|
||||
algebraischen Unabhängigkeit mindestens unglücklich. Statt zu sagen „die
|
||||
Elemente $b_1,…, b_n$ sind algebraisch unabhängig“ wäre es besser und
|
||||
richtiger, zu sagen: „die Menge $\{b_1,…, b_n\}$ ist algebraisch unabhängig“.
|
||||
Aber solche Traditionen lassen sich nur schwer korrigieren~…
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
@@ -44,7 +43,7 @@ als einem Element.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Gelegentlich wird der Begriff ``algebraisch unabhängig'' statt für
|
||||
Gelegentlich wird der Begriff „algebraisch unabhängig“ statt für
|
||||
Körpererweiterungen auch allgemeiner für Inklusionen $A ⊆ B$ in
|
||||
Integritätsringen verwendet. Das kann man machen. Wir beobachten, dass der
|
||||
Substitutionsmorphismus $A[X_1,…,X_n] \rightarrow B$ genau dann injektiv ist,
|
||||
@@ -62,11 +61,11 @@ als einem Element.
|
||||
\section{Transzendenzbasen}
|
||||
|
||||
Algebraische Unabhängigkeit ist ein bisschen wie lineare Unabhängigkeit. Und
|
||||
genau wie man eine Vektorraumbasis definiert als ``linear unabhängige Menge, die
|
||||
maximal ist bezüglich der Inklusion'', definieren wir jetzt die
|
||||
Transzendenzbasis einer Körpererweiterung.
|
||||
genau wie man eine Vektorraumbasis definiert als „linear unabhängige Menge, die
|
||||
maximal ist bezüglich der Inklusion“, definieren wir jetzt die Transzendenzbasis
|
||||
einer Körpererweiterung.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Transzendenzbasis]\label{def:4-2-1}
|
||||
\begin{defn}[Transzendenzbasis]\label{def:4-2-1}%
|
||||
Es sei $L/K$ eine Körpererweiterung. Eine
|
||||
\emph{Transzendenzbasis}\index{Transzendenzbasis} von $L$ über $K$ ist eine
|
||||
algebraisch unabhängige Teilmenge von $L$, die maximal bezüglich der Inklusion
|
||||
@@ -74,22 +73,22 @@ Transzendenzbasis einer Körpererweiterung.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
In Definition~\ref{def:4-2-1} bedeutet ``maximal bezüglich der Inklusion'' mit
|
||||
anderen Worten: Jede größere Menge $L ⊇ M' ⊋ M$ ist
|
||||
algebraisch abhängig über $K$.
|
||||
In Definition~\ref{def:4-2-1} bedeutet „maximal bezüglich der Inklusion“ mit
|
||||
anderen Worten: Jede größere Menge $L ⊇ M' ⊋ M$ ist algebraisch abhängig über
|
||||
$K$.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Rationale Funktionen]
|
||||
Es sei $K$ ein Körper und es sei $L := K(X_1, …, X_n)$ der Körper der
|
||||
rationalen Funktionen in $n$ Variablen. Dann bilden die Elemente
|
||||
$X_1, …, X_n ∈ L$ eine Transzendenzbasis von $L$ über $K$.
|
||||
rationalen Funktionen in $n$ Variablen. Dann bilden die Elemente $X_1, …, X_n
|
||||
∈ L$ eine Transzendenzbasis von $L$ über $K$.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{lem}[Charakterisierung von Transzendenzbasen]\label{lem:4-2-4}
|
||||
Es sei $L/K$ eine Körpererweiterung und es sei
|
||||
$M := \{ b_1, …, b_n\} ⊆ L$ eine Menge, die algebraisch unabhängig
|
||||
über $K$ ist. Die Menge $M$ ist genau dann eine Transzendenzbasis von $L$
|
||||
über $K$, wenn die Körpererweiterung $L/K(M)$ algebraisch ist.
|
||||
\begin{lem}[Charakterisierung von Transzendenzbasen]\label{lem:4-2-4}%
|
||||
Es sei $L/K$ eine Körpererweiterung und es sei $M := \{ b_1, …, b_n\} ⊆ L$
|
||||
eine Menge, die algebraisch unabhängig über $K$ ist. Die Menge $M$ ist genau
|
||||
dann eine Transzendenzbasis von $L$ über $K$, wenn die Körpererweiterung
|
||||
$L/K(M)$ algebraisch ist.
|
||||
\end{lem}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Gegeben ein Element $b ∈ L$, dann stellen wir erst einmal folgende
|
||||
@@ -100,8 +99,8 @@ Transzendenzbasis einer Körpererweiterung.
|
||||
& \iff \lbrace b_1,…, b_n, b \rbrace \text{ sind algebraisch abhängig über } K.
|
||||
\end{align*}
|
||||
Wir erkennen: die Menge algebraisch unabhängige Menge $M$ ist genau dann
|
||||
maximal bezüglich der Inklusion, wenn jedes Element $b ∈ L$ algebraisch
|
||||
über $K(M)$ ist.
|
||||
maximal bezüglich der Inklusion, wenn jedes Element $b ∈ L$ algebraisch über
|
||||
$K(M)$ ist.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
@@ -109,22 +108,21 @@ Transzendenzbasis einer Körpererweiterung.
|
||||
funktioniert natürlich ebenso für unendliche Menge $M$. Aber ich bin zu faul.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
In der Vorlesung ``Lineare Algebra I'' beweist man den Basisergänzungssatz. Das
|
||||
In der Vorlesung „Lineare Algebra I“ beweist man den Basisergänzungssatz. Das
|
||||
geht auch hier.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Basisergänzung]
|
||||
Es sei $L/K$ eine Körpererweiterung. Wenn $Γ ⊆ L$ ein
|
||||
Erzeugendensystem ist und wenn $S ⊂ Γ$ algebraisch unabhängig über $K$
|
||||
ist, dann lässt sich $S$ zu einer Transzendenzbasis $B$ mit $S ⊆ B ⊆ Γ$
|
||||
ergänzen.
|
||||
Es sei $L/K$ eine Körpererweiterung. Wenn $Γ ⊆ L$ ein Erzeugendensystem ist
|
||||
und wenn $S ⊂ Γ$ algebraisch unabhängig über $K$ ist, dann lässt sich $S$ zu
|
||||
einer Transzendenzbasis $B$ mit $S ⊆ B ⊆ Γ$ ergänzen.
|
||||
\end{satz}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Wir beweisen den Satz nur im Fall, wo $Γ$ endlich ist, also etwa
|
||||
$Γ = \{γ_1, …, γ_n\}$. In diesem Fall sehen wir auch ohne Verwendung von
|
||||
Zorn's Lemma, dass wir $S$ zu einer maximal großen algebraisch unabhängigen
|
||||
Teilmenge $B ⊆ Γ$ vergrößern können. Die Annahme ``maximal groß'' impliziert,
|
||||
dass jedes $γ_{•}$ algebraisch über $K(B)$ ist. Also ist $L = K(γ_1, …, γ_n)$
|
||||
algebraisch über $K(B)$, und die Charakterisierung von Transzendenzbasen aus
|
||||
Wir beweisen den Satz nur im Fall, wo $Γ$ endlich ist, also etwa $Γ = \{γ_1,
|
||||
…, γ_n\}$. In diesem Fall sehen wir auch ohne Verwendung von Zorn's Lemma,
|
||||
dass wir $S$ zu einer maximal großen algebraisch unabhängigen Teilmenge $B ⊆
|
||||
Γ$ vergrößern können. Die Annahme „maximal groß“ impliziert, dass jedes $γ_•$
|
||||
algebraisch über $K(B)$ ist. Also ist $L = K(γ_1, …, γ_n)$ algebraisch über
|
||||
$K(B)$, und die Charakterisierung von Transzendenzbasen aus
|
||||
Lemma~\ref{lem:4-2-4} zeigt, dass $B$ eine Transzendenzbasis ist.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
@@ -137,8 +135,8 @@ Basisaustauschlemma und betrachten wieder nur den endlichen Fall.
|
||||
|
||||
\begin{prop}[Basisaustauschlemma]
|
||||
Es sei $L/K$ eine Körpererweiterung und es sei $Γ = \{γ_1, …, γ_n\}$ eine
|
||||
endliche Transzendenzbasis von $L$ über $K$. Weiter sei
|
||||
$\{ c_1, …, c_m \} ⊂ L$ algebraisch unabhängig über $K$. Dann ist $m ≤ n$.
|
||||
endliche Transzendenzbasis von $L$ über $K$. Weiter sei $\{ c_1, …, c_m \} ⊂
|
||||
L$ algebraisch unabhängig über $K$. Dann ist $m ≤ n$.
|
||||
\end{prop}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
\video{4-1}
|
||||
@@ -174,7 +172,7 @@ Basisaustauschlemma und betrachten wieder nur den endlichen Fall.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Rationale Funktionen]
|
||||
Es sei $K$ ein Körper. Dann ist $\trdeg K(X_1,…,X_n)/K = n$.
|
||||
Sei $K$ ein Körper. Dann ist $\trdeg K(X_1,…,X_n)/K = n$.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Komplexe und rationale Zahlen]
|
||||
@@ -202,43 +200,43 @@ Körpererweiterungen.
|
||||
\section{Rein transzendente Erweiterungen}
|
||||
|
||||
In der amerikanischen Unabhängigkeitserklärung stellte Thomas Jefferson
|
||||
bekanntermaßen fest: ``all men are created equal''. Das kann man für
|
||||
transzendente Körpererweiterungen wirklich nicht so sagen. Wie das folgende
|
||||
Beispiel zeigt, gibt es ``rein transzendente'' Erweiterungen und es gibt
|
||||
bekanntermaßen fest: „\foreignlanguage{english}{All men are created equal.}“ Das
|
||||
kann man für transzendente Körpererweiterungen wirklich nicht so sagen. Wie das
|
||||
folgende Beispiel zeigt, gibt es „rein transzendente“ Erweiterungen und es gibt
|
||||
solche, bei denen man noch einen algebraischen Anteil abspalten kann.
|
||||
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Die Körpererweiterung $ℚ(x)/ℚ$ hat Transzendenzgrad 1. Die Menge
|
||||
$\{x\}$ bildet eine Transzendenzbasis. Jedes Element von $ℚ(x)$ ist
|
||||
tranzendent über $ℚ$, wenn es nicht schon zufällig selbst in $ℚ$ liegt.
|
||||
\item Die Körpererweiterung $ℚ(x)/ℚ$ hat Transzendenzgrad 1. Die Menge $\{x\}$
|
||||
bildet eine Transzendenzbasis. Jedes Element von $ℚ(x)$ ist transzendent über
|
||||
$ℚ$, wenn es nicht schon zufällig selbst in $ℚ$ liegt.
|
||||
|
||||
\item Die Körpererweiterung $ℚ(\sqrt{2}, π)/ℚ$ hat ebenfalls Tranzendenzgrad
|
||||
1. Die Menge $\{π\}$ bildet eine Transzendenzbasis. Dennoch gibt es in
|
||||
$ℚ(\sqrt{2})$ auch algebraische Elemente, nämlich zum Beispiel $\sqrt{2}$.
|
||||
\item Die Körpererweiterung $ℚ(\sqrt{2}, π)/ℚ$ hat ebenfalls Transzendenzgrad 1.
|
||||
Die Menge $\{π\}$ bildet eine Transzendenzbasis. Dennoch gibt es in
|
||||
$ℚ(\sqrt{2}, π)$ auch algebraische Elemente, nämlich zum Beispiel $\sqrt{2}$.
|
||||
Interessanterweise zerlegt sich die Erweiterung
|
||||
\[
|
||||
ℚ(\sqrt{2}, π) ⊋ ℚ(π) ⊋ ℚ.
|
||||
\]
|
||||
Wir wissen schon, dass es einen $ℚ$-Isomorphismus zwischen den Körpern
|
||||
$ℚ(π)$ und $ℚ(x)$ gibt; insbesondere ist jedes Element von $ℚ(x)$
|
||||
transzendent über $ℚ$, wenn es nicht schon zufällig selbst in $ℚ$ liegt.
|
||||
Im Gegensatz dazu ist die Erweiterung $ℚ(\sqrt{2}, π)/ℚ(π)$ algebraisch.
|
||||
Wir wissen schon, dass es einen $ℚ$-Isomorphismus zwischen den Körpern $ℚ(π)$
|
||||
und $ℚ(x)$ gibt; insbesondere ist jedes Element von $ℚ(x)$ transzendent über
|
||||
$ℚ$, wenn es nicht schon zufällig selbst in $ℚ$ liegt. Im Gegensatz dazu ist
|
||||
die Erweiterung $ℚ(\sqrt{2}, π)/ℚ(π)$ algebraisch.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Rein transzendente Erweiterung]
|
||||
Eine Körpererweiterung $L/K$ heißt \emph{rein transzendent}\index{rein
|
||||
transzendente Erweiterung}, wenn es eine Transzendenzbasis $B$ von $L$ über
|
||||
$K$ gibt, sodass $L = K(B)$ ist.
|
||||
$K$ gibt, sodass $L = K(B)$ ist.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}[Rein transzendente Erweiterungen]
|
||||
Wenn $L/K$ rein transzendent ist mit endlicher Transzendenzbasis
|
||||
$B = \{b_1, …, b_n\}$, dann gibt es einen $K$-Isomorphismus
|
||||
$L ≅ K(x_1, …, x_n)$. Insbesondere ist jedes Element von $L$ tranzendent
|
||||
über $K$, wenn es nicht schon zufällig selbst in $K$ liegt.
|
||||
Wenn $L/K$ rein transzendent ist mit endlicher Transzendenzbasis $B = \{b_1,
|
||||
…, b_n\}$, dann gibt es einen $K$-Isomorphismus $L ≅ K(x_1, …, x_n)$.
|
||||
Insbesondere ist jedes Element von $L$ transzendent über $K$, wenn es nicht
|
||||
schon zufällig selbst in $K$ liegt.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}[Zerlegung in rein transzendent und algebraisch]\label{bem:4-4-3}
|
||||
\begin{bemerkung}[Zerlegung in rein transzendent und algebraisch]\label{bem:4-4-3}%
|
||||
Wenn $L/K$ transzendent, aber nicht rein transzendent ist, dann kann ich mir
|
||||
eine Transzendenzbasis $B$ nehmen und die folgende Kette von
|
||||
Körpererweiterungen betrachten,
|
||||
@@ -250,23 +248,23 @@ solche, bei denen man noch einen algebraischen Anteil abspalten kann.
|
||||
|
||||
\begin{warnung}
|
||||
Die Zerlegung aus Bemerkung~\ref{bem:4-4-3} ist \emph{nicht
|
||||
kanonisch}\footnote{Wenn Sie am Horizont eine Art ``Galois-Theorie für
|
||||
transzendente Erweiterungen'' sehen, dann haben Sie in der Vorlesung
|
||||
``Algebra'' gut aufgepasst. Sie liegen richtig.}, sondern hängt von der
|
||||
Wahl der Transzendenzbasis ab! Vergleichen Sie dies mit der Zerlegung
|
||||
$K ⊆ K_{sep} ⊆ L$, die wir für algebraische Körpererweiterungen in der
|
||||
Vorlesung ``Algebra'' kennengelernt haben. Diese ist eindeutig.
|
||||
kanonisch}\footnote{Wenn Sie am Horizont eine Art „Galois-Theorie für
|
||||
transzendente Erweiterungen“ sehen, dann haben Sie in der Vorlesung
|
||||
„Algebra“ gut aufgepasst. Sie liegen richtig.}, sondern hängt von der Wahl
|
||||
der Transzendenzbasis ab! Vergleichen Sie dies mit der Zerlegung $K ⊆
|
||||
K_{sep} ⊆ L$, die wir für algebraische Körpererweiterungen in der Vorlesung
|
||||
„Algebra“ kennengelernt haben. Diese ist eindeutig.
|
||||
\end{warnung}
|
||||
|
||||
Im Allgemeinen ist es schwer zu entscheiden, ob eine gegebene Körpererweiterung
|
||||
rein transzendent ist. Der berühmte
|
||||
\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Satz_von_L\%C3\%BCroth}{Satz von
|
||||
Lüroth}\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Jacob_L\%C3\%BCroth}{Jacob
|
||||
Lüroth} (* 18. Februar 1844 in Mannheim; † 14. September 1910 in München)
|
||||
war ein deutscher Mathematiker, der sich mit Geometrie beschäftigte.}, den ich
|
||||
ohne Beweis zitiere, hängt eng mit der Frage nach der rationalen
|
||||
Parametrisierbarkeit gewisser Hyperebenen zusammen, allerdings werden wir den
|
||||
Zusammenhang (wenn überhaupt) erst sehr viel später verstehen.
|
||||
Lüroth}\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Jacob_L\%C3\%BCroth}{Jacob
|
||||
Lüroth} (* 18. Februar 1844 in Mannheim; † 14. September 1910 in München) war
|
||||
ein deutscher Mathematiker, der sich mit Geometrie beschäftigte.}, den ich ohne
|
||||
Beweis zitiere, hängt eng mit der Frage nach der rationalen Parametrisierbarkeit
|
||||
gewisser Hyperebenen zusammen, allerdings werden wir den Zusammenhang (wenn
|
||||
überhaupt) erst sehr viel später verstehen.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Satz von Lüroth]
|
||||
Betrachte eine Kette von Körpererweiterungen,
|
||||
|
||||
121
05.tex
121
05.tex
@@ -3,10 +3,9 @@
|
||||
|
||||
\chapter{Der Nullstellensatz und die Korrespondenzen $V$ und $I$}
|
||||
|
||||
In diesem Kapitel soll der Hilbertsche Nullstellensatz in seiner ``starken''
|
||||
Form bewiesen werden; als Konsequenz daraus erhalten wir die ersten
|
||||
Korrespondenzen zwischen geometrischen Räumen und gewissen algebraischen
|
||||
Objekten.
|
||||
In diesem Kapitel soll der Hilbertsche Nullstellensatz in seiner „starken“ Form
|
||||
bewiesen werden; als Konsequenz daraus erhalten wir die ersten Korrespondenzen
|
||||
zwischen geometrischen Räumen und gewissen algebraischen Objekten.
|
||||
|
||||
|
||||
\section{Die körpertheoretische Version des Nullstellensatzes}
|
||||
@@ -17,7 +16,7 @@ dass gewisse Körpererweiterungen algebraisch sind. Bleiben Sie dabei und legen
|
||||
Sie nicht auf! Die geometrische Bedeutung des Satzes wird sofort im nächsten
|
||||
Abschnitten klar werden.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Körpertheoretische Version des Hilbertschen Nullstellensatzes]\label{satz:kthn}
|
||||
\begin{satz}[Körpertheoretische Version des Hilbertschen Nullstellensatzes]\label{satz:kthn}%
|
||||
Es sei $E/K$ eine Körpererweiterung, die als Ringerweiterung von endlichem Typ
|
||||
ist. Dann ist $E/K$ algebraisch.
|
||||
\end{satz}
|
||||
@@ -41,7 +40,7 @@ auch noch ein starker Nullstellensatz. Der folgende Satz unterscheidet sich von
|
||||
der Vorabversion, die wir auf Seite~\vpageref{satz:shn} formuliert hatten, durch
|
||||
die Diskussion des algebraischen Abschlusses.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Schwacher Hilbertscher Nullstellensatz]\label{satz:weak_Nullstelle}
|
||||
\begin{satz}[Schwacher Hilbertscher Nullstellensatz]\label{satz:weak_Nullstelle}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es seien Polynome $f_1, …, f_n ∈ k[x_1, …, x_m]$
|
||||
gegeben. Dann sind die folgenden Aussagen äquivalent.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
@@ -103,12 +102,11 @@ die Diskussion des algebraischen Abschlusses.
|
||||
\[
|
||||
(f_1, …, f_m) ⊆ m ⊊ k[x_1, …, x_n].
|
||||
\]
|
||||
Aus der Vorlesung ``Algebra'' wissen wir, dass der Quotient
|
||||
$E := k[x_1, …, x_n]/m$ ein Körper ist. Außerdem ist $E$ als $A$-Algebra
|
||||
durch die Restklassen $[x_1], …, [x_n] ∈ E$ erzeugt. Nach der
|
||||
körpertheoretischen Version des Hilbertschen Nullstellensatzes,
|
||||
Satz~\vref{satz:kthn} ist die Körpererweiterung $E/K$ also algebraisch, und es
|
||||
gibt eine Einbettung
|
||||
Aus der Vorlesung „Algebra“ wissen wir, dass der Quotient $E := k[x_1, …,
|
||||
x_n]/m$ ein Körper ist. Außerdem ist $E$ als $A$-Algebra durch die
|
||||
Restklassen $[x_1], …, [x_n] ∈ E$ erzeugt. Nach der körpertheoretischen
|
||||
Version des Hilbertschen Nullstellensatzes, Satz~\vref{satz:kthn} ist die
|
||||
Körpererweiterung $E/K$ also algebraisch, und es gibt eine Einbettung
|
||||
\[
|
||||
φ: E ↪ \overline{k}.
|
||||
\]
|
||||
@@ -143,36 +141,36 @@ zugrunde liegende Körper algebraisch abgeschlossen ist!
|
||||
\item Es gilt genau dann $V(f_1, …, f_m) ≠ ∅$, wenn $1 \notin (f_1, …, f_m)$
|
||||
ist.
|
||||
|
||||
\item Für jedes maximale Ideal $m ⊊ k[x_1, …, x_n]$ gibt es Elemente
|
||||
$a_1, …, a_n ∈ k$, sodass die folgende Gleichheit gilt,
|
||||
\item Für jedes maximale Ideal $m ⊊ k[x_1, …, x_n]$ gibt es Elemente $a_1, …,
|
||||
a_n ∈ k$, sodass die folgende Gleichheit gilt,
|
||||
\[
|
||||
m = (x_1-a_1, …, x_n-a_n).
|
||||
\]
|
||||
|
||||
\item Es gibt eine Bijektion zwischen den maximalen Idealen von
|
||||
$k[x_1, …, x_n]$ und den Punkten in $k^n$.
|
||||
\item Es gibt eine Bijektion zwischen den maximalen Idealen von $k[x_1, …,
|
||||
x_n]$ und den Punkten in $k^n$.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
\end{kor}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
\video{5-1}
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}[Lösungsmengen von Gleichungssystemen]\label{bem:and}
|
||||
\begin{bemerkung}[Lösungsmengen von Gleichungssystemen]\label{bem:and}%
|
||||
Weil man polynomiale Gleichungssysteme sowieso immer erst einmal über dem
|
||||
algebraischen Abschluss eines Körpers zu studiert, verwenden manche Autoren
|
||||
folgende Konvention, die ein wenig von unserer Notation für algebraische
|
||||
Mengen, Notation~\vref{not:2-1-3} abweicht. Gegeben ein Körper $k$ mit
|
||||
algebraischem Abschluss $\overline{K}$ und gegeben Polynome
|
||||
$f_1, …, f_n ∈ k[x_1, …, x_m]$, dann bezeichnen manche Autoren die Menge der
|
||||
Lösungen des polynomiale Gleichungssysteme \emph{über dem algebraischem
|
||||
Abschluss} mit
|
||||
algebraischem Abschluss $\overline{K}$ und gegeben Polynome $f_1, …, f_n ∈
|
||||
k[x_1, …, x_m]$, dann bezeichnen manche Autoren die Menge der Lösungen des
|
||||
polynomiale Gleichungssysteme \emph{über dem algebraischem Abschluss} mit
|
||||
\[
|
||||
X := V(f_1, …, f_n) := \left\{ \vec{a} ∈ \overline{k}^m \::\: f_1(\vec{a}) =
|
||||
⋯ = f_n(\vec{a}) = 0 \right\}
|
||||
\]
|
||||
und nenne dies die \emph{Verschwindungsmenge von $f_1, …, f_m$} oder die
|
||||
\emph{Lösungsmenge des Gleichungssystems $f_1(x) = ⋯ = f_m(x) = 0$}. Die
|
||||
Menge der Lösungen in $k^n$ wird dann mit $X(k) := X ∩ k^n$ bezeichnet und als
|
||||
und nenne dies die \emph{Verschwindungsmenge von $f_1, …,
|
||||
f_m$}\index{Verschwindungsmenge} oder die \emph{Lösungsmenge des
|
||||
Gleichungssystems $f_1(x) = ⋯ = f_m(x) = 0$}\index{Lösungsmenge}. Die Menge
|
||||
der Lösungen in $k^n$ wird dann mit $X(k) := X ∩ k^n$ bezeichnet und als
|
||||
\emph{Menge der $k$-rationalen Punkte von $X$}\index{rationale Punkte}
|
||||
bezeichnet. In diesem Zusammenhang nennt man $k$ auch den
|
||||
\emph{Koeffizientenkörper}\index{Koeffizientenkörper} oder den
|
||||
@@ -187,8 +185,8 @@ formulieren.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Fermat's großer Satz]
|
||||
Es sei $n ∈ ℕ$ eine ungerade Zahl, $n ≥ 3$. Dann hat die Lösungsmenge $X$ des
|
||||
Gleichungssystems $x^n+y^n - 1 ∈ ℚ[x,y]$ nur zwei rationale Punkte, also
|
||||
$\# X(ℚ) = 2$. \qed
|
||||
Gleichungssystems $x^n+y^n - 1 ∈ ℚ[x,y]$ nur zwei rationale Punkte, also $\#
|
||||
X(ℚ) = 2$. \qed
|
||||
\end{satz}
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -202,7 +200,7 @@ Gleichungssystems
|
||||
gar nicht so sehr auf die einzelnen Gleichungen ankommt, sondern vielmehr auf
|
||||
das von den einzelnen Gleichungen erzeugte Ideal, $(f_1, …, f_n)$.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Verschwindungsmenge eines Ideals]\label{def:5-3-1}
|
||||
\begin{defn}[Verschwindungsmenge eines Ideals]\label{def:5-3-1}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es sei $I ⊆ k[x_1, …, x_m]$ ein Ideal. Dann heißt
|
||||
\[
|
||||
V(I) := \left\{ \vec{a} ∈ k^m \::\: f(\vec{a}) = 0 \text{ für alle } f ∈ I
|
||||
@@ -214,9 +212,9 @@ das von den einzelnen Gleichungen erzeugte Ideal, $(f_1, …, f_n)$.
|
||||
Die Mengen $V(I)$ sind nicht beliebig. Ich erinnere dazu an den Hilbert'schen
|
||||
Basissatz: Der Polynomring $k[x_1, …, x_m]$ aus Definition~\ref{def:5-3-1} ist
|
||||
Noethersch und jedes Ideal ist daher endlich erzeugt. Das bedeutet: gegeben ein
|
||||
Ideal $I$, dann wir finden eine Menge von endlich vielen Elementen
|
||||
$f_1, …, f_m ∈ k[x_1, …, x_m]$, sodass $I = (f_1, …, f_m)$ ist. Überlegen Sie
|
||||
sich jetzt \emph{sofort}, dass dann die Gleichheit
|
||||
Ideal $I$, dann wir finden eine Menge von endlich vielen Elementen $f_1, …, f_m
|
||||
∈ k[x_1, …, x_m]$, sodass $I = (f_1, …, f_m)$ ist. Überlegen Sie sich jetzt
|
||||
\emph{sofort}, dass dann die Gleichheit
|
||||
\[
|
||||
V(I) = V(f_1, …, f_m)
|
||||
\]
|
||||
@@ -232,7 +230,7 @@ Definition~\vref{def:2-1-1}. Wir erhalten also eine Abbildung
|
||||
die uns noch viel Freude bereiten wird. Der folgende Satz fasst die ersten
|
||||
Eigenschaften der Abbildung $V$ zusammen.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Einfache Eigenschaften von $V$]\label{satz:5-3-2}
|
||||
\begin{satz}[Einfache Eigenschaften von $V$]\label{satz:5-3-2}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und $R := k[x_1, …, x_n]$. Dann gelten die folgenden
|
||||
Aussagen.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
@@ -263,10 +261,10 @@ abgeschlossene Mengen eines topologischen Raumes. Egal wie schrecklich der
|
||||
Körper $k$ ist, erhalten wir also eine Topologie auf $k^m$, deren
|
||||
abgeschlossenen Menge genau die algebraischen Mengen sind. Diese Topologie wird
|
||||
Zariski\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Oscar_Zariski}{Oscar
|
||||
Zariski}, geboren als Ascher Zaritsky, (* 24. April 1899, in Kobryn,
|
||||
Weißrussland; † 4. Juli 1986 in Brookline, Massachusetts, USA) war ein
|
||||
US-amerikanischer Mathematiker, der wichtige Beiträge zur Grundlegung der
|
||||
algebraischen Geometrie leistete.}-Topologie genannt.
|
||||
Zariski}, geboren als Ascher Zaritsky, (* 24. April 1899, in Kobryn,
|
||||
Weißrussland; † 4. Juli 1986 in Brookline, Massachusetts, USA) war ein
|
||||
US-amerikanischer Mathematiker, der wichtige Beiträge zur Grundlegung der
|
||||
algebraischen Geometrie leistete.}-Topologie genannt.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Zariski-Topologie]
|
||||
Es sei $k$ ein Körper. Die Topologie
|
||||
@@ -275,21 +273,21 @@ Zariski\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Oscar_Zariski}{Oscar
|
||||
\mathcal{P}(k^m)
|
||||
\]
|
||||
wird als \emph{Zariski-Topologie}\index{Zariski-Topologie} bezeichnet. Der
|
||||
topologische Raum $(k^m, τ)$ wird mit dem Symbol $𝔸^m_k$ notiert. Wenn
|
||||
$X ⊂ k^m$ eine algebraische Teilmenge ist, bezeichnen wir die auf $X$
|
||||
induzierte Topologie ebenfalls als Zariski-Topologie.
|
||||
topologische Raum $(k^m, τ)$ wird mit dem Symbol $𝔸^m_k$ notiert. Wenn $X ⊂
|
||||
k^m$ eine algebraische Teilmenge ist, bezeichnen wir die auf $X$ induzierte
|
||||
Topologie ebenfalls als Zariski-Topologie.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{notation}
|
||||
Im Fall $k = ℝ$ oder $ℂ$ haben wir also mindestens zwei interessante
|
||||
Topologien: die klassische Euklidische Topologie, die Sie aus der Vorlesung
|
||||
``Analysis'' kennen und die Zariski-Topologie. Um Verwechselungen zu
|
||||
vermeiden, sprechen wir meist ausführlich von \emph{Zariski-abgeschlossenen}
|
||||
und \emph{Zariski-offenen} oder \emph{Euklidisch-abgeschlossenen} und
|
||||
„Analysis“ kennen und die Zariski-Topologie. Um Verwechselungen zu vermeiden,
|
||||
sprechen wir meist ausführlich von \emph{Zariski-abgeschlossenen} und
|
||||
\emph{Zariski-offenen} oder \emph{Euklidisch-abgeschlossenen} und
|
||||
\emph{Euklidisch-offenen} Mengen.
|
||||
\end{notation}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}[Interessante Eigenschaften der Zariski-Topologie]\label{bem:5-3-5}
|
||||
\begin{bemerkung}[Interessante Eigenschaften der Zariski-Topologie]\label{bem:5-3-5}%
|
||||
Die Zariski-Topologie hat einige sehr ungewohnte Eigenschaften.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Wenn der Körper $k$ unendlich viele Elemente enthält, dann liegt jede
|
||||
@@ -346,8 +344,8 @@ Eigenschaften dieser Abbildung zusammen.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Aus $A ⊆ B$ folgt $I(A) ⊇ I(B)$.
|
||||
|
||||
\item\label{il:5-4-2-2} Es ist $A ⊆ V\bigl(I(A)\bigr)$. Gleichheit gilt genau dann, wenn
|
||||
$A$ eine algebraische Menge ist.
|
||||
\item\label{il:5-4-2-2} Es ist $A ⊆ V\bigl(I(A)\bigr)$. Gleichheit gilt genau
|
||||
dann, wenn $A$ eine algebraische Menge ist.
|
||||
|
||||
\item Es ist $I(A ∪ B) = I(A) ∩ I(B)$.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
@@ -364,10 +362,11 @@ Eigenschaften dieser Abbildung zusammen.
|
||||
\[
|
||||
V\bigl(I(A)\bigr) = \overline{A}^Z,
|
||||
\]
|
||||
wobei $\overline{•}^Z$ für ``topologischer Abschluss in der
|
||||
Zariski-Topologie'' steht.
|
||||
wobei $\overline{•}^Z$ für „topologischer Abschluss in der Zariski-Topologie“
|
||||
steht.
|
||||
\end{aufgabe}
|
||||
|
||||
|
||||
\section{Der starke Nullstellensatz}
|
||||
|
||||
\sideremark{Vorlesung 6}Gegeben einen Körper $k$ und eine Zahl $n$, dann hatten
|
||||
@@ -380,12 +379,12 @@ die uns beide sehr viel Freude machen. Es schaut ein wenig so aus, als wären
|
||||
die Abbildungen $V$ und $I$ zueinander inverse Bijektionen. Das ist aus
|
||||
mindestens zwei Gründen nicht der Fall.
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}\label{beo:5-6-1}
|
||||
Die Bilder der Abbildung $V$ sind algebraische Mengen, während die Abbildung
|
||||
$I$ beliebige Mengen als Input nimmt.
|
||||
\begin{beobachtung}\label{beo:5-6-1} Die Bilder der Abbildung $V$ sind
|
||||
algebraische Mengen, während die Abbildung $I$ beliebige Mengen als Input
|
||||
nimmt.
|
||||
\end{beobachtung}
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}\label{beo:5-6-2}
|
||||
\begin{beobachtung}\label{beo:5-6-2}%
|
||||
Die Abbildung $I$ ist nicht injektiv. Nehme zum Beispiel $k = ℂ$ und
|
||||
betrachte das Ideal $I = (x) ⊊ ℂ[x]$. Dann ist $I² = (x²) ⊊ (x) = I$, aber
|
||||
$V(I²) = V(I)$ ist jeweils einfach der Nullpunkt in $ℂ$. Beobachten Sie, dass
|
||||
@@ -399,7 +398,7 @@ aus Beobachtung~\ref{beo:5-6-1} ist interessanter. Ist alle Hoffnung auf
|
||||
Bijektivität verloren? Wahrscheinlich nicht. Schauen Sie sich die Definition
|
||||
der Abbildung $I$ noch einmal an und beobachten Sie, dass das Ideal $(x²)$
|
||||
niemals Output von $I$ ist! Offenbar liefert die Abbildung $I$ also Output nur
|
||||
solche Ideal, die ``nicht Potenz eines größeren Ideals'' sind. Die folgende
|
||||
solche Ideal, die „nicht Potenz eines größeren Ideals“ sind. Die folgende
|
||||
Definition macht diese Aussage präzise.
|
||||
|
||||
\begin{satzdef}
|
||||
@@ -424,7 +423,7 @@ Definition macht diese Aussage präzise.
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Es sei $R$ ein Ring und es sei $J ⊆ R$ ein Ideal. Aus der Definition des
|
||||
Radikalideals ergibt sich schnell: $\rad \rad J = \rad J$. Mehrfaches
|
||||
``Wurzelziehen'' bringt also nichts; das hätten Ihnen ihr Zahnarzt auch sagen
|
||||
„Wurzelziehen“ bringt also nichts; das hätten Ihnen ihr Zahnarzt auch sagen
|
||||
können. Die Idee, Radikale bei der Wurzel zu ziehen, war 1972 Gegenstand des
|
||||
\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Radikalenerlass}{Radikalenerlasses}.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
@@ -432,7 +431,7 @@ Definition macht diese Aussage präzise.
|
||||
\begin{bsp}[Primideale sind radikal]
|
||||
Es sei $R$ ein Ring und es sei $J ⊆ R$ ein Primideal. Dann ist $J$ ein
|
||||
Radikalideal. Falls nämlich $f ∈ R$ ein Element wäre, sodass $f² ∈ J$ ist,
|
||||
dann gilt nach Definition von ``Primideal'', dass auch $f ∈ J$ sein muss.
|
||||
dann gilt nach Definition von „Primideal“, dass auch $f ∈ J$ sein muss.
|
||||
Induktiv beweise man nun, dass für jede natürliche Zahl $n$ und jedes Element
|
||||
$f ∈ R$ aus $f^n ∈ J$ immer sofort $f ∈ J$ folgt.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
@@ -452,9 +451,9 @@ Erhalten wir jetzt also eine Bijektion, wenn wir zusätzlich noch die Abbildung
|
||||
$V$ aus Radikalideale einschränken? Falls $k$ algebraisch abgeschlossenen, gibt
|
||||
der starke Hilbertsche Nullstellensatz eine positive Antwort.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Starker Hilbertscher Nullstellensatz]\label{satz:5-6-8}
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei
|
||||
$J ⊆ k[x_1, …, x_n]$ ein Ideal. Dann ist
|
||||
\begin{satz}[Starker Hilbertscher Nullstellensatz]\label{satz:5-6-8}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei $J ⊆ k[x_1, …,
|
||||
x_n]$ ein Ideal. Dann ist
|
||||
\[
|
||||
I\bigl(V(J) \bigr) = \rad J.
|
||||
\]
|
||||
@@ -464,11 +463,11 @@ der starke Hilbertsche Nullstellensatz eine positive Antwort.
|
||||
\begin{proof}
|
||||
\video{6-2} zeigt den Beweis mithilfe des genialen
|
||||
\href{https://en.wikipedia.org/wiki/Rabinowitsch_trick}{Tricks von
|
||||
Rabinowitsch}\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/George_Rainich}{George
|
||||
Yuri Rainich} (* als Georg oder Juri Rabinowitsch 25. März 1886 in Odessa;
|
||||
† 10. Oktober 1968 in Ann Arbor) war ein russisch-US-amerikanischer
|
||||
Mathematiker und theoretischer Physiker. Er veröffentlichte vor seiner Zeit
|
||||
in den USA unter dem Namen Rabinowitsch.}.
|
||||
Rabinowitsch}\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/George_Rainich}{George
|
||||
Yuri Rainich} (* als Georg oder Juri Rabinowitsch 25. März 1886 in Odessa; †
|
||||
10. Oktober 1968 in Ann Arbor) war ein russisch-US-amerikanischer
|
||||
Mathematiker und theoretischer Physiker. Er veröffentlichte vor seiner Zeit
|
||||
in den USA unter dem Namen Rabinowitsch.}.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
Ich fasse das Ergebnis dieses Kapitels noch einmal zusammen: Angenommen, es sei
|
||||
|
||||
84
06.tex
84
06.tex
@@ -15,8 +15,8 @@ vollständige Entsprechung zwischen den Objekten der geometrisch-anschaulichen
|
||||
und den Objekten der algebraisch-abstrakten Seite dieser Äquivalenz. Ebenso hat
|
||||
jeder Satz der kommutativen Algebra eine entsprechende Formulierung als Satz der
|
||||
Geometrie. Ich möchte in dieser Vorlesung aber nicht die theoretische Seite
|
||||
dieser Äquivalenz betonen, sondern Zug umd Zug ein ganz konkretes ``Wörterbuch
|
||||
Algebra $\leftrightarrow$ Geometrie'' entwickeln.
|
||||
dieser Äquivalenz betonen, sondern Zug um Zug ein ganz konkretes „Wörterbuch
|
||||
Algebra $\leftrightarrow$ Geometrie“ entwickeln.
|
||||
|
||||
\begin{bsp}
|
||||
Korollar~\ref{cor:5-2-6} liefert den ersten Eintrag. Das Korollar zeigt
|
||||
@@ -32,40 +32,39 @@ Algebra $\leftrightarrow$ Geometrie'' entwickeln.
|
||||
\section{Reduzible und irreduzible Mengen}
|
||||
|
||||
Den zweiten Eintrag in unserem Wörterbuch hatte ich in Beispiel~\ref{bsp:2-1-8}
|
||||
vorbereitet. Das Achsenkreuz im $𝔸²_k$ besteht aus mehr als einer
|
||||
``Komponente'' (nämlich der $x$-Achse und der $y$-Achse) weil das zugehörende
|
||||
Ideal $(x·y) ⊊ k[x,y]$ kein Primideal ist. Das mathematisch korrekte Wort für
|
||||
``besteht aus mehr als einer Komponente'' heißt ``reduzibel''.
|
||||
vorbereitet. Das Achsenkreuz im $𝔸²_k$ besteht aus mehr als einer „Komponente“
|
||||
(nämlich der $x$-Achse und der $y$-Achse) weil das zugehörende Ideal $(x·y) ⊊
|
||||
k[x,y]$ kein Primideal ist. Das mathematisch korrekte Wort für „besteht aus
|
||||
mehr als einer Komponente“ heißt „reduzibel“.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Reduzible und irreduzible Mengen]
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper, es sei $n ∈ ℕ$ eine Zahl
|
||||
und es sei $A ⊂ 𝔸^n_k$ eine algebraische Menge. Wenn es eine Darstellung
|
||||
$A = A_1 ∪ A_2$ von $A$ als Vereinigung von zwei echten\footnote{Erinnerung:
|
||||
Eine Teilmenge $B ⊆ A$ heißt ``echt'', wenn $B ≠ ∅$ und $B ≠ A$ ist.}
|
||||
algebraischen Teilmengen gibt, dann nenne $A$
|
||||
\emph{reduzibel}\index{reduzibel}. Ansonsten nenne $A$
|
||||
\emph{irreduzibel}\index{irreduzibel}.
|
||||
und es sei $A ⊂ 𝔸^n_k$ eine algebraische Menge. Wenn es eine Darstellung $A
|
||||
= A_1 ∪ A_2$ von $A$ als Vereinigung von zwei echten\footnote{Erinnerung: Eine
|
||||
Teilmenge $B ⊆ A$ heißt „echt“, wenn $B ≠ ∅$ und $B ≠ A$ ist.} algebraischen
|
||||
Teilmengen gibt, dann nenne $A$ \emph{reduzibel}\index{reduzibel}. Ansonsten
|
||||
nenne $A$ \emph{irreduzibel}\index{irreduzibel}.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}
|
||||
Das Achsenkreuz im $𝔸²_k$ ist reduzibel, weil es die echte Vereinigung der
|
||||
algebraischen Teilmengen ``$x$-Achse'' und ``$y$-Achse'' ist.
|
||||
algebraischen Teilmengen „$x$-Achse“ und „$y$-Achse“ ist.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
Ich hoffe, Sie stimmen mir zu, dass der Begriff ``reduzibel'' sehr anschaulich
|
||||
Ich hoffe, Sie stimmen mir zu, dass der Begriff „reduzibel“ sehr anschaulich
|
||||
ist. Ich hatte oben schon angedeutet: Die algebraische Entsprechung von
|
||||
``irreduzibler algebraischer Menge'' ist ``Primideal''.
|
||||
„irreduzibler algebraischer Menge“ ist „Primideal“.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Irreduzible Mengen und Primideale]\label{satz:6-1-3}
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper, es sei $n ∈ ℕ$ eine Zahl
|
||||
und es sei $A ⊂ 𝔸^n_k$ eine algebraische Menge. Dann gilt: Die algebraische
|
||||
Menge $A$ ist genau dann irreduzibel, wenn $I(X) ⊂ k[x_1, …, x_n]$ ein
|
||||
Menge $A$ ist genau dann irreduzibel, wenn $I(A) ⊂ k[x_1, …, x_n]$ ein
|
||||
Primideal ist.
|
||||
\end{satz}
|
||||
\begin{proof}[Beweis der Implikation ``irreduzibel $⇒$ Primideal'']
|
||||
\begin{proof}[Beweis der Implikation „irreduzibel $⇒$ Primideal“]
|
||||
\video{6-3}
|
||||
\end{proof}
|
||||
\begin{proof}[Beweis der Implikation ``Primideal $⇒$ irreduzibel'']
|
||||
\begin{proof}[Beweis der Implikation „Primideal $⇒$ irreduzibel“]
|
||||
\video{6-4}.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
@@ -89,11 +88,12 @@ Menge zu beweisen.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Bei Mengen, die ich zeichnen oder mir zumindest vorstellen kann, ist die Frage
|
||||
nach der Irreduzibilität meist sofort ``durch Draufschauen'' zu beantworten.
|
||||
Bei Mengen, die nicht so leicht vorzustellen sind (zum Beispiel Mengen von
|
||||
hoher Dimension) schaut man dumm. Tatsächlich ist es auch für den Algebraiker
|
||||
sehr schwer, zu entscheiden, ob ein gegebenes Ideal jetzt prim ist oder nicht.
|
||||
Wenn ich eine Menge zeichnen (oder mir zumindest vorstellen) kann, dann kann
|
||||
ich die Frage nach der Irreduzibilität meist sofort „durch Draufschauen“
|
||||
beantworten. Bei Mengen, die nicht so leicht vorzustellen sind (zum Beispiel
|
||||
Mengen von hoher Dimension) schaut man dumm. Tatsächlich ist es auch für den
|
||||
Algebraiker sehr schwer, zu entscheiden, ob ein gegebenes Ideal jetzt prim ist
|
||||
oder nicht.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -111,8 +111,8 @@ Wenn ich kurz einmal glaube, dass jede algebraische Menge auf eindeutige Weise
|
||||
als echte Vereinigung von irreduziblen Mengen schreiben lässt, dann muss dem auf
|
||||
der algebraischen Seite eine Aussage gegenüberstehen, die sagt, dass jedes
|
||||
Radikalideal eindeutig durch Primideale dargestellt werden kann --wobei wir uns
|
||||
jetzt erst noch überlegen müssen, was ``darstellen'' in diesem Kontext
|
||||
eigentlich bedeuten soll.
|
||||
jetzt erst noch überlegen müssen, was „darstellen“ in diesem Kontext eigentlich
|
||||
bedeuten soll.
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}\label{beo:6-2-1}
|
||||
Gegeben eine algebraische Menge $X$, die ich als Vereinigung von endliche
|
||||
@@ -136,9 +136,9 @@ eigentlich bedeuten soll.
|
||||
\end{beobachtung}
|
||||
|
||||
Ich fasse den Inhalt von Beobachtung~\ref{beo:6-2-1} noch einmal informell
|
||||
zusammen: Die geometrische Aussage ``$X$ kann als Vereinigung von irreduziblen
|
||||
Mengen geschrieben werden'' ist also gleichbedeutend mit der algebraischen
|
||||
Aussage ``$I$ ist Durchschnitt von Primidealen''. Die folgende Proposition
|
||||
zusammen: Die geometrische Aussage „$X$ kann als Vereinigung von irreduziblen
|
||||
Mengen geschrieben werden“ ist also gleichbedeutend mit der algebraischen
|
||||
Aussage „$I$ ist Durchschnitt von Primidealen“. Die folgende Proposition
|
||||
formuliert den Sachverhalt noch einmal präzise und fügt unserem Wörterbuch eine
|
||||
besonders interessante Zeile hinzu.
|
||||
|
||||
@@ -185,10 +185,9 @@ Der Beweis von Satz~\ref{satz:6-2-3} kommt gleich. Zuerst benötige ich noch
|
||||
einige Vorüberlegungen.
|
||||
|
||||
\begin{lem}[Existenz minimaler Mengen]
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper, es sei $n ∈ ℕ$ eine Zahl
|
||||
und es sei
|
||||
In der Situation von Satz~\ref{satz:6-2-3} sei
|
||||
\[
|
||||
X ⊆ \mathcal{P}(𝔸^n_k)
|
||||
M ⊆ \mathcal{P}(𝔸^n_k)
|
||||
\]
|
||||
eine nicht-leere Menge von algebraischen Mengen des $𝔸^n_k$. Dann besitzt $X$
|
||||
ein Element, das minimales bezüglich Inklusion minimal ist.
|
||||
@@ -196,29 +195,30 @@ einige Vorüberlegungen.
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Nach dem \href{https://de.wikipedia.org/wiki/Lemma_von_Zorn}{Lemma von
|
||||
Zorn}\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Max_August_Zorn}{Max
|
||||
August Zorn} (* 6. Juni 1906 in Krefeld; † 9. März 1993 in Bloomington,
|
||||
August Zorn} (* 6.~Juni 1906 in Krefeld; † 9.~März 1993 in Bloomington,
|
||||
Indiana, USA) war ein US-amerikanischer Professor der Mathematik deutscher
|
||||
Abstammung.} genügt es zu zeigen, dass jede absteigende Kette
|
||||
\[
|
||||
X_1 ⊇ X_2 ⊇ ⋯
|
||||
M_1 ⊇ M_2 ⊇ ⋯
|
||||
\]
|
||||
von algebraischen Mengen stationär wird. Mit anderen Worten:
|
||||
von algebraischen Mengen $M_i ∈ M$ stationär wird. Mit anderen Worten:
|
||||
\[
|
||||
∃ m ∈ ℕ: X_m = X_{m+1} = X_{m+2} = ⋯
|
||||
∃ m ∈ ℕ: M_m = M_{m+1} = M_{m+2} = ⋯
|
||||
\]
|
||||
gilt. Wir betrachten die zugehörige Kette von Idealen $I(X_1) ⊆ I(X_2) ⊆ ⋯$.
|
||||
Weil der Ring $k[x_1, …, x_n]$ Noethersch ist, wird diese Kette stationär.
|
||||
Mit anderen Worten:
|
||||
gilt. Wir betrachten die zugehörige Kette von Idealen $I(M_1) ⊆ I(M_2) ⊆ ⋯$.
|
||||
Weil der Ring $k[x_1, …, x_n]$ Noethersch ist, wird diese Kette stationär. Mit
|
||||
anderen Worten:
|
||||
\[
|
||||
∃ m ∈ ℕ: I(X_m) = I(X_{m+1}) = I(X_{m+2}) = ⋯.
|
||||
∃ m ∈ ℕ: I(M_m) = I(M_{m+1}) = I(M_{m+2}) = ⋯.
|
||||
\]
|
||||
Weil die Abbildungen $I$ und $V$ bijektiv sind, folgt die Behauptung.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{lem}
|
||||
Sei $X=X_1 ∪ ⋯ ∪ X_r$ irgendeine Darstellung von $X$ als Vereinigung von
|
||||
endlich vielen irreduziblen algebraischen Mengen. Sei $p ⊇ I(X)$ irgendein
|
||||
Primideal. Dann gibt es einen Index $i$, sodass $p ⊇ I(X_i)$ ist.
|
||||
In der Situation von Satz~\ref{satz:6-2-3} sei $X=X_1 ∪ ⋯ ∪ X_r$ irgendeine
|
||||
Darstellung von $X$ als Vereinigung von endlich vielen irreduziblen
|
||||
algebraischen Mengen. Sei $p ⊇ I(X)$ irgendein Primideal. Dann gibt es einen
|
||||
Index $i$, sodass $p ⊇ I(X_i)$ ist.
|
||||
\end{lem}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Wir führen einen Widerspruchsbeweis und nehmen an, dass es für jeden Index $i$
|
||||
|
||||
162
07.tex
162
07.tex
@@ -10,21 +10,21 @@ Im nächsten Kapitel werden wir ernsthaft anfangen, zu rechnen. Vorher möchte
|
||||
ich in aller Kürze noch ein weiteres algebraisches Objekt einführen und dessen
|
||||
geometrische Bedeutung klären. Um zu erklären, worum es überhaupt geht,
|
||||
betrachte man ein Radikalideal $J ⊂ ℂ[x_1, …, x_n]$ mit zugehörender
|
||||
algebraischer Menge $X := V(J) ⊂ 𝔸^n_{ℂ}$. Dann kann man den Restklassenring
|
||||
algebraischer Menge $X := V(J) ⊂ 𝔸^n_ℂ$. Dann kann man den Restklassenring
|
||||
$ℂ[x_1, …, x_n] / J$ wie folgt interpretieren:
|
||||
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Zuerst kann ich den Polynomring $ℂ[x_1, …, x_n]$ als Unterring des Rings
|
||||
$\cC⁰(𝔸^n_{ℂ})$ der komplexwertigen stetigen Funktionen auffassen.
|
||||
$\cC⁰(𝔸^n_ℂ)$ der komplexwertigen stetigen Funktionen auffassen.
|
||||
|
||||
\item Analog betrachte ich den Ring $\cC⁰(X)$ der auf $X$ stetigen
|
||||
komplexwertigen Funktionen.
|
||||
|
||||
\item Als Nächstes betrachte ich die Einschränkungsabbildung
|
||||
$\cC⁰(𝔸^n_{ℂ}) → \cC⁰(X)$ und erhalte eine Folge von Ringmorphismen
|
||||
\item Als Nächstes betrachte ich die Einschränkungsabbildung $\cC⁰(𝔸^n_ℂ) →
|
||||
\cC⁰(X)$ und erhalte eine Folge von Ringmorphismen
|
||||
\[
|
||||
\begin{tikzcd}[column sep=2.2cm]
|
||||
ℂ[x_1, …, x_n] \ar[r, hook] & \cC⁰(𝔸^n_{ℂ}) \ar[r, "\text{Einschränkung}"] & \cC⁰(X).
|
||||
ℂ[x_1, …, x_n] \ar[r, hook] & \cC⁰(𝔸^n_ℂ) \ar[r, "\text{Einschränkung}"] & \cC⁰(X).
|
||||
\end{tikzcd}
|
||||
\]
|
||||
Die verkettete Abbildung bezeichne ich mit $φ : ℂ[x_1, …, x_n] → \cC⁰(X)$.
|
||||
@@ -36,7 +36,7 @@ Nach dem Homomorphiesatz ist der Quotientenring
|
||||
\]
|
||||
also der Unterring der durch Polynome repräsentierbaren komplexwertigen stetigen
|
||||
Funktionen auf $X$. Mit dieser Identifikation entsprechen die Funktionen
|
||||
$φ(x_1), …, φ(x_n)$ den Koordinationenfunktionen auf $X$. Dies motiviert die
|
||||
$φ(x_1), …, φ(x_n)$ den Koordinatenfunktionen auf $X$. Dies motiviert die
|
||||
folgende Definition.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Affiner Koordinatenring]\label{def:7-0-1}
|
||||
@@ -74,16 +74,16 @@ Koordinatenring nullteilerfrei ist.
|
||||
Irreduzibilität ist nicht die einzige Eigenschaft einer algebraischen Menge, die
|
||||
man am affinen Koordinatenring ablesen kann. Um Ihnen die geometrische
|
||||
Bedeutung des Koordinatenringes genau zu erklären, muss ich aber erst einmal
|
||||
sagen, was ein ``Morphismus von algebraischen Mengen'' eigentlich sein soll.
|
||||
Die Sache ist eigentlich sehr einfach.
|
||||
sagen, was ein „Morphismus von algebraischen Mengen“ eigentlich sein soll. Die
|
||||
Sache ist eigentlich sehr einfach.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Morphismus von algebraischen Mengen]
|
||||
Es sei $k$ ein Körper, es seien $n$ und $m$ Zahlen und es seien algebraische
|
||||
Mengen $X ⊂ 𝔸^n_k$ und $Y ⊂ 𝔸^m_k$ gegeben; wir bezeichnen die Koordinaten auf
|
||||
dem $𝔸^n_k$ mit $x_1, …, x_n$. Eine Abbildung $f : X \rightarrow Y$ heißt
|
||||
\emph{polynomiale Abbildung}\index{polynomiale Abbildung} oder
|
||||
Mengen $X ⊂ 𝔸^n_k$ und $Y ⊂ 𝔸^m_k$ gegeben; wir bezeichnen die Koordinaten
|
||||
auf dem $𝔸^n_k$ mit $x_1, …, x_n$. Eine Abbildung $f : X \rightarrow Y$
|
||||
heißt \emph{polynomiale Abbildung}\index{polynomiale Abbildung} oder
|
||||
\emph{Morphismus von algebraischen Mengen}\index{Morphismus von algebraischen
|
||||
Mengen}, wenn es Polynome $f_1, …, f_m ∈ k[x_1, …, x_n]$ gibt, sodass für
|
||||
Mengen}, wenn es Polynome $f_1, …, f_m ∈ k[x_1, …, x_n]$ gibt, sodass für
|
||||
jeden Punkt $\vec{x} ∈ X$ die Gleichung
|
||||
\[
|
||||
f(\vec{x}) =
|
||||
@@ -96,13 +96,12 @@ Die Sache ist eigentlich sehr einfach.
|
||||
gilt.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}\label{bsp:7-1-2}
|
||||
Es sei $k$ ein Körper. Die polynomiale Abbildung
|
||||
\begin{bsp}\label{bsp:7-1-2} Es sei $k$ ein Körper. Die polynomiale Abbildung
|
||||
\[
|
||||
f : 𝔸¹_k → 𝔸³_k, \quad t ↦ (t,t²,t³)
|
||||
\]
|
||||
liefert einen Morphismus von $𝔸_k¹$ in die algebraische Menge
|
||||
$V \bigl(y-x²,z-x³ \bigr) ⊆ 𝔸³_k$.
|
||||
liefert einen Morphismus von $𝔸_k¹$ in die algebraische Menge $V
|
||||
\bigl(y-x²,z-x³ \bigr) ⊆ 𝔸³_k$.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}\label{bsp:7-1-3}
|
||||
@@ -110,13 +109,14 @@ Die Sache ist eigentlich sehr einfach.
|
||||
\[
|
||||
f : 𝔸¹_ℂ → 𝔸²_ℂ, \quad t ↦ (t²,t³)
|
||||
\]
|
||||
liefert einen surjektiven Morphismus von $𝔸¹_ℂ$ in die algebraische Menge
|
||||
$V \bigl(y²-x³ \bigr) ⊆ 𝔸²_ℂ$. Die Bildmenge $V \bigl(y²-x³ \bigr)$ heißt
|
||||
``Neilsche Parabel''. Zeichnen Sie ein reelles Bild dieser Menge. Finden Sie
|
||||
heraus, welche Eigenschaft die Neilsche Parabel zu einer ganz besonderen Kurve
|
||||
macht. Besorgen Sie sich die ungekürzte Originalausgabe des Romans ``Moby
|
||||
Dick'' und finden Sie die Stelle, an der die Neilsche Parabel eine Rolle
|
||||
spielt. Tipp: ein Stück Seife spielt auch eine Rolle.
|
||||
liefert einen surjektiven Morphismus von $𝔸¹_ℂ$ in die algebraische Menge $V
|
||||
\bigl(y²-x³ \bigr) ⊆ 𝔸²_ℂ$. Traditionell bezeichnet man die Bildmenge $V
|
||||
\bigl(y²-x³ \bigr)$ als „Neilsche Parabel“. Zeichnen Sie ein reelles Bild
|
||||
dieser Menge. Finden Sie heraus, welche Eigenschaft die Neilsche Parabel zu
|
||||
einer ganz besonderen Kurve macht. Besorgen Sie sich die ungekürzte
|
||||
Originalausgabe des Romans „Moby Dick“ und finden Sie die Stelle, an der die
|
||||
Neilsche Parabel eine Rolle spielt. Tipp: ein Stück Seife spielt auch eine
|
||||
Rolle.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}\label{bsp:7-1-4}
|
||||
@@ -131,8 +131,8 @@ Die Sache ist eigentlich sehr einfach.
|
||||
\begin{defn}[Isomorphismen]
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es seien $n$ und $m$ Zahlen gegeben. Zwei
|
||||
algebraische Mengen $X ⊂ 𝔸^n_k$ und $Y ⊂ 𝔸^m_k$ heißen
|
||||
\emph{isomorph}\index{isomorphe algebraische Mengen}, wenn es Morphismen
|
||||
$f:V → W$ und $g:W → V$ gibt, sodass $g◦f = \Id_X$ und $f◦g = \Id_Y$ ist. In
|
||||
\emph{isomorph}\index{isomorphe algebraische Mengen}, wenn es Morphismen $f:V
|
||||
→ W$ und $g:W → V$ gibt, sodass $g◦f = \Id_X$ und $f◦g = \Id_Y$ ist. In
|
||||
diesem Fall nennt man die Morphismen $g$ und $f$
|
||||
\emph{Isomorphismen}\index{Isomorphismen von algebraischen Mengen}.
|
||||
\end{defn}
|
||||
@@ -157,10 +157,10 @@ Die Sache ist eigentlich sehr einfach.
|
||||
Was haben Koordinatenringe mit Morphismen zu tun? Um den Zusammenhang präzise
|
||||
zu klären, lege ich erst einmal die Notation für die kommende Diskussion fest.
|
||||
|
||||
\begin{situation}\label{sit:7-2-1}
|
||||
\begin{situation}\label{sit:7-2-1}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper, es seien $n$ und $m$ Zahlen und es seien algebraische
|
||||
Mengen $X ⊂ 𝔸^n_k$ und $Y ⊂ 𝔸^m_k$ gegeben; wir bezeichnen die Koordinaten auf
|
||||
dem $𝔸^n_k$ mit $x_1, …, x_n$ und die Koordinaten auf dem $𝔸^m_k$ mit
|
||||
Mengen $X ⊂ 𝔸^n_k$ und $Y ⊂ 𝔸^m_k$ gegeben; wir bezeichnen die Koordinaten
|
||||
auf dem $𝔸^n_k$ mit $x_1, …, x_n$ und die Koordinaten auf dem $𝔸^m_k$ mit
|
||||
$y_1, …, y_m$. Die affinen Koordinatenringe sind dann
|
||||
\[
|
||||
k[X] = \factor{k[x_1, …, x_n]}{I(X)} %
|
||||
@@ -174,8 +174,8 @@ zu klären, lege ich erst einmal die Notation für die kommende Diskussion fest.
|
||||
\label{sec:7-2-1}
|
||||
|
||||
In Situation~\ref{sit:7-2-1} sei ein Morphismus $f : X → Y$ von algebraischen
|
||||
Mengen gegeben. Nach Definition gibt es also Polynome
|
||||
$f_1, …, f_m ∈ k[x_1, …, x_n]$, sodass jeden Punkt $\vec{x} ∈ X$ die Gleichung
|
||||
Mengen gegeben. Nach Definition gibt es also Polynome $f_1, …, f_m ∈ k[x_1, …,
|
||||
x_n]$, sodass jeden Punkt $\vec{x} ∈ X$ die Gleichung
|
||||
\[
|
||||
f(\vec{x}) =
|
||||
\begin{pmatrix}
|
||||
@@ -184,7 +184,7 @@ $f_1, …, f_m ∈ k[x_1, …, x_n]$, sodass jeden Punkt $\vec{x} ∈ X$ die Gle
|
||||
f_m(\vec{x})
|
||||
\end{pmatrix}
|
||||
\]
|
||||
gilt. Wir definieren damit die folgende ``Rückzugsabbildung''
|
||||
gilt. Wir definieren damit die folgende „Rückzugsabbildung“
|
||||
\[
|
||||
\begin{matrix}
|
||||
φ^* & : & k[y_1, …, y_m] & → & k[x_1, …, x_n] \\
|
||||
@@ -223,7 +223,7 @@ exakt das Bild der Restklasse $[y_i] ∈ k[Y]$ unter der Abbildung $f^*$ ist,
|
||||
\begin{equation}\label{eq:7-2-2-1}
|
||||
f^* \Bigl( [y_i] \Bigr) = [f_i].
|
||||
\end{equation}
|
||||
Als Nächstes definieren wir eine ``Rückzugsabbildung'',
|
||||
Als Nächstes definieren wir eine „Rückzugsabbildung“,
|
||||
\[
|
||||
\begin{matrix}
|
||||
φ^* & : & k[y_1, …, y_m] & → & k[x_1, …, x_n] \\
|
||||
@@ -258,9 +258,9 @@ polynomiale Abbildung betrachten,
|
||||
\end{pmatrix}.
|
||||
\]
|
||||
Sei jetzt nämlich ein Punkt $\vec{x} ∈ X$ gegeben. Ich behaupte, dass
|
||||
$φ(\vec{x}) ∈ Y$ liegt. Äquivalent: ich behaupte, dass jedes
|
||||
$g\bigl( φ(\vec{x}) \bigr) = 0$ ist für jedes $g ∈ I(Y)$. Sei also ein solches
|
||||
$g$ gegeben. Dann ist nach Konstruktion der Abbildung $φ$
|
||||
$φ(\vec{x}) ∈ Y$ liegt. Äquivalent: ich behaupte, dass jedes $g\bigl(
|
||||
φ(\vec{x}) \bigr) = 0$ ist für jedes $g ∈ I(Y)$. Sei also ein solches $g$
|
||||
gegeben. Dann ist nach Konstruktion der Abbildung $φ$
|
||||
\[
|
||||
g\bigl( φ(\vec{x}) \bigr) = \bigl( φ^*(g) \bigr)(\vec{x}),
|
||||
\]
|
||||
@@ -278,7 +278,7 @@ Abschnitten~\ref{sec:7-2-1} und \ref{sec:7-2-2} sind zueinander invers. Ich
|
||||
lasse Ihnen den detaillierten Beweis als Hausaufgabe und halte das Ergebnis
|
||||
fest.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Koordinatenringe und Morphismen]\label{satz:7-3-3}
|
||||
\begin{satz}[Koordinatenringe und Morphismen]\label{satz:7-3-3}%
|
||||
In Situation~\ref{sit:7-2-1} liefern die Konstruktionen aus den
|
||||
Abschnitten~\ref{sec:7-2-1} und \ref{sec:7-2-2} zueinander inverse Bijektionen
|
||||
\[
|
||||
@@ -287,49 +287,47 @@ fest.
|
||||
\]
|
||||
\end{satz}
|
||||
|
||||
Inbesondere ist klar, dass jede algebraische Eigenschaft der Ringmorphismen
|
||||
Insbesondere ist klar, dass jede algebraische Eigenschaft der Ringmorphismen
|
||||
einer geometrischen Eigenschaft des Varietätenmorphismus entsprechen muss. Ich
|
||||
diskutiere hier nur das allererste Beispiel.
|
||||
|
||||
\begin{prop}[Injektive Abbildungen zwischen Koordinatenringen]\label{prop:7-3-4}
|
||||
In Situation~\ref{sit:7-2-1} sei $k$ algebraisch abgeschlossen und die
|
||||
algebraischen Mengen $X$ und $Y$ seien irreduzibel. Weiter es sei
|
||||
$f : X → Y$ ein Morphismus von algebraischen Mengen. Dann sind folgende
|
||||
Aussagen äquivalent.
|
||||
algebraischen Mengen $X$ und $Y$ seien irreduzibel. Weiter es sei $f : X → Y$
|
||||
ein Morphismus von algebraischen Mengen. Dann sind folgende Aussagen
|
||||
äquivalent.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Die Abbildung $f^* : k[Y] → k[X]$ ist injektiv.
|
||||
|
||||
\item Die Bildmenge $f(X) ⊂ Y$ ist dicht bezüglich der
|
||||
Zariski-Topologie. Mit anderen Worten: jede algebraische Teilmenge
|
||||
$Y' ⊆ Y$, die $f(X)$ enthält, ist gleich $Y$.
|
||||
\item Die Bildmenge $f(X) ⊂ Y$ ist dicht bezüglich der Zariski-Topologie. Mit
|
||||
anderen Worten: jede algebraische Teilmenge $Y' ⊆ Y$, die $f(X)$ enthält,
|
||||
ist gleich $Y$.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
\end{prop}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Angenommen, die Abbildung $f^* : k[Y] → k[X]$ ist nicht injektiv. Dann gibt
|
||||
es eine Element $g ∈ k[Y] ∖ \{0\}$, sodass $0 = f^*(g) = g◦ f$
|
||||
ist. Dann ist aber die Bildmenge $f(X)$ in der algebraischen Teilmenge
|
||||
$\{g=0\} ⊊ Y$ enthalten.
|
||||
es eine Element $g ∈ k[Y] ∖ \{0\}$, sodass $0 = f^*(g) = g◦ f$ ist. Dann ist
|
||||
aber die Bildmenge $f(X)$ in der algebraischen Teilmenge $\{g=0\} ⊊ Y$
|
||||
enthalten.
|
||||
|
||||
Angenommen, die Bildmenge $f(X)$ sei in einer echten algebraischen Teilmenge
|
||||
$Y' ⊊ Y$ enthalten. Sei $g ∈ k[Y]$ eine nicht-triviale Funktion,
|
||||
die auf $Y'$ verschwindet. Dann ist $0 = g◦ f = f^*(g)$, also ist $f^*$
|
||||
nicht injektiv.
|
||||
$Y' ⊊ Y$ enthalten. Sei $g ∈ k[Y]$ eine nicht-triviale Funktion, die auf $Y'$
|
||||
verschwindet. Dann ist $0 = g◦f = f^*(g)$, also ist $f^*$ nicht injektiv.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{prop}[Surjektive Abbildungen zwischen Koordinatenringen]\label{prop:7-3-5}
|
||||
\begin{prop}[Surjektive Abbildungen zwischen Koordinatenringen]\label{prop:7-3-5}%
|
||||
In Situation~\ref{sit:7-2-1} sei $k$ algebraisch abgeschlossen. Weiter es sei
|
||||
$f : X → Y$ ein Morphismus von algebraischen Mengen. Falls die Abbildung
|
||||
$f^* : k[Y] → k[X]$ surjektiv ist, dann ist die Abbildung $f$ injektiv.
|
||||
$f : X → Y$ ein Morphismus von algebraischen Mengen. Falls die Abbildung $f^*
|
||||
: k[Y] → k[X]$ surjektiv ist, dann ist die Abbildung $f$ injektiv.
|
||||
\end{prop}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Hausaufgabe!
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
|
||||
\begin{frage}
|
||||
Wo habe ich im Beweis von Proposition~\ref{prop:7-3-4} die Annahme ``$k$
|
||||
algebraisch abgeschlossen'' verwendet. Ist der Satz vielleicht auch ohne
|
||||
diese Annahme richtig?
|
||||
Wo habe ich im Beweis von Proposition~\ref{prop:7-3-4} die Annahme „$k$
|
||||
algebraisch abgeschlossen“ verwendet. Ist der Satz vielleicht auch ohne diese
|
||||
Annahme richtig?
|
||||
\end{frage}
|
||||
|
||||
Es gilt sogar mehr: Die Konstruktionen aus den Abschnitten~\ref{sec:7-2-1} und
|
||||
@@ -341,14 +339,14 @@ gegeben ist,
|
||||
X \ar[r, "f"] & Y \ar[r, "g"] & Z,
|
||||
\end{tikzcd}
|
||||
\]
|
||||
dann ist $g^* ◦ f^* = (g◦ f)^*$. Anders herum: wenn eine Kette von Morphismen
|
||||
von $k$-Algebren gegeben ist,
|
||||
dann ist $g^*◦f^* = (g◦f)^*$. Anders herum: wenn eine Kette von Morphismen von
|
||||
$k$-Algebren gegeben ist,
|
||||
\[
|
||||
\begin{tikzcd}
|
||||
k[Z] \ar[r, "g^*"] & k[Y] \ar[r, "f^*"] & k[X],
|
||||
\end{tikzcd}
|
||||
\]
|
||||
mit zugehörenden Abbildungen und $f : X → Z$ und $g: Y → Z$, dann ist $g◦f$ die
|
||||
mit zugehörenden Abbildungen und $f: X → Z$ und $g: Y → Z$, dann ist $g◦f$ die
|
||||
zu $f^*◦g^*$ gehörende Abbildung. Insbesondere sehen wir: zwei algebraischen
|
||||
Mengen $X$ und $Y$ sind genau dann isomorph, wenn die affinen Koordinatenringe
|
||||
$k[X]$ und $k[Y]$ isomorphe $k$-Algebren sind. Der affine Koordinatenring legt
|
||||
@@ -371,8 +369,8 @@ Eigenschaften haben.\CounterStep
|
||||
|
||||
\begin{definition}[Nilpotente Elemente]
|
||||
Es sei $R$ ein Ring und es sei $f ∈ R$. Man nennt $f$
|
||||
\emph{nilpotent}\index{nilpotent}, wenn es ein Element $n ∈ ℕ$ gibt, so
|
||||
dass $f^n = 0$ ist.
|
||||
\emph{nilpotent}\index{nilpotent}, wenn es ein Element $n ∈ ℕ$ gibt, sodass
|
||||
$f^n = 0$ ist.
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
\begin{notation}[Reduzierte Ringe]
|
||||
@@ -380,7 +378,7 @@ Eigenschaften haben.\CounterStep
|
||||
werden auch als \emph{reduzierte Ringe}\index{reduzierter Ring} bezeichnet.
|
||||
\end{notation}
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}\label{beob:7-3-9}
|
||||
\begin{beobachtung}\label{beob:7-3-9}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es sei $R$ eine endliche erzeugte $k$-Algebra ohne
|
||||
nilpotente Elemente. Dann ist $R$ isomorph zum affinen Koordinatenring einer
|
||||
Varietät. Wenn nämlich $e_1, …, e_n ∈ R$ Erzeuger sind, dann betrachte die
|
||||
@@ -402,35 +400,35 @@ reduzierten Ringen.
|
||||
|
||||
\subsubsection{Diskussion}
|
||||
|
||||
In der Geometrie unterscheidet man klassischerweise zwischen ``extrinsischen''
|
||||
und ``intrinsischen'' Eigenschaften. Wenn ich zum Beispiel ``Flächen im Raum''
|
||||
In der Geometrie unterscheidet man klassischerweise zwischen „extrinsischen“ und
|
||||
„intrinsischen“ Eigenschaften. Wenn ich zum Beispiel „Flächen im Raum“
|
||||
diskutiere, dann sind extrinsische Eigenschaften solche, die davon abhängen, wie
|
||||
die Fläche in den Raum eingebettet ist (``Enthält die Fläche Geraden?''). Im
|
||||
die Fläche in den Raum eingebettet ist („Enthält die Fläche Geraden?“). Im
|
||||
Gegensatz dazu hängen intrinsische Eigenschaften der Fläche nicht von der Wahl
|
||||
einer speziellen Einbettung in den Raum ab (``Was ist die Krümmung? Wie sieht
|
||||
die Symmetriegruppe aus?'').
|
||||
einer speziellen Einbettung in den Raum ab („Was ist die Krümmung? Wie sieht
|
||||
die Symmetriegruppe aus?“).
|
||||
|
||||
Wenn zwei algebraische Mengen isomorph sind, sagt uns die Anschauung ``Die
|
||||
Wenn zwei algebraische Mengen isomorph sind, sagt uns die Anschauung „Die
|
||||
Varietäten sind gleich, nur auf unterschiedliche Art in affine Räume
|
||||
eingebettet''. Der Diskussion aus dem letzten Abschnitt legt nahe, dass das
|
||||
eingebettet“. Der Diskussion aus dem letzten Abschnitt legt nahe, dass das
|
||||
richtige algebraische Objekt, welches die intrinsische Geometrie von Varietäten
|
||||
beschreibt, der affine Koordinatenring ist. Dieser Standpunkt wurde von
|
||||
insbesondere von Alexander
|
||||
Grothendieck\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Alexander_Grothendieck}{Alexander
|
||||
Grothendieck} (* 28. März 1928 in Berlin; † 13. November 2014 in
|
||||
Saint-Lizier in der Nähe von Saint-Girons, Département Ariège) war ein
|
||||
deutsch-stämmiger französischer Mathematiker. Er war Begründer einer eigenen
|
||||
Schule der algebraischen Geometrie, deren Entwicklung er in den 1960er Jahren
|
||||
maßgeblich beeinflusste. 1966 wurde ihm die als höchste Auszeichnung in der
|
||||
Mathematik anerkannte Fields-Medaille verliehen. Beeinflusst durch politische
|
||||
Ideen des Mai 1968 in Frankreich, zog er sich bereits um 1970 weitgehend aus
|
||||
seiner zentralen Position im mathematischen Leben von Paris zurück. 1991
|
||||
verschwand er völlig aus der Öffentlichkeit; sein letzter Aufenthaltsort in
|
||||
den Pyrenäen war nur wenigen Freunden bekannt.} vertreten und hat sich als
|
||||
eine sehr einflussreich und weit führend herausgestellt. Hier ließe sich noch
|
||||
sehr viel sagen und es ließen sich
|
||||
Grothendieck} (* 28. März 1928 in Berlin; † 13. November 2014 in Saint-Lizier
|
||||
in der Nähe von Saint-Girons, Département Ariège) war ein deutsch-stämmiger
|
||||
französischer Mathematiker. Er war Begründer einer eigenen Schule der
|
||||
algebraischen Geometrie, deren Entwicklung er in den 1960er Jahren maßgeblich
|
||||
beeinflusste. 1966 wurde ihm die als höchste Auszeichnung in der Mathematik
|
||||
anerkannte Fields-Medaille verliehen. Beeinflusst durch politische Ideen des
|
||||
Mai 1968 in Frankreich, zog er sich bereits um 1970 weitgehend aus seiner
|
||||
zentralen Position im mathematischen Leben von Paris zurück. 1991 verschwand er
|
||||
völlig aus der Öffentlichkeit; sein letzter Aufenthaltsort in den Pyrenäen war
|
||||
nur wenigen Freunden bekannt.} vertreten und hat sich als eine sehr
|
||||
einflussreich und weit führend herausgestellt. Hier ließe sich noch sehr viel
|
||||
sagen und es ließen sich
|
||||
\href{https://www.ams.org/notices/200409/fea-grothendieck-part1.pdf}{viele
|
||||
Geschichten} erzählen, aber vielleicht ist jetzt noch nicht der richtige
|
||||
Geschichten} erzählen, aber vielleicht ist jetzt noch nicht der richtige
|
||||
Zeitpunkt dafür …
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
306
08.tex
306
08.tex
@@ -47,29 +47,29 @@ verwendet.
|
||||
Gradabschätzungen für potenzielle Polynome $g_i$ gibt es. Sie wurden meines
|
||||
Wissens nach zuerst 1926 von Grete
|
||||
Hermann\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Grete_Hermann}{Grete
|
||||
Hermann} oder Grete Henry oder Grete Henry-Hermann (* 2. März 1901 in
|
||||
Bremen; † 15. April 1984 in Bremen) war eine deutsche Mathematikerin,
|
||||
Physikerin, Philosophin und Pädagogin, die mit Physikern wie Werner Heisenberg
|
||||
und anderen Wissenschaftlern ihrer Zeit in Diskussion über die Entwicklung vor
|
||||
allem der modernen Quantenphysik stand.} bewiesen, die in Freiburg studierte,
|
||||
Hermann} oder Grete Henry oder Grete Henry-Hermann (* 2.~März 1901 in Bremen; †
|
||||
15.~April 1984 in Bremen) war eine deutsche Mathematikerin, Physikerin,
|
||||
Philosophin und Pädagogin, die mit Physikern wie Werner Heisenberg und anderen
|
||||
Wissenschaftlern ihrer Zeit in Diskussion über die Entwicklung vor allem der
|
||||
modernen Quantenphysik stand.} bewiesen, die in Freiburg studierte,
|
||||
\cite{MR1512302}. Inzwischen wurden die Abschätzung zwar dramatisch verbessert,
|
||||
\cite{MR944576}, liefern aber nach wie vor kein praktisch brauchbares Verfahren.
|
||||
In dieser Vorlesung soll daher eine andere Methode vorgestellt werden, die sich
|
||||
gut für die Implementierung auf Computern eignet. Dazu ändere ich
|
||||
gut für die Implementierung auf Computern eignet. Dazu ändere ich die
|
||||
Frage~\ref{frage:8-0-1} etwas ab.
|
||||
|
||||
\begin{frage}\label{frage:8-1-3}
|
||||
In der Situation aus Frage~\ref{frage:8-0-1}, kann ich für jedes Polynom
|
||||
$f ∈ k[x_1, …, x_n]$ einen ``kanonischen Repräsentanten'' der Restklasse
|
||||
\begin{frage}\label{frage:8-1-3}%
|
||||
In der Situation aus Frage~\ref{frage:8-0-1}, kann ich für jedes Polynom $f ∈
|
||||
k[x_1, …, x_n]$ einen „kanonischen Repräsentanten“ der Restklasse
|
||||
\[
|
||||
[f] ∈ \factor{k[x_1, …, x_n]}{I}
|
||||
\]
|
||||
finden, der idealerweise in der Praxis auch noch gut berechenbar ist?
|
||||
\end{frage}
|
||||
|
||||
Falls ich Frage~\ref{frage:8-1-3} positiv beantworten kann, kann ich das Ideal
|
||||
Membership Problem lösen. Gegeben ein Polynom $f$, dann berechne ich einfach
|
||||
die kanonischen Repräsentanten für die Restklassen $[f]$ und $[0]$ und
|
||||
Falls ich die Frage~\ref{frage:8-1-3} positiv beantworten kann, kann ich das
|
||||
Ideal Membership Problem lösen. Gegeben ein Polynom $f$, dann berechne ich
|
||||
einfach die kanonischen Repräsentanten für die Restklassen $[f]$ und $[0]$ und
|
||||
vergleiche diese. Dann gilt offenbar: Das Polynom $f$ ist genau dann in $I$,
|
||||
wenn die kanonischen Repräsentanten gleich sind. So einfach ist das.
|
||||
|
||||
@@ -77,8 +77,8 @@ wenn die kanonischen Repräsentanten gleich sind. So einfach ist das.
|
||||
\section{Monomiale Ideale}
|
||||
|
||||
Um nicht sofort ins kalte Wasser zu springen, beantworten wir
|
||||
Frage~\ref{frage:8-1-3} zuerst im einfachen Fall von ``monomialen Idealen''.
|
||||
Was das sein soll, erkläre ich jetzt.
|
||||
Frage~\ref{frage:8-1-3} zuerst im einfachen Fall von „monomialen Idealen“. Was
|
||||
das sein soll, erkläre ich jetzt.
|
||||
|
||||
\begin{definition}[Monome, Terme]
|
||||
Es sei $k$ ein Körper. Ein \emph{Monom}\index{Monom!im Polynomring} ist ein
|
||||
@@ -103,17 +103,17 @@ Was das sein soll, erkläre ich jetzt.
|
||||
|
||||
\begin{notation}[Multi-Index-Schreibweise]
|
||||
Beim Umgang mit Monomen verwenden wir oft Multi-Index-Schreibweise: Statt
|
||||
$x_1^{α_1}·x_2^{α_2}⋯ x_n^{α_m}$ schreibe ich kurz $x^A$. Dabei soll
|
||||
$A =(α_1, …, α_m)$ und $x = (x_1, …, x_n)$ sein. Manchmal schreibe ich
|
||||
$x_1^{α_1}·x_2^{α_2}⋯ x_n^{α_m}$ schreibe ich kurz $x^A$. Dabei soll $A
|
||||
=(α_1, …, α_m)$ und $x = (x_1, …, x_n)$ sein. Manchmal schreibe ich
|
||||
vielleicht auch $\vec{A}$ und $\vec{x}$.
|
||||
\end{notation}
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es seien $A =(α_1, …, α_m)$ und
|
||||
$B =(β_1, …, β_m) ∈ ℕ^m$, mit zugehörigen Monomen $x^A$ und
|
||||
$x^B ∈ k[x_1, …, x_n]$. Dann gilt Folgendes.
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es seien $A =(α_1, …, α_m)$ und $B =(β_1, …, β_m) ∈
|
||||
ℕ^m$, mit zugehörigen Monomen $x^A$ und $x^B ∈ k[x_1, …, x_n]$. Dann gilt
|
||||
Folgendes.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Es ist $x^A · x^B = x^{A+B}$
|
||||
\item Es ist $x^A · x^B = x^{A+B}$.
|
||||
|
||||
\item Das Monom $x^A$ teilt $x^B$ genau dann, wenn für alle Indizes $i$ die
|
||||
Ungleichung $a_i ≤ b_i$ gilt.
|
||||
@@ -125,15 +125,15 @@ Was das sein soll, erkläre ich jetzt.
|
||||
\end{beobachtung}
|
||||
|
||||
\begin{definition}[Monimiales Ideal]
|
||||
Es sei $k$ ein Körper. Ein Ideal $J ⊂ k[x_1, …, x_n]$ heißt
|
||||
Wieder sei $k$ ein Körper. Ein Ideal $J ⊂ k[x_1, …, x_n]$ heißt
|
||||
\emph{monomial}\index{monomiales Ideal}, wenn es Monome $M_1, …, M_a$ gibt,
|
||||
sodass die Gleichheit $J = (M_1, …, M_a)$ gilt.
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
Für monomiale Ideale mit gegebenem Satz von Erzeugern löst das folgende Lemma
|
||||
die Aufgabe ``finde einen möglichst kanonischen Repräsentanten'' vollständig.
|
||||
die Aufgabe „finde einen möglichst kanonischen Repräsentanten“ vollständig.
|
||||
|
||||
\begin{lem}[Division mit Rest für monomiale Ideale]\label{lem:8-1-6}
|
||||
\begin{lem}[Division mit Rest für monomiale Ideale]\label{lem:8-1-6}%
|
||||
In Situation~\ref{sit:8-1-1} seien die $f_1, …, f_m$ Monome. Dann gibt es zu
|
||||
jedem Polynom $f ∈ k[x_1, …, x_n]$ genau ein $h ∈ k[x_1, …, x_n]$, sodass
|
||||
Folgendes gilt.
|
||||
@@ -141,8 +141,8 @@ die Aufgabe ``finde einen möglichst kanonischen Repräsentanten'' vollständig.
|
||||
\item\label{il:8-1-6-1} Die Restklassen der Polynome $f$ und $h$ im
|
||||
Quotientenring $\factor{k[x_1, …, x_n]}{I}$ sind gleich.
|
||||
|
||||
\item\label{il:8-1-6-2} Kein Term von $h$ wird von einem der Monome
|
||||
$f_•$ geteilt.
|
||||
\item\label{il:8-1-6-2} Kein Term von $h$ wird von einem der Monome $f_•$
|
||||
geteilt.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
\end{lem}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
@@ -159,16 +159,16 @@ die Aufgabe ``finde einen möglichst kanonischen Repräsentanten'' vollständig.
|
||||
gilt. Die Polynome $g_i$ sind aber kein bisschen eindeutig, denn selbst für
|
||||
das Nullpolynom gibt es immer die Darstellungen
|
||||
\[
|
||||
0 = 0 · f_1 + 0 · f_2 = f_2·f_1 - f_1·f_2.
|
||||
0 = 0·f_1 + 0·f_2 = f_2·f_1 - f_1·f_2.
|
||||
\]
|
||||
Überlegen Sie sich, dass die $g_i$ eindeutig festgelegt sind, wenn man
|
||||
zusätzlich verlangt, dass für jeden Index $j$ kein Term von $g_j·f_j$ ein
|
||||
Vielfaches von einem der Monome $f_1, …, f_{j-1}$ ist.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}\label{bem:8-2-9}
|
||||
\begin{bemerkung}\label{bem:8-2-9}%
|
||||
Aussage~\ref{il:8-1-6-2} kann man auch anders schreiben. Überlegen Sie sich,
|
||||
dass für jeden Term $t ∈ k[x_1, …, x_n]$ die folgenden Aussage äquivalent
|
||||
dass für jeden Term $t ∈ k[x_1, …, x_n]$ die folgenden Aussagen äquivalent
|
||||
sind.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Der Term $t$ ist Vielfaches eines der Monome $f_•$.
|
||||
@@ -193,13 +193,13 @@ die Aufgabe ``finde einen möglichst kanonischen Repräsentanten'' vollständig.
|
||||
|
||||
Unser nächstes Ziel wird sein, Lemma~\ref{lem:8-1-6} auf den Fall von beliebigen
|
||||
Idealen zu verallgemeinern. Die Grundidee ist einfach: von jedem der $f_i$
|
||||
wählen wir einen Term aus (dieser wird später ``Leitterm'' genannt werden).
|
||||
wählen wir einen Term aus (dieser wird später „Leitterm“ genannt werden).
|
||||
Gegeben einen Index $i$, dann addieren ein geeignetes Vielfaches von $f_i$ zu
|
||||
$f$ und entfernen so alle Terme, die von dem Leitterm geteilt werden. Ich werde
|
||||
dieses Vorgehen demnächst präzisieren; zuerst möchte ich einfach nur einige
|
||||
Beispiele diskutieren.
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Elimination von $x²$]\label{bsp:8-2-2}
|
||||
\begin{bsp}[Elimination von $x²$]\label{bsp:8-2-2}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es sei
|
||||
\[
|
||||
f_1 := x² + xy = x(x+y) ∈ k[x,y].
|
||||
@@ -207,16 +207,16 @@ Beispiele diskutieren.
|
||||
Ich wähle den Term $x²$ von $f_1$. Rechnen Sie an Beispielen nach, dass ich
|
||||
dann jedes Polynom $f ∈ k[x,y]$ in der Form $f = g_1·f_1 + h$ schreiben kann,
|
||||
wobei kein Term des Polynoms $h$ ein Vielfaches von $x²$ ist\footnote{Das
|
||||
Polynom $h$ ist also von der Form $h(x,y) = h_0(y) + h_1(y)·x$.}. Der
|
||||
Polynom $h$ ist also von der Form $h(x,y) = h_0(y) + h_1(y)·x$.}. Der
|
||||
Algebraiker schreibt
|
||||
\[
|
||||
h = f - g_1·f_1
|
||||
\]
|
||||
und erklärt seiner Familie stolz, er habe ``aus $f$ alle Terme eliminiert, die
|
||||
Vielfache von $x²$ sind''.
|
||||
und erklärt seiner Familie stolz, er habe „aus $f$ alle Terme eliminiert, die
|
||||
Vielfache von $x²$ sind“.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Elimination von $y²$]\label{bsp:8-2-3}
|
||||
\begin{bsp}[Elimination von $y²$]\label{bsp:8-2-3}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es sei
|
||||
\[
|
||||
f_2 = y² + xy=y(y+x)
|
||||
@@ -227,20 +227,20 @@ Beispiele diskutieren.
|
||||
eliminieren, die Vielfache von $y²$ sind.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}\label{beo:8-3-4}
|
||||
\begin{beobachtung}\label{beo:8-3-4}%
|
||||
Man könnte sich jetzt fragen, ob es möglich ist, durch Kombination der
|
||||
Beispiele~\ref{bsp:8-2-2} und \ref{bsp:8-2-3} aus gegebenen Polynomen
|
||||
gleichzeitig alle Terme mit $x²$ und alle Termine mit $y²$ zu eliminieren.
|
||||
Mit anderen Worten: kann ich jedes Polynom $f$ in der Form
|
||||
gleichzeitig alle Terme mit $x²$ und alle Termine mit $y²$ zu eliminieren. Mit
|
||||
anderen Worten: kann ich jedes Polynom $f$ in der Form
|
||||
\[
|
||||
f = g_1·f_1 + g_2·f_2 + h
|
||||
\]
|
||||
schreiben, sodass $h$ keine Terme mit $x²$ und gleichzeitig auch keine Terme
|
||||
mit $y²$ enthält? Die Antwort ist ``nein'', denn ansonsten wäre
|
||||
mit $y²$ enthält? Die Antwort ist „nein“, denn ansonsten wäre
|
||||
\[
|
||||
\bigl\{ [1],[x],[y],[xy] \bigr\} ⊂ \factor{k[x, y]}{(f_1, f_2)}
|
||||
\]
|
||||
ein vierelementiges Erzeugendensystem von $\factor{k[x, y]}{(f_1, f_2)}$ als
|
||||
ein vier-elementiges Erzeugendensystem von $\factor{k[x, y]}{(f_1, f_2)}$ als
|
||||
$k$-Vektorraum. Es ist aber $(f_1, f_2) ⊊ (x+y)$. Also gibt es eine
|
||||
Surjektion
|
||||
\begin{equation}\label{eq:8-2-4-1}
|
||||
@@ -257,15 +257,14 @@ Beispiele diskutieren.
|
||||
|
||||
\subsection{Monomordnungen}
|
||||
|
||||
|
||||
Was ist der Grund, dass ich in Beobachtung~\ref{beo:8-3-4} nicht beide Leitterme
|
||||
eliminieren konnte? Antwort: Die Leitterme waren schlecht gewählt. Man sollte
|
||||
die Terme ($x²$, $y²$) nicht wahllos festlegen, sondern muss sie gemäß einer
|
||||
``Monomordnung'' wählen.
|
||||
„Monomordnung“ wählen.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Monomordnung]
|
||||
Es sei $k$ ein Körper. Eine \emph{Monomordnung}\index{Monomordnung} auf
|
||||
$k[x_1, …, x_n]$ ist eine Wohlordnung ``$≤$'' auf der Menge der Monome, sodass
|
||||
$k[x_1, …, x_n]$ ist eine Wohlordnung „$≤$“ auf der Menge der Monome, sodass
|
||||
für alle Monome $x^A, x^B$ und $x^C ∈ k[x_1, …, x_n]$ die folgenden
|
||||
Eigenschaften gelten.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
@@ -285,8 +284,8 @@ die Terme ($x²$, $y²$) nicht wahllos festlegen, sondern muss sie gemäß einer
|
||||
\begin{erinnerung}
|
||||
Eine
|
||||
\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Ordnungsrelation#Totalordnung}{Totalordnung}
|
||||
ist eine Relation ``$≤$'' auf $M$, die reflexiv, antisymmetrisch, transitiv
|
||||
und total ist.
|
||||
ist eine Relation „$≤$“ auf $M$, die reflexiv, antisymmetrisch, transitiv und
|
||||
total ist.
|
||||
\end{erinnerung}
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Leitterm]
|
||||
@@ -316,30 +315,30 @@ gewählt waren.
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Lexikografische Ordnung]
|
||||
Bei der \emph{lexikografischen Monomordnung}\index{lexikografische
|
||||
Monomordnung} auf dem Polynomring $k[x_1, …, x_n]$ gilt
|
||||
$x_1^{α_1} ⋯ x_n^{α_n} > x_1^{β_1} ⋯ x_n^{β_n}$ genau dann, wenn ein Index $i$
|
||||
existiert, sodass $α_i > β_i$ gilt und gleichzeitig für alle Indizes $j < i$
|
||||
die Gleichheit $α_j = β_j$ gilt. Kurz gesagt: Der erste Index $i$, bei dem
|
||||
sich die Exponenten $α_i$ und $β_i$ unterscheiden, entscheidet. Rechnen Sie
|
||||
nach, dass dies tatsächlich eine Monomordnung ist! Die quadratischen Polynome
|
||||
in $k[x_1, x_2, x_3]$ werden durch die lexikografischen Monomordnung wie folgt
|
||||
sortiert
|
||||
Monomordnung} auf dem Polynomring $k[x_1, …, x_n]$ gilt $x_1^{α_1} ⋯ x_n^{α_n}
|
||||
> x_1^{β_1} ⋯ x_n^{β_n}$ genau dann, wenn ein Index $i$ existiert, sodass $α_i
|
||||
> β_i$ gilt und gleichzeitig für alle Indizes $j < i$ die Gleichheit $α_j =
|
||||
β_j$ gilt. Kurz gesagt: Der erste Index $i$, bei dem sich die Exponenten
|
||||
$α_i$ und $β_i$ unterscheiden, entscheidet. Rechnen Sie nach, dass dies
|
||||
tatsächlich eine Monomordnung ist! Die quadratischen Polynome in $k[x_1, x_2,
|
||||
x_3]$ werden durch die lexikografischen Monomordnung wie folgt sortiert
|
||||
\[
|
||||
x²_1 > x_1 x_2 > x_1 x_3 > x²_2 > x_2x_3 > x²_3.
|
||||
\]
|
||||
Vielleicht haben Ihnen ihre Großeltern schon einmal erzählt, dass es früher
|
||||
statt Wikipedia dicke Bücher gab, die auf Wohnzimmerregalen verstaubten und
|
||||
für das Haus eine erhebliche Brandlast darstellten. In diesen ``Lexika''
|
||||
waren die Stichworte in ähnlicher Weise sortiert.
|
||||
für das Haus eine erhebliche Brandlast darstellten. In diesen „Lexika“ waren
|
||||
die Stichworte in ähnlicher Weise sortiert.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Graduiert-lexikografische Ordnung]
|
||||
Bei der \emph{graduiert-lexikografischen
|
||||
Monomordnung}\index{graduiert.-lexikografische Monomordnung} auf dem
|
||||
Polynomring $k[x_1, …, x_n]$ gilt
|
||||
$x_1^{α_1} ⋯ x_n^{α_n} > x_1^{β_1} ⋯ x_n^{β_n}$ genau dann, wenn eine der folgenden Bedingungen gilt:
|
||||
Monomordnung}\index{graduiert-lexikografische Monomordnung} auf dem
|
||||
Polynomring $k[x_1, …, x_n]$ gilt $x_1^{α_1} ⋯ x_n^{α_n} > x_1^{β_1} ⋯
|
||||
x_n^{β_n}$ genau dann, wenn eine der folgenden Bedingungen gilt:
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Es ist $\sum α_i > \sum β_i$.
|
||||
|
||||
\item Es ist $\sum α_i = \sum β_i$ und $x_1^{α_1} ⋯ x_n^{α_n}$ ist bezüglich
|
||||
der lexikografischen Monomordnung größer als $x_1^{β_1} ⋯ x_n^{β_n}$.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
@@ -347,17 +346,16 @@ gewählt waren.
|
||||
der Monome, dann die lexikografische Ordnung.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Graduiert-rückwärtslexikografische Ordnung]\label{bsp:8-3-12}
|
||||
Bei der \emph{graduiert-rückwärtslexikografischen
|
||||
Monomordnung}\index{graduiert-rückwärtslexikografische Monomordnung} auf dem
|
||||
Polynomring $k[x_1, …, x_n]$ gilt
|
||||
$x_1^{α_1} ⋯ x_n^{α_n} > x_1^{β_1} ⋯ x_n^{β_n}$ genau dann, wenn eine der
|
||||
beiden folgenden Bedingungen gilt.
|
||||
\begin{bsp}[Graduiert-rückwärtslexikografische Ordnung]\label{bsp:8-3-12}%
|
||||
Bei der \emph{graduiert-rückwärts\-lexiko\-grafischen
|
||||
Monomordnung}\index{graduiert-rückwärtslexikografische Monomordnung} auf dem
|
||||
Polynomring $k[x_1, …, x_n]$ gilt $x_1^{α_1} ⋯ x_n^{α_n} > x_1^{β_1} ⋯
|
||||
x_n^{β_n}$ genau dann, wenn eine der beiden folgenden Bedingungen gilt.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Es ist $\sum α_i > \sum β_i$.
|
||||
|
||||
\item Es ist $\sum α_i = \sum β_i$ und der letzte
|
||||
nicht-verschwindende Eintrag von
|
||||
\item Es ist $\sum α_i = \sum β_i$ und der letzte nicht-verschwindende Eintrag
|
||||
von
|
||||
\[
|
||||
(α_1-β_1, …, α_n-β_n) ∈ ℤ^n
|
||||
\]
|
||||
@@ -379,21 +377,20 @@ gewählt waren.
|
||||
Es sei $\vec{w} = (w_1, …, w_n) ∈ ℝ^n$ ein Vektor $ℚ$-linear-unabhängiger
|
||||
reeller Zahlen; wähle zum Beispiel $w_i := \log(p_i)$, wobei die $p_i$
|
||||
unterschiedlichen Primzahlen sind. Bei der
|
||||
\emph{Gewichtsordnung}\index{Gewichtsordnung} auf dem Polynomring
|
||||
$k[x_1, …, x_n]$ gilt $x_1^{α_1} ⋯ x_n^{α_n} > x_1^{β_1} ⋯ x_n^{β_n}$ genau
|
||||
dann, wenn
|
||||
\emph{Gewichtsordnung}\index{Gewichtsordnung} auf dem Polynomring $k[x_1, …,
|
||||
x_n]$ gilt $x_1^{α_1} ⋯ x_n^{α_n} > x_1^{β_1} ⋯ x_n^{β_n}$ genau dann, wenn
|
||||
\[
|
||||
\sum_{i=1}^n w_i·α_i ≤ \sum_{i=1}^n w_i·β_i
|
||||
\]
|
||||
ist. Die Unabhängigkeit über $ℚ$ garantiert, dass die Gleichheit
|
||||
$\sum w_i α_i = \sum w_i β_i$ nur dann eintritt, wenn für alle Indizes $i$ die
|
||||
Gleichung $α_i = β_i$ gilt.
|
||||
ist. Die Unabhängigkeit über $ℚ$ garantiert, dass die Gleichheit $\sum w_i
|
||||
α_i = \sum w_i β_i$ nur dann eintritt, wenn für alle Indizes $i$ die Gleichung
|
||||
$α_i = β_i$ gilt.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Weitere Beispiele für coole Monomordnungen gibt es
|
||||
\href{http://hilbert.math.uni-mannheim.de/~seiler/CA17/CASkript17.pdf}{im
|
||||
Internet}. Es ist aber eine gute Übung, sich selber ein paar interessante
|
||||
Internet}. Es ist aber eine gute Übung, sich selber ein paar interessante
|
||||
Beispiele für Monomordnungen zu überlegen.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
@@ -402,12 +399,12 @@ gewählt waren.
|
||||
|
||||
Ich hatte angekündigt, das wir Lemma~\ref{lem:8-1-6} auf den Fall von beliebigen
|
||||
Idealen verallgemeinern werden. Damit war der folgende Satz gemeint. Im
|
||||
Unterschied zur klassischen ``Polynomdivision mit Rest'' wird in diesem Satz
|
||||
Unterschied zur klassischen „Polynomdivision mit Rest“ wird in diesem Satz
|
||||
gleichzeitig durch mehrere Polynome geteilt! Sie finden einen ähnlichen Beweis
|
||||
und sehr viele Beispiele im Buch \cite[Kapitel~2.3]{MR3330490}, das Sie aus dem
|
||||
Universitätsnetz kostenlos herunterladen können.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Schwache Division mit Rest]\label{satz:8-4-6}
|
||||
\begin{satz}[Schwache Division mit Rest]\label{satz:8-4-6}%
|
||||
In Situation~\ref{sit:8-1-1} sei eine Monomordnung $≤$ auf $k[x_1, …, x_n]$
|
||||
gewählt. Dann gibt es für jedes $f ∈ k[x_1, …, x_n]$ Polynome $g_1, …, g_m$
|
||||
und $h ∈ k[x_1, …, x_n]$, sodass
|
||||
@@ -462,7 +459,7 @@ Universitätsnetz kostenlos herunterladen können.
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Im Satz~\ref{satz:8-4-6} sind die Polynome $g_1, …, g_m$ und $h$ kein bisschen
|
||||
eindeutig. Falls es Sie interessiert: Es gibt einen ``Starken Divisionssatz''
|
||||
eindeutig. Falls es Sie interessiert: Es gibt einen „Starken Divisionssatz“
|
||||
mit Existenz- und Eindeutigkeitsaussage, bei dem \ref{il:8-4-6-2} durch die
|
||||
folgende Forderung ersetzt ist.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
@@ -472,30 +469,26 @@ Universitätsnetz kostenlos herunterladen können.
|
||||
Wir werden diesen stärkeren Divisionssatz im Folgenden aber nicht benötigen.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Divisionsrest]\label{def:8-4-6}
|
||||
In der Situation von Satz~\ref{satz:8-4-6} nennen wir jedes Element
|
||||
$h ∈ k[x_1, …, x_n]$, für dass es $g_• ∈ k[x_1, …, x_n]$ gibt, die den
|
||||
Bedingungen \eqref{eq:8-4-6-1}, \ref{il:8-4-6-2} und \ref{il:8-4-6-3} genügen,
|
||||
einen \emph{Rest von $f$ dividiert durch $f_1, …, f_m$}.
|
||||
\begin{defn}[Divisionsrest]\label{def:8-4-6}%
|
||||
In der Situation von Satz~\ref{satz:8-4-6} nennen wir jedes Element $h ∈
|
||||
k[x_1, …, x_n]$, für dass es $g_• ∈ k[x_1, …, x_n]$ gibt, die den Bedingungen
|
||||
\eqref{eq:8-4-6-1}, \ref{il:8-4-6-2} und \ref{il:8-4-6-3} genügen, einen
|
||||
\emph{Rest von $f$ dividiert durch $f_1, …, f_m$}.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\href{https://sage.cplx.vm.uni-freiburg.de/share/ba8562a5ddff2655831b5d3bca006fbb06de626f/Divisionsreste.ipynb?viewer=share}{Hier}
|
||||
zeige ich Ihnen, wie man Divisionsreste bequem mit dem Programm ``Sage'' am
|
||||
Computer ausrechnet.
|
||||
|
||||
|
||||
\section{Gröbner-Basen}
|
||||
\section{Gröbnerbasen}
|
||||
|
||||
\sideremark{Vorlesung 10}Ich erinnere noch einmal daran, warum wir den
|
||||
Divisionssatz überhaupt betrachtet haben. In Situation~\ref{sit:8-1-1} wollen
|
||||
wir für gegebene Polynome $f ∈ k[x_1, …, x_n]$ entscheiden, ob $f$ im Ideal $I$
|
||||
liegt. Dazu versuchten wir, eindeutig bestimmte Repräsentanten für die
|
||||
Restklasse von $[f] ∈ k[x_1, …, x_n]/I$ zu finden --- wenn das funktioniert,
|
||||
dann brauche ich nur die eindeutig bestimmte Repräsentanten von $[f]$ und $[0]$
|
||||
zu vergleichen. Die Grundidee ist, als Repräsentanten den Rest von $f$ bei der
|
||||
Restklasse von $[f] ∈ k[x_1, …, x_n]/I$ zu finden. Wenn das funktioniert, dann
|
||||
brauche ich nur die eindeutig bestimmte Repräsentanten von $[f]$ und $[0]$ zu
|
||||
vergleichen. Die Grundidee ist, als Repräsentanten den Rest von $f$ bei der
|
||||
Division durch $f_1, …, f_m$ zu nehmen. Funktioniert diese Idee? Nein!
|
||||
|
||||
\begin{bsp}\label{bsp:8-4-2}
|
||||
\begin{bsp}\label{bsp:8-4-2}%
|
||||
Divisionsreste sind nicht eindeutig. Es kommt aber noch schlimmer: Wir
|
||||
betrachten einen Körper $k$ und die lexikografische Ordnung auf $k[x_1, x_2]$
|
||||
und die Polynome $f_1 := x²_1 x_2 - x²_2$ und $f_2 := x³_1$. Dann ist
|
||||
@@ -510,14 +503,13 @@ Division durch $f_1, …, f_m$ zu nehmen. Funktioniert diese Idee? Nein!
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
Was geht in Beispiel~\ref{bsp:8-4-2} schief? Der Grund für das Versagen der
|
||||
Idee ist, dass die Leitterme $\ini f_1$ und $\ini f_2$ nicht das Ideal
|
||||
$\bigl( \ini f \::\: f ∈ M \bigr)$ erzeugen. Das motiviert die folgende
|
||||
Definition.
|
||||
Idee ist, dass die Leitterme $\ini f_1$ und $\ini f_2$ nicht das Ideal $\bigl(
|
||||
\ini f \::\: f ∈ M \bigr)$ erzeugen. Das motiviert die folgende Definition.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Gröbnerbasis]\label{def:8-5-3}
|
||||
\begin{defn}[Gröbnerbasis]\label{def:8-5-3}%
|
||||
In Situation~\ref{sit:8-1-1} nennt man $f_1, …,f_m$ eine \emph{Gröbnerbasis
|
||||
oder Standardbasis von $M$}\index{Gröbnerbasis}\index{Standardbasis}, wenn
|
||||
für jedes Element $f ∈ M$ die folgende Inklusion gilt,
|
||||
oder Standardbasis von $M$}\index{Gröbnerbasis}\index{Standardbasis}, wenn für
|
||||
jedes Element $f ∈ M$ die folgende Inklusion gilt,
|
||||
\[
|
||||
\ini f ∈ \bigl(\ini f_1, …, \ini f_m \bigr).
|
||||
\]
|
||||
@@ -549,19 +541,19 @@ Definition.
|
||||
|
||||
Gröbnerbasen wurden 1965 von Bruno
|
||||
Buchberger\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Bruno_Buchberger}{Bruno
|
||||
Buchberger} (* 22. Oktober 1942 in Innsbruck) ist ein österreichischer
|
||||
Mathematiker.} eingeführt, der sie nach seinem Doktorvater Wolfgang
|
||||
Buchberger} (* 22.~Oktober 1942 in Innsbruck) ist ein österreichischer
|
||||
Mathematiker.} eingeführt, der sie nach seinem Doktorvater Wolfgang
|
||||
Gröbner\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Gr\%C3\%B6bner}{Wolfgang
|
||||
Gröbner} (2. Februar 1899 in Gossensaß – 20. August 1980) war ein
|
||||
österreichischer Mathematiker und Freidenker, der vor allem auf dem Gebiet der
|
||||
kommutativen Algebra und algebraischen Geometrie arbeitete. Sein Name ist
|
||||
bekannt durch die Gröbnerbasis und die Gröbner-Dualität.} benannte. Ähnliche
|
||||
Gröbner} (2.~Februar 1899 in Gossensaß – 20.~August 1980) war ein
|
||||
österreichischer Mathematiker und Freidenker, der vor allem auf dem Gebiet der
|
||||
kommutativen Algebra und algebraischen Geometrie arbeitete. Sein Name ist
|
||||
bekannt durch die Gröbnerbasis und die Gröbner-Dualität.} benannte. Ähnliche
|
||||
Ideen tauchten etwa um dieselbe Zeit auch in den geometrischen Arbeiten von
|
||||
Heisuke
|
||||
Hironaka\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Heisuke_Hironaka}{Heisuke
|
||||
Hironaka} (Hironaka Heisuke; * 9. April 1931 in Yuu, Kuga-gun (heute:
|
||||
Iwakuni), Präfektur Yamaguchi, Japan) ist ein japanischer Mathematiker und
|
||||
Träger der Fields-Medaille.} auf.
|
||||
Hironaka} (Hironaka Heisuke; * 9.~April 1931 in Yuu, Kuga-gun (heute: Iwakuni),
|
||||
Präfektur Yamaguchi, Japan) ist ein japanischer Mathematiker und Träger der
|
||||
Fields-Medaille.} auf.
|
||||
|
||||
|
||||
\subsection{Vom Nutzen der Gröbnerbasen}
|
||||
@@ -570,7 +562,7 @@ Das folgende Lemma zeigt, dass Gröbnerbasen unsere Probleme lösen: Haben wir
|
||||
eine Gröbnerbasis von $M$ dann kann die Frage, ob $f ∈ M$ ist, mit einer
|
||||
einzigen Division beantwortet werden.
|
||||
|
||||
\begin{lem}[Divisionsreste für Elemente des Untermoduls]\label{lem:8-5-6}
|
||||
\begin{lem}[Divisionsreste für Elemente des Untermoduls]\label{lem:8-5-6}%
|
||||
In Situation~\ref{sit:8-1-1} sei $f_1,…,f_m$ eine Gröbnerbasis. Gegeben ein
|
||||
Element $f ∈ M$, dann ist jeder Rest von $f$ bei Division durch $f_1, …, f_m$
|
||||
gleich $0$.
|
||||
@@ -584,8 +576,8 @@ einzigen Division beantwortet werden.
|
||||
haben, sodass die Bedingungen \ref{il:8-4-6-2} und \ref{il:8-4-6-3} gelten.
|
||||
Wegen der Annahme $f ∈ M$ wissen dann auf der einen Seite, dass $h ∈ M$. Auf
|
||||
der anderen Seite ist nach Bedingung~\ref{il:8-4-6-3} kein Term von $h$ ein
|
||||
Vielfaches der Leitterme $\ini f_i$. Wegen der Annahme, dass $f_1,…,f_m$
|
||||
eine Gröbnerbasis ist, ist das aber offenbar nur möglich, wenn $h = 0$ ist.
|
||||
Vielfaches der Leitterme $\ini f_i$. Wegen der Annahme, dass $f_1,…,f_m$ eine
|
||||
Gröbnerbasis ist, ist das aber offenbar nur möglich, wenn $h = 0$ ist.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{kor}[Eindeutigkeit von Divisionsresten]\label{kor:8-5-8}
|
||||
@@ -594,15 +586,18 @@ einzigen Division beantwortet werden.
|
||||
Division durch $f_1, …, f_m$. Dann ist $h_1 = h_2$. \qed
|
||||
\end{kor}
|
||||
|
||||
\begin{lem}[Unabhängigkeit von der Wahl der Gröbnerbasis]\label{lem:8-5-9}
|
||||
In Situation~\ref{sit:8-1-1} seien $f_{1,1}, …, f_{1,m_1}$ und
|
||||
$f_{2,1}, …, f_{2, m_2}$ zwei Gröbnerbasen von $M$. Gegeben ein Element
|
||||
\begin{lem}[Unabhängigkeit von der Wahl der Gröbnerbasis]\label{lem:8-5-9}%
|
||||
In Situation~\ref{sit:8-1-1} seien
|
||||
\[
|
||||
f_{1,1}, …, f_{1,m_1} \quad \text{und} \quad f_{2,1}, …, f_{2, m_2}
|
||||
\]
|
||||
zwei Gröbnerbasen von $M$. Gegeben ein Element
|
||||
$f ∈ k[x_1, …, x_n]$, sei $h_•$ der (nach Korollar~\ref{kor:8-5-8} eindeutige)
|
||||
Rest von $f$ bei Division durch $f_{•,1}, …, f_{•, m_•}$. Dann ist
|
||||
$h_1 = h_2$.
|
||||
\end{lem}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Nach Definition von ``Divisionsrest'' in Definition~\vref{def:8-4-6} haben die
|
||||
Nach Definition von „Divisionsrest“ in Definition~\vref{def:8-4-6} haben die
|
||||
Elemente $h_1$ und $h_2$ (soweit sie ungleich Null sind) nur Terme, die
|
||||
\emph{nicht} in
|
||||
\[
|
||||
@@ -610,7 +605,7 @@ einzigen Division beantwortet werden.
|
||||
f_{2,m_2} \bigr)
|
||||
\]
|
||||
enthalten sind. Dasselbe gilt dann auch für die Differenz $h_1 - h_2$, die in
|
||||
$M$ liegt. Nach Definition~\ref{def:8-5-3} von ``Gröbnerbasis'' bedeutet das
|
||||
$M$ liegt. Nach Definition~\ref{def:8-5-3} von „Gröbnerbasis“ bedeutet das
|
||||
aber, dass $\ini (h_1 - h_2)=0$ ist. Also ist $h_1 - h_2 = 0$ und deshalb
|
||||
$h_1 = h_2$.
|
||||
\end{proof}
|
||||
@@ -621,13 +616,11 @@ Reihenfolge der Elemente in der Gröbnerbasis sind.
|
||||
|
||||
\subsection{Existenz von Gröbnerbasen}
|
||||
|
||||
Es fragt sich, ob Gröbnerbasen immer existieren. Die Antwort ist natürlich
|
||||
``ja'', denn Computer-Algebra-Systeme können Gröbnerbasen ausrechnen.
|
||||
\href{https://sage.cplx.vm.uni-freiburg.de/share/51e021b2ea6647e808203996d4a6d70f76d829d1/Gr\%C3\%B6bnerbasen.ipynb?viewer=share}{Hier
|
||||
zeige ich an einem Beispiel}, wie man das macht. Vielleicht hätten wir aber
|
||||
auch gern ein theoretisches Argument.
|
||||
Sie fragen sich vielleicht, ob Gröbnerbasen immer existieren. Die Antwort ist
|
||||
natürlich „ja“, denn Computer-Algebra-Systeme können Gröbnerbasen ausrechnen.
|
||||
Vielleicht hätten wir aber auch gern ein theoretisches Argument.
|
||||
|
||||
\begin{lem}[Existenz von Gröbnerbasen]\label{lem:8-5-7}
|
||||
\begin{lem}[Existenz von Gröbnerbasen]\label{lem:8-5-7}%
|
||||
In Situation~\ref{sit:8-1-1} existiert eine Gröbnerbasis von $I$.
|
||||
\end{lem}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
@@ -637,9 +630,9 @@ auch gern ein theoretisches Argument.
|
||||
fertig.
|
||||
|
||||
\item Falls $f_1, …, f_m$ keine Gröbnerbasis ist, dann gibt es per Annahme ein
|
||||
Element $f_{m+1} ∈ I$ mit
|
||||
$\ini f_{m+1} \not ∈ \bigl( \ini f_1, …, \ini f_m \bigr)$. Nehme $f_{m+1}$
|
||||
als Erzeuger mit hinzu, fange noch einmal von vorn an.
|
||||
Element $f_{m+1} ∈ I$ mit $\ini f_{m+1} \not ∈ \bigl( \ini f_1, …, \ini f_m
|
||||
\bigr)$. Nehme $f_{m+1}$ als Erzeuger mit hinzu, fange noch einmal von vorn
|
||||
an.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
Wir erhalten auf diese Weise eine aufsteigende Folge von monomialen Idealen
|
||||
des Polynomrings $k[x_1, …, x_n]$. Weil der Polynomring aber Noethersch ist,
|
||||
@@ -658,7 +651,7 @@ Verfahren, ein neues Element $f_{m+1}$ zu finden. Das Buchberger-Kriterium lös
|
||||
diese Probleme für uns. Zuerst müssen wir aber noch kurz über $S$-Polynome
|
||||
sprechen.
|
||||
|
||||
\begin{notation}[$S$-Polynom]\label{not:8-6-1}
|
||||
\begin{notation}[$S$-Polynom]\label{not:8-6-1}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es seien Polynome $f, g ∈ k[x_1, …, x_n]$ gegeben.
|
||||
Schreibe
|
||||
\[
|
||||
@@ -678,16 +671,15 @@ sprechen.
|
||||
|
||||
Die relevante Eigenschaft von $S$-Polynomen ist die Folgende.
|
||||
|
||||
\begin{lem}\label{lem:8-6-2}
|
||||
In Situation~\ref{sit:8-1-1} seien Polynome
|
||||
$g_1, … g_r ∈ k[x_1, …, x_n] ∖ \{ 0 \}$ gegeben. Wir nehmen an, dass
|
||||
es einen Vektor $A =(α_1, …, α_m)$ gibt, so dass die Leitterme der
|
||||
$g_{•}$ alle von der Form
|
||||
\begin{lem}\label{lem:8-6-2}%
|
||||
In Situation~\ref{sit:8-1-1} seien Polynome $g_1, … g_r ∈ k[x_1, …, x_n] ∖ \{
|
||||
0 \}$ gegeben. Wir nehmen an, dass es einen Vektor $A =(α_1, …, α_m)$ gibt,
|
||||
sodass die Leitterme der $g_•$ alle von der Form
|
||||
\[
|
||||
\ini g_{•} = b_{•}·x^A
|
||||
\ini g_• = b_•·x^A
|
||||
\]
|
||||
sind, mit $b_{•} ∈ k$. Weiter seien Skalare $a_1, …, a_r ∈ k$
|
||||
gegeben, sodass bezüglich der Monomordnung die Ungleichung
|
||||
sind, mit $b_• ∈ k$. Weiter seien Skalare $a_1, …, a_r ∈ k$ gegeben, sodass
|
||||
bezüglich der Monomordnung die Ungleichung
|
||||
\begin{equation}\label{eq:8-6-2-1}
|
||||
\ini \left(\sum_{i=1}^{r} a_i·g_i\right)< x^A
|
||||
\end{equation}
|
||||
@@ -712,7 +704,7 @@ Die relevante Eigenschaft von $S$-Polynomen ist die Folgende.
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\sum_{i=1}^r a_i·g_i & = \sum_{i=1}^r a_ib_i·p_{i} \\
|
||||
& = \sum_{i=1}^{r}\left(\sum_{j=1}ⁱ a_j b_j\right)\left(p_i-p_{i+1}\right) && \text{Teleskopsumme}\\
|
||||
&=\sum_{i=1}^{r-1}\left(\sum_{j=1}ⁱ a_j b_j\right)\left(p_i-p_{i+1}\right) && \text{Gleichung~\eqref{eq:8-6-2-2}}
|
||||
&=\sum_{i=1}^{r-1}\left(\sum_{j=1}ⁱ a_j b_j\right)\left(p_i-p_{i+1}\right) && \text{Gleichung~\eqref{eq:8-6-2-2}.}
|
||||
\end{align*}
|
||||
Die $S$-Polynome sind aber per Definition gerade
|
||||
\[
|
||||
@@ -723,7 +715,7 @@ Die relevante Eigenschaft von $S$-Polynomen ist die Folgende.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Buchberger-Kriterium]\label{satz:8-6-1}
|
||||
\begin{satz}[Buchberger-Kriterium]\label{satz:8-6-1}%
|
||||
In Situation~\ref{sit:8-1-1} sind folgende Aussagen äquivalent.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item\label{il:8-5-8-1} Die Elemente $f_1, …, f_m$ bilden eine Gröbnerbasis
|
||||
@@ -743,18 +735,18 @@ Die relevante Eigenschaft von $S$-Polynomen ist die Folgende.
|
||||
---
|
||||
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Die Implikation ``\ref{il:8-5-8-1} $⇒$ \ref{il:8-5-8-2}'' wurde in
|
||||
\item Die Implikation „\ref{il:8-5-8-1} $⇒$ \ref{il:8-5-8-2}“ wurde in
|
||||
Lemma~\ref{lem:8-5-6} bewiesen.
|
||||
|
||||
\item Die Implikation ``\ref{il:8-5-8-2} $⇒$ \ref{il:8-5-8-3}'' ist leicht,
|
||||
denn es ist $S_{ij} ∈ M$, so dass es immer eine Darstellung von $S_{ij}$ als
|
||||
\item Die Implikation „\ref{il:8-5-8-2} $⇒$ \ref{il:8-5-8-3}“ ist leicht, denn
|
||||
es ist $S_{ij} ∈ M$, sodass es immer eine Darstellung von $S_{ij}$ als
|
||||
Linearkombination der $f_•$ gibt.
|
||||
|
||||
\item Die Implikation ``\ref{il:8-5-8-3} $⇒$ \ref{il:8-5-8-1}'' ist der
|
||||
\item Die Implikation „\ref{il:8-5-8-3} $⇒$ \ref{il:8-5-8-1}“ ist der
|
||||
wesentliche Punkt des Beweises. Details gibt es im (sehr langen)
|
||||
\video{10-1}. Der Beweis ist mit einigen Anpassungen aus dem Skript von
|
||||
\href{https://www.mathematik.tu-dortmund.de/sites/daniel-plaumann/download/AG.pdf}{Skript
|
||||
von Daniel Plaumann} übernommen. \qedhere
|
||||
von Daniel Plaumann} übernommen. \qedhere
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
@@ -802,24 +794,24 @@ gewünschte liefert.
|
||||
|
||||
\begin{proof}[Terminierung des Buchberger-Algorithmus]
|
||||
Der Schlüssel liegt in Zeile~\ref{lin:buchberger-12}. Wenn es nämlich ein
|
||||
Element $h ∈ S$ gibt, dann liegt $h$ einerseits im Ideal $(g_1, …, g_a)$.
|
||||
Auf der anderen Seite wissen nach Definition von ``Divisionsrest'', dass der
|
||||
Element $h ∈ S$ gibt, dann liegt $h$ einerseits im Ideal $(g_1, …, g_a)$. Auf
|
||||
der anderen Seite wissen nach Definition von „Divisionsrest“, dass der
|
||||
Leitterm $\ini h$ kein Vielfaches eines der $\ini g_•$ ist. Es gilt also
|
||||
\[
|
||||
(\ini g_1, …, \ini g_a) ⊊ (\ini g_1, …, \ini g_a, \ini h).
|
||||
\]
|
||||
Es folgt also, dass sich das Ideal $(g \:: g ∈ G)$ beim Durchlauf von
|
||||
Zeile~\ref{lin:buchberger-12} nicht ändert, während das Ideal
|
||||
$(\ini g \:: g ∈ G)$ bei jedem Durchlauf der Zeile echt größer wird. Wegen
|
||||
der Noether-Eigenschaft von $k[x_1, …, x_n]$ kann Letzteres aber nur endlich
|
||||
oft passieren.
|
||||
Zeile~\ref{lin:buchberger-12} nicht ändert, während das Ideal $(\ini g \:: g ∈
|
||||
G)$ bei jedem Durchlauf der Zeile echt größer wird. Wegen der
|
||||
Noether-Eigenschaft von $k[x_1, …, x_n]$ kann Letzteres aber nur endlich oft
|
||||
passieren.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{proof}[Korrektheit des Buchberger-Algorithmus]
|
||||
Der Algorithmus terminiert, wenn in Zeile~\ref{lin:buchberger-12} die Menge
|
||||
$S$ gleich leer ist. Das bedeutet aber, dass jedes der $S_{ij}$ einen
|
||||
Divisionsrest hat, der gleich 0 ist. Nach dem Buchberger-Kriterium ist dies
|
||||
gleichbedeutend damit, dass $G$ eine Gröbner-Basis ist.
|
||||
gleichbedeutend damit, dass $G$ eine Gröbnerbasis ist.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
@@ -833,9 +825,9 @@ gewünschte liefert.
|
||||
schnell, dass sowohl die Anordnung der $f_•$ als auch die Wahl der
|
||||
Monomordnung einen riesigen Einfluss auf die Laufzeit hat. Es scheint, dass
|
||||
die graduiert-rückwärtslexikografische Ordnung häufig recht gut abschneidet.
|
||||
Es gibt aber kaum quantitative Ergebnisse in dieser Richtung. Es gibt meines
|
||||
Wissens kein Verfahren, mit dem man vorab entscheiden könnte, welche Anordnung
|
||||
und welche Monomordnung für ein gegebenes Problem gut ist.
|
||||
Es gibt aber kaum quantitative Ergebnisse in dieser Richtung. Soweit mir
|
||||
bekannt ist, gibt es kein Verfahren, mit dem man vorab entscheiden könnte,
|
||||
welche Anordnung und welche Monomordnung für ein gegebenes Problem gut ist.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -843,14 +835,14 @@ gewünschte liefert.
|
||||
|
||||
Das folgende Beispiel habe ich aus dem
|
||||
\href{http://hilbert.math.uni-mannheim.de/~seiler/CA17/CASkript17.pdf}{Skript
|
||||
des Mannheimer Kollegen Seiler} gestohlen. Ich hoffe, Kollege Seiler hat sich
|
||||
des Mannheimer Kollegen Seiler} gestohlen. Ich hoffe, Kollege Seiler hat sich
|
||||
nicht verrechnet und ich habe richtig abgeschrieben. Wir starten mit dem Körper
|
||||
$ℚ$, dem Polynomring $ℚ[x,y]$ und verwenden die graduiert-lexikografische
|
||||
Monomordnung. Es sei
|
||||
\[
|
||||
f_1 = x³ - 2·xy \quad\text{und}\quad f_2 = x²y - 2·y² + x.
|
||||
\]
|
||||
Wir wollen eine Gröbner-Basis des Ideals $(f_1, f_2)$ bestimmen und wenden zu
|
||||
Wir wollen eine Gröbnerbasis des Ideals $(f_1, f_2)$ bestimmen und wenden zu
|
||||
diesem Zweck den Buchberger-Algorithmus an.
|
||||
|
||||
\paragraph{Erster Schleifendurchgang:} schreibe
|
||||
@@ -861,7 +853,7 @@ und berechne
|
||||
\[
|
||||
S_{1,2} = y·g_1 - x·g_2 = -x².
|
||||
\]
|
||||
Als nächstes berechne ich mithilfe von Algorithmus~\ref{alg:8-4-6} den
|
||||
Als Nächstes berechne ich mithilfe von Algorithmus~\ref{alg:8-4-6} den
|
||||
Divisionsrest,
|
||||
\[
|
||||
S_{1,2} = 0·g_1 + 0·g_2 + (-x²).
|
||||
@@ -881,7 +873,7 @@ und berechne
|
||||
S_{2,3} & = & g_2 + y·g_3 & = & -2·y²+x.
|
||||
\end{matrix}
|
||||
\]
|
||||
Als nächstes berechne ich mithilfe von Algorithmus~\ref{alg:8-4-6} die
|
||||
Als Nächstes berechne ich mithilfe von Algorithmus~\ref{alg:8-4-6} die
|
||||
Divisionsreste,
|
||||
\[
|
||||
\begin{matrix}
|
||||
@@ -909,10 +901,10 @@ und berechne
|
||||
S_{2,5} & = & y·g_2 + \frac{1}{2}x²·g_5 &=& \frac{1}{2}·x³ + x·y -2·y³ \\
|
||||
S_{3,4} & = & -y·g_3 - \frac{1}{2}·x·g_4 &=& 0 \\
|
||||
S_{3,5} & = & -y²·g_{3}- \frac{1}{2}·x²·g_{5} &=& \frac{1}{2}·x³ \\
|
||||
S_{4,5} & = & -\frac{1}{2}·y·g_4 - \frac{1}{2}·x·g_5 &=& \frac{1}{2}·x²
|
||||
S_{4,5} & = & -\frac{1}{2}·y·g_4 - \frac{1}{2}·x·g_5 &=& \frac{1}{2}·x².
|
||||
\end{matrix}
|
||||
\]
|
||||
Als nächstes berechne ich mithilfe von Algorithmus~\ref{alg:8-4-6} die
|
||||
Als Nächstes berechne ich mithilfe von Algorithmus~\ref{alg:8-4-6} die
|
||||
Divisionsreste,\setcounter{MaxMatrixCols}{20}
|
||||
\[
|
||||
\begin{matrix}
|
||||
@@ -925,7 +917,7 @@ Divisionsreste,\setcounter{MaxMatrixCols}{20}
|
||||
S_{2,5} & = & \frac{1}{2}·g_1 &+& 0·g_2 &+& 0·g_3 &+& \frac{-1}{2}·g_4 &+& y·g_5 &+& 0 \\
|
||||
S_{3,4} & = & 0·g_1 &+& 0·g_2 &+& 0·g_3 &+& 0·g_4 &+& 0·g_5 &+& 0 \\
|
||||
S_{3,5} & = & \frac{1}{2}·g_1 &+& 0·g_2 &+& 0·g_3 &+& \frac{-1}{2}·g_4 &+& 0·g_5 &+& 0 \\
|
||||
S_{4,5} & = & 0·g_1 &+& 0·g_2 &+& \frac{-1}{2}·g_3 &+& 0·g_4 &+& 0·g_5 &+& 0
|
||||
S_{4,5} & = & 0·g_1 &+& 0·g_2 &+& \frac{-1}{2}·g_3 &+& 0·g_4 &+& 0·g_5 &+& 0.
|
||||
\end{matrix}
|
||||
\]
|
||||
Voilà! Alle Divisionsreste sind Null, also ist $(g_1, g_2, g_3, g_4, g_5)$ eine
|
||||
@@ -936,12 +928,12 @@ Gröbnerbasis des Ideals $(f_1, f_2)$.
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Das Beispiel zeigt eindrücklich, dass man solche Aufgaben besser dem Computer
|
||||
überlässt. Es gibt noch ein weiteres Problem, dass in diesem Beispiel nicht
|
||||
offensichtlich wird: der Algorithmus verlangt exaktes Rechnen,
|
||||
offensichtlich wird: Der Algorithmus verlangt exaktes Rechnen,
|
||||
Näherungslösungen funktionieren nicht! Das wird ein riesiges Problem bei
|
||||
Rechnungen über dem Körper $ℚ$, denn beim Addieren von Brüchen werden Nenner
|
||||
und Zähler immer größer und komplizierter. Die Zahlen werden in der Praxis
|
||||
oft so lang, dass der Hauptspeicher nicht ausreicht --- und zwar unabhängig
|
||||
davon, auf welchem Rechner sie arbeiten! Dieses Problem tritt bei Rechnungen
|
||||
oft so lang, dass der Hauptspeicher nicht ausreicht, und zwar unabhängig
|
||||
von der Größe des Hauptspeichers! Dieses Problem tritt bei Rechnungen
|
||||
mit endlichen Körpern wie $𝔽_3$ natürlich nicht auf.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
|
||||
68
09.tex
68
09.tex
@@ -32,13 +32,13 @@ algebraische Kurven als \emph{Äquivalenzklassen} von Polynomen zu definieren.
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper, es sei $f ∈ k[x,y]$ eine
|
||||
ebene algebraische Kurve und es sei $p ∈ 𝔸²_k$ sei ein Punkt von $V(f)$.
|
||||
\end{quote}
|
||||
Ich hoffe, Sie kommen damit klar. Wenn nicht --- dumm gelaufen.
|
||||
Ich hoffe, Sie kommen damit klar. Wenn nicht: Dumm gelaufen.
|
||||
\end{notation}
|
||||
|
||||
In der Vorlesung ``Analysis'' haben Sie Nullstellenmengen von Funktionen in
|
||||
In der Vorlesung „Analysis“ haben Sie Nullstellenmengen von Funktionen in
|
||||
mehreren Veränderlichen ausführlich diskutiert. Gegeben eine Funktion $f(x,y)$
|
||||
auf dem $ℝ²$ und einen Punkt $p$ der Nullstellenmenge, so haben sie im Kapitel
|
||||
``Der Satz über die implizit definierten Funktionen'' gelernt, dass es einen
|
||||
„Der Satz über die implizit definierten Funktionen“ gelernt, dass es einen
|
||||
riesigen Unterschied macht, ob die partiellen Ableitungen
|
||||
\[
|
||||
\frac{∂f}{∂x}(p) \quad\text{und}\quad \frac{∂f}{∂y}(p)
|
||||
@@ -49,13 +49,13 @@ von $p$ eine Untermannigfaltigkeit und kann lokal durch die $x$- oder $y$-Werte
|
||||
parametrisiert werden.
|
||||
|
||||
Überlegen Sie sich anhand der Einheitsparabel, dass der Satz über die implizit
|
||||
definierten Funktionen in der algebraischen Geometrie nicht gelten kann (… denn
|
||||
definierten Funktionen in der algebraischen Geometrie nicht gelten kann (denn
|
||||
sonst müsste die Wurzelfunktion algebraisch sein). Die Unterscheidung nach
|
||||
``gute Punkte, in denen mindestens eine partielle Ableitung ungleich null ist''
|
||||
und ``schlechte Punkte, in denen alle partielle Ableitungen gleich null sind''
|
||||
„gute Punkte, in denen mindestens eine partielle Ableitung ungleich null ist“
|
||||
und „schlechte Punkte, in denen alle partielle Ableitungen gleich null sind“
|
||||
funktioniert aber ohne weiteres.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Einfache Punkte]\label{defn:ep}
|
||||
\begin{defn}[Einfache Punkte]\label{defn:ep}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper, es sei $f ∈ k[x,y]$ eine
|
||||
ebene algebraische Kurve und es sei $p ∈ 𝔸²_k$ sei ein Punkt von $V(f)$. Man
|
||||
nennt $p$ einen \emph{einfachen Punkt}\index{einfacher Punkt} der Kurve $f$,
|
||||
@@ -84,7 +84,7 @@ funktioniert aber ohne weiteres.
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Die Ableitungen aus Definition~\ref{defn:ep} sind wie in der Vorlesung
|
||||
``Algebra'' die formalen Ableitungen, die einfach nach den bekannten
|
||||
„Algebra“ die formalen Ableitungen, die einfach nach den bekannten
|
||||
Rechenregeln für das Ableiten von Polynomen definiert sind und nichts mit den
|
||||
Grenzwerten aus der Analysis zu tun haben. Wir erinnern uns an die
|
||||
schlaflosen Nächte des letzten Semesters: falls $k$ ein Körper der positiven
|
||||
@@ -96,13 +96,13 @@ funktioniert aber ohne weiteres.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Tangentialraum einer Kurve an einfachem Punkt]
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper, es sei $f ∈ k[x,y]$ eine
|
||||
ebene algebraische Kurve und es sei $p = (a,b) ∈ 𝔸²_k$ sei ein einfacher Punkt
|
||||
der Kurve $f$. Dann bezeichne die Gerade
|
||||
ebene algebraische Kurve und es sei $p = (a,b) ∈ 𝔸²_k$ sei ein einfacher
|
||||
Punkt der Kurve $f$. Dann bezeichne die Gerade
|
||||
\[
|
||||
V \left( (y-b)·\frac{∂ f}{∂ y}(P) + (x-a)·\frac{∂ f}{∂ x}(P) \right)
|
||||
\]
|
||||
als den \emph{affinen Tangentialraum der Kurve $f$ im Punkt $p$}\index{affiner
|
||||
Tangentialraum}.
|
||||
Tangentialraum}.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -110,11 +110,11 @@ funktioniert aber ohne weiteres.
|
||||
|
||||
Einfache Punkte sind einfach … aber natürlich auch ein wenig langweilig. Die
|
||||
erste Frage, die man bei nicht-einfachen Punkten stellen kann ist die, ob wir
|
||||
ein quantitatives Maß für die nicht-Einfachheit haben. Die ``Multiplizität''
|
||||
ist der erste Begriff in dieser Richtung. Der Bequemlichkeit halber definieren
|
||||
wir diesen Begriff erst einmal nur für den Nullpunkt.
|
||||
ein quantitatives Maß für die nicht-Einfachheit haben. Die „Multiplizität“ ist
|
||||
der erste Begriff in dieser Richtung. Der Bequemlichkeit halber definieren wir
|
||||
diesen Begriff erst einmal nur für den Nullpunkt.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Multiplizität einer Kurve im Nullpunkt]\label{def:9-1-6}
|
||||
\begin{defn}[Multiplizität einer Kurve im Nullpunkt]\label{def:9-1-6}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei $f ∈ k[x,y]$ eine
|
||||
ebene algebraische Kurve. Dann schreibe $f$ als Summe von homogenen
|
||||
Polynomen,
|
||||
@@ -126,7 +126,7 @@ wir diesen Begriff erst einmal nur für den Nullpunkt.
|
||||
m := \min \{ i ∈ ℕ \::\: f_i ≠ 0 \}
|
||||
\]
|
||||
wird als \emph{Multiplizität der Kurve $f$ im Nullpunkt}\index{Multiplizität
|
||||
einer Kurve im Nullpunkt} bezeichnet. Die Schreibweise $\mult_0 f$ ist
|
||||
einer Kurve im Nullpunkt} bezeichnet. Die Schreibweise $\mult_0 f$ ist
|
||||
üblich.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
@@ -139,10 +139,10 @@ wir diesen Begriff erst einmal nur für den Nullpunkt.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{beobachtung}
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Multiplizität einer Kurve im Nullpunkt]\label{def:9-1-8}
|
||||
\begin{defn}[Multiplizität einer Kurve im Nullpunkt]\label{def:9-1-8}%
|
||||
In der Situation von Definition~\ref{def:9-1-6} sei $m > 0$. Dann nenne die
|
||||
Kurve $f_m$ den \emph{Tangentialkegel der Kurve $f$ im
|
||||
Nullpunkt}\index{Tangentialkegel einer Kurve im Nullpunkt}.
|
||||
Nullpunkt}\index{Tangentialkegel einer Kurve im Nullpunkt}.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
Wie stellen wir uns den Tangentialkegel einer Kurve vor? Das ist gar nicht so
|
||||
@@ -159,11 +159,11 @@ beschreiben:
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}[Beschreibung des Tangentialkegels]
|
||||
In der Situation von Definition~\ref{def:9-1-8} sei
|
||||
$(α, β) ∈ V(f_m) ∖ \{ 0 \}$. Dann teilt die Geradengleichung $β x - α y$ das
|
||||
Polynom $f_m$, und der Quotient ist wieder homogen. Nach endlich vielen
|
||||
Divisionen kann ich $f_m$, die Gleichung des affinen Tangentialkegels, also
|
||||
auf eindeutige Weise in der Form
|
||||
In der Situation von Definition~\ref{def:9-1-8} sei $(α, β) ∈ V(f_m) ∖ \{ 0
|
||||
\}$. Dann teilt die Geradengleichung $β x - α y$ das Polynom $f_m$, und der
|
||||
Quotient ist wieder homogen. Nach endlich vielen Divisionen kann ich $f_m$,
|
||||
die Gleichung des affinen Tangentialkegels, also auf eindeutige Weise in der
|
||||
Form
|
||||
\[
|
||||
f_m = p_1^{k_1} ⋯ p_l^{k_l}
|
||||
\]
|
||||
@@ -174,16 +174,16 @@ beschreiben:
|
||||
\begin{defn}[Vielfachheiten im Tangentialkegel, gewöhnliche Singularitäten]
|
||||
In der Situation von Definition~\ref{def:9-1-8} werden die Zahlen $k_•$ auch
|
||||
als \emph{Vielfachheit der Geraden $p_•$ im
|
||||
Tangentialkegel}\index{Vielfachheit einer Geraden im Tangentialkegel}
|
||||
Tangentialkegel}\index{Vielfachheit einer Geraden im Tangentialkegel}
|
||||
bezeichnet. Falls alle Vielfachheiten gleich 1 sind, so sagt man, dass
|
||||
$\vec{0}$ ein \emph{gewöhnlicher Punkt der Kurve $f$}\index{gewöhnliche Punkte
|
||||
einer ebenen algebraischen Kurve} ist.
|
||||
einer ebenen algebraischen Kurve} ist.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}
|
||||
Abbildung~\ref{fig:tc} zeigt die Knotenkurve. Der Nullpunkt ist ein
|
||||
gewöhnlicher, singulärer Punkt mit affinem Tangentialkegel
|
||||
$x²-y² = (x+y)·(x-y)$. Im Gegensatz dazu ist der Nullpunkt kein gewöhnlicher
|
||||
gewöhnlicher, singulärer Punkt mit affinem Tangentialkegel $x²-y² =
|
||||
(x+y)·(x-y)$. Im Gegensatz dazu ist der Nullpunkt kein gewöhnlicher
|
||||
singulärer Punkt der Neil'sche Parabel aus Abbildung~\ref{fig:gsp}, denn der
|
||||
affine Tangentialkegel ist gegeben durch die Gleichung $y²$, die eine Gerade
|
||||
hat also Multiplizität zwei.
|
||||
@@ -202,11 +202,11 @@ verschobene Kurve hat die Gleichung
|
||||
\begin{equation}\label{eq:9-2-6-1}
|
||||
g(x,y) := f(x-a, y-b).
|
||||
\end{equation}
|
||||
Dann definiere die ``Multiplizität $\mult_p f$ von $f$ im Punkt $p$'' einfach
|
||||
als die Multiplizität $\mult_0 g$ von $g$ im Nullpunkt, und das kennen wir ja
|
||||
schon. Dito mit der Frage, ob $p$ eine gewöhnliche Singularität der Kurve $f$
|
||||
ist. Wenn $g_m$ die Gleichung des affinen Tangentialkegels der Kurve $g$ im
|
||||
Nullpunkt ist, dann verschieben wir zurück und definieren
|
||||
Dann definiere die „Multiplizität $\mult_p f$ von $f$ im Punkt $p$“ einfach als
|
||||
die Multiplizität $\mult_0 g$ von $g$ im Nullpunkt, und das kennen wir ja schon.
|
||||
Dito mit der Frage, ob $p$ eine gewöhnliche Singularität der Kurve $f$ ist.
|
||||
Wenn $g_m$ die Gleichung des affinen Tangentialkegels der Kurve $g$ im Nullpunkt
|
||||
ist, dann verschieben wir zurück und definieren
|
||||
\[
|
||||
f_m(x,y) := g_m(x+a, y+b)
|
||||
\]
|
||||
@@ -214,8 +214,8 @@ als den affinen Tangentialkegel der Kurve $f$ im Punkt $p$.
|
||||
|
||||
\begin{frage}
|
||||
Habe ich bei den Verschiebungen wirklich die richtigen Vorzeichen gewählt?
|
||||
Muss in Definition~\eqref{eq:9-2-6-1} tatsächlich ``$x-a$'' stehen und nicht
|
||||
etwa ``$x+a$''? Wie kann ich diese Frage ein für allemal beantworten?
|
||||
Muss in Definition~\eqref{eq:9-2-6-1} tatsächlich „$x-a$“ stehen und nicht
|
||||
etwa „$x+a$“? Wie kann ich diese Frage ein für allemal beantworten?
|
||||
\end{frage}
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
305
10.tex
305
10.tex
@@ -8,21 +8,21 @@
|
||||
\label{sec:11}
|
||||
|
||||
Im letzten Kapitel haben wir einige Eigenschaften von Punkten auf ebenen
|
||||
algebraischen Kurven kennen gelernt. Ist $f$ eine solche Kurve und $p$ ein
|
||||
Punkt der Kurve, so legt die geometrische Intuition vielleicht folgendes Nahe.
|
||||
algebraischen Kurven kennengelernt. Ist $f$ eine solche Kurve und $p$ ein Punkt
|
||||
der Kurve, so legt die geometrische Intuition vielleicht folgendes nahe.
|
||||
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Die Eigenschaft des Punktes, glatt oder singulär zu sein, hat vermutlich
|
||||
nichts mit der Frage zu tun, wie die Kurven (mit ihrem Punkt) in die Ebene
|
||||
eingebettet ist. Schlau gesprochen: die geometrische Anschauung legt nahe,
|
||||
eingebettet ist. Schlau gesprochen: Die geometrische Anschauung legt nahe,
|
||||
dass Glattheit und Singularität von Punkten intrinsische Eigenschaften der
|
||||
Kurve und ihres Punktes sind.
|
||||
|
||||
\item Anschaulich ist klar, dass ich die Frage nach der Glattheit oder
|
||||
Singularität eines Punktes beantworten kann, wenn ich lediglich eine kleine
|
||||
offene Umgebung des Punktes kenne (``mir egal, wie die Kurve in 10km
|
||||
Entfernung aussieht''). Schlau gesprochen: Glattheit und Singularität sind
|
||||
``lokale'' Eigenschaften.
|
||||
offene Umgebung des Punktes kenne („mir egal, wie die Kurve in 10~km
|
||||
Entfernung aussieht“). Schlau gesprochen: Glattheit und Singularität sind
|
||||
„lokale“ Eigenschaften.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -39,19 +39,19 @@ sollte also eine Eigenschaft des Ideals $m_p ⊂ A$ sein.
|
||||
|
||||
Lokale Eigenschaften haben wir noch nicht diskutiert, das holen wir jetzt nach.
|
||||
Dazu ist es nützlich, sich an Abschnitt~\ref{sec:7-1} zu erinnern, wo der affine
|
||||
Koordinatenring als Ring der algebraischen Funktionen (``stetige Funktionen, die
|
||||
durch Polynome repräsentierbar sind'') eingeführt wurde. Wenn nun der affine
|
||||
Koordinatenring (=der Ring aller algebraischen Funktionen'') die gesamte
|
||||
Koordinatenring als Ring der algebraischen Funktionen („stetige Funktionen, die
|
||||
durch Polynome repräsentierbar sind“) eingeführt wurde. Wenn nun der affine
|
||||
Koordinatenring (=der Ring aller algebraischen Funktionen) die gesamte
|
||||
intrinsische Geometrie festlegt, dann könnte die lokale Geometrie in der Nähe
|
||||
des Punktes $p$ durch den Ring der algebraischen Funktionen gegeben sein, die
|
||||
nur in der Nähe von $p$ definiert sind. Die Frage ist, was dies im Kontext der
|
||||
algebraischen Geometrie genau bedeuten soll. Antwort: algebraische Funktion,
|
||||
die ``nur in der Nähe von $p$ definiert sind'', sind rationale Funktionen die
|
||||
bei $p$ keine Polstelle haben. Was ist eine rationale Funktion? Antwort:
|
||||
rationale Funktionen sind Quotienten von algebraischen Funktionen -- also von
|
||||
Elementen des affinen Koordinatenringes. Wir betrachten also Brüche $a/b$, wo
|
||||
$a$ und $b$ Elemente des affinen Koordinatenringes sind und wo die Funktion $b$
|
||||
am Punkte $p$ keine Nullstelle hat.
|
||||
die „nur in der Nähe von $p$ definiert sind“, sind rationale Funktionen die bei
|
||||
$p$ keine Polstelle haben. Was ist eine rationale Funktion? Antwort: rationale
|
||||
Funktionen sind Quotienten von algebraischen Funktionen -- also von Elementen
|
||||
des affinen Koordinatenringes. Wir betrachten also Brüche $a/b$, wo $a$ und $b$
|
||||
Elemente des affinen Koordinatenringes sind und wo die Funktion $b$ am Punkte
|
||||
$p$ keine Nullstelle hat.
|
||||
|
||||
|
||||
\section{Multiplikative Systeme}
|
||||
@@ -69,20 +69,20 @@ Null verboten ist, müssen wir hier etwas vorsichtiger sein.
|
||||
wenn für alle $f$ und $g ∈ S$ die Inklusion $f·g ∈ S$ gilt.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}\label{bsp:10-2-2}
|
||||
\begin{bsp}\label{bsp:10-2-2}%
|
||||
Es sei $R$ ein beliebiger kommutativer Ring mit Eins. Die folgenden Mengen
|
||||
sind multiplikative Systeme.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Die Menge der Einheiten, also $R^*$.
|
||||
|
||||
\item Es sei $p ⊂ R$ ein Primideal. Dann ist $R∖ p$ ein multiplikatives
|
||||
\item Es sei $p ⊂ R$ ein Primideal. Dann ist $R∖p$ ein multiplikatives
|
||||
System.
|
||||
|
||||
\item Es sei $m_p ⊂ R$ ein maximales Ideal. Dann ist $m_p$ ein Primideal und
|
||||
$R∖ m_p$ ist ein multiplikatives System.
|
||||
|
||||
\item Es sei $f ∈ R$ ein beliebiges Element. Dann ist die Menge
|
||||
$\{ 1, f, f², … \}$ ein multiplikatives System.
|
||||
\item Es sei $f ∈ R$ ein beliebiges Element. Dann ist die Menge $\{ 1, f, f²,
|
||||
… \}$ ein multiplikatives System.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
@@ -93,15 +93,15 @@ Beispiel~\ref{bsp:10-2-2} zeigt, wohin der Hase läuft. In späteren Anwendunge
|
||||
ist $R$ der affine Koordinatenring einer ebenen, algebraischen Kurve $X$ und
|
||||
$m_p$ ist das maximale Ideal, das zu einem gegebenen Punkt $p$ gehört. Ich kann
|
||||
die Elemente von $R$ als algebraische Funktionen auf $X$ auffassen, und eine
|
||||
Funktion $f ∈ R$ hat genau dann bei $p$ eine Nullstelle, wenn $f ∈ m_p$ ist.
|
||||
Bei der Diskussion von lokalen Eigenschaften wollen wir also ``rationale
|
||||
Funktionen'' der Form $a/b$ betrachten, wo wir für $b$ nur Elemente des
|
||||
multiplikativen Systems $R ∖ m_p$ zulassen. Die folgende Konstruktion sagt
|
||||
präzise, was passiert.
|
||||
Funktion $f ∈ R$ hat genau dann bei $p$ eine Nullstelle, wenn $f ∈ m_p$ ist. Bei
|
||||
der Diskussion von lokalen Eigenschaften wollen wir also „rationale Funktionen“
|
||||
der Form $a/b$ betrachten, wo wir für $b$ nur Elemente des multiplikativen
|
||||
Systems $R∖m_p$ zulassen. Die folgende Konstruktion sagt präzise, was
|
||||
passiert.
|
||||
|
||||
\begin{konstruktion}[Lokalisierung von Ringen]\label{kons:loc}
|
||||
\index{Lokalisierung!von Ringen}Es sei $R$ ein ein kommutativer Ring mit Eins
|
||||
und es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System. Dann betrachte die folgende
|
||||
\index{Lokalisierung!von Ringen}Es sei $R$ ein kommutativer Ring mit Eins und
|
||||
es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System. Dann betrachte die folgende
|
||||
Relation auf $R ⨯ S$,
|
||||
\begin{equation}\label{eq:10-3-1-1}
|
||||
(a,α) \sim (b, β) \quad \overset{\text{def}}{⇔} \quad
|
||||
@@ -132,7 +132,7 @@ präzise, was passiert.
|
||||
\begin{frage}
|
||||
Vielleicht fällt Ihnen auf, dass die Relation~\eqref{eq:10-3-1-1}
|
||||
komplizierter ist als die Relation, die Sie bei der Konstruktion des
|
||||
Quotientenkörpers kennen gelernt haben, denn dort war
|
||||
Quotientenkörpers kennengelernt haben, denn dort war
|
||||
\[
|
||||
(a,α) \sim (b, β) \quad \overset{\text{def}}{⇔} \quad
|
||||
(aβ - b α) = 0.
|
||||
@@ -145,13 +145,13 @@ präzise, was passiert.
|
||||
|
||||
Genau wie der Quotientenkörper ist die Lokalisierung eines Ringes eindeutig
|
||||
durch eine universelle Eigenschaft gegeben. Weil wir die universellen
|
||||
Eigenschaften in der Vorlesung ``Algebra'' zu genüge diskutiert haben, spare ich
|
||||
Eigenschaften in der Vorlesung „Algebra“ zu genüge diskutiert haben, spare ich
|
||||
mir die Details und den Beweis und gebe die Eigenschaft einfach an.
|
||||
|
||||
\begin{prop}[Universelle Eigenschaft der Lokalisierung]\label{prop:10-3-3}
|
||||
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} sei ein Ringmorphismus
|
||||
$γ : R → T$ gegeben, so dass $γ(S) ⊂ T^*$ ist. Dann existiert genau ein
|
||||
Morphismus $ν :S^{-1}R → T$, sodass das folgende Diagramm kommutiert,
|
||||
\begin{prop}[Universelle Eigenschaft der Lokalisierung]\label{prop:10-3-3}%
|
||||
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} sei ein Ringmorphismus $γ : R
|
||||
→ T$ gegeben, sodass $γ(S) ⊂ T^*$ ist. Dann existiert genau ein Morphismus $ν
|
||||
:S^{-1}R → T$, sodass das folgende Diagramm kommutiert,
|
||||
\[
|
||||
\begin{tikzcd}
|
||||
R \ar[r, "φ"] \ar[d, equal] & {S^{-1}R} \ar[d, "ν"] \\
|
||||
@@ -171,7 +171,7 @@ mir die Details und den Beweis und gebe die Eigenschaft einfach an.
|
||||
|
||||
\begin{notation}[Lokalisierung nach Primideal]
|
||||
Es sei $R$ ein Ring und es sei $p ⊂ R$ ein Primideal, mit zugehörendem
|
||||
multiplikativen System $S := R ∖ p$. Dann wird die Lokalisierung $S^{-1} R$
|
||||
multiplikativen System $S := R∖p$. Dann wird die Lokalisierung $S^{-1} R$
|
||||
auch häufig mit $R_p$ bezeichnet.
|
||||
\end{notation}
|
||||
|
||||
@@ -201,7 +201,7 @@ kann helfen.
|
||||
\begin{lem}
|
||||
In Konstruktion~\ref{kons:loc} sind folgende Aussagen äquivalent.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item\label{il:10-3-6-1} Es ist $S^{-1}R = 0$
|
||||
\item\label{il:10-3-6-1} Es ist $S^{-1}R = 0$.
|
||||
|
||||
\item\label{il:10-3-6-2} Es ist $0 ∈ S$.
|
||||
|
||||
@@ -214,8 +214,8 @@ kann helfen.
|
||||
|
||||
\begin{description}
|
||||
\item[\ref{il:10-3-6-1} $⇒$ \ref{il:10-3-6-2}] Sei $S^{-1}R = 0$. Dann ist
|
||||
$\frac{1}{1} = \frac{0}{1}$, also existiert ein Element $s ∈ S$ mit
|
||||
$s · 1 = 0$. Also ist $0 ∈ S$.
|
||||
$\frac{1}{1} = \frac{0}{1}$, also existiert ein Element $s ∈ S$ mit $s · 1 =
|
||||
0$. Also ist $0 ∈ S$.
|
||||
|
||||
\item[\ref{il:10-3-6-2} $⇒$ \ref{il:10-3-6-3}] Klar, denn 0 ist ein
|
||||
nilpotentes Element.
|
||||
@@ -234,18 +234,18 @@ kann helfen.
|
||||
|
||||
Unser nächstes Ziel ist es, Ideale im Ring $R$ und im lokalisierten Ring
|
||||
$S^{-1}R$ zu vergleichen. Es lohnt sich aber, gleich ein wenig allgemeiner zu
|
||||
arbeiten, denn Ideale sind spezielle Moduln.
|
||||
arbeiten, denn Ideale sind spezielle Moduln
|
||||
\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Modul_(Mathematik)}{Sie erinnern sich doch
|
||||
daran, was ein Modul ist?} Grob und nicht ganz richtig: Ein Modul ist wie ein
|
||||
Vektorraum, aber nicht über einem Körper sondern über einem Ring. Die
|
||||
Lokalisierung eines Moduls geht genau so wie die Lokalisierung eines Ringes: wir
|
||||
daran, was ein Modul ist?}. Grob und nicht ganz richtig: Ein Modul ist wie ein
|
||||
Vektorraum, aber nicht über einem Körper, sondern über einem Ring. Die
|
||||
Lokalisierung eines Moduls geht genauso wie die Lokalisierung eines Ringes: wir
|
||||
betrachten Brüche, wo oben Modulelemente stehen und unten Elemente des
|
||||
multiplikativen Systems.
|
||||
|
||||
\begin{konstruktion}[Lokalisierung von Moduln]\label{kons:locM}
|
||||
\index{Lokalisierung!von Moduln}Es sei $R$ ein ein kommutativer Ring mit Eins
|
||||
und es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System. Weiter sei $A$ ein $R$-Modul
|
||||
(zum Beispiel ein Ideal). Dann betrachte die folgende Relation auf $A ⨯ S$,
|
||||
\begin{konstruktion}[Lokalisierung von Moduln]\label{kons:locM}%
|
||||
\index{Lokalisierung!von Moduln}Es sei $R$ ein kommutativer Ring mit Eins und
|
||||
es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System. Weiter sei $A$ ein $R$-Modul (zum
|
||||
Beispiel ein Ideal). Dann betrachte die folgende Relation auf $A ⨯ S$,
|
||||
\begin{equation}\label{eq:10-3-1-1M}
|
||||
(a,α) \sim (b, β) \quad \overset{\text{def}}{⇔} \quad
|
||||
∃ s ∈ S: s·(aβ - b α) = 0
|
||||
@@ -268,10 +268,10 @@ multiplikativen Systems.
|
||||
Modulstruktur auf $S^{-1}A$ liefert.
|
||||
\end{konstruktion}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}\label{bem:10-4-2}
|
||||
Bei der Lokalisierung von $R$-Moduln gibt es etwas Potential für Verwirrung.
|
||||
Der Ring $R$ ist trivialerweise selbst ein $R$-Modul. Wenn ich jetzt
|
||||
$S^{-1} R$ schreibe, meine ich dann die Lokalisierung des Ringes aus
|
||||
\begin{bemerkung}\label{bem:10-4-2}%
|
||||
Bei der Lokalisierung von $R$-Moduln gibt es etwas Potenzial für Verwirrung.
|
||||
Der Ring $R$ ist trivialerweise selbst ein $R$-Modul. Wenn ich jetzt $S^{-1}
|
||||
R$ schreibe, meine ich dann die Lokalisierung des Ringes aus
|
||||
Konstruktion~\ref{kons:loc} oder die Lokalisierung des $R$-Moduls aus
|
||||
Konstruktion~\ref{kons:locM}? Gute Nachricht: es macht keinen Unterschied.
|
||||
Rechnen Sie nach, dass die beiden Konstruktion in diesem Fall schlicht
|
||||
@@ -293,21 +293,21 @@ ich auf folgende Eigenschaft der Lokalisierung hinweisen.
|
||||
\[
|
||||
S^{-1}α : S^{-1} A → S^{-1} B, \quad \frac{a}{s} ↦ \frac{α(a)}{s}.
|
||||
\]
|
||||
Rechnen Sie nach, dass diese ``Definition auf Repräsentantenniveau''
|
||||
tatsächlich wohldefiniert ist. Gegeben einen weiteren Modulmorphismus
|
||||
$β : B → C$, so rechnen Sie nach, dass stets die Gleichung
|
||||
Rechnen Sie nach, dass diese „Definition auf Repräsentantenniveau“ tatsächlich
|
||||
wohldefiniert ist. Gegeben einen weiteren Modulmorphismus $β : B → C$, so
|
||||
rechnen Sie nach, dass stets die Gleichung
|
||||
\[
|
||||
S^{-1}(β◦α) = \left(S^{-1}β\right) ◦ \left(S^{-1} α\right)
|
||||
\]
|
||||
gilt. Der Mathematiker fasst die Aussage ``Morphismen von Moduln induzieren
|
||||
in kanonischer Weise Morphismen von lokalisierten Moduln in einer Art und
|
||||
Weise, die mit der Komposition verträglich ist'' kurz zusammen und sagt:
|
||||
``Lokalisierung ist funktoriell''.
|
||||
gilt. Der Mathematiker fasst die Aussage „Morphismen von Moduln induzieren in
|
||||
kanonischer Weise Morphismen von lokalisierten Moduln in einer Art und Weise,
|
||||
die mit der Komposition verträglich ist“ kurz zusammen und sagt:
|
||||
„Lokalisierung ist funktoriell“.
|
||||
\end{beobachtung}
|
||||
|
||||
\begin{notation}[Lokalisierung nach Primideal]
|
||||
Es sei $R$ ein Ring und es sei $p ⊂ R$ ein Primideal, mit zugehörendem
|
||||
multiplikativen System $S := R ∖ p$. Weiter sei $A$ ein $R$-Modul. Dann wird
|
||||
multiplikativen System $S := R∖p$. Weiter sei $A$ ein $R$-Modul. Dann wird
|
||||
die Lokalisierung $S^{-1} A$ auch häufig mit $A_p$ bezeichnet. Gegeben einen
|
||||
Morphismus von $R$-Moduln, $α : A → B$, dann wird die Lokalisierung $S^{-1} α$
|
||||
auch häufig mit $α_p$ bezeichnet.
|
||||
@@ -318,7 +318,7 @@ ich auf folgende Eigenschaft der Lokalisierung hinweisen.
|
||||
|
||||
\subsubsection{Exakte Sequenzen -- Teile und Herrsche}
|
||||
|
||||
In der Vorlesung ``Lineare Algebra'' haben Sie exakte Sequenzen kennen gelernt,
|
||||
In der Vorlesung „Lineare Algebra“ haben Sie exakte Sequenzen kennengelernt,
|
||||
aber vielleicht nicht gemocht. Jetzt ist es an der Zeit, die exakt Sequenz
|
||||
lieben zu lernen. Ich wiederhole kurz, worum es geht: Gegeben einen Ring $R$,
|
||||
dann nenne eine (endliche oder unendliche) Folge von Modulmorphismen
|
||||
@@ -330,16 +330,16 @@ exakt, wenn für jeden Index $i$ die Gleichung $\img α_i = \ker α_{i+1}$ gilt.
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}
|
||||
Es sei $α: A → B$ ein Morphismus von $R$-Moduln. Dann kann man Injektivität
|
||||
und Surjektivität von $α$ mit Hilfe von exakten Sequenzen ausdrücken.
|
||||
und Surjektivität von $α$ mithilfe von exakten Sequenzen ausdrücken.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Der Morphismus $α$ ist genau dann injektiv, wenn $\ker α = \{0\}$ ist.
|
||||
Dies ist genau dann der Fall, wenn die Sequenz $0 → A \xrightarrow{α} B$
|
||||
exakt ist. Dabei ist der erste Pfeil logischerweise die Nullabbildung, was
|
||||
sonst.
|
||||
|
||||
\item Der Morphismus $α$ ist genau dann surjektiv, wenn die Sequenz
|
||||
$A \xrightarrow{α} B → 0$ exakt ist. Dabei ist der letzte Pfeil
|
||||
logischerweise die Nullabbildung, was sonst.
|
||||
\item Der Morphismus $α$ ist genau dann surjektiv, wenn die Sequenz $A
|
||||
\xrightarrow{α} B → 0$ exakt ist. Dabei ist der letzte Pfeil logischerweise
|
||||
die Nullabbildung, was sonst.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{beobachtung}
|
||||
|
||||
@@ -351,9 +351,9 @@ exakte Sequenzen der folgenden Form,
|
||||
Dabei ist der erste und der letzte Pfeil logischerweise die Nullabbildung, was
|
||||
sonst.
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}\label{beo:10-4-6}
|
||||
Die Aussage ``Die Sequenz \eqref{eq:kes} ist exakt'' besagt genau die
|
||||
folgenden drei Dinge.
|
||||
\begin{beobachtung}\label{beo:10-4-6}%
|
||||
Die Aussage „Die Sequenz \eqref{eq:kes} ist exakt.“ besagt genau die folgenden
|
||||
drei Dinge.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Der Morphismus $α$ ist injektiv.
|
||||
|
||||
@@ -366,7 +366,7 @@ sonst.
|
||||
\item Der Modul $A$ ist isomorph zu $\ker β$.
|
||||
|
||||
\item Der Modul $C$ ist isomorph zu $\coker α$. Wenn ich $A$ mithilfe der
|
||||
injektiven Abbildung $α$ als Untermodul von $B$ auffasse dann ist $C$ also
|
||||
injektiven Abbildung $α$ als Untermodul von $B$ auffasse, dann ist $C$
|
||||
isomorph zum Quotientenmodul $B/A$.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{beobachtung}
|
||||
@@ -375,8 +375,8 @@ Wenn Sie normal sind, haben Sie sich sicher schon länger gefragt, warum ältere
|
||||
Professoren auf exakte Sequenzen abfahren. Der Grund: viele Moduln sind echt
|
||||
schwer zu verstehen. Wenn mir das Leben einen Modul $B$ gibt, dann suche ich
|
||||
eine exakte Sequenz wie in \eqref{eq:kes}, in der Hoffnung, dass die Moduln $A$
|
||||
und $C$ kleiner und deshalb leichter zu verstehen sind. Das Zerlegt mein
|
||||
Problem ``verstehe den Modul $B$'' in drei Teilaufgaben.
|
||||
und $C$ kleiner und deshalb leichter zu verstehen sind. Das zerlegt mein
|
||||
Problem „verstehe den Modul $B$“ in drei Teilaufgaben.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Verstehe den kleineren Modul $A$.
|
||||
|
||||
@@ -392,8 +392,8 @@ vermutlich noch kein Beispiel gesehen, wo man mit dieser Strategie wirklich
|
||||
etwas bewiesen hätte. Dafür gibt es einen guten Grund: Sie haben sich bislang
|
||||
vermutlich weniger für Moduln, sondern meistens nur für Vektorräume
|
||||
interessiert. Wenn aber \eqref{eq:kes} eine kurze exakte Sequenz von
|
||||
Vektorräumen ist, dann ist $B ≅ A⊕C$, und die Frage ``Wie setzt sich der Modul
|
||||
$B$ aus den kleineren Moduln $A$ und $C$ zusammen?'' ist irrelevant.
|
||||
Vektorräumen ist, dann ist $B ≅ A⊕C$, und die Frage „Wie setzt sich der Modul
|
||||
$B$ aus den kleineren Moduln $A$ und $C$ zusammen?“ ist irrelevant.
|
||||
|
||||
\begin{warnung}
|
||||
Wenn \eqref{eq:kes} eine kurze exakte Sequenz von Moduln ist, dann ist es im
|
||||
@@ -408,10 +408,10 @@ $B$ aus den kleineren Moduln $A$ und $C$ zusammen?'' ist irrelevant.
|
||||
\sideremark{Vorlesung 12}Ich verspreche Ihnen, dass wir später in dieser
|
||||
Vorlesung interessante exakte Sequenzen sehen werden. Im Moment geht es aber um
|
||||
die Lokalisierung von Moduln. Der wesentliche Punkt: Lokalisierung bildet
|
||||
exakte Sequenzen auf exakte Sequenzen ab. Der Mathematiker sagt ``Lokalisierung
|
||||
ist ein exakter Funktor''.
|
||||
exakte Sequenzen auf exakte Sequenzen ab. Der Mathematiker sagt „Lokalisierung
|
||||
ist ein exakter Funktor“.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Lokalisierung ist ein exakter Funktor]\label{satz:10-4-7}
|
||||
\begin{satz}[Lokalisierung ist ein exakter Funktor]\label{satz:10-4-7}%
|
||||
Es sei $R$ ein Ring, es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System und es sei
|
||||
\[
|
||||
A \xrightarrow{α} B \xrightarrow{β} C
|
||||
@@ -427,15 +427,15 @@ ist ein exakter Funktor''.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Satz~\ref{satz:10-4-7} ist eine Aussage über exakte Sequenzen der Länge
|
||||
drei. Wenn man den Satz aber erst einmal bewiesen hat, dann folgt die Aussage
|
||||
Satz~\ref{satz:10-4-7} ist eine Aussage über exakte Sequenzen der Länge drei.
|
||||
Wenn man den Satz aber erst einmal bewiesen hat, dann folgt die Aussage
|
||||
ziemlich schnell auch für exakte Sequenzen beliebiger Länge --- unendlich
|
||||
lange Sequenzen sind ebenfalls erlaubt.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
\begin{kor}[Lokalisierung erhält Injektivität und Surjektivität]\label{kor:10-4-7}
|
||||
Es sei $R$ ein Ring, es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System und es sei
|
||||
$α : A → B$ ein Morphismus von $R$-Moduln.
|
||||
\begin{kor}[Lokalisierung erhält Injektivität und Surjektivität]\label{kor:10-4-7}%
|
||||
Es sei $R$ ein Ring, es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System und es sei $α :
|
||||
A → B$ ein Morphismus von $R$-Moduln.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Wenn $α$ injektiv ist, dann ist $S^{-1}α$ injektiv.
|
||||
|
||||
@@ -458,8 +458,8 @@ Korollar~\ref{kor:10-4-7}, den lokalisierten Modul $S^{-1}A$ als Untermodul von
|
||||
$S^{-1}B$ aufzufassen. Damit ist das folgende Korollar sinnvoll.
|
||||
|
||||
\begin{kor}
|
||||
Es sei $R$ ein Ring, es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System und es sei$M$
|
||||
ein $R$-Modul mit Untermoduln $N$ und $P ⊂ M$. Dann gilt folgendes.
|
||||
Es sei $R$ ein Ring, es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System und es sei $M$
|
||||
ein $R$-Modul mit Untermodul $N$ und $P ⊂ M$. Dann gilt Folgendes.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Es ist $S^{-1}(N+P) = (S^{-1}N) + (S^{-1}P)$.
|
||||
|
||||
@@ -492,7 +492,7 @@ Gegeben sei ein Ring $R$ und es sei $A$ ein $R$-Modul. Wenn $A$ der Nullmodul
|
||||
ist, dann ist natürlich auch jede Lokalisierung nach jedem Primideal der
|
||||
Nullmodul. Interessanterweise gilt auch die Umkehrung.
|
||||
|
||||
\begin{lem}[Verschwindung von Moduln ist lokale Eigenschaft]\label{lem:10-4-10}
|
||||
\begin{lem}[Verschwindung von Moduln ist lokale Eigenschaft]\label{lem:10-4-10}%
|
||||
Es sei $R$ ein Ring und es sei $M$ ein $R$-Modul. Dann sind die folgenden
|
||||
Aussagen äquivalent.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
@@ -500,25 +500,24 @@ Nullmodul. Interessanterweise gilt auch die Umkehrung.
|
||||
|
||||
\item\label{il:10-4-10-2} Für jedes Primideal $p ⊂ R$ ist $M_p = 0$.
|
||||
|
||||
\item\label{il:10-4-10-3} Für jedes maximale Ideal $m ⊂ R$ ist
|
||||
$M_m = 0$.
|
||||
\item\label{il:10-4-10-3} Für jedes maximale Ideal $m ⊂ R$ ist $M_m = 0$.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
\end{lem}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Es ist nur die Richtung \ref{il:10-4-10-3} $⇒$ \ref{il:10-4-10-1} zu
|
||||
zeigen. Wir führen einen Widerspruchsbeweis und nehmen an, dass $M ≠ 0$
|
||||
ist, dass aber alle Lokalisierungen in maximalen Idealen 0 sind. Wähle dann
|
||||
ein Element $x ∈ M ∖ \{0\}$, und betrachte die Menge
|
||||
Es ist nur die Richtung \ref{il:10-4-10-3} $⇒$ \ref{il:10-4-10-1} zu zeigen.
|
||||
Wir führen einen Widerspruchsbeweis und nehmen an, dass $M ≠ 0$ ist, dass aber
|
||||
alle Lokalisierungen in maximalen Idealen 0 sind. Wähle dann ein Element $x ∈
|
||||
M ∖ \{0\}$, und betrachte die Menge
|
||||
\[
|
||||
\operatorname{Ass}(x) = \{ r ∈ R \::\: r·x = 0 \} ⊂ R.
|
||||
\]
|
||||
Dies ist ein Ideal in $R$, das häufig als das ``zu $x$ assoziierte Ideal''
|
||||
Dies ist ein Ideal in $R$, das häufig als das „zu $x$ assoziierte Ideal“
|
||||
bezeichnet wird. Blutrünstige Kollegen sprechen gern vom
|
||||
\href{https://www.youtube.com/watch?v=qTUL-mpov78}{Assassinator-Ideal}, weil
|
||||
$\operatorname{Ass}(x)$ aus genau den Ringelementen besteht, die $x$
|
||||
``killen''. Die Annahme $x ≠ 0$ impliziert sofort
|
||||
$1 \not ∈ \operatorname{Ass}(x)$. Also können wir ein maximales Ideal wählen
|
||||
$m$, das $\operatorname{Ass}(x)$ enthält,
|
||||
$\operatorname{Ass}(x)$ aus genau den Ringelementen besteht, die $x$ „killen“.
|
||||
Die Annahme $x ≠ 0$ impliziert sofort $1 \not ∈ \operatorname{Ass}(x)$. Also
|
||||
können wir ein maximales Ideal wählen $m$, das $\operatorname{Ass}(x)$
|
||||
enthält,
|
||||
\[
|
||||
\operatorname{Ass}(x) ⊂ m ⊊ R.
|
||||
\]
|
||||
@@ -526,10 +525,10 @@ Nullmodul. Interessanterweise gilt auch die Umkehrung.
|
||||
\[
|
||||
\frac{0}{1} = \frac{x}{1} ∈ M_m.
|
||||
\]
|
||||
Per Definition bedeutet das, dass ein Element $s ∈ R ∖ m$ existiert,
|
||||
sodass $s·(x·1 - 0·1) = 0$ ist. Mit anderen Worten: es gilt $s·x = 0$ und
|
||||
also ist $s ∈ \operatorname{Ass}(x)$, im Widerspruch zur Wahl von
|
||||
$s ∈ R ∖ m ⊂ R ∖ \operatorname{Ass}(x)$.
|
||||
Per Definition bedeutet das, dass ein Element $s ∈ R∖m$ existiert, sodass
|
||||
$s·(x·1 - 0·1) = 0$ ist. Mit anderen Worten: es gilt $s·x = 0$ und also ist
|
||||
$s ∈ \operatorname{Ass}(x)$, im Widerspruch zur Wahl von $s ∈ R∖m ⊂
|
||||
R∖\operatorname{Ass}(x)$.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
In der Fachsprache sagt man, die Eigenschaft eines Moduls, der Nullmodul zu
|
||||
@@ -542,33 +541,32 @@ sein, ist eine lokale Eigenschaft.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Der Modul $M$ hat Eigenschaft $E$.
|
||||
|
||||
\item Für alle Primideale $p ⊂ R$ gilt: der Modul $M_p$ hat Eigenschaft
|
||||
$E$.
|
||||
\item Für alle Primideale $p ⊂ R$ gilt: Der Modul $M_p$ hat Eigenschaft $E$.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
Das geht natürlich auch mit Eigenschaften von Morphismen.
|
||||
|
||||
\begin{kor}[Injektivität und Surjektivität sind lokale Eigenschaften]\label{kor:10-5-3}
|
||||
Es sei $R$ ein Ring und es sei $α: A → B$ ein Morphismus von
|
||||
$R$-Moduln. Dann sind die folgenden Aussagen äquivalent.
|
||||
\begin{kor}[Injektivität und Surjektivität sind lokale Eigenschaften]\label{kor:10-5-3}%
|
||||
Es sei $R$ ein Ring und es sei $α: A → B$ ein Morphismus von $R$-Moduln. Dann
|
||||
sind die folgenden Aussagen äquivalent.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item\label{il:10-5-3-1} Die Abbildung $α$ ist injektiv.
|
||||
|
||||
\item\label{il:10-5-3-2} Für alle Primideale $p ⊂ R$ gilt: die Abbildung
|
||||
$α_p$ ist injektiv.
|
||||
\item\label{il:10-5-3-2} Für alle Primideale $p ⊂ R$ gilt: Die Abbildung $α_p$
|
||||
ist injektiv.
|
||||
|
||||
\item\label{il:10-5-3-3} Für alle maximalen Ideale $m ⊂ R$ gilt: die
|
||||
Abbildung $α_m$ ist injektiv.
|
||||
\item\label{il:10-5-3-3} Für alle maximalen Ideale $m ⊂ R$ gilt: Die Abbildung
|
||||
$α_m$ ist injektiv.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
Analoge Äquivalenzen gelten auch für Surjektivität.
|
||||
\end{kor}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Nach Korollar~\ref{kor:10-4-7} ist nur die Richtung \ref{il:10-5-3-3}
|
||||
$⇒$ \ref{il:10-5-3-1} zu zeigen. Wir nehmen also an, dass für jedes
|
||||
maximale Ideal $m ⊂ R$ die Abbildung $α_m$ injektiv ist.
|
||||
Nach Korollar~\ref{kor:10-4-7} ist nur die Richtung \ref{il:10-5-3-3} $⇒$
|
||||
\ref{il:10-5-3-1} zu zeigen. Wir nehmen also an, dass für jedes maximale
|
||||
Ideal $m ⊂ R$ die Abbildung $α_m$ injektiv ist.
|
||||
|
||||
Als nächstes betrachte die Sequenz von $R$-Moduln,
|
||||
Als Nächstes betrachte die Sequenz von $R$-Moduln,
|
||||
\begin{equation}\label{eq:10-5-3-4}
|
||||
0 → \ker(α) → A \xrightarrow{α} B.
|
||||
\end{equation}
|
||||
@@ -587,17 +585,17 @@ Das geht natürlich auch mit Eigenschaften von Morphismen.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
Korollar~\ref{kor:10-5-3} sagt, das Injektivität und Surjektivität lokale
|
||||
Eigenschaften von $R$-Modulmorphismen sind.
|
||||
Eigenschaften von $R$-Modul\-mor\-phismen sind.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Lokale Eigenschaften von Modulmorphismen]
|
||||
Es sei $R$ ein Ring und es sei $E$ eine Eigenschaft von $R$-Modulmorphismen.
|
||||
Nenne $E$ eine \emph{lokale Eigenschaft}\index{lokale Eigenschaft!von
|
||||
Modulmorphismen}, wenn für jeden $R$-Modulmorphismus $α$ die folgenden
|
||||
Modulmorphismen}, wenn für jeden $R$-Modulmorphismus $α$ die folgenden
|
||||
Aussagen äquivalent sind.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Der $R$-Modulmorphismus $α$ hat Eigenschaft $E$.
|
||||
|
||||
\item Für alle Primideale $p ⊂ R$ gilt: der $R$-Modulmorphismus $α_p$ hat
|
||||
\item Für alle Primideale $p ⊂ R$ gilt: Der $R$-Modulmorphismus $α_p$ hat
|
||||
Eigenschaft $E$.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{defn}
|
||||
@@ -615,7 +613,7 @@ zwei elementare Tatsachen aus der Algebra-Vorlesung.
|
||||
prim ist, dann ist auch $γ^{-1}(I)$ ein Primideal. \qed
|
||||
\end{lem}
|
||||
|
||||
\begin{nlemma}[Bilder von Idealen]\label{nlem:10-6-2}
|
||||
\begin{nlemma}[Bilder von Idealen]\label{nlem:10-6-2}%
|
||||
Es sei $γ: R → T$ ein Ringmorphismus und es sei $J ⊂ R$ ein Ideal. Dann ist
|
||||
im Allgemeinen weder die Bildmenge $γ(J)$ noch die Menge
|
||||
\[
|
||||
@@ -626,9 +624,9 @@ zwei elementare Tatsachen aus der Algebra-Vorlesung.
|
||||
|
||||
Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
|
||||
|
||||
\begin{lem}\label{lem:10-6-3}
|
||||
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} (``Lokalisierung von
|
||||
Ringen'') sei $I ⊂ R$ ein Ideal. Dann ist
|
||||
\begin{lem}\label{lem:10-6-3}%
|
||||
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} („Lokalisierung von Ringen“)
|
||||
sei $I ⊂ R$ ein Ideal. Dann ist
|
||||
\begin{equation}\label{eq:10-6-3-1}
|
||||
φ(I)·S^{-1}R = \left\{ \frac{a}{b} ∈ S^{-1}R \::\: a ∈ I, b ∈ S
|
||||
\right\}.
|
||||
@@ -637,7 +635,7 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
|
||||
in $S^{-1}R$.
|
||||
\end{lem}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Die Inklusion ``$⊃$'' ist klar. Um die Inklusion ``$⊂$'' zu zeigen, sei ein
|
||||
Die Inklusion „$⊃$“ ist klar. Um die Inklusion „$⊂$“ zu zeigen, sei ein
|
||||
Element
|
||||
\[
|
||||
\frac{α}{β} ∈ φ(I)·S^{-1}R
|
||||
@@ -651,7 +649,7 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Lemma~\ref{lem:10-6-3} hat vielleicht ein wenig Potential für Verwirrung, denn
|
||||
Lemma~\ref{lem:10-6-3} hat vielleicht ein wenig Potenzial für Verwirrung, denn
|
||||
das Ideal $I ⊂ R$ ist natürlich auch ein $R$-Modul und die rechte Seite von
|
||||
Gleichung~\eqref{eq:10-6-3-1} erinnert an $S^{-1}I$, die Lokalisierung von $I$
|
||||
als $R$-Modul. Das ist natürlich kein Zufall, und ich möchte die Details noch
|
||||
@@ -663,7 +661,7 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
|
||||
\]
|
||||
die nach Korollar~\ref{kor:10-4-7} wieder injektiv ist. Erinnern Sie sich
|
||||
dazu an Bemerkung~\ref{bem:10-4-2}: Es macht keinen Unterschied, ob wir $R$
|
||||
als Ring oder als $R$-Modul lokalisieren. Rechnen Sie als nächstes nach, dass
|
||||
als Ring oder als $R$-Modul lokalisieren. Rechnen Sie als Nächstes nach, dass
|
||||
das Bild der injektiven Abbildung $S^{-1}ι$ genau die Menge $φ(I)·S^{-1}R$
|
||||
ist. Die Abbildung $S^{-1}ι$ identifiziert daher die Mengen $S^{-1}I$ und
|
||||
$φ(I)·S^{-1}R$.
|
||||
@@ -674,9 +672,9 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
|
||||
$φ(I)·S^{-1} R ⊂ S^{-1} R$ von nun an häufig mit $S^{-1}I$ notieren.
|
||||
\end{notation}
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Verhalten von Idealen unter Lokalisierung]\label{satz:10-6-6}
|
||||
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} (``Lokalisierung von
|
||||
Ringen'') gilt folgendes.
|
||||
\begin{satz}[Verhalten von Idealen unter Lokalisierung]\label{satz:10-6-6}%
|
||||
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} („Lokalisierung von Ringen“)
|
||||
gilt Folgendes.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item\label{il:10-6-6-1} Alle Ideale in $S^{-1}R$ sind von der Form $S^{-1}I$
|
||||
für ein Ideal $I ⊂ R$. Genauer: für jedes Ideal $J ⊂ S^{-1}R$ gilt die
|
||||
@@ -701,9 +699,9 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
|
||||
\video{12-2}
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{kor}[Verhalten von Primidealen unter Lokalisierung]\label{kor:10-6-8}
|
||||
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} (``Lokalisierung von
|
||||
Ringen'') liefert die Abbildung
|
||||
\begin{kor}[Verhalten von Primidealen unter Lokalisierung]\label{kor:10-6-8}%
|
||||
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} („Lokalisierung von Ringen“)
|
||||
liefert die Abbildung
|
||||
\[
|
||||
η: \left\{\text{ Ideale in $S^{-1}R$ } \right\} → \left\{\text{ Ideale in $R$ }
|
||||
\right\}, \quad J ↦ φ^{-1}(J)
|
||||
@@ -719,22 +717,22 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
|
||||
$φ^{-1}(J)$ zu $S$ disjunkt ist. Das geht mit einem Widerspruchsbeweis.
|
||||
Angenommen, es gäbe ein $s ∈ φ^{-1}(J)∩ S$. Per Definition der Abbildung $φ$
|
||||
ist dann $\frac{s}{1} ∈ J$, also $\frac{1}{1} = \frac{s}{1}·\frac{1}{s} ∈ J$
|
||||
und es folgt $J = S^{-1}R$ Das ist ein Widerspruch zur Annahme, dass $J$ prim
|
||||
ist.
|
||||
und es folgt $J = S^{-1}R$. Das ist ein Widerspruch zur Annahme, dass $J$
|
||||
prim ist.
|
||||
|
||||
Die Abbildung $η$ ist offensichtlich injektiv. Also ist nur noch zu zeigen,
|
||||
dass jedes Primideal $I ⊂ R$ mit $I ∩ S = ∅$ bereits Urbild eines Primideals
|
||||
in $J ⊂ S^{-1}R$ ist. Sei also ein solches Ideal $I$ gegeben. Um $J$ zu
|
||||
finden, wenden wir das Kriterium~\ref{il:10-6-6-3} an: wenn ein Element
|
||||
$r ∈ R$ gegeben ist, sodass ein $s ∈ S$ existiert mit $r·s ∈ I$, dann ist $s$
|
||||
finden, wenden wir das Kriterium~\ref{il:10-6-6-3} an: wenn ein Element $r ∈
|
||||
R$ gegeben ist, sodass ein $s ∈ S$ existiert mit $r·s ∈ I$, dann ist $s$
|
||||
logischerweise nicht in $I$. Auf der anderen Seite ist $I$ per Annahme ein
|
||||
Primideal, so dass $r ∈ I$ sein muss. Kriterium~\ref{il:10-6-6-3} liefert uns
|
||||
Primideal, sodass $r ∈ I$ sein muss. Kriterium~\ref{il:10-6-6-3} liefert uns
|
||||
also ein Ideal $J ⊂ S^{-1}R$ mit $I = φ^{-1}(J)$. Nach \ref{il:10-6-6-1}
|
||||
wissen wir sogar ganz genau, was $J$ ist, nämlich $S^{-1}I$.
|
||||
|
||||
Jetzt ist nur noch zu zeigen, dass das gefundene Ideal $J$ tatsächlich ein
|
||||
Primideal ist. Seien also zwei Brüche $\frac{a}{b}$ und
|
||||
$\frac{c}{d} ∈ S^{-1}R$ gegeben, sodass
|
||||
Primideal ist. Seien also zwei Brüche $\frac{a}{b}$ und $\frac{c}{d} ∈
|
||||
S^{-1}R$ gegeben, sodass
|
||||
\[
|
||||
\frac{a}{b}·\frac{c}{d} = \frac{ac}{bd} ∈ J = S^{-1}I
|
||||
\]
|
||||
@@ -742,19 +740,19 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
|
||||
\[
|
||||
∃ α ∈ I: ∃ β ∈ S: \frac{α}{β} = \frac{ac}{bd}.
|
||||
\]
|
||||
Das bedeutet per Definition von Lokalisierung: es existiert ein Element
|
||||
$u ∈ S$ mit $(acβ - α bd)u = 0$. Es folgt also
|
||||
Das bedeutet per Definition von Lokalisierung: Es existiert ein Element $u ∈
|
||||
S$ mit $(acβ - α bd)u = 0$. Es folgt also
|
||||
\[
|
||||
ac\underbrace{β u}_{∈ S} = α·bdu ∈ I \text{ da } α ∈ I.
|
||||
\]
|
||||
Weil $I$ aber ein Primideal ist und $S ∩ I = ∅$, folgt $ac ∈ I$. Also ist
|
||||
$a ∈ I$ oder $c ∈ I$ und deshalb ist $\frac{a}{b} ∈ S^{-1}I$ oder
|
||||
$\frac{c}{d} ∈ I$. Was zu zeigen war.
|
||||
Weil $I$ aber ein Primideal ist und $S ∩ I = ∅$, folgt $ac ∈ I$. Also ist $a
|
||||
∈ I$ oder $c ∈ I$ und deshalb ist $\frac{a}{b} ∈ S^{-1}I$ oder $\frac{c}{d} ∈
|
||||
I$. Was zu zeigen war.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{kor}
|
||||
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} (``Lokalisierung von
|
||||
Ringen'') sei $R$ Noethersch. Dann ist auch $S^{-1}R$ Noethersch.
|
||||
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} („Lokalisierung von Ringen“)
|
||||
sei $R$ Noethersch. Dann ist auch $S^{-1}R$ Noethersch.
|
||||
\end{kor}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Es sei $I_1 ⊂ I_2 ⊂ ⋯$ eine aufsteigende Kette von Idealen in $S^{-1}R$.
|
||||
@@ -765,22 +763,22 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
|
||||
Aussage~\ref{il:10-6-6-1} von Satz~\ref{satz:10-6-6} ist dann aber
|
||||
\[
|
||||
\underbrace{S^{-1} φ^{-1}(I_n)}_{= I_n} = \underbrace{S^{-1}
|
||||
φ^{-1}(I_{n+1})}_{= I_{n+1}} = ⋯
|
||||
φ^{-1}(I_{n+1})}_{= I_{n+1}} = ⋯.
|
||||
\]
|
||||
Also wird bereits die aufsteigende Kette $I_1 ⊂ I_2 ⊂ ⋯$ stationär.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{kor}[Lokalisierung von Primidealen liefert lokale Ringe]\label{kor:10-6-9}
|
||||
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} (``Lokalisierung von
|
||||
Ringen'') sei das multiplikative System $S$ von der Form $S = R ∖ p$, für ein
|
||||
Primideal $p ⊂ R$. Dann gibt es in $S^{-1}R = R_p$ genau ein maximales Ideal,
|
||||
nämlich $p·R_p = S^{-1}p$.
|
||||
\begin{kor}[Lokalisierung von Primidealen liefert lokale Ringe]\label{kor:10-6-9}%
|
||||
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} („Lokalisierung von Ringen“)
|
||||
sei das multiplikative System $S$ von der Form $S = R ∖ p$, für ein Primideal
|
||||
$p ⊂ R$. Dann gibt es in $S^{-1}R = R_p$ genau ein maximales Ideal, nämlich
|
||||
$p·R_p = S^{-1}p$.
|
||||
\end{kor}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Sei $m ⊂ R_p$ ein maximales Ideal, dann ist $φ^{-1}(m) ⊂ R$ ein Primideal,
|
||||
welches nach Korollar~\ref{kor:10-6-8} in $R ∖ S = R ∖ (R ∖ p) = p$ enthalten
|
||||
ist. Also folgt aus der Maximalität bereits die Gleichung $φ^{-1}(m) = p$.
|
||||
Mit anderen Worten: $m = p · R_p$.
|
||||
welches nach Korollar~\ref{kor:10-6-8} in $R∖S = R∖(R∖p) = p$ enthalten ist.
|
||||
Also folgt aus der Maximalität bereits die Gleichung $φ^{-1}(m) = p$. Mit
|
||||
anderen Worten: $m = p · R_p$.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -817,10 +815,9 @@ bekommen.
|
||||
---
|
||||
|
||||
\begin{description}
|
||||
\item[\ref{il:10-7-2-1} $⇒$ \ref{il:10-7-2-2}] Sei $R$ ein lokaler Ring und
|
||||
$f ∈ R$ sei keine Einheit. Dann ist $(f) ≠ R$. Also ist $(f)$ in einem
|
||||
(dem einen) maximalen Ideal enthalten und es ist $(f) ⊂ m$. Also ist
|
||||
$f ∈ m$.
|
||||
\item[\ref{il:10-7-2-1} $⇒$ \ref{il:10-7-2-2}] Sei $R$ ein lokaler Ring und $f
|
||||
∈ R$ sei keine Einheit. Dann ist $(f) ≠ R$. Also ist $(f)$ in einem (dem
|
||||
einen) maximalen Ideal enthalten und es ist $(f) ⊂ m$. Also ist $f ∈ m$.
|
||||
|
||||
\item[\ref{il:10-7-2-2} $⇒$ \ref{il:10-7-2-1}] Sei $I ⊊ R$ ein beliebiges
|
||||
Ideal. Dann gilt für jedes Element $x ∈ I$, dass $x \not ∈ R^*$ (denn sonst
|
||||
@@ -829,11 +826,11 @@ bekommen.
|
||||
\end{description}
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
Wir enden mit dem brühmten ``Lemma von Nakayama''. Dies ist ein Kriterium, mit
|
||||
Wir enden mit dem berühmten „Lemma von Nakayama“. Dies ist ein Kriterium, mit
|
||||
dem man später in geometrisch relevanten Situationen zeigen kann, dass ein
|
||||
gegebener Modul über einem lokalen Ring verschwindet. Über das Lemma von
|
||||
Nakayama lässt sich viel sagen und viel schreiben, aber ich werde mich kurz
|
||||
fassen denn ich will so schnell wie möglich zurück zur Geometrie.
|
||||
Nakayama lässt sich viel sagen und viel schreiben, aber ich werde mich
|
||||
kurzfassen, denn ich will so schnell wie möglich zurück zur Geometrie.
|
||||
|
||||
\begin{lem}[Lemma von Nakayama]
|
||||
Sei $R$ ein lokaler Ring mit maximalem Ideal $m$. Weiter sei $M$ ein endlich
|
||||
|
||||
101
11.tex
101
11.tex
@@ -8,28 +8,27 @@ Kapitel~\ref{chap:9} und die algebraischen Definitionen von
|
||||
Kapitel~\ref{chap:10} zusammenbringen. Wir betrachten in diesem Kapitel die
|
||||
folgende Situation.
|
||||
|
||||
\begin{situation}\label{sit:11-1}
|
||||
\begin{situation}\label{sit:11-1}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei $f ∈ k[x,y]$ eine
|
||||
ebene algebraische Kurve. Weiter sei $p ∈ V(f)$ ein Punkt der Kurve.
|
||||
\end{situation}
|
||||
|
||||
\begin{notation}
|
||||
In Situation~\ref{sit:11-1} bezeichnen wir den affinen Koordinatenring der
|
||||
Kurve mit $R$ und betrachten das zum Punkt $p$ gehörende maximale Ideal
|
||||
$m ⊊ R$. Wie in der algebraischen Geometrie üblich, werden wir die
|
||||
Lokalisierung $R_m$ mit $𝒪_p(f)$ notieren. Das (nach
|
||||
Korollar~\ref{kor:10-6-9} eindeutige!) maximale Ideal in $𝒪_p(f)$ bezeichnen
|
||||
wir mit $m_p$.
|
||||
Kurve mit $R$ und betrachten das zum Punkt $p$ gehörende maximale Ideal $m ⊊
|
||||
R$. Wie in der algebraischen Geometrie üblich, werden wir die Lokalisierung
|
||||
$R_m$ mit $𝒪_p(f)$ notieren. Das (nach Korollar~\ref{kor:10-6-9}
|
||||
eindeutige!) maximale Ideal in $𝒪_p(f)$ bezeichnen wir mit $m_p$.
|
||||
\end{notation}
|
||||
|
||||
|
||||
\section{Algebraische Beschreibung der Multiplizität}
|
||||
|
||||
Der folgende Satz stellt jetzt den Zusammenhang zwischen der geometrischen Größe
|
||||
``Multiplizität'' und der Algebra von $𝒪_p(f)$ her. Der Satz sagt insbesondere,
|
||||
„Multiplizität“ und der Algebra von $𝒪_p(f)$ her. Der Satz sagt insbesondere,
|
||||
dass man die Multiplizität am lokalen Ring ablesen kann.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Algebraische Beschreibung der Multiplizität]\label{satz:11-0-3}
|
||||
\begin{satz}[Algebraische Beschreibung der Multiplizität]\label{satz:11-0-3}%
|
||||
In Situation~\ref{sit:11-1} existiert eine Zahl $N ∈ ℕ$, sodass für alle
|
||||
natürlichen Zahlen $n ≥ N$ die folgende Gleichheit gilt,
|
||||
\begin{equation}\label{eq:11-0-3-1}
|
||||
@@ -42,25 +41,25 @@ dass man die Multiplizität am lokalen Ring ablesen kann.
|
||||
erklärungsbedürftig. Um zu verstehen, was die Gleichung eigentlich sagt,
|
||||
beachte zuerst, dass wir eine Kette von Idealen des Ringes $𝒪_p(f)$ haben,
|
||||
\[
|
||||
m_p ⊃ m²_p ⊃ m³_p ⊃ m²_p ⊃ m⁴_p ⊃ ⋯
|
||||
m_p ⊃ m²_p ⊃ m³_p ⊃ m²_p ⊃ m⁴_p ⊃ ⋯.
|
||||
\]
|
||||
In \eqref{eq:11-0-3-1} ist also $m^n_p$ ein Ideal von $𝒪_p(f)$ und
|
||||
$m^{n+1}_p ⊆ m^n_p$ ist ein Unterideal. Jetzt sind Ideale in $𝒪_p(f)$
|
||||
natürlich Spezialfälle von $𝒪_p(f)$-Moduln. Der Quotient
|
||||
$\factor{m_p^n}{m_p^{n+1}}$ ist als Quotient von $𝒪_p(f)$-Moduln zu verstehen
|
||||
und ist deshalb selbst ein $𝒪_p(f)$-Modul. Die Elemente von $k$ können wir
|
||||
natürlich als Elemente des affinen Koordinatenringes sehen (``konstante
|
||||
Polynome'') und daher auch als Elemente von $𝒪_p(f)$: Gegeben ein konstantes
|
||||
Polynom $λ$, betrachte einfach den Bruch $\frac{λ}{1}$. Auf diese Weise
|
||||
fassen wir den Körper $k$ in trivialer Weise als Unterring von $𝒪_p(f)$ auf.
|
||||
Dann ist aber jeder $𝒪_p(f)$-Modul trivialerweise auch ein $k$-Modul, und es
|
||||
sinnvoll, die Dimension dieses Vektorraumes zu diskutieren.
|
||||
In \eqref{eq:11-0-3-1} ist also $m^n_p$ ein Ideal von $𝒪_p(f)$ und $m^{n+1}_p
|
||||
⊆ m^n_p$ ist ein Unterideal. Jetzt sind Ideale in $𝒪_p(f)$ natürlich
|
||||
Spezialfälle von $𝒪_p(f)$-Moduln. Der Quotient $\factor{m_p^n}{m_p^{n+1}}$
|
||||
ist als Quotient von $𝒪_p(f)$-Moduln zu verstehen und ist deshalb selbst ein
|
||||
$𝒪_p(f)$-Modul. Die Elemente von $k$ können wir natürlich als Elemente des
|
||||
affinen Koordinatenringes sehen („konstante Polynome“) und daher auch als
|
||||
Elemente von $𝒪_p(f)$: Gegeben ein konstantes Polynom $λ$, betrachte einfach
|
||||
den Bruch $\frac{λ}{1}$. Auf diese Weise fassen wir den Körper $k$ in
|
||||
trivialer Weise als Unterring von $𝒪_p(f)$ auf. Dann ist aber jeder
|
||||
$𝒪_p(f)$-Modul trivialerweise auch ein $k$-Modul, und es sinnvoll, die
|
||||
Dimension dieses Vektorraumes zu diskutieren.
|
||||
\end{erkl}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Satz~\ref{satz:11-0-3} macht präzise, was wir schon im Abschnitt~\ref{sec:11}
|
||||
angedeutet hatten: Die Multipliziät von Punkten auf einer Kurve ist eine
|
||||
Eigenschaft, die nur vom affinene Koordinatenring (und dessen maximalen
|
||||
angedeutet hatten: Die Multiplizität von Punkten auf einer Kurve ist eine
|
||||
Eigenschaft, die nur vom affinen Koordinatenring (und dessen maximalen
|
||||
Idealen) abhängt. Es handelt sich also um eine intrinsische geometrische
|
||||
Eigenschaft, die nicht davon abhängt, wie die Kurve in einen affinen Raum
|
||||
eingebettet ist!
|
||||
@@ -69,7 +68,7 @@ dass man die Multiplizität am lokalen Ring ablesen kann.
|
||||
Wir beweisen Satz~\ref{satz:11-0-3} in Kürze. Das folgende vorbereitende Lemma
|
||||
wird dabei helfen.
|
||||
|
||||
\begin{lem}\label{lem:11-1-4}
|
||||
\begin{lem}\label{lem:11-1-4}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei $I ⊂ k[x,y]$ ein
|
||||
Ideal, sodass $V(I) = \{ 0 \}$ ist. Betrachte den Quotientenring und das
|
||||
maximale Ideal des $0$-Punktes,
|
||||
@@ -94,38 +93,39 @@ wird dabei helfen.
|
||||
Es sei $R$ ein Ring, der keine Nullteiler enthält und gleichzeitig auch kein
|
||||
Körper ist. Dann sind folgende Aussagen äquivalent.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Der Ring $R$ ist ein lokaler Noetherscher Ring und das maximale Ideal
|
||||
$m ⊂ R$ ist ein Hauptideal.
|
||||
\item Der Ring $R$ ist ein lokaler Noetherscher Ring und das maximale Ideal $m
|
||||
⊂ R$ ist ein Hauptideal.
|
||||
|
||||
\item\label{il:11-0-6-2} Es existiert ein Element $t ∈ R$, sodass jedes
|
||||
$z ∈ R ∖ \{ 0 \}$ eine eindeutige Darstellung der Form $z = u · t^n$
|
||||
besitzt, wobei $u ∈ R^*$ und $n ∈ ℕ$ ist.
|
||||
\item\label{il:11-0-6-2} Es existiert ein Element $t ∈ R$, sodass jedes $z ∈ R
|
||||
∖ \{ 0 \}$ eine eindeutige Darstellung der Form $z = u · t^n$ besitzt, wobei
|
||||
$u ∈ R^*$ und $n ∈ ℕ$ ist.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
Falls die Bedingungen erfüllt ist, so nenne $R$ einen \emph{diskreten
|
||||
Bewertungsring}\index{diskreter Bewertungsring}. Elemente $t ∈ R$ wie in
|
||||
Bewertungsring}\index{diskreter Bewertungsring}. Elemente $t ∈ R$ wie in
|
||||
\ref{il:11-0-6-2} heißen \emph{uniformisierende
|
||||
Parameter}\index{uniformisierender Parameter}.
|
||||
Parameter}\index{uniformisierender Parameter}.
|
||||
\end{satzdef}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
\video{13-3}
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
Der Begriff des ``uniformisierenden Parameters'' ist vielleicht einigermaßen
|
||||
selbsterklärend, der Begriff des ``Bewertungsringes'' aber wahrscheinlich nicht.
|
||||
Es gibt in der Algebra den Begriff der ``diskreten Bewertung eines Körpers''.
|
||||
Der Begriff des „uniformisierenden Parameters“ ist vielleicht einigermaßen
|
||||
selbsterklärend, der Begriff des „Bewertungsringes“ aber wahrscheinlich nicht.
|
||||
Es gibt in der Algebra den Begriff der „diskreten Bewertung eines Körpers“.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Diskrete Bewertung eines Körpers]
|
||||
Es sei $k$ ein Körper. Eine \emph{diskrete Bewertung}\index{diskrete
|
||||
Bewertung} ist eine Abbildung $ν: K∖ \{ 0 \} → ℤ$, dass für alle
|
||||
$x,y ∈ k ∖ \{ 0 \}$ folgendes gilt.
|
||||
Bewertung} ist eine surjektive Abbildung $ν: K → ℤ ∪ \{∞\}$, dass für alle $x,y ∈ k$ folgendes gilt.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Es ist $ν(x) = ∞$ genau dann, wenn $x = 0$.
|
||||
\item Es ist $ν(x·y) = ν(x) + ν(y)$.
|
||||
|
||||
\item Es ist $ν(x + y) ≥ \min \bigl\{ ν(x), ν(y) \bigr\}$.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
Dabei gelten die üblichen Rechenregeln $∞ + ∞ = ∞$ und $∞ + n = ∞$ sowie $∞ ≥ n$ für alle $n ∈ ℤ$.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Null- und Polstellenordnung]\label{bsp:11-1-6}
|
||||
\begin{bsp}[Null- und Polstellenordnung]\label{bsp:11-1-6}%
|
||||
Wir betrachten den Körper $ℂ(x)$ der rationalen Funktionen in einer Variable
|
||||
und wählen einen Punkt $p ∈ ℂ$. Dann definiere eine diskrete Bewertung des
|
||||
Körpers $ℂ(x)$ wie folgt. Gegeben eine rationale Funktion $q(x) ∈ ℂ(x)$,
|
||||
@@ -142,19 +142,19 @@ Es gibt in der Algebra den Begriff der ``diskreten Bewertung eines Körpers''.
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Die $p$-adische Bewertung von $ℚ$]
|
||||
Es sei $p$ eine Primzahl. Die $p$-adische Bewertung $ν(n)$ einer ganzen Zahl
|
||||
$n$ ist die größte Zahl $k$, sodass $n$ noch durch $p^k$ teilbar ist. Die
|
||||
$p$-adische Bewertung gibt also an, wie oft die Primzahl $p$ in der
|
||||
Primfaktorzerlegung von $n$ vorkommt. Die Bewertung $ν$ lässt sich auf den
|
||||
Körper der rationalen Zahlen fortsetzen: gegeben ein Element
|
||||
$q = \frac{a}{b} ∈ ℚ$, so definiere $ν(q) := ν(a)-ν(b)$. Man rechne nach,
|
||||
dass dies tatsächlich eine diskrete Bewertung von $ℚ$ ist.
|
||||
$n$ ist die größte Zahl $k$, sodass $n$ noch durch $p^k$ teilbar ist. Mit
|
||||
anderen Worten: die $p$-adische Bewertung gibt also an, wie oft die Primzahl
|
||||
$p$ in der Primfaktorzerlegung von $n$ vorkommt. Die Bewertung $ν$ lässt sich
|
||||
auf den Körper der rationalen Zahlen fortsetzen: gegeben ein Element $q =
|
||||
\frac{a}{b} ∈ ℚ$, so definiere $ν(q) := ν(a)-ν(b)$. Man rechne nach, dass
|
||||
dies tatsächlich eine diskrete Bewertung von $ℚ$ ist.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Diskrete Bewertungsringe]\label{bsp:11-1-8}
|
||||
\begin{bsp}[Diskrete Bewertungsringe]\label{bsp:11-1-8}%
|
||||
Wenn $R$ ein diskreter Bewertungsring mit uniformisierenden Parameter $t$ ist,
|
||||
dann findet man eine diskrete Bewertung auf dem Quotientenkörper $Q(R)$ durch
|
||||
\[
|
||||
ν \left(\frac{a}{b}\right) = \text{ (Potenz mit der $t$ in $a$ auftaucht ) -
|
||||
ν \left(\frac{a}{b}\right) = \text{ (Potenz mit der $t$ in $a$ auftaucht) -
|
||||
(Potenz mit der $t$ in $b$ auftaucht)}.
|
||||
\]
|
||||
Die Elemente von $R ⊂ Q(R)$ sind dann exakt diejenigen Elemente, die eine
|
||||
@@ -173,9 +173,8 @@ Es gibt in der Algebra den Begriff der ``diskreten Bewertung eines Körpers''.
|
||||
für die Rolle des uniformisierenden Parameters geeignet.
|
||||
\end{aufgabe}
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Charakterisierung von einfachen Punkten]\label{satz:11-1-10}
|
||||
In Situation~\ref{sit:11-1} sind die folgenden Aussagen
|
||||
äquivalent.
|
||||
\begin{satz}[Charakterisierung von einfachen Punkten]\label{satz:11-1-10}%
|
||||
In Situation~\ref{sit:11-1} sind die folgenden Aussagen äquivalent.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Der Ring $𝒪_p(f)$ ist ein diskreter Bewertungsring.
|
||||
|
||||
@@ -189,10 +188,10 @@ Es gibt in der Algebra den Begriff der ``diskreten Bewertung eines Körpers''.
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Wenn man ein wenig aufpasst, zeigt der Beweis von Satz~\ref{satz:11-1-10} noch
|
||||
etwas mehr: Sei $ℓ ∈ k[x,y]$ ist eine Gerade\footnote{also Polynom von Grad
|
||||
1}, die den Punkt $p$ enthält. Wenn $ℓ$ in $p$ \emph{keine}
|
||||
Tangentialgerade an $V(f)$ ist, dann ist das Bild von $ℓ$ im lokalen Ring
|
||||
$𝒪_p(f)$ ein uniformisierender Parameter.
|
||||
etwas mehr: Sei $ℓ ∈ k[x,y]$ eine Gerade\footnote{= Polynom von Grad 1}, die
|
||||
den Punkt $p$ enthält. Wenn $ℓ$ in $p$ \emph{keine} Tangentialgerade an
|
||||
$V(f)$ ist, dann ist das Bild von $ℓ$ im lokalen Ring $𝒪_p(f)$ ein
|
||||
uniformisierender Parameter.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
Tabelle~\ref{tab:11-1} fasst die Ergebnisse dieses Kapitels zusammen.
|
||||
|
||||
208
12.tex
208
12.tex
@@ -27,23 +27,24 @@ zu Primidealen, das legt die folgende Definition nahe.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Krullsche Dimension eines Ringes]
|
||||
Es sei $R$ ein kommutativer Ring mit Eins. Die \emph{Krullsche
|
||||
Dimension}\index{Krullsche Dimension!eines
|
||||
Ringes}\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Krull}{Wolfgang
|
||||
Krull} (* 26. August 1899 in Baden-Baden; † 12. April 1971 in Bonn) war
|
||||
ein deutscher Mathematiker. Sein Schwerpunkt war die kommutative Algebra.
|
||||
Krull studierte zunächst ab 1919 in Freiburg im Breisgau, später auch in
|
||||
Rostock und Göttingen. Nicht zu verwechseln mit Felix Krull, dem
|
||||
Hochstapler.} von $R$ ist das Maximum aller Längen von Ketten von
|
||||
Primidealen,
|
||||
Dimension}\index{Krullsche Dimension!eines
|
||||
Ringes}\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Krull}{Wolfgang
|
||||
Krull} (* 26. August 1899 in Baden-Baden; † 12. April 1971 in Bonn) war ein
|
||||
deutscher Mathematiker. Sein Schwerpunkt war die kommutative Algebra. Krull
|
||||
studierte zunächst ab 1919 in Freiburg im Breisgau, später auch in Rostock und
|
||||
Göttingen. Nicht zu verwechseln mit Felix Krull, dem Hochstapler.} von $R$
|
||||
ist das Supremum aller Längen von Ketten von Primidealen,
|
||||
\[
|
||||
P_0 ⊊ P_1 ⊊ P_2 ⊊ … ⊊ P_n.
|
||||
\]
|
||||
Die Länge einer Primidealkette ist dabei die Anzahl der echten Inklusionen,
|
||||
die in ihr vorkommen.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Krullsche Dimension einer Varietät]
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und $X ⊂ 𝔸^n_k$ sei
|
||||
eine Untervarietät. Die Krullsche Dimension des affinen Koordinatenringes
|
||||
$k[X]$ wird auch als Krullsche Dimension der Varietät $X$ bezeichnet.
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und $X ⊂ 𝔸^n_k$ sei eine
|
||||
Untervarietät. Die Krullsche Dimension des affinen Koordinatenringes $k[X]$
|
||||
wird auch als Krullsche Dimension der Varietät $X$ bezeichnet.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
@@ -54,11 +55,11 @@ zu Primidealen, das legt die folgende Definition nahe.
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Der Punkt]
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper. Der affine Koordinatenring
|
||||
des Punktes $𝔸⁰_k$ ist der Körper $k$. Dieser also nur das echte Ideal
|
||||
des Punktes $𝔸⁰_k$ ist der Körper $k$. Dieser hat also nur das echte Ideal
|
||||
$(0)$ und somit die Dimension 0.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Der Zahlenstrahl]\label{bsp:12-1-5}
|
||||
\begin{bsp}[Der Zahlenstrahl]\label{bsp:12-1-5}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper. Der affine Koordinatenring
|
||||
des Punktes $𝔸¹_k$ ist der Polynomring $k[x]$, und das ist ein
|
||||
Hauptidealring. Die Primideale sind von der Form $(f)$, wobei $f ∈ k[x]$
|
||||
@@ -73,20 +74,20 @@ zu Primidealen, das legt die folgende Definition nahe.
|
||||
Der Ring $ℤ$ ist ebenfalls ein Hauptidealring. Wie oben ist $\dim ℤ = 1$.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Der affine Raum]\label{bsp:12-1-6}
|
||||
\begin{bsp}[Der affine Raum]\label{bsp:12-1-6}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper. Der affine Koordinatenring
|
||||
des affinen Raumes $𝔸^n_k$ ist der Polynomring $k[x_1, …, x_n]$. Die Kette
|
||||
\[
|
||||
(0) ⊊ (x_1) ⊊ (x_1, x_2) ⊊ ⋯ ⊊
|
||||
(x_1, …, x_n) ⊊ k[x_1, …, x_n].
|
||||
(x_1, …, x_n) ⊊ k[x_1, …, x_n]
|
||||
\]
|
||||
ist eine Kette von Primidealen, also ist
|
||||
$\dim 𝔸^n_k = \dim k[x_1, …, x_n] ≥ n$.
|
||||
ist eine Kette von Primidealen, also ist $\dim 𝔸^n_k = \dim k[x_1, …, x_n] ≥
|
||||
n$.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
Vielleicht empfinden Sie das Beispiel~\ref{bsp:12-1-6} als … ein wenig
|
||||
unbefriedigend. Natürlich ist die Dimension von $𝔸^n_k$ gleich $n$, aber das
|
||||
nicht nicht völlig trivial zu zeigen. Bis wir soweit sind, ist noch etwas
|
||||
ist nicht völlig trivial zu zeigen. Bis wir so weit sind, ist noch etwas
|
||||
Vorarbeit zu leisten.
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -97,9 +98,9 @@ geometrische Anschauung erklärt. Ich selbst kann mir ohne geometrische
|
||||
Anschauung überhaupt nichts merken und diskutiere deshalb lieber erst einmal ein
|
||||
geometrisches Beispiel.
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Die Dimension der Knotenkurve, Teil 1]\label{bsp:12-2-1}
|
||||
Schauen Sie sich noch einmal Abbildung~\vref{fig:tc} an, wo die Knotenkurve
|
||||
$C = \{ x³ + x² - y² \}$ dargestellt ist. Natürlich sollte die Dimension der
|
||||
\begin{bsp}[Die Dimension der Knotenkurve, Teil 1]\label{bsp:12-2-1}%
|
||||
Schauen Sie sich noch einmal Abbildung~\vref{fig:tc} an, wo die Knotenkurve $C
|
||||
= \{ x³ + x² - y² \}$ dargestellt ist. Natürlich sollte die Dimension der
|
||||
Knotenkurve gleich eins sein. Um das zu beweisen, möchte ich den affinen
|
||||
Koordinatenring $B := k[C]$ (dessen Dimension ich ja wissen will) als
|
||||
Erweiterung des affinen Koordinatenringes $A := k[x]$ verstehen --- der Ring
|
||||
@@ -118,64 +119,61 @@ geometrisches Beispiel.
|
||||
In diesem Abschnitt werden wir zeigen, dass sich die Dimension von Ringen bei
|
||||
ganzen Ringerweiterungen nicht ändert.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Dimension ist invariant unter ganzen Ringerweiterungen]\label{satz:12-2-2}
|
||||
Es sei $A ⊂ B$ eine ganze Erweiterung von Integritätsringen. Dann ist
|
||||
$\dim A = \dim B$.
|
||||
\begin{satz}[Dimension ist invariant unter ganzen Ringerweiterungen]\label{satz:12-2-2}%
|
||||
Es sei $A ⊂ B$ eine ganze Erweiterung von Integritätsringen. Dann ist $\dim A
|
||||
= \dim B$.
|
||||
\end{satz}
|
||||
|
||||
|
||||
Dazu müssen wir ganze Ringerweiterungen
|
||||
$A ⊂ B$ betrachten und uns überlegen, wie sich die Primideale in $A$ und
|
||||
die Primideale in $B$ zueinander verhalten.
|
||||
Um den Satz zu beweisen, müssen wir ganze Ringerweiterungen $A ⊂ B$ betrachten
|
||||
und uns überlegen, wie sich die Primideale in $A$ und die Primideale in $B$
|
||||
zueinander verhalten.
|
||||
|
||||
\begin{notation}[Übereinander liegende Ideale]
|
||||
Es sei $A ⊂ B$ eine ganze Ringerweiterung und es seien $q ⊂ B$ und $p ⊂ A$
|
||||
Ideale. Falls die Gleichheit $p = q ∩ A$ gilt, so sagt man, \emph{$q$ liegt
|
||||
über $p$}.
|
||||
über $p$}.
|
||||
\end{notation}
|
||||
|
||||
Das Beispiel mit der Knotenkurve erklärt, woher der eigentümliche Begriff
|
||||
``übereinander liegen'' kommt.
|
||||
„übereinander liegen“ kommt.
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Die Dimension der Knotenkurve, Teil 2]
|
||||
In Beispiel~\ref{bsp:12-2-1} sei $v = (v_x, v_y)$ ein Punkt der Kurve $C$, mit
|
||||
zugehörendem maximalen Ideal $q ⊂ B$. Dann ist das Ideal
|
||||
$p := q ∩ A$ wieder ein maximales Ideal, nämlich $p = (x-v_x) ⊂ A$.
|
||||
Dies ist das maximale Ideal des Punktes $π(v)$.
|
||||
zugehörendem maximalen Ideal $q ⊂ B$. Dann ist das Ideal $p := q ∩ A$ wieder
|
||||
ein maximales Ideal, nämlich $p = (x-v_x) ⊂ A$. Dies ist das maximale Ideal
|
||||
des Punktes $π(v)$.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
Der erste Satz von
|
||||
Cohen\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Irvin_Cohen}{Irvin Sol Cohen}
|
||||
(* 1917; † 14. Februar 1955) war ein US-amerikanischer
|
||||
Mathematiker. }-Seidenberg\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Abraham_Seidenberg}{Abraham
|
||||
Seidenberg} (* 2. Juni 1916 in Washington, D.C.; † 3. Mai 1988 in Mailand)
|
||||
war ein US-amerikanischer Mathematiker.} betrachtet eine ganze Ringerweiterung
|
||||
$A ⊂ B$ und vergleicht die Dimensionen, indem man zu jeder Kette von
|
||||
Primidealen $p_{•} ⊂ A$ eine Kette von Primidealen
|
||||
$q_{•} ⊂ B$ konstruiert, wobei die $q_{•}$ jeweils über den
|
||||
$p_{•}$ liegen. Der Satz, der als ``Going up'' bekannt ist, impliziert dann
|
||||
sehr schnell, dass die Dimensionen von $A$ und $B$ übereinstimmen.
|
||||
(* 1917; † 14.~Februar 1955) war ein US-amerikanischer
|
||||
Mathematiker.}-Seidenberg\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Abraham_Seidenberg}{Abraham
|
||||
Seidenberg} (* 2.~Juni 1916 in Washington, D.C.; † 3.~Mai 1988 in Mailand) war
|
||||
ein US-amerikanischer Mathematiker.} betrachtet eine ganze Ringerweiterung $A ⊂
|
||||
B$ und vergleicht die Dimensionen, indem man zu jeder Kette von Primidealen $p_•
|
||||
⊂ A$ eine Kette von Primidealen $q_• ⊂ B$ konstruiert, wobei die $q_•$ jeweils
|
||||
über den $p_•$ liegen. Der Satz, der als „Going up“ bekannt ist, impliziert
|
||||
dann sehr schnell, dass die Dimensionen von $A$ und $B$ übereinstimmen.
|
||||
|
||||
|
||||
\subsection{Beweis des Satzes ``Going up''}
|
||||
\subsection{Beweis des Satzes „Going up“}
|
||||
|
||||
Der Beweis des Satzes ``Going up'' ist nicht kompliziert, aber ein wenig mühsam.
|
||||
Der Beweis des Satzes „Going up“ ist nicht kompliziert, aber ein wenig mühsam.
|
||||
Um den Beweis lesbarer zu machen, habe ich ihn in eine Reihe relativ
|
||||
unabhängiger Aussagen eingeteilt, die einzeln bewiesen werden.
|
||||
|
||||
\begin{satz}\label{satz:12-2-5}
|
||||
\begin{satz}\label{satz:12-2-5}%
|
||||
Es sei $A ⊂ B$ eine ganze Ringerweiterung. Dann gilt Folgendes.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item\label{il:12-2-4-1} Es sei $q ⊂ B$ und $p ⊂ A$ Ideal, wobei
|
||||
$q$ über $p$ liegt. Nach dem Isomorphiesatz gibt es eine kanonische
|
||||
Einbettung
|
||||
\item\label{il:12-2-4-1} Es seien $q ⊂ B$ und $p ⊂ A$ Ideale, wobei $q$ über
|
||||
$p$ liegt. Nach dem Isomorphiesatz gibt es eine kanonische Einbettung
|
||||
\[
|
||||
\factor{A}{p} \rightarrow \factor{B}{q}.
|
||||
\]
|
||||
Dies ist wieder eine ganze Ringerweiterung.
|
||||
|
||||
\item\label{il:12-2-4-2} Falls $S ⊂ A$ ein multiplikatives System ist, dann ist
|
||||
$S^{-1}A \rightarrow S^{-1}B$ eine ganze Ringerweiterung.
|
||||
\item\label{il:12-2-4-2} Falls $S ⊂ A$ ein multiplikatives System ist, dann
|
||||
ist $S^{-1}A \rightarrow S^{-1}B$ eine ganze Ringerweiterung.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
\end{satz}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
@@ -183,16 +181,16 @@ unabhängiger Aussagen eingeteilt, die einzeln bewiesen werden.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{notation}[Schlechte Notation]
|
||||
Es sei $A ⊂ B$ eine ganze Ringerweiterung, es sei $p ⊂ A$ ein
|
||||
Primideal und es sei $S := A ∖ p$. In der Literatur wird die
|
||||
Abbildung $S^{-1}A \rightarrow S^{-1}B$ häufig auch als $A_p \rightarrow B_p$
|
||||
notiert, obwohl $p$ im Allgemeinen kein Primideal in $B$ ist.
|
||||
Es sei $A ⊂ B$ eine ganze Ringerweiterung, es sei $p ⊂ A$ ein Primideal und es
|
||||
sei $S := A∖p$. In der Literatur wird die Abbildung $S^{-1}A \rightarrow
|
||||
S^{-1}B$ häufig auch als $A_p \rightarrow B_p$ notiert, obwohl $p$ im
|
||||
Allgemeinen kein Primideal in $B$ ist.
|
||||
\end{notation}
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}
|
||||
Es seien $A ⊂ B$ eine ganze Erweiterung von Integritätsringen. Weiter
|
||||
seien Primideale $q ⊂ B$ und $p ⊂ A$ gegeben, wobei $q$ über $p$
|
||||
liegt. Dann gelten folgende Äquivalenzen.
|
||||
Es seien $A ⊂ B$ eine ganze Erweiterung von Integritätsringen. Weiter seien
|
||||
Primideale $q ⊂ B$ und $p ⊂ A$ gegeben, wobei $q$ über $p$ liegt. Dann gelten
|
||||
folgende Äquivalenzen.
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\text{Das Ideal $q$ ist maximal.} & ⇔ B/q \text{ ist ein Körper} \\
|
||||
& ⇔ A/p \text{ ist ein Körper} & \text{\ref{il:12-2-4-1} und Blatt 2, Aufgabe 3} \\
|
||||
@@ -200,22 +198,21 @@ unabhängiger Aussagen eingeteilt, die einzeln bewiesen werden.
|
||||
\end{align*}
|
||||
\end{beobachtung}
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Existenz von Primidealen über einem vorgegebenen Ideal]\label{satz:12-2-8}
|
||||
Es sei $A ⊂ B$ eine ganze Erweiterung von Integritätsringen. Weiter sei
|
||||
$p ⊂ A$ ein Primideal. Dann existiert ein Primideal $q ⊂ B$
|
||||
über $A$.
|
||||
\begin{satz}[Existenz von Primidealen über einem vorgegebenen Ideal]\label{satz:12-2-8}%
|
||||
Es sei $A ⊂ B$ eine ganze Erweiterung von Integritätsringen. Weiter sei $p ⊂
|
||||
A$ ein Primideal. Dann existiert ein Primideal $q ⊂ B$ über $A$.
|
||||
\end{satz}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
\video{14-2}
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Primideale über gegebenen Ideal sind nicht ineinander enthalten]
|
||||
Es sei $A ⊂ B$ eine ganze Erweiterung von Integritätsringen. Weiter sei
|
||||
$p ⊂ A$ Primideal und es seien $q_1 ⊂ q_2 ⊂ B$ Primideale
|
||||
über $p$. Dann ist $q_1 = q_2$.
|
||||
\begin{satz}[Primideale über gegebenen Ideal sind nicht ineinander enthalten]\label{satz:12-2-9}
|
||||
Es sei $A ⊂ B$ eine ganze Erweiterung von Integritätsringen. Weiter sei $p ⊂
|
||||
A$ Primideal und es seien $q_1 ⊂ q_2 ⊂ B$ Primideale über $p$. Dann ist $q_1
|
||||
= q_2$.
|
||||
\end{satz}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Betrachte die Lokalisierung $A_p \rightarrow B_p$, dann gilt Folgendes,
|
||||
Betrachte die Lokalisierung $A_p → B_p$. Dann gilt Folgendes,
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item $p·A_p$ ist eindeutiges maximales Ideal in $A_p$,
|
||||
|
||||
@@ -229,7 +226,7 @@ Da $q_1·B_p$ und $q_2·B_p$ über $p·A_p$ liegen, sind sie maximal. Deshalb s
|
||||
die Ideale gleich. Daraus folgt, dass $q_1 = q_2$ ist.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Going up]\label{satz:goingUp}
|
||||
\begin{satz}[Going up]\label{satz:goingUp}%
|
||||
Es sei $A ⊂ B$ eine ganze Erweiterung von Integritätsringen. Weiter seien
|
||||
$p_1 ⊊ p_2 ⊂ A$ Primideale in $A$ und es sei $q_1 ⊂ B$ ein Primideal über
|
||||
$p_1$. Dann gibt es ein Primideal $q_2 ⊂ B$ über $p_2$ welches $q_1$ enthält.
|
||||
@@ -241,7 +238,7 @@ die Ideale gleich. Daraus folgt, dass $q_1 = q_2$ ist.
|
||||
|
||||
\subsection{Anwendungen und geometrische Konsequenzen}
|
||||
|
||||
Zurück zum eigentlichen Ziel: mithilfe des Satzes ``Going up'' können wir jetzt
|
||||
Zurück zum eigentlichen Ziel: mithilfe des Satzes „Going up“ können wir jetzt
|
||||
sehr schnell den Satz~\ref{satz:12-2-2} über die Invarianz der Dimension unter
|
||||
ganzen Ringerweiterungen beweisen.
|
||||
|
||||
@@ -249,39 +246,38 @@ ganzen Ringerweiterungen beweisen.
|
||||
\video{14-4}
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}[Ganze Ringerweiterungen gehören zu surjektiven Morphismen]\label{beo:12-2-11}
|
||||
\begin{beobachtung}[Ganze Ringerweiterungen gehören zu surjektiven Morphismen]\label{beo:12-2-11}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper, es sei $f : X → Y$ ein
|
||||
Morphismus von algebraischen Varietäten über $k$, sodass die Bildmenge $f(X)$
|
||||
dicht in $Y$ liegt. In Proposition~\vref{prop:7-3-4} hatten wir gesehen, dass
|
||||
die zugeordnete Abbildung zwischen den Koordinatenringen,
|
||||
$f^* : k[Y] → k[X]$, dann injektiv ist. Wir können $k[Y]$ also als
|
||||
Unterring von $k[X]$ auffassen. Was bedeutet es, wenn wir annehmen, dass
|
||||
diese Ringerweiterung ganz ist? Wir können diese Frage nicht vollständig
|
||||
beantworten, aber eines ist klar: gegeben ein Punkt $y ∈ Y$, also ein
|
||||
maximales Ideal $m_y ⊂ k[Y]$, dann existiert nach Satz~\ref{satz:12-2-8}
|
||||
ein Primideal $p ⊂ k[X]$ über $m_Y$. Inbesonders gibt es ein maximales
|
||||
Ideal $m_x ⊂ k[X]$ über $m_Y$. Überlegen Sie sich, was das geometrisch
|
||||
bedeutet: es gibt einen Punkt $x ∈ X$, der auf $y ∈ Y$ abgebildet wird.
|
||||
Die Abbildung $f$ muss also surjektiv sein!
|
||||
die zugeordnete Abbildung zwischen den Koordinatenringen, $f^* : k[Y] → k[X]$,
|
||||
dann injektiv ist. Wir können $k[Y]$ also als Unterring von $k[X]$ auffassen.
|
||||
Was bedeutet es, wenn wir annehmen, dass diese Ringerweiterung ganz ist? Wir
|
||||
können diese Frage nicht vollständig beantworten, aber eines ist klar: gegeben
|
||||
ein Punkt $y ∈ Y$, also ein maximales Ideal $m_y ⊂ k[Y]$, dann existiert nach
|
||||
Satz~\ref{satz:12-2-8} ein Primideal $p ⊂ k[X]$ über $m_Y$. Insbesondere gibt
|
||||
es ein maximales Ideal $m_x ⊂ k[X]$ über $m_Y$. Überlegen Sie sich, was das
|
||||
geometrisch bedeutet: Es gibt einen Punkt $x ∈ X$, der auf $y ∈ Y$ abgebildet
|
||||
wird. Die Abbildung $f$ muss also surjektiv sein!
|
||||
\end{beobachtung}
|
||||
|
||||
\begin{fakt}
|
||||
Es sei $f : X → Y$ ein Morphismus von algebraischen Varietäten über $ℂ$,
|
||||
sodass die Bildmenge $f(X)$ dicht in $Y$ liegt. Dann gilt: die Abbildung
|
||||
$f^* : k[Y] → k[X]$ ist genau dann eine ganze Ringerweiterung, wenn $f$
|
||||
surjektiv ist, alle Fasern endlich sind und $f$ eigentlich ist. Erinnern Sie
|
||||
sich, was das Wort ``eigentlich'' in der Topologie bedeutet: Urbilder
|
||||
kompakter Mengen sind wieder kompakt.
|
||||
sodass die Bildmenge $f(X)$ dicht in $Y$ liegt. Dann gilt: Die Abbildung $f^*
|
||||
: k[Y] → k[X]$ ist genau dann eine ganze Ringerweiterung, wenn $f$ surjektiv
|
||||
ist, alle Fasern endlich sind und $f$ bezüglich der Euklidischen Topologie
|
||||
eigentlich ist. Erinnern Sie sich, was das Wort „eigentlich“ in der Topologie
|
||||
bedeutet: Urbilder kompakter Mengen sind wieder kompakt.
|
||||
\end{fakt}
|
||||
|
||||
|
||||
\section{Going down}
|
||||
|
||||
\sideremark{Vorlesung 15}Die Umkehrung von Satz~\ref{satz:goingUp} (``Going
|
||||
up'') ist im Allgemeinen falsch, aber mit Zusatzannahmen richtig. Das
|
||||
Zauberwort heißt ``Normalität''.
|
||||
\sideremark{Vorlesung 15}Die Umkehrung von Satz~\ref{satz:goingUp} („Going up“)
|
||||
ist im Allgemeinen falsch, aber mit Zusatzannahmen richtig. Das Zauberwort
|
||||
heißt „Normalität“.
|
||||
|
||||
\begin{defn}\label{def:12-3-1}
|
||||
\begin{defn}\label{def:12-3-1}%
|
||||
Ein Integritätsring $A$ heißt \emph{normal}\index{normaler Ring}, wenn $A$
|
||||
ganz abgeschlossen im Quotientenkörper $Q(A)$ liegt. Mit anderen Worten: $A$
|
||||
ist normal, wenn die folgende Gleichheit gilt:
|
||||
@@ -291,28 +287,28 @@ Zauberwort heißt ``Normalität''.
|
||||
\]
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Going down]\label{satz:goingDown}
|
||||
\begin{satz}[Going down]\label{satz:goingDown}%
|
||||
Es sei $A ⊂ B$ eine ganze Erweiterung von Integritätsringen. Weiter seien
|
||||
Primideale $p_1 ⊂ p_2 ⊂ A$ und $q_2 ⊂ B$ gegeben, wobei $q_2$ über $p_2$
|
||||
liegt. Falls $A$ normal ist, dann gibt es ein Primideal $q_1 ⊂ q_2 ⊂ B$ mit
|
||||
$q_1 ∩ A = p_1$. \qed
|
||||
\end{satz}
|
||||
|
||||
Anwendungen des Satzes ``Going down'' kommen in den Übungen. Obwohl der Beweis
|
||||
nicht kompliziert ist, möchte ich den Satz ``Going down'' in dieser Vorlesung
|
||||
Anwendungen des Satzes „Going down“ kommen in den Übungen. Obwohl der Beweis
|
||||
nicht kompliziert ist, möchte ich den Satz „Going down“ in dieser Vorlesung
|
||||
nicht vertiefen und auch nicht beweisen.
|
||||
|
||||
|
||||
\subsection{Normale Ringe}
|
||||
|
||||
Stattdessen interessiere ich mich für den Begriff des ``normalen Ringes''. Zum
|
||||
einen ist der Satz ``Going down'' natürlich nur dann interessant, wenn wir in
|
||||
Stattdessen interessiere ich mich für den Begriff des „normalen Ringes“. Zum
|
||||
einen ist der Satz „Going down“ natürlich nur dann interessant, wenn wir in
|
||||
relevante Situationen die Normalität tatsächlich entscheiden können. Zum
|
||||
anderen ist Normalität eine ausgesprochen interessante Eigenschaft, auch wenn
|
||||
ich die geometrischen Konsequenzen in dieser Vorlesung nicht wirklich
|
||||
diskutieren kann.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Normalität ist lokal]\label{satz:12-3-3}
|
||||
\begin{satz}[Normalität ist lokal]\label{satz:12-3-3}%
|
||||
Es sei $A$ ein Integritätsring. Dann sind die folgenden Aussagen äquivalent.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item\label{12-3-3-1} Der Ring $A$ ist normal.
|
||||
@@ -326,7 +322,7 @@ diskutieren kann.
|
||||
|
||||
Der Beweis folgt nach einem kurzen Lemma.
|
||||
|
||||
\begin{lem}[Lokalisierung und ganzer Abschluss]\label{lem:12-3-4}
|
||||
\begin{lem}[Lokalisierung und ganzer Abschluss]\label{lem:12-3-4}%
|
||||
Es $A ⊂ B$ eine Erweiterung von Integritätsringen und es sei $C ⊂ B$ der ganze
|
||||
Abschluss von $A$ in $B$. Gegeben ein multiplikatives System $S ⊂ A$, dann
|
||||
ist $S^{-1}C$ der ganze Abschluss von $S^{-1}A$ in $S^{-1}B$.
|
||||
@@ -343,16 +339,16 @@ Der Beweis folgt nach einem kurzen Lemma.
|
||||
\frac{a_{n-1}}{s_{n-1}}·\Bigl(\frac{b}{s}\Bigr)^{n-1} + ⋯ +
|
||||
\frac{a_0}{s_0} = 0,
|
||||
\end{equation}
|
||||
wobei die Elemente $\frac{a_i}{s_i} ∈ S^{-1}A$ sind. Setze
|
||||
$t := s_0 ⋯ s_{n-1} ∈ S$, multipliziere die Gleichung~\eqref{eq:12-3-4-0} mit
|
||||
dem Element $s·t ∈ S$ und erhalte
|
||||
wobei die Elemente $\frac{a_i}{s_i} ∈ S^{-1}A$ sind. Setze $t := s_0 ⋯
|
||||
s_{n-1} ∈ S$, multipliziere die Gleichung~\eqref{eq:12-3-4-0} mit dem Element
|
||||
$s^n·t^n ∈ S$ und erhalte
|
||||
\[
|
||||
\Bigl(b·t \Bigr)^n + a_{n-1}\frac{st}{s_1} \Bigl(b·t \Bigr)^{n-1} + ⋯ +
|
||||
a_0 \frac{s^n t^n}{s_0} = 0.
|
||||
\Bigl(b·t \Bigr)^n + a_{n-1}\frac{s·t}{s_1} \Bigl(b·t \Bigr)^{n-1} + ⋯ +
|
||||
a_0 \frac{s^n·t^n}{s_0} = 0.
|
||||
\]
|
||||
Dies ist eine Ganzheitsgleichung für das Element $b·t ∈ B$ über $A$. Also ist
|
||||
$b·t ∈ C$ und es folgt die gewünschte Aussage
|
||||
$\frac{b}{s} = \frac{bt}{st} ∈ S^{-1}C$.
|
||||
$b·t ∈ C$ und es folgt die gewünschte Aussage $\frac{b}{s} = \frac{bt}{st} ∈
|
||||
S^{-1}C$.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{proof}[Beweis von Satz~\ref{satz:12-3-3}]
|
||||
@@ -370,8 +366,8 @@ Der Beweis folgt nach einem kurzen Lemma.
|
||||
A_p\text{ ist normal} \iff i_p : A_p → C_p \text{ ist surjektiv.}
|
||||
\]
|
||||
Da Surjektivität nach Korollar~\ref{kor:10-5-3} eine lokale Eigenschaft ist,
|
||||
folgt die Äquivalenz von \ref{12-3-3-1} und \ref{12-3-3-2}. Der Beweis
|
||||
für maximale Ideal folgt natürlich analog.
|
||||
folgt die Äquivalenz von \ref{12-3-3-1} und \ref{12-3-3-2}. Der Beweis für
|
||||
maximale Ideal folgt natürlich analog.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{satz}
|
||||
@@ -382,8 +378,8 @@ Der Beweis folgt nach einem kurzen Lemma.
|
||||
zeigen, dass $x ∈ A$ ist. Weil $A$ faktoriell ist, finden wir eine
|
||||
Darstellung von $x$ als Bruch der Form $x = \frac{p}{q}$, wobei entweder $q$
|
||||
eine Einheit ist oder $p$ und $q$ teilerfremd sind. Per Annahme erfüllt $x$
|
||||
eine Ganzheitsgleichung über $A$. Es gibt also $a_i ∈ A$, sodass in $Q(A)$ die
|
||||
Gleichung
|
||||
eine Ganzheitsgleichung über $A$. Es gibt also $a_i ∈ A$, sodass in $Q(A)$
|
||||
die Gleichung
|
||||
\begin{equation}\label{eq:12-3-5-1}
|
||||
\Bigl( \frac{p}{q} \Bigr)^n + a_{n-1}·\Bigl( \frac{p}{q} \Bigr)^{n-1} +
|
||||
⋯ + a_0 = 0
|
||||
|
||||
183
13.tex
183
13.tex
@@ -9,10 +9,10 @@ nach der Dimension eines beliebigen Ringes auf die Frage nach der Dimension
|
||||
eines Polynomrings zurückzuführen. Die Formulierung des Satzes über die
|
||||
Noether-Normalisierung ist aber zunächst einmal recht technisch.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Noether-Normalisierung]\label{satz:13-0-1}
|
||||
\begin{satz}[Noether-Normalisierung]\label{satz:13-0-1}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es sei $A$ eine endlich erzeugte $k$-Algebra.
|
||||
Weiter sei $I ⊂ A$ ein Ideal. Dann gibt es Zahlen $α ≤ d$ und Elemente
|
||||
$y_1, …, y_d ∈ A$, sodass Folgendes gilt.
|
||||
Weiter sei $I ⊂ A$ ein Ideal. Dann gibt es Zahlen $α ≤ d$ und Elemente $y_1,
|
||||
…, y_d ∈ A$, sodass Folgendes gilt.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item\label{il:13-0-1-1} Die Menge $\{y_1, …, y_d \}$ ist algebraisch
|
||||
unabhängig über $k$.
|
||||
@@ -40,12 +40,12 @@ viel einfacheren Polynomring.
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es sei $A$ eine endlich erzeugte $k$-Algebra. Es
|
||||
sei $k$ ein Körper und es sei $A$ eine endlich erzeugte $k$-Algebra. Eine
|
||||
endliche Menge $\{ y_1, …, y_d \} ⊂ A$ wird \emph{Noether-Normalisierung von
|
||||
$A$}\index{Noether-Normalisierung} genannt, wenn Eigenschaften
|
||||
$A$}\index{Noether-Normalisierung} genannt, wenn Eigenschaften
|
||||
\ref{il:13-0-1-1} und \ref{il:13-0-1-2} gelten.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Satz~\ref{satz:13-0-1} über die Noether-Normalisierung] funktioniert mit
|
||||
Satz~\ref{satz:13-0-1} über die Noether-Normalisierung funktioniert mit
|
||||
endlich erzeugten Algebren über Körpern. Die Frage, ob der Satz auch über $ℤ$
|
||||
funktioniert, ist Gegenstand von Forschung.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
@@ -54,22 +54,23 @@ viel einfacheren Polynomring.
|
||||
\section{Geometrische Interpretation}
|
||||
\label{sec:13-1}
|
||||
|
||||
Das Wörterbuch ``Algebra und Geometrie'' erklärt, was der Satz über die
|
||||
Noether-Normalisierung geometrisch bedeutet. Dazu betrachten wir den Fall, dass
|
||||
$k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und $A := k[X]$ der affine
|
||||
Koordinatenring einer algebraischen $k$-Varietät $X$ ist. Weiter sei $Z ⊂ X$
|
||||
eine Untervarietät mit zugehörendem Ideal $I ⊂ A$. In dieser Situation liefert
|
||||
Satz~\ref{satz:13-0-1} Elemente $y_1, …, y_d ⊂ A$. Der Ring $k[y_1, …, y_d]$
|
||||
ist ein reduzierter Unterring des reduzierten Ringes $k[X]$, gehört also nach
|
||||
Beobachtung~\vref{beob:7-3-9} zu einer affinen algebraischen Varietät $Y$. Die
|
||||
Inklusionsabbildung $k[y_1, …, y_d] → k[X]$ gehört nach Satz~\vref{satz:7-3-3}
|
||||
zu einem Morphismus $π : X → Y$ von affinen Varietäten. Die Inklusionsabbildung
|
||||
ist injektiv, also wissen wir nach Proposition~\vref{prop:7-3-4}, dass das Bild
|
||||
von $π$ eine Zariski-dichte Teilmenge von $Y$ ist. Der Satz über die
|
||||
Noether-Normalisierung beschreibt die Abbildung $π$ ziemlich detailliert.
|
||||
Das Wörterbuch „Algebra und Geometrie“ erklärt, was der Satz über die
|
||||
Noether-Normal\-isier\-ung geometrisch bedeutet. Dazu betrachten wir den Fall,
|
||||
dass $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und $A := k[X]$ der affine
|
||||
Koordinatenring einer irreduziblen algebraischen $k$-Varietät $X$ ist. Weiter
|
||||
sei $Z ⊂ X$ eine Untervarietät mit zugehörendem Ideal $I ⊂ A$. In dieser
|
||||
Situation liefert Satz~\ref{satz:13-0-1} Elemente $y_1, …, y_d ⊂ A$. Der Ring
|
||||
$k[y_1, …, y_d]$ ist ein reduzierter Unterring des reduzierten Ringes $k[X]$,
|
||||
gehört also nach Beobachtung~\vref{beob:7-3-9} zu einer affinen algebraischen
|
||||
Varietät $Y$. Die Inklusionsabbildung $k[y_1, …, y_d] → k[X]$ gehört nach
|
||||
Satz~\vref{satz:7-3-3} zu einem Morphismus $π : X → Y$ von affinen Varietäten.
|
||||
Die Inklusionsabbildung ist injektiv, also wissen wir nach
|
||||
Proposition~\vref{prop:7-3-4}, dass das Bild von $π$ eine Zariski-dichte
|
||||
Teilmenge von $Y$ ist. Der Satz über die Noether-Normalisierung beschreibt die
|
||||
Abbildung $π$ ziemlich detailliert.
|
||||
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Nach Aussage~\ref{il:13-0-1-1} Die Menge $\{y_1, …, y_d \}$ ist
|
||||
\item Nach Aussage~\ref{il:13-0-1-1} ist die Menge $\{y_1, …, y_d \}$
|
||||
algebraisch unabhängig. Der Ring $k[y_1, …, y_d]$ ist deshalb isomorph zum
|
||||
Polynomring $k[x_1, …, x_d]$. Die Varietät $Y$ ist also isomorph zum affinen
|
||||
Raum $𝔸^d_k$. Das Ideal $(y_{α+1}, …, y_d)$ ist dann das Ideal des linearen
|
||||
@@ -78,11 +79,11 @@ Noether-Normalisierung beschreibt die Abbildung $π$ ziemlich detailliert.
|
||||
V := \{ y_{α + 1} = ⋯ = y_d = 0 \} ⊂ 𝔸^d_k.
|
||||
\]
|
||||
|
||||
\item Nach Aussage~\ref{il:13-0-1-2} ist die Ringerweiterung
|
||||
$k[y_1, …, y_d] ⊂ A$ ganz. Wir hatten schon in Beobachtung~\vref{beo:12-2-11}
|
||||
gesehen, dass die Abbildung $π: X → 𝔸^d_k$ dann surjektiv ist. Außerdem
|
||||
wissen wir nach Satz~\vref{satz:12-2-2}, dass $\dim X = \dim 𝔸^d_k$ ist ---
|
||||
aber leider kennen wir $\dim 𝔸^d_k$ nur im Fall wo $d = 0$ oder $d = 1$ ist.
|
||||
\item Nach Aussage~\ref{il:13-0-1-2} ist die Ringerweiterung $k[y_1, …, y_d] ⊂
|
||||
A$ ganz. Wir hatten schon in Beobachtung~\vref{beo:12-2-11} gesehen, dass die
|
||||
Abbildung $π: X → 𝔸^d_k$ dann surjektiv ist. Außerdem wissen wir nach
|
||||
Satz~\vref{satz:12-2-2}, dass $\dim X = \dim 𝔸^d_k$ ist --- aber leider
|
||||
kennen wir $\dim 𝔸^d_k$ nur im Fall wo $d = 0$ oder $d = 1$ ist.
|
||||
|
||||
\item Überlegen Sie sich selbst: Aussage~\ref{il:13-0-1-3} bedeutet, dass der
|
||||
Zariski-Abschluss der Bildmenge $π(Z)$ gerade die lineare Ebene $V$ ist.
|
||||
@@ -98,13 +99,13 @@ Ganz ähnlich diskutieren wir jetzt die Zusatzaussage.
|
||||
k[x_1, …, x_n] → k[X], \quad f(x_1, …, x_n) ↦ f(e_1, …, e_n)
|
||||
\]
|
||||
surjektiv. Nach Proposition~\vref{prop:7-3-5} gehört zu dieser Ringabbildung
|
||||
eine injektive Abbildung $ι : X → 𝔸^n_k$, wir können $X$ also als algebraische
|
||||
Teilmenge von $𝔸^n_k$ auffassen.
|
||||
eine injektive Abbildung $ι : X → 𝔸^n_k$, wir können $X$ also als
|
||||
algebraische Teilmenge von $𝔸^n_k$ auffassen.
|
||||
|
||||
\item Die Aussage ``die $y_•$ sind Linearkombinationen der $e_•$'' beschreibt
|
||||
$π$ als lineare Projektion. Genauer: die Aussage bedeutet, dass es eine
|
||||
lineare Abbildung $p : 𝔸^n_k → 𝔸^d_k$ gibt, sodass $π$ gleich der
|
||||
Einschränkung $p|_X$ ist. Da $π$ surjektiv war, muss auch $p$ surjektiv sein.
|
||||
\item Die Aussage „die $y_•$ sind Linearkombinationen der $e_•$“ beschreibt $π$
|
||||
als lineare Projektion. Genauer: die Aussage bedeutet, dass es eine lineare
|
||||
Abbildung $p : 𝔸^n_k → 𝔸^d_k$ gibt, sodass $π$ gleich der Einschränkung
|
||||
$p|_X$ ist. Da $π$ surjektiv war, muss auch $p$ surjektiv sein.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\begin{figure}
|
||||
@@ -163,16 +164,15 @@ vorbereitenden Lemma.
|
||||
|
||||
\begin{lem}
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es sei $f ∈ k[x_1, …, x_n] ∖ \{0\}$. Dann gibt es
|
||||
ein $α ∈ k^*$ und Polynome $y_1, …, y_{n-1}$ von der Form
|
||||
$y_i = x_i - x_n^{r_i}$, sodass das Polynom $f$ wie folgt geschrieben werden
|
||||
kann,
|
||||
ein $α ∈ k^*$ und Polynome $y_1, …, y_{n-1}$ von der Form $y_i = x_i -
|
||||
x_n^{r_i}$, sodass das Polynom $f$ wie folgt geschrieben werden kann,
|
||||
\[
|
||||
f(x_1,…,x_n) = α·x_n^m + G_1(y_1, …, y_{n-1})·x_n^{m-1} + ⋯ + G_m(y_1, …,
|
||||
y_{n-1}).
|
||||
\]
|
||||
Zusätzlich gilt: Wenn der Körper $k$ unendlich viele Elemente enthält, dann
|
||||
gilt eine analoge Aussage auch für Elemente $y_i$ der Form
|
||||
$y_i = x_i - a_i·x_n$, wobei $a_i ∈ k$.
|
||||
gilt eine analoge Aussage auch für Elemente $y_i$ der Form $y_i = x_i -
|
||||
a_i·x_n$, wobei $a_i ∈ k$.
|
||||
\end{lem}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Der allgemeine Fall ist im \video{16-1} bewiesen. Die Zusatzaussage ist im
|
||||
@@ -207,9 +207,8 @@ beweisen wir den Satz zunächst in zwei Spezialfällen.
|
||||
|
||||
\section{Geometrische Konsequenzen}
|
||||
|
||||
Als erste echte Anwendung des Satzes über die
|
||||
Noether-Normalisierung klären wir die längst überfällige Frage, was die
|
||||
Dimension des affinen Raums ist.
|
||||
Als erste echte Anwendung des Satzes über die Noether-Normalisierung klären wir
|
||||
die längst überfällige Frage, was die Dimension des affinen Raums ist.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Dimension des affinen Raumes]\label{satz:13-3-1a}
|
||||
Es sei $k$ ein Körper. Dann ist
|
||||
@@ -221,12 +220,12 @@ Dimension des affinen Raums ist.
|
||||
\video{17-2}
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Noether-Normalisierung und Dimension]\label{satz:13-3-1b}
|
||||
\begin{satz}[Noether-Normalisierung und Dimension]\label{satz:13-3-1b}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper, es sei $A$ eine endlich
|
||||
erzeugte $k$-Algebra und es sei $\{y_1, …, y_d\}$ eine Noether-Normalisierung
|
||||
von $A$. Dann ist $\dim A = d$. Wenn $A$ zusätzlich noch ein Integritätsring
|
||||
ist, dann haben alle maximal langen Primidealketten\footnote{Maximal lang =
|
||||
kann nicht durch Einfügen von Zwischen-Primidealen verlängert werden} in $A$
|
||||
kann nicht durch Einfügen von Zwischen-Primidealen verlängert werden} in $A$
|
||||
die Länge $d$.
|
||||
\end{satz}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
@@ -237,7 +236,7 @@ Dimension des affinen Raums ist.
|
||||
|
||||
\begin{aufgabe}
|
||||
Finden Sie einen geometrisch sinnvollen Nicht-Integritätsring in dem es zwei
|
||||
unterschiedlich lange maximal lange Primidealketten gibt! Tipp: die
|
||||
unterschiedlich lange maximal lange Primidealketten gibt! Tipp: Die
|
||||
verschiedenen irreduziblen Komponenten einer algebraischen Menge müssen nicht
|
||||
dieselbe Dimension haben.
|
||||
\end{aufgabe}
|
||||
@@ -252,17 +251,16 @@ Dimension des affinen Raums ist.
|
||||
Schreibe $A$ in der Form $A = k[x_1, …, x_n]/I$ und wähle eine
|
||||
Noether-Normalisierung $\{y_1, …, y_d\} ⊂ A$. Dann wissen wir nach
|
||||
Satz~\ref{satz:13-3-1b}, dass $\dim A = d$ ist. Auf der anderen Seite sind
|
||||
die Elemente $y_1, …, y_d$ algebraisch unabhängig, sodass
|
||||
$\trdeg_k k(y_1, …, y_d) = d$ ist. Schließlich wissen wir noch, dass die
|
||||
Körpererweiterung $k(y_1, …, y_d) ⊂ Q(A)$ algebraisch ist, sodass sich
|
||||
der Transzendenzgrad nicht ändert, $\trdeg_k k(y_1, …, y_d) = \trdeg_k Q(A)$.
|
||||
die Elemente $y_1, …, y_d$ algebraisch unabhängig, sodass $\trdeg_k k(y_1, …,
|
||||
y_d) = d$ ist. Schließlich wissen wir noch, dass die Körpererweiterung
|
||||
$k(y_1, …, y_d) ⊂ Q(A)$ algebraisch ist, sodass sich der Transzendenzgrad
|
||||
nicht ändert, $\trdeg_k k(y_1, …, y_d) = \trdeg_k Q(A)$.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{kor}
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei
|
||||
$X ⊂ 𝔸^n_k$ eine algebraische Varietät. Dann existiert eine lineare
|
||||
Projektion $p : 𝔸^n_k → 𝔸^d_k$, sodass die Einschränkung von $p$ auf $X$
|
||||
endlich und surjektiv ist.
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei $X ⊂ 𝔸^n_k$ eine
|
||||
algebraische Varietät. Dann existiert eine lineare Projektion $p : 𝔸^n_k →
|
||||
𝔸^d_k$, sodass die Einschränkung von $p$ auf $X$ endlich und surjektiv ist.
|
||||
\end{kor}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Die Aussage folgt aus der Diskussion in Abschnitt~\ref{sec:13-1}, wenn wir uns
|
||||
@@ -275,17 +273,16 @@ Dimension des affinen Raums ist.
|
||||
Topologie kompakt, wenn Sie endlich sind.
|
||||
\end{kor}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Lineare Projektionen $𝔸^n_{ℂ} → 𝔸^d_{ℂ}$ sind bezüglich der Euklidischen
|
||||
Lineare Projektionen $𝔸^n_ℂ → 𝔸^d_ℂ$ sind bezüglich der Euklidischen
|
||||
Topologie stetig. Insbesondere sind Bilder von Mengen, die bezüglich der
|
||||
Euklidischen Topologie kompakt sind, selbst wieder kompakt bezüglich der
|
||||
Euklidischen Topologie. Der einzige kompakte affine Raum ist aber
|
||||
$𝔸⁰_{ℂ}$.
|
||||
Euklidischen Topologie. Der einzige kompakte affine Raum ist aber $𝔸⁰_ℂ$.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
Das letzte Korollar verwendet den Begriff der \emph{Höhe} eine Primideals. Das
|
||||
ist eine recht einfache Abwandlung der Definition von Dimension.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Höhe eines Primideals]\label{def:height}
|
||||
\begin{defn}[Höhe eines Primideals]\label{def:height}%
|
||||
Es sei $R$ ein Ring und es sei $p ⊂ R$ ein Primideal. Die
|
||||
\emph{Höhe}\index{Höhe eines Primideals} von $p$ ist das Maximum aller Längen
|
||||
von Ketten von Primidealen
|
||||
@@ -295,47 +292,68 @@ ist eine recht einfache Abwandlung der Definition von Dimension.
|
||||
In der Literatur wird die Höhe von $p$ meist mit $\height(p)$ bezeichnet.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}\label{bsp:13-3-8}
|
||||
Es sei $k$ ein Körper, es sei $R = k[y_1, …, y_d]$ und es sei
|
||||
$q = (y_α, …, y_d)$. Überlegen Sie sich als Übung, dass das Maximum aller
|
||||
Längen von Ketten von Primidealen von der folgenden Kette
|
||||
\begin{bsp}\label{bsp:13-3-8}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper, es sei $R = k[y_1, …, y_d]$ und es sei $q = (y_α, …,
|
||||
y_d)$. Überlegen Sie sich als Übung, dass das Maximum aller Längen von Ketten
|
||||
von Primidealen von der folgenden Kette
|
||||
\[
|
||||
(0) ⊊ (y_{α + 1}) ⊊ (y_{α + 1}, y_{α + 2}) ⊊ ⋯ ⊊ (y_{α + 1},…, y_{d}) = p
|
||||
\]
|
||||
angenommen wird. Also ist $\height p = d-α$.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{kor}\label{kor:13-3-9}
|
||||
\begin{bsp}\label{bsp:13-3-9}%
|
||||
Es sei $A ⊂ B$ eine ganze Erweiterung von Integritätsringen. Weiter seien $p
|
||||
⊂ A$ und $q ⊂ B$ Primideale, sodass $q$ über $p$ liegt.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Gegeben eine strikte Kette $q_0 ⊊ q_1 ⊊ ⋯ ⊊ q_m = q$ von Primidealen
|
||||
in $B$, so setze $p_i := q_i ∩ A$ und erhalte eine Kette $p_0 ⊊ p_1 ⊊ ⋯ ⊊
|
||||
p_m = p$ von Primidealen in $A$, die nach Satz~\ref{satz:12-2-9} strikt ist.
|
||||
Insbesondere ist $\height p ≥ \height q$.
|
||||
|
||||
\item Gegeben sei eine strikte Kette $p_0 ⊊ p_1 ⊊ ⋯ ⊊ p_m = p$ von
|
||||
Primidealen in $A$. Wenn $A$ normal ist, dann gibt es nach
|
||||
Satz~\ref{satz:goingDown} („\foreignlanguage{english}{Going Down}“) eine
|
||||
strikte Kette $q_0 ⊊ q_1 ⊊ ⋯ ⊊ q_m = q$ von Primidealen in $B$, wobei die
|
||||
$q_•$ über den $p_•$ liegen. Insbesondere ist $\height q ≥ \height p$.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{kor}\label{kor:13-3-10}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei $A$ ein
|
||||
Integritätsring der Form $A = k[x_1, …, x_n]/I$. Gegeben ein Primideal
|
||||
$p ⊂ A$ ein Primideal, dann ist
|
||||
Integritätsring der Form $A = k[x_1, …, x_n]/I$. Gegeben ein Primideal $p ⊂
|
||||
A$, dann ist
|
||||
\[
|
||||
\dim A = \height(p) + \dim(A/p).
|
||||
\]
|
||||
\end{kor}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Wende Satz~\ref{satz:13-0-1} (``Noether-Normalisierung'') auf $p ⊂ A$ an und
|
||||
Wende Satz~\ref{satz:13-0-1} („Noether-Normalisierung“) auf $p ⊂ A$ an und
|
||||
erhalte Elemente $y_1, …, y_d ∈ A$, sodass die bekannten Eigenschaften gelten.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Die Menge $\{y_1, …, y_d\}$ ist algebraisch unabhängig über $k$ und
|
||||
$k[y_1, …, y_d]$ ist deshalb isomorph zum Polynomring, also insbesondere
|
||||
normal.
|
||||
|
||||
\item Die Ringerweiterung $k[y_1, …, y_d] ⊂ A$ ist ganz. Also ist nach
|
||||
Satz~\ref{satz:12-2-2} (``Dimension ist invariant unter ganzen
|
||||
Ringerweiterungen'') und Satz~\ref{satz:13-3-1a} (``Dimension des affinen
|
||||
Raumes'')
|
||||
Satz~\ref{satz:12-2-2} („Dimension ist invariant unter ganzen
|
||||
Ringerweiterungen“) und Satz~\ref{satz:13-3-1a} („Dimension des affinen
|
||||
Raumes“)
|
||||
\[
|
||||
\dim A = \dim k[y_1, …,y_d] = d.
|
||||
\]
|
||||
|
||||
\item Das Ideal $q := p ∩ k[y_1, …, y_d]$ ist von der Form
|
||||
$q = (y_α, …, y_d)$, also ist
|
||||
\[
|
||||
k[y_1, …,y_d]/q \simeq k[y_1, …, y_α]
|
||||
k[y_1, …,y_d]/q \simeq k[\overline{y_1}, …, \overline{y_α}]
|
||||
\]
|
||||
und dieser Ring hat die Dimension $α$. Zusätzlich gilt nach
|
||||
Beispiel~\ref{bsp:13-3-8} die Gleichung $\height q = d-α$.
|
||||
und dieser Ring hat die Dimension $α$.
|
||||
|
||||
\item Nach Beispiel~\ref{bsp:13-3-8} ist $\height q = d-α$. Nach
|
||||
Beispiel~\ref{bsp:13-3-9} ist $\height p = \height q$.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
Zuguterletzt: Da die Erweiterung $k[y_1, …,y_d]/q ⊂ k[x_1, …,x_n]/p$ nach
|
||||
Zu guter Letzt: Da die Erweiterung $k[y_1, …,y_d]/q ⊂ k[x_1, …,x_n]/p$ nach
|
||||
Satz~\ref{satz:12-2-5} wieder ganz ist, haben die beiden Ringe die gleiche
|
||||
Dimension. Zusammen erhalten wir
|
||||
\[
|
||||
@@ -345,11 +363,11 @@ ist eine recht einfache Abwandlung der Definition von Dimension.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{warnung}[Dimensionsbegriff für beliebige Ringe]
|
||||
In Korollar~\ref{kor:13-3-9} ist die Annahme, dass $A$ von der Form
|
||||
$A = K[x_1, …,x_n]/I$ ist, absolut notwendig. Für beliebige Ringe ist die
|
||||
Aussage des Korollars falsch! Tatsächlich verhält sich der Begriff
|
||||
``Dimension'' für beliebige Ringe ziemlich kontra-intuitiv und ist in der
|
||||
Praxis einigermaßen sinnlos.
|
||||
In Korollar~\ref{kor:13-3-10} ist die Annahme, dass $A$ von der Form $A =
|
||||
K[x_1, …,x_n]/I$ ist, absolut notwendig. Für beliebige Ringe ist die Aussage
|
||||
des Korollars falsch! Tatsächlich verhält sich der Begriff „Dimension“ für
|
||||
beliebige Ringe ziemlich kontra-intuitiv und ist in der Praxis einigermaßen
|
||||
sinnlos.
|
||||
\end{warnung}
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -357,19 +375,19 @@ ist eine recht einfache Abwandlung der Definition von Dimension.
|
||||
|
||||
Das Kapitel über Dimension wäre nicht vollständig ohne den Krullschen
|
||||
Hauptidealsatz. Der Beweis ist recht algebraisch, aber mit unseren Methoden
|
||||
(``Going Up/Down + Noether Normalisierung'') jetzt ohne weiteres möglich.
|
||||
Dennoch möchte ich lieber im Stoff vorankommen und nenne den Satz deshalb hier
|
||||
nur ohne Beweis.
|
||||
(„Going Up/Down + Noether Normalisierung“) jetzt ohne weiteres möglich. Dennoch
|
||||
möchte ich lieber im Stoff vorankommen und nenne den Satz deshalb hier nur ohne
|
||||
Beweis.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Krullscher Hauptidealsatz]
|
||||
Es sei $R$ ein noetherscher Integritätsring und es sei $0 ⊊ (f) ⊊ R$ ein
|
||||
Hauptideal, das gleichzeitig ein Radikalideal ist. Schreibe das Ideal $(f)$
|
||||
gemäß Satz~\ref{satz:6-2-3} als Schnitt von endlich vielen Primidealen,
|
||||
$(f) = p_1 ∩ ⋯ ∩ p_l$. Dann gilt die Gleichung $\height(p_i) = 1$ für alle
|
||||
Indizes $i$. \qed
|
||||
gemäß Satz~\ref{satz:6-2-3} als Schnitt von endlich vielen Primidealen, $(f) =
|
||||
p_1 ∩ ⋯ ∩ p_l$. Dann gilt die Gleichung $\height(p_i) = 1$ für alle Indizes
|
||||
$i$. \qed
|
||||
\end{satz}
|
||||
|
||||
Zusammen mit Korollar~\ref{kor:13-3-9} sagt der Krullsche Hauptidealsatz unter
|
||||
Zusammen mit Korollar~\ref{kor:13-3-10} sagt der Krullsche Hauptidealsatz unter
|
||||
anderem Folgendes: Sei $f ∈ k[x_1, …, x_n] ∖ \{ 0\}$ ein Polynom. Dann hat jede
|
||||
irreduzible Komponente von $V(f)$ die Dimension $n-1$.
|
||||
|
||||
@@ -380,10 +398,11 @@ Die Noether-Normalisierung ist wichtig, denn sie vergleicht einen (potenziell
|
||||
sehr komplizierten) Ring mit dem sehr viel einfacheren Polynomring. Wir haben
|
||||
allerdings überhaupt nicht geklärt, wie man in einer konkreten Situation
|
||||
eigentlich an eine Noether-Normalisierung kommt. Ich sehe zwei Ansätze.
|
||||
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Wie so ziemlich alles in der algebraischen Geometrie kann man
|
||||
Noether-Normalisierungen mithilfe von Gröbner-Basen bestimmen. Wie immer sind
|
||||
die Rechnungen äußerst aufwändig und sprengen schnell den Rahmen des
|
||||
Noether-Normal\-isier\-ungen mithilfe von Gröbner-Basen bestimmen. Wie immer
|
||||
sind die Rechnungen äußerst aufwändig und sprengen schnell den Rahmen des
|
||||
Machbaren.
|
||||
|
||||
\item Falls ich die Dimension der Algebra raten kann und falls $k$ ein Körper
|
||||
|
||||
74
14.tex
74
14.tex
@@ -51,9 +51,9 @@ gelernt.
|
||||
\end{aufgabe}
|
||||
|
||||
Die Lösung für die Schwierigkeit mit den parallelen und nicht-parallelen Geraden
|
||||
kannte schon mein Physik-Lehrer: ``Zwei parallele Geraden schneiden sich im
|
||||
unendlichen''. Das Ziel in letzten Teil dieser Vorlesung ist, den affinen Raum
|
||||
$𝔸^n_k$ durch ``unendlich ferne Punkte'' zum ``projektiven'' Raum $ℙ^n_k$ zu
|
||||
kannte schon mein Physik-Lehrer: „Zwei parallele Geraden schneiden sich im
|
||||
Unendlichen“. Das Ziel in letzten Teil dieser Vorlesung ist, den affinen Raum
|
||||
$𝔸^n_k$ durch „unendlich ferne Punkte“ zum „projektiven“ Raum $ℙ^n_k$ zu
|
||||
ergänzen. Diese soll die Eigenschaft haben, dass sich zwei Geraden stets in
|
||||
einem Punkt schneiden. Allgemeiner soll also gelten: zwei Kurven $C_1$ und
|
||||
$C_2$ vom Grad $d_1$ und $d_2$ schneiden sich in $ℙ²_k$ stets in $d_1·d_2$
|
||||
@@ -79,10 +79,10 @@ Multiplizität gezählt werden müssen.
|
||||
\section{Schnittzahlen von ebenen algebraischen Kurven}
|
||||
|
||||
Bevor wir den projektiven Raum tatsächlich konstruieren, muss ich vielleicht
|
||||
erst einmal klären, was es überhaupt heißen soll ``Schnittpunkte mit der
|
||||
richtigen Multiplizität zu zählen''. Das erste Zwischenziel ist also, für ebene
|
||||
erst einmal klären, was es überhaupt heißen soll „Schnittpunkte mit der
|
||||
richtigen Multiplizität zu zählen“. Das erste Zwischenziel ist also, für ebene
|
||||
algebraische Kurven $F$ und $G$ und Punkte $p ∈ 𝔸²$ zu definieren, was die
|
||||
``Schnittmultiplizität von $F$ und $G$ im Punkt $p$'' genau sein soll. Dieses
|
||||
„Schnittmultiplizität von $F$ und $G$ im Punkt $p$“ genau sein soll. Dieses
|
||||
Kapitel ist aus \cite[Sect.~3.3]{MR1042981} abgeschrieben, wo Sie die Sachen
|
||||
ebenfalls sehr gut erklärt finden.
|
||||
|
||||
@@ -93,24 +93,24 @@ Weihnachten ist weit weg. Dennoch fasse ich mal alle Punkte zusammen, die eine
|
||||
sinnvolle Definition von Schnittmultiplizität meiner Meinung nach erfüllen
|
||||
sollte.
|
||||
|
||||
\begin{erinnerung}[Affine Transformationen]\label{erinn:14-2-1}
|
||||
\begin{erinnerung}[Affine Transformationen]\label{erinn:14-2-1}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper. Eine Abbildung $φ : k^n → k^n$ heißt \emph{affine
|
||||
Transformation}\index{affine Transformation}, wenn es eine Matrix
|
||||
$A ∈ \operatorname{Mat}(n⨯n, k)$ und einen Vektor $b ∈ k^n$ gibt, sodass für
|
||||
alle $v ∈ k^n$ die Gleichung $φ(v) = A·v + b$ gilt. Wir verwenden den Begriff
|
||||
``affine Transformation'' auch dann, wenn wir statt $k^n$ den topologischen
|
||||
Raum $𝔸^n_k$ betrachten (der als Menge ja genau $k^n$ ist).
|
||||
Transformation}\index{affine Transformation}, wenn es eine Matrix $A ∈
|
||||
\operatorname{Mat}(n⨯n, k)$ und einen Vektor $b ∈ k^n$ gibt, sodass für alle
|
||||
$v ∈ k^n$ die Gleichung $φ(v) = A·v + b$ gilt. Wir verwenden den Begriff
|
||||
„affine Transformation“ auch dann, wenn wir statt $k^n$ den topologischen Raum
|
||||
$𝔸^n_k$ betrachten (der als Menge ja genau $k^n$ ist).
|
||||
\end{erinnerung}
|
||||
|
||||
\begin{wunsch}[Wir erträumen uns eine Schnittzahl]\label{wunsch:sz}
|
||||
\begin{wunsch}[Wir erträumen uns eine Schnittzahl]\label{wunsch:sz}%
|
||||
Gegeben sei ein algebraisch abgeschlossenen Körper $k$. Die
|
||||
Schnittmultiplizität sollte eine idealerweise eine Funktion
|
||||
\[
|
||||
\Int : \{ \text{ebene alg.~Kurven in } 𝔸²_k \} ⨯ \{ \text{ebene alg.~Kurven
|
||||
in } 𝔸²_k \} ⨯ 𝔸²_k → ℕ ∪ \{ ∞ \}
|
||||
\]
|
||||
sein, sodass für alle ebenen algebraischen Kurven $F$, $G$ und alle Punkte
|
||||
$p ∈ 𝔸²$ folgende Eigenschaften gelten.
|
||||
sein, sodass für alle ebenen algebraischen Kurven $F$, $G$ und alle Punkte $p
|
||||
∈ 𝔸²$ folgende Eigenschaften gelten.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item\label{il:14-2-1-1} Es gilt genau dann $\Int_p(F, G) = ∞$, wenn $F$ und
|
||||
$G$ eine gemeinsame Komponente durch $p$ enthalten.
|
||||
@@ -121,19 +121,18 @@ sollte.
|
||||
$G$ ab, die den Punkt $p$ auch enthalten.
|
||||
|
||||
\item\label{il:14-2-1-3} Schnittzahlen sind invariant unter affinen
|
||||
Transformationen. Genauer: für jede affine Transformation $T: 𝔸² → 𝔸²$ gilt
|
||||
die Gleichung
|
||||
Transformationen. Genauer: für jede affine Transformation $T: 𝔸² → 𝔸²$
|
||||
gilt die Gleichung
|
||||
\[
|
||||
\Int_p(F, G) = \Int_{T^{-1}(p)}(F◦T, G◦T).
|
||||
\]
|
||||
|
||||
\item\label{il:14-2-1-4} Schnittzahlen sind invariant unter Vertauschung der
|
||||
Kurven. Genauer: es ist $\Int_p(F,G) = \Int_p(G,F)$.
|
||||
Kurven. Genauer gesagt: Es ist $\Int_p(F,G) = \Int_p(G,F)$.
|
||||
|
||||
\item\label{il:14-2-1-5} Es gilt stets
|
||||
$\Int_p(F,G) ≥ \mult_p(F) · \mult_p(G)$, wobei Gleichheit genau dann gilt,
|
||||
wenn die Kurven $F$ und $G$ im Punkt $p$ keine gemeinsamen Tangentialgerade
|
||||
haben.
|
||||
\item\label{il:14-2-1-5} Es gilt stets $\Int_p(F,G) ≥ \mult_p(F) ·
|
||||
\mult_p(G)$, wobei Gleichheit genau dann gilt, wenn die Kurven $F$ und $G$
|
||||
im Punkt $p$ keine gemeinsamen Tangentialgerade haben.
|
||||
|
||||
\item\label{il:14-2-1-6} Schnittzahlen sind additiv in Komponenten. Genauer:
|
||||
falls $F = \prod F_i$ ist, dann ist
|
||||
@@ -157,20 +156,20 @@ sollte.
|
||||
|
||||
\begin{aufgabe}
|
||||
Machen Sie sich klar, was die Bedingungen aus Wunsch~\ref{wunsch:sz} bedeuten.
|
||||
Schauen Sie sich einfache Beispiele an, besonders Beispiele, wo
|
||||
$F(x,y) = y-f(x)$, $G(x,y) = y$, wo $x_0$ eine Nullstelle der Funktion $f$ und
|
||||
wo $p = (x_0, 0)$ ist.
|
||||
Schauen Sie sich einfache Beispiele an, besonders Beispiele, wo $F(x,y) =
|
||||
y-f(x)$, $G(x,y) = y$, wo $x_0$ eine Nullstelle der Funktion $f$ und wo $p =
|
||||
(x_0, 0)$ ist.
|
||||
\end{aufgabe}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsection{Träume werden wahr}
|
||||
|
||||
Sie werden es sich schon denken. Es gibt genau eine Definition von
|
||||
``Schnittzahl'', die alle Bedingungen aus Wunsch~\ref{wunsch:sz} erfüllt. Bevor
|
||||
„Schnittzahl“, die alle Bedingungen aus Wunsch~\ref{wunsch:sz} erfüllt. Bevor
|
||||
ich Eindeutigkeit und Existenz beweise, erinnere erst ich noch an einige
|
||||
Tatsachen, die wir später benötigen.
|
||||
|
||||
\begin{erinnerung}\label{erin:14-2-5}
|
||||
\begin{erinnerung}\label{erin:14-2-5}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei $I ⊂ k[x,y]$ ein
|
||||
Ideal, sodass $V(I) = \{ p \}$ ist ein einzelner Punkt ist. Bezeichne das
|
||||
maximale Ideal des Punktes $p$ mit $m ⊊ k[x,y]$ und betrachte die folgende
|
||||
@@ -186,13 +185,13 @@ Tatsachen, die wir später benötigen.
|
||||
Lokalisierungsabbildung $R → R_m$ in diesem speziellen Fall ein Isomorphismus
|
||||
ist. Insbesondere ist $R$ selbst bereits ein lokaler Ring. Ich behaupte
|
||||
noch, dass die Dimension von $R$ als $k$-Vektorraum endlich ist. Das beweise
|
||||
ich aber nur im Fall, wo $p$ der Nullpunkt ist. Dann ist nämlich
|
||||
$\sqrt{I} = (x,y)$, und deshalb existiert eine Zahl $n$, sodass $x^n ∈ I$ und
|
||||
$y^n ∈ I$ sind. Die Monome $\{xⁱ·y^j \::\: 0≤ i,j < n\}$ bilden dann ein
|
||||
ich aber nur im Fall, wo $p$ der Nullpunkt ist. Dann ist nämlich $\sqrt{I} =
|
||||
(x,y)$, und deshalb existiert eine Zahl $n$, sodass $x^n ∈ I$ und $y^n ∈ I$
|
||||
sind. Die Monome $\{xⁱ·y^j \::\: 0≤ i,j < n\}$ bilden dann ein
|
||||
Erzeugendensystem von $R$ als $k$-Vektorraum.
|
||||
\end{erinnerung}
|
||||
|
||||
\begin{eerinnerung}\label{erin:14-2-6}
|
||||
\begin{eerinnerung}\label{erin:14-2-6}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei $I ⊂ k[x,y]$ ein
|
||||
Ideal, sodass $V(I) = \{ p_1, …, p_n \}$ ist eine endliche Menge von Punkten
|
||||
ist. Dann ist $R$ isomorph zum kartesischen Produkt von lokalen Ringen,
|
||||
@@ -203,17 +202,16 @@ Tatsachen, die wir später benötigen.
|
||||
und $\dim_k R < ∞$.
|
||||
\end{eerinnerung}
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Existenz und Eindeutigkeit von Schnittzahlen]\label{satz:EES}
|
||||
\begin{satz}[Existenz und Eindeutigkeit von Schnittzahlen]\label{satz:EES}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper. Dann gibt es genau eine
|
||||
Definition von \emph{Schnittzahl}\index{Schnittzahl!von ebenen algebraischen
|
||||
Kurven}, sodass die Eigenschaften~\ref{il:14-2-1-1}--\ref{il:14-2-1-7}
|
||||
gelten.
|
||||
Kurven}, sodass die Eigenschaften~\ref{il:14-2-1-1}--\ref{il:14-2-1-7} gelten.
|
||||
\end{satz}
|
||||
\begin{proof}[Beweis von Satz~\ref{satz:EES} --- Eindeutigkeit]
|
||||
\video{18-1}
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}\label{bem:14-2-8}
|
||||
\begin{bemerkung}\label{bem:14-2-8}%
|
||||
Beachten Sie, dass der Eindeutigkeitsbeweis völlig konstruktiv ist und sogar
|
||||
einen Algorithmus liefert, mit dessen Hilfe man Schnittzahlen konkret
|
||||
ausrechnen kann, falls eine gültige Definition von Schnittzahlen überhaupt
|
||||
@@ -253,9 +251,9 @@ Tatsachen, die wir später benötigen.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Es ist $(F,H)·𝒪_p(𝔸²) = 𝒪_p(𝔸²)$. Also ist $\Int_p(F,H)=0$.
|
||||
|
||||
\item Es ist $(F,G)·𝒪_p(𝔸²) = (F·H,G)·𝒪_p(𝔸²)$. Also sehen wir, dass
|
||||
die Zahl $\Int_p(F,H)$ tatsächlich nur den denjenigen Komponenten abhängt,
|
||||
die den Punkt $p$ tatsächlich enthalten.
|
||||
\item Es ist $(F,G)·𝒪_p(𝔸²) = (F·H,G)·𝒪_p(𝔸²)$. Also sehen wir, dass die
|
||||
Zahl $\Int_p(F,H)$ tatsächlich nur den denjenigen Komponenten abhängt, die
|
||||
den Punkt $p$ tatsächlich enthalten.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
Insgesamt ergibt sich aus diesen beiden Konsequenzen die
|
||||
Eigenschaft~\ref{il:14-2-1-2}.
|
||||
|
||||
123
15.tex
123
15.tex
@@ -13,13 +13,13 @@ Nullpunkt sein sollte). Zwei Punkte im $k^{n+1}$ liefern dieselbe
|
||||
Ursprungsgerade, wenn sie sich nur um einen konstanten Faktor unterscheiden
|
||||
(wobei der Faktor besser nicht die Zahl 0 sein sollte).
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Der projektive Raum]\label{defn:15-1-1}
|
||||
\begin{defn}[Der projektive Raum]\label{defn:15-1-1}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es sei $n ∈ ℕ$ eine Zahl. Nenne zwei Vektoren
|
||||
$\vec{x}_1$, $\vec{x}_2 ∈ k^{n+1} ∖ \{ \vec{0}\}$ äquivalent, wenn es ein
|
||||
Skalar $λ ∈ k^*$ gibt, sodass $\vec{x_1} = λ·\vec{x_2}$ ist. Dies ist
|
||||
offenbar eine Äquivalenzrelation, der Quotient wird als \emph{projektiver
|
||||
Raum}\index{projektiver Raum} bezeichnet. Die Schreibweise $ℙ^n$ ist
|
||||
üblich. Die Äquivalenzklasse eines Vektors
|
||||
Raum}\index{projektiver Raum} bezeichnet. Die Schreibweise $ℙ^n$ ist üblich.
|
||||
Die Äquivalenzklasse eines Vektors
|
||||
\[
|
||||
\vec{v} = \begin{pmatrix}
|
||||
x_1 \\ \vdots \\ x_n
|
||||
@@ -36,8 +36,8 @@ Ursprungsgerade, wenn sie sich nur um einen konstanten Faktor unterscheiden
|
||||
\bigl\{ [x_1 : x_2 : x_3] ∈ ℙ²_k \::\: x_1+2·x_2-x_3 = 0 \bigr\}, \quad %
|
||||
\bigl\{ [x_1 : x_2 : x_3] ∈ ℙ²_k \::\: x_1·x_2-x²_3 = 0 \bigr\}
|
||||
\]
|
||||
beschreiben eine sinnvoll definierte Teilmenge des $ℙ²_k$. Im Vergleich
|
||||
dazu ist der Ausdruck
|
||||
beschreiben eine sinnvoll definierte Teilmenge des $ℙ²_k$. Im Vergleich dazu
|
||||
ist der Ausdruck
|
||||
\[
|
||||
\bigl\{ [x_1 : x_2 : x_3] ∈ ℙ²_k \::\: x_1 = 1 \bigr\}
|
||||
\]
|
||||
@@ -47,19 +47,19 @@ Ursprungsgerade, wenn sie sich nur um einen konstanten Faktor unterscheiden
|
||||
|
||||
\subsection{Andere, äquivalente Definitionen}
|
||||
|
||||
Im Vergleich zur äquivalenten Definition ``der projektive Raum ist die Menge der
|
||||
Ursprungsgeraden im $k^{n+1}$'' ist Definition~\ref{defn:15-1-1} vielleicht
|
||||
etwas technischer, aber dafür in der Praxis bequemer anzuwenden. Als weitere
|
||||
(und ebenfalls äquivalente) Definition könnte man die Gruppenwirkung
|
||||
Im Vergleich zur äquivalenten Definition „der projektive Raum ist die Menge der
|
||||
Ursprungsgeraden im $k^{n+1}$“ ist Definition~\ref{defn:15-1-1} vielleicht etwas
|
||||
technischer, aber dafür in der Praxis bequemer anzuwenden. Als weitere (und
|
||||
ebenfalls äquivalente) Definition könnte man die Gruppenwirkung
|
||||
\[
|
||||
k^* ⨯ \left( k^{n+1} ∖ \bigl\{ \vec{0} \bigr\} \right), \quad
|
||||
\bigl(λ, \vec{v}\bigr) ↦ λ·\vec{v}
|
||||
\]
|
||||
betrachten und den projektiven Raum als den Bahnenraum dieser Wirkung
|
||||
definieren. Im Fall $k = ℝ$ könnte man auch die Einheitssphäre
|
||||
$S^{n} ⊂ ℝ^{n+1}$ betrachten und sich überlegen, dass jede Ursprungsgerade die
|
||||
Sphäre in genau zwei Antipodenpunkten schneidet. Der projektive Raum $ℙ^n_ℝ$
|
||||
kann also auch als Quotient der Sphäre definiert werden,
|
||||
definieren. Im Fall $k = ℝ$ könnte man auch die Einheitssphäre $S^{n} ⊂
|
||||
ℝ^{n+1}$ betrachten und sich überlegen, dass jede Ursprungsgerade die Sphäre in
|
||||
genau zwei Antipodenpunkten schneidet. Der projektive Raum $ℙ^n_ℝ$ kann also
|
||||
auch als Quotient der Sphäre definiert werden,
|
||||
\[
|
||||
ℙ^n_ℝ = \factor{S^n}{\{± 1\}},
|
||||
\]
|
||||
@@ -68,15 +68,15 @@ genau die Antipodenpunkte vertauscht.
|
||||
|
||||
\begin{aufgabe}[Schärfen Sie Ihre Intuition!]
|
||||
Überlegen Sie sich, dass $ℙ¹_ℝ$ topologisch isomorph zum Einheitskreis ist.
|
||||
Wie stellen sie sich im Vergleich dazu die reelle projektive Ebene
|
||||
$ℙ²_ℝ = \factor{S²}{\{± 1\}}$ vor? Warum gibt es zwischen diesen beiden
|
||||
Beispielen so große Unterschiede? Und warum zeige ich Ihnen jetzt
|
||||
Wie stellen sie sich im Vergleich dazu die reelle projektive Ebene $ℙ²_ℝ =
|
||||
\factor{S²}{\{± 1\}}$ vor? Warum gibt es zwischen diesen beiden Beispielen so
|
||||
große Unterschiede? Und warum zeige ich Ihnen jetzt
|
||||
\href{https://opc.mfo.de/detail?photo_id=23998}{dieses Foto von Andreas
|
||||
Demleitner}?
|
||||
Demleitner}?
|
||||
\end{aufgabe}
|
||||
|
||||
\begin{aufgabe}[Schärfen Sie Ihre Intuition!]
|
||||
Der projektive Raum $ℙ¹_ℂ$ ist eine reell-zweidimensionale Mannigfaltigkeit.
|
||||
Der projektive Raum $ℙ¹_ℂ$ ist eine reell-zwei\-dimension\-ale Mannigfaltigkeit.
|
||||
Welche? Wie stellen Sie sich diesen Raum vor? Warum ist $ℙ¹_ℂ$ so viel
|
||||
einfacher als $ℙ²_ℝ$?
|
||||
\end{aufgabe}
|
||||
@@ -89,13 +89,13 @@ Im Abschnitt~\ref{sec:14-1} hatte ich erklärt, dass der projektive Raum eine
|
||||
Vervollständigung des affinen Raums sein sollte. Bislang ist dieser
|
||||
Zusammenhang aber vielleicht nicht sehr klar. Jetzt muss ich also erklären,
|
||||
wieso der affine Raum eine Teilmenge des projektiven Raumes ist und wo die
|
||||
``unendlich fernen Punkte'' eigentlich sind.
|
||||
„unendlich fernen Punkte“ eigentlich sind.
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Der projektive Raum als Vervollständigung des affinen Raums]\label{bsp:pss}
|
||||
\begin{bsp}[Der projektive Raum als Vervollständigung des affinen Raums]\label{bsp:pss}%
|
||||
Wir betrachten den Anschauungsraum $ℝ³$. Zeichnen Sie dazu auf ihrer
|
||||
Tischplatte die $x$- und $y$-Achse ein; die $z$-Achse geht nach oben. Jetzt
|
||||
betten Sie die Euklidische Ebene $ℝ²$ in den $ℝ³$ ein. Ich mache dies,
|
||||
indem ich mithilfe der Abbildung
|
||||
betten Sie die Euklidische Ebene $ℝ²$ in den $ℝ³$ ein. Ich mache dies, indem
|
||||
ich mithilfe der Abbildung
|
||||
\[
|
||||
ι : ℝ² → ℝ³, \quad (x,y) ↦ (x,y,1)
|
||||
\]
|
||||
@@ -103,23 +103,21 @@ wieso der affine Raum eine Teilmenge des projektiven Raumes ist und wo die
|
||||
identifiziere. Nehmen Sie als Euklidische Ebene ein sauberes Blatt Papier,
|
||||
tragen Sie auch dort die $x$- und $y$-Achse ein und halten Sie das Blatt eine
|
||||
handbreit über den Tisch. Jeder Punkt $(x,y) ∈ ℝ²$ liefert mir jetzt einen
|
||||
Punkt auf dem Papier, dessen Koordinaten im Anschauungsraum gleich
|
||||
$ι(x,y) = (x,y,1)$ sind. Die Ursprungsgerade durch diesen Punkt ist die
|
||||
Gerade $[x:y:1]$.
|
||||
Punkt auf dem Papier, dessen Koordinaten im Anschauungsraum gleich $ι(x,y) =
|
||||
(x,y,1)$ sind. Die Ursprungsgerade durch diesen Punkt ist die Gerade
|
||||
$[x:y:1]$.
|
||||
|
||||
Wir erhalten auf diese sehr geometrische Weise eine injektive Abbildung
|
||||
\[
|
||||
φ_2 : ℝ² → ℙ²_ℝ, \quad (x,y) ↦ [x:y:1],
|
||||
\]
|
||||
die es uns erlaubt, die Ebene $ℝ²$ als Teilmenge des $ℙ³_{ℝ}$ aufzufassen.
|
||||
Die Abbildung $φ_2$ ist natürlich nicht surjektiv. Überlegen Sie sich, dass
|
||||
die Menge der Punkte, die \emph{nicht} im Bild von $φ_2$ liegen, exakt die
|
||||
Menge
|
||||
die es uns erlaubt, die Ebene $ℝ²$ als Teilmenge des $ℙ³_ℝ$ aufzufassen. Die
|
||||
Abbildung $φ_2$ ist natürlich nicht surjektiv. Überlegen Sie sich, dass die
|
||||
Menge der Punkte, die \emph{nicht} im Bild von $φ_2$ liegen, exakt die Menge
|
||||
\[
|
||||
ℓ := \bigl\{ [x:y:z] ∈ ℙ²_ℝ \::\: z = 0 \bigr\}.
|
||||
ℓ := \bigl\{ [x:y:z] ∈ ℙ²_ℝ \::\: z = 0 \bigr\}
|
||||
\]
|
||||
ist. Man nennt $ℓ$ die Menge der ``unendlich fernen Punkte''. Die
|
||||
Abbildung
|
||||
ist. Man nennt $ℓ$ die Menge der „unendlich fernen Punkte“. Die Abbildung
|
||||
\[
|
||||
ℙ¹_ℝ → ℙ²_ℝ, \quad [x:y] ↦ [x:y:0]
|
||||
\]
|
||||
@@ -137,10 +135,10 @@ wieso der affine Raum eine Teilmenge des projektiven Raumes ist und wo die
|
||||
Ursprungsgeraden (= Punkte des $ℙ²_ℝ$). Welche Ursprungsgerade (= welcher
|
||||
Punkt des $ℙ²_ℝ$) ergibt sich als Grenzwert? Zeichnen Sie jetzt eine zu $G$
|
||||
parallele Gerade und lösen Sie dieselbe Aufgabe. Erkennen Sie, dass die
|
||||
``unendlich fernen'' Punkte etwas mit ``Asymptotenrichtungen'' zu tun haben.
|
||||
„unendlich fernen“ Punkte etwas mit „Asymptotenrichtungen“ zu tun haben.
|
||||
\end{aufgabe}
|
||||
|
||||
\begin{aufgabe}[Schärfen Sie Ihre Intuition!]\label{exe:15-2-3}
|
||||
\begin{aufgabe}[Schärfen Sie Ihre Intuition!]\label{exe:15-2-3}%
|
||||
Wir bleiben bei Beispiel~\ref{bsp:pss}. Zeichnen Sie auf das Blatt Papier
|
||||
(das immer noch eine handbreit über der Tischplatte schwebt) die Normparabel
|
||||
\[
|
||||
@@ -152,7 +150,7 @@ wieso der affine Raum eine Teilmenge des projektiven Raumes ist und wo die
|
||||
kompaktifiziert und welcher Raum entsteht dadurch?
|
||||
\end{aufgabe}
|
||||
|
||||
\begin{aufgabe}[Schärfen Sie Ihre Intuition!]\label{exe:15-2-4}
|
||||
\begin{aufgabe}[Schärfen Sie Ihre Intuition!]\label{exe:15-2-4}%
|
||||
Wir bleiben bei Beispiel~\ref{bsp:pss}. Zeichnen Sie auf das Blatt Papier
|
||||
(das immer noch eine handbreit über der Tischplatte schwebt) die Normhyperbel
|
||||
\[
|
||||
@@ -165,20 +163,20 @@ wieso der affine Raum eine Teilmenge des projektiven Raumes ist und wo die
|
||||
\end{aufgabe}
|
||||
|
||||
\begin{aufgabe}[Schärfen Sie Ihre Intuition!]
|
||||
In der Vorlesung ``Lineare Algebra'' hatten Sie den Satz des Appolonius von
|
||||
In der Vorlesung „Lineare Algebra“ hatten Sie den Satz des Apollonios von
|
||||
Perge\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Apollonios_von_Perge}{Apollonios
|
||||
von Perge} (lateinisch Apollonius Pergaeus; * ca.\ 265 v.\ Chr.\ in Perge;
|
||||
† ca.\ 190 v.\ Chr.\ in Alexandria) war ein antiker griechischer
|
||||
Mathematiker, bekannt für sein Buch über Kegelschnitte. In der Astronomie
|
||||
trug er zur Theorie der Mond- und Planetenbewegung bei, die später Ptolemäus
|
||||
in sein Lehrbuch übernahm.} kennengelernt, der die Koniken\footnote{Im
|
||||
Zweidimensionalen gilt: Konik = Kegelschnitt = Lösungsmengen von Gleichung
|
||||
vom Grad zwei} klassifiziert. Vergleichen Sie Ihre Lösungen der
|
||||
von Perge} (lateinisch Apollonius Pergaeus; * ca.\ 265 v.\ Chr.\ in Perge; †
|
||||
ca.\ 190 v.\ Chr.\ in Alexandria) war ein antiker griechischer Mathematiker,
|
||||
bekannt für sein Buch über Kegelschnitte. In der Astronomie trug er zur
|
||||
Theorie der Mond- und Planetenbewegung bei, die später Ptolemäus in sein
|
||||
Lehrbuch übernahm.} kennengelernt, der die Koniken\footnote{Im
|
||||
Zweidimensionalen gilt: Konik = Kegelschnitt = Lösungsmengen von Gleichung vom
|
||||
Grad zwei} klassifiziert. Vergleichen Sie Ihre Lösungen der
|
||||
Aufgaben~\ref{exe:15-2-3} und \ref{exe:15-2-4} und erkennen Sie, dass der
|
||||
projektive Raum die Klassifikation offenbar erheblich vereinfacht!
|
||||
\end{aufgabe}
|
||||
|
||||
\begin{notation}[Standardmengen und unendlich ferne Punkte]\label{not:15-2-6}
|
||||
\begin{notation}[Standardmengen und unendlich ferne Punkte]\label{not:15-2-6}%
|
||||
Gegeben einen Körper $k$ und Zahlen $i ≤ n$, dann diskutiert man im
|
||||
Zusammenhang mit projektiven Räumen oft die Mengen
|
||||
\[
|
||||
@@ -204,9 +202,9 @@ wieso der affine Raum eine Teilmenge des projektiven Raumes ist und wo die
|
||||
|
||||
Die Vereinigung der Mengen $U_i$ ist offenbar der ganze projektive Raum. Man
|
||||
nennt die $U_i$ daher oft die \emph{Standardüberdeckung des projektiven
|
||||
Raums}\index{Standardüberdeckung des projektiven Raums}. Die Abbildungen
|
||||
Raums}\index{Standardüberdeckung des projektiven Raums}. Die Abbildungen
|
||||
$φ_i$ werden oft als \emph{Standardkarten des projektiven
|
||||
Raums}\index{Standardkarten des projektiven Raums} bezeichnet.
|
||||
Raums}\index{Standardkarten des projektiven Raums} bezeichnet.
|
||||
\end{notation}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}[Der projektive Raum als Mannigfaltigkeit]
|
||||
@@ -220,32 +218,33 @@ wieso der affine Raum eine Teilmenge des projektiven Raumes ist und wo die
|
||||
|
||||
\subsection{Projektivitäten}
|
||||
|
||||
Die Diskussion des affinen Raumes führt früher oder später zur Diskussion des
|
||||
Die Diskussion des affinen Raumes führt früher oder später zur Diskussion der
|
||||
Symmetriegruppe des affinen Raumes, nämliche der Gruppe der affinen
|
||||
Transformationen, an die ich in \ref{erinn:14-2-1} ja nocheinmal erinnert hatte.
|
||||
Transformationen, an die ich in \ref{erinn:14-2-1} ja noch einmal erinnert hatte.
|
||||
Das projektive Gegenstück zur affinen Transformation ist die projektive
|
||||
Transformation, die in der Literatur oft auch als ``projektivität'' bezeichnet wird.
|
||||
Transformation, die in der Literatur oft auch als „Projektivität“ bezeichnet
|
||||
wird.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Projektivitäten]
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper. Eine Abbildung
|
||||
$φ : ℙ^n → ℙ^n$ heißt \emph{projektive Transformation}\index{projektive
|
||||
Transformation} oder \emph{Projektivität}\index{Projektivität}, wenn es eine
|
||||
invertierbare Matrix $A ∈ \GL_{n+1}(k)$ gibt, sodass für alle
|
||||
$\vec v ∈ k^{n+1}$ die Gleichung
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper. Eine Abbildung $φ : ℙ^n →
|
||||
ℙ^n$ heißt \emph{projektive Transformation}\index{projektive Transformation}
|
||||
oder \emph{Projektivität}\index{Projektivität}, wenn es eine invertierbare
|
||||
Matrix $A ∈ \GL_{n+1}(k)$ gibt, sodass für alle $\vec v ∈ k^{n+1}$ die
|
||||
Gleichung
|
||||
\[
|
||||
φ\left(\left[\vec v\right]\right) = \left[A·\vec{v}\right]
|
||||
\]
|
||||
gilt.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
Über Projektivitäten lässt sich viel sagen ($→$ Vorlesung
|
||||
``Elementargeometrie''). Ich beschränke mich hier nur auf folgende Bemerkung.
|
||||
Manche der Projektivitäten werden die Menge $U_2$ wieder auf die Menge $U_2$
|
||||
abbilden. Gegeben eine solche Projektivität $φ$, so erhält man also Abbildungen
|
||||
$𝔸²_k ≅ U_2 \xrightarrow{φ} U_2 ≅ 𝔸²_k$. Überlegen Sie sich, dass
|
||||
die Abbildungen $𝔸²_k → 𝔸²_k$, die man auf diese Weise erhält, exakt die
|
||||
affinen Transformationen der affinen Ebene $𝔸²_k$ sind. In diesem Sinne
|
||||
verallgemeinern die Projektiven die affinen Transformationen also.
|
||||
Über Projektivitäten lässt sich viel sagen ($→$ Vorlesung „Elementargeometrie“).
|
||||
Ich beschränke mich hier nur auf folgende Bemerkung. Manche der Projektivitäten
|
||||
werden die Menge $U_2$ wieder auf die Menge $U_2$ abbilden. Gegeben eine solche
|
||||
Projektivität $φ$, so erhält man also Abbildungen $𝔸²_k ≅ U_2 \xrightarrow{φ}
|
||||
U_2 ≅ 𝔸²_k$. Überlegen Sie sich, dass die Abbildungen $𝔸²_k → 𝔸²_k$, die man
|
||||
auf diese Weise erhält, exakt die affinen Transformationen der affinen Ebene
|
||||
$𝔸²_k$ sind. In diesem Sinne verallgemeinern die Projektiven die affinen
|
||||
Transformationen also.
|
||||
|
||||
|
||||
%%% Local Variables:
|
||||
|
||||
123
16.tex
123
16.tex
@@ -10,8 +10,8 @@ Ausdruck der Form
|
||||
\[
|
||||
\bigl\{ [x:y] ∈ ℙ¹_k \::\: x²-y = 0 \bigr\}
|
||||
\]
|
||||
gar nicht sinnvoll ist\footnote{Es ist $[1:1] = [2:2] ∈ ℙ¹_k$, aber es ist
|
||||
$1²-1 = 0$, während $2²-2 ≠ 0$ ist.}.
|
||||
gar nicht sinnvoll ist\footnote{Es ist $[1:1] = [2:2] ∈ ℙ¹_k$, aber es ist $1²-1
|
||||
= 0$, während $2²-2 ≠ 0$ ist.}.
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}
|
||||
Es sei $f ∈ k[x_0, …, x_n]$ ein homogenes Polynom vom Grad $d$. Dann gilt für
|
||||
@@ -19,10 +19,10 @@ gar nicht sinnvoll ist\footnote{Es ist $[1:1] = [2:2] ∈ ℙ¹_k$, aber es ist
|
||||
\[
|
||||
f(λ·x_0, …, λ·x_n) = λ^d·f(x_0, …, x_n).
|
||||
\]
|
||||
Insbesondere gilt: wenn ich Vektoren $\vec{x} = (x_0, …, x_n)$ und
|
||||
$\vec{y} = (y_0, …, y_n)$ im $k^{n-1}$ habe, sodass
|
||||
$[x_0 : … : x_n] = [y_0 : … : y_n] ∈ ℙ^n_k$ ist, dann ist $f(\vec{x}) = 0$
|
||||
genau dann, wenn $f(\vec{y}) = 0$ ist. Die Menge
|
||||
Insbesondere gilt: wenn ich Vektoren $\vec{x} = (x_0, …, x_n)$ und $\vec{y} =
|
||||
(y_0, …, y_n)$ im $k^{n-1}$ habe, sodass $[x_0 : … : x_n] = [y_0 : … : y_n] ∈
|
||||
ℙ^n_k$ ist, dann ist $f(\vec{x}) = 0$ genau dann, wenn $f(\vec{y}) = 0$ ist.
|
||||
Die Menge
|
||||
\[
|
||||
V_{ℙ}(f) = \bigl\{ [x_0 : … : x_n] ∈ ℙ^n_k \::\: f(x_0, …, x_n) = 0 \bigr\}
|
||||
\]
|
||||
@@ -39,11 +39,11 @@ gar nicht sinnvoll ist\footnote{Es ist $[1:1] = [2:2] ∈ ℙ¹_k$, aber es ist
|
||||
|
||||
Zusammenfassend können wir also folgendes sagen: falls $f ∈ k[x_0, …, x_n]$
|
||||
irgendein Polynom ist, so kann man im Allgemeinen nicht sinnvoll von der
|
||||
``Nullstellenmenge des Polynoms $f$ im projektiven Raum $ℙ^n_k$'' sprechen.
|
||||
Falls das Polynom $f$ hingegen homogen ist, dann wird der Begriff der
|
||||
Nullstellenmenge sinnvoll. Nullstellenmengen von homogenen Polynomen sind
|
||||
prototypische Beispiele von dem, was wir in Kürze als ``algebraische Teilmengen
|
||||
des projektiven Raums'' definieren werden.
|
||||
„Nullstellenmenge des Polynoms $f$ im projektiven Raum $ℙ^n_k$“ sprechen. Falls
|
||||
das Polynom $f$ hingegen homogen ist, dann wird der Begriff der Nullstellenmenge
|
||||
sinnvoll. Nullstellenmengen von homogenen Polynomen sind prototypische
|
||||
Beispiele von dem, was wir in Kürze als „algebraische Teilmengen des projektiven
|
||||
Raums“ definieren werden.
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -54,7 +54,7 @@ betrachtet. Am Ende des Tages interessieren wir uns natürlich wieder für die
|
||||
gemeinsame Nullstellenmenge eines Systems von Polynomen, wobei jedes einzelne
|
||||
Polynom homogen sein soll.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Algebraische Teilmengen des $ℙ^n_k$]\label{defn:15-4-1}
|
||||
\begin{defn}[Algebraische Teilmengen des $ℙ^n_k$]\label{defn:15-4-1}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper. Eine Teilmenge $A ⊂ ℙ^n_k$
|
||||
heißt \emph{algebraisch}\index{algebraische Teilmenge des $ℙ^n_k$}, wenn es
|
||||
homogene Polynome $f_1, …,f_m ∈ k[x_0, …, x_n]$ gibt, sodass die folgende
|
||||
@@ -67,8 +67,8 @@ Polynom homogen sein soll.
|
||||
|
||||
Beachten Sie wie oben, dass die Homogenität der Polynome $f_i$ garantiert, dass
|
||||
die Menge $A$ wohldefiniert ist. Geometrisch kann ich das so verstehen: Die
|
||||
Homogenität der Polynome garantiert, dass die Nullstellenmenge
|
||||
$V(f_1, …, f_m) ⊂ k^{n+1}$ ein Kegel ist. Was war nochmal ein Kegel?
|
||||
Homogenität der Polynome garantiert, dass die Nullstellenmenge $V(f_1, …, f_m) ⊂
|
||||
k^{n+1}$ ein Kegel ist. Was war nochmal ein Kegel?
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Kegel]
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es sei $A ⊂ k^{n+1}$ eine Teilmenge. Man nennt $A$
|
||||
@@ -86,19 +86,20 @@ $V(f_1, …, f_m) ⊂ k^{n+1}$ ein Kegel ist. Was war nochmal ein Kegel?
|
||||
\label{fig:cone}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Gestalt von Kegeln]\label{bsp:15-4-3}
|
||||
\begin{bsp}[Gestalt von Kegeln]\label{bsp:15-4-3}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper. Jeder Kegel $A ⊆ k^{n+1}$ ist von einer der folgenden
|
||||
Formen.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Die leere Menge und der Nullpunkt, $∅$ und $\{ \vec{0} \}$.
|
||||
\item Die Vereinigung von endlich oder unendlich vielen Ursprungsgeraden.
|
||||
|
||||
\item Vereinigungen von endlich oder unendlich vielen Ursprungsgeraden.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
Die Ursprungsgeraden aus Beispiel~\ref{bsp:15-4-3} sind natürlich per Definition
|
||||
exakt die Punkte des projektiven Raumes $ℙ^n_k$. Der Zusammenhang von Kegeln
|
||||
und Teilmengen des projektiven Raums ist damit klar: Gegeben ein Kegel
|
||||
$V ⊂ k^{n+1}$, dann erhalte eine Menge
|
||||
und Teilmengen des projektiven Raums ist damit klar: Gegeben ein Kegel $V ⊂
|
||||
k^{n+1}$, dann erhalte eine Menge
|
||||
\[
|
||||
\mathbb{V} = \bigl\{ [x_0 : … : x_n] ∈ ℙ^n_k \::\: (x_0, …, x_n) ∈ V \bigr\}.
|
||||
\]
|
||||
@@ -112,7 +113,7 @@ ein Kegel.
|
||||
|
||||
\section{Kegel und homogene Ideale}
|
||||
|
||||
\sideremark{Vorlesung 20}Der Kern unseres Wörterbuchs ``Algebra und Geometrie''
|
||||
\sideremark{Vorlesung 20}Der Kern unseres Wörterbuchs „Algebra und Geometrie“
|
||||
war der Zusammenhang zwischen algebraischen Teilmengen des $𝔸^n_k$ und den
|
||||
Idealen im Polynomring $k[x_1, …, x_n]$. In völliger Analogie möchte ich jetzt
|
||||
einen Zusammenhang herstellen zwischen den algebraischen Teilmengen des $ℙ^n_k$
|
||||
@@ -120,7 +121,7 @@ einen Zusammenhang herstellen zwischen den algebraischen Teilmengen des $ℙ^n_k
|
||||
Idealen in $k[x_0, …, x_n]$, die zu diesen Kegeln gehören. Die nächsten beiden
|
||||
Sätze stellen klar, um welche Ideale es sich dabei handelt.
|
||||
|
||||
\begin{satzdef}[Homogene Ideale]\label{satz:16-2-1}
|
||||
\begin{satzdef}[Homogene Ideale]\label{satz:16-2-1}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es sei $I ⊂ k[x_0, …, x_n]$ ein Ideal. Dann sind
|
||||
folgende Aussagen äquivalent.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
@@ -137,13 +138,13 @@ Sätze stellen klar, um welche Ideale es sich dabei handelt.
|
||||
\end{satzdef}
|
||||
\begin{proof}[Beweis \ref{il:15-4-2-1} $⇒$ \ref{il:15-4-2-2}]
|
||||
Angenommen, es gäbe homogene Erzeuger $f_•$ wie in \ref{il:15-4-2-1}. Weiter
|
||||
sei $g ∈ I$ irgendein Element. Dann gibt es per Annahme Polynomen
|
||||
$α_i ∈ k[x_0, …, x_n]$, sodass die Gleichheit
|
||||
sei $g ∈ I$ irgendein Element. Dann gibt es per Annahme Polynomen $α_i ∈
|
||||
k[x_0, …, x_n]$, sodass die Gleichheit
|
||||
\[
|
||||
g = \sum_i α_i·f_i
|
||||
\]
|
||||
gilt. Schreibe die $α_i$ als Summe von homogenen Polynomen,
|
||||
$α_i = \sum_d α_{i,d}$. Wir erhalten die Gleichung
|
||||
gilt. Schreibe die $α_i$ als Summe von homogenen Polynomen, $α_i = \sum_d
|
||||
α_{i,d}$. Wir erhalten die Gleichung
|
||||
\[
|
||||
g = \sum_i \sum_d α_{i,d}·f_i.
|
||||
\]
|
||||
@@ -158,19 +159,19 @@ Sätze stellen klar, um welche Ideale es sich dabei handelt.
|
||||
\[
|
||||
g_i = g_{i,0} + ⋯ + g_{i,d_i}.
|
||||
\]
|
||||
Nach Annahme liegen alle Summanden im Ideal, $g_{i,j} ∈ I$, und also ist
|
||||
$I = (g_{i,j} \mid 1 ≤ i ≤ m, 0 ≤ j ≤ d_i )$.
|
||||
Nach Annahme liegen alle Summanden im Ideal, $g_{i,j} ∈ I$, und also ist $I =
|
||||
(g_{i,j} \mid 1 ≤ i ≤ m, 0 ≤ j ≤ d_i )$.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
Wir erkennen: gegeben ein homogenes Ideal $I ⊂ k[x_0, …, x_n]$ und gegeben ein
|
||||
Satz von homogenen Erzeugern, $I = (f_1, …, f_m)$, dann ist
|
||||
$V(I) = V(f_1, …, f_m)$ ein Kegel und definiert eine Menge $V_{ℙ}(I) ⊂ ℙ^n_n$.
|
||||
Die Umkehrung gilt, sofern man sich auf Radikalideale beschränkt.
|
||||
Satz von homogenen Erzeugern, $I = (f_1, …, f_m)$, dann ist $V(I) = V(f_1, …,
|
||||
f_m)$ ein Kegel und definiert eine Menge $V_{ℙ}(I) ⊂ ℙ^n_n$. Die Umkehrung gilt,
|
||||
sofern man sich auf Radikalideale beschränkt.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Kegel und homogene Ideale]
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei
|
||||
$I ⊂ k[x_0,…,x_n]$ ein Radikalideal, sodass $V(I)$ ein Kegel ist. Dann ist
|
||||
das Ideal $I$ homogen.
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei $I ⊂
|
||||
k[x_0,…,x_n]$ ein Radikalideal, sodass $V(I)$ ein Kegel ist. Dann ist das
|
||||
Ideal $I$ homogen.
|
||||
\end{satz}
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Wir werden die Eigenschaft~\ref{il:15-4-2-2} zeigen. Sei also $f ∈ I$ ein
|
||||
@@ -204,7 +205,7 @@ Abbildungen,
|
||||
die uns noch viel Freude bereiten werden. Alle Sätze, die wir im Laufe dieser
|
||||
Vorlesung für algebraische Teilmengen des affinen Raumes bewiesen haben, gelten
|
||||
\emph{mutatis mutandis} auch für algebraische Teilmengen des projektiven Raumes,
|
||||
wenn man an der entscheidenden Stelle das Wort ``homogen'' einfügt. Ich nenne
|
||||
wenn man an der entscheidenden Stelle das Wort „homogen“ einfügt. Ich nenne
|
||||
einige solche Sätze ohne Beweis.
|
||||
|
||||
\begin{fakt}[Operationen von homogenen Idealen]
|
||||
@@ -213,27 +214,27 @@ einige solche Sätze ohne Beweis.
|
||||
\end{fakt}
|
||||
|
||||
\begin{fakt}[Homogene Primideale]
|
||||
Es sei $k$ ein Körper. Um zu testen, ob ein homogenes Ideal
|
||||
$I ⊂ k[x_0, …, x_n]$ prim ist, genügt es die Bedingung $ab ∈ I ⇒ a ∈ I$ oder
|
||||
$b ∈ I$ für homogene Elemente $a$ und $b$ zu überprüfen. \qed
|
||||
Es sei $k$ ein Körper. Um zu testen, ob ein homogenes Ideal $I ⊂ k[x_0, …,
|
||||
x_n]$ prim ist, genügt es die Bedingung $ab ∈ I ⇒ a ∈ I$ oder $b ∈ I$ für
|
||||
homogene Elemente $a$ und $b$ zu überprüfen. \qed
|
||||
\end{fakt}
|
||||
|
||||
\begin{fakt}[Homogener Nullstellensatz]
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei
|
||||
$I ⊂ k[x_0, …, x_n]$ ein homogenes Ideal.
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei $I ⊂ k[x_0, …,
|
||||
x_n]$ ein homogenes Ideal.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Wenn $V_{ℙ}(I) = ∅$ ist, dann ist $\sqrt{I} = (1)$ oder
|
||||
$\sqrt{I} = (x_0, …, x_n)$.
|
||||
\item Wenn $V_{ℙ}(I) = ∅$ ist, dann ist $\sqrt{I} = (1)$ oder $\sqrt{I} =
|
||||
(x_0, …, x_n)$.
|
||||
|
||||
\item Wenn $V_{ℙ}(I) ≠ ∅$ ist, dann ist
|
||||
$\sqrt{I} = I_{ℙ}\bigl(V_{ℙ}(I)\bigr)$. \qed
|
||||
\item Wenn $V_{ℙ}(I) ≠ ∅$ ist, dann ist $\sqrt{I} =
|
||||
I_{ℙ}\bigl(V_{ℙ}(I)\bigr)$. \qed
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
\end{fakt}
|
||||
|
||||
\begin{notation}[Das irrelevante Ideal]
|
||||
Im Zusammenhang mit dem homogenen Nullstellensatz nennt man das Ideal
|
||||
$(x_0, …, x_n) ⊂ k[x_0, …, x_n]$, welches die leere Teilmenge des projektiven
|
||||
Raumes definiert, auch das \emph{irrelevante Ideal}\index{irrelevante Ideal}.
|
||||
Im Zusammenhang mit dem homogenen Nullstellensatz nennt man das Ideal $(x_0,
|
||||
…, x_n) ⊂ k[x_0, …, x_n]$, welches die leere Teilmenge des projektiven Raumes
|
||||
definiert, auch das \emph{irrelevante Ideal}\index{irrelevante Ideal}.
|
||||
\end{notation}
|
||||
|
||||
\begin{fakt}
|
||||
@@ -280,7 +281,7 @@ Sie dürfen an dieser Stelle verwirrt sein. Wenn ich die Standardkarte
|
||||
φ_i : 𝔸^n_k → U_i ⊂ ℙ^n_k
|
||||
\]
|
||||
betrachte, dann sehe ich auf der Standardmenge $U_i$ zwei Topologien, die beide
|
||||
den Namen ``Zariski-Topologie'' verdienen.
|
||||
den Namen „Zariski-Topologie“ verdienen.
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Zum einen definiert die Zariski-Topologie des projektiven Raumes $ℙ^n_k$
|
||||
auf der offenen Menge $U_i ⊂ ℙ^n_k$ die Teilraumtopologie.
|
||||
@@ -291,9 +292,9 @@ den Namen ``Zariski-Topologie'' verdienen.
|
||||
Topologie auf $U_i$.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
Die Frage ist, welcher Unterschied zwischen diesen Konstruktionen besteht. Die
|
||||
Antwort lautet zum Glück: ``Gar keiner!''.
|
||||
Antwort lautet zum Glück: „Gar keiner!“.
|
||||
|
||||
\begin{prop}[Vergleich der Zariski-Topologien]\label{prop:16-3-3}
|
||||
\begin{prop}[Vergleich der Zariski-Topologien]\label{prop:16-3-3}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper. Die Standardkarte
|
||||
\[
|
||||
φ_i : 𝔸^n_k → U_i ⊂ ℙ^n_k
|
||||
@@ -307,7 +308,7 @@ Der (einfache) Beweis kommt gleich. Zuerst möchte ich die Gelegenheit nutzen,
|
||||
um vorab noch zwei Konstruktionen einzuführen, die wir später viel benutzen
|
||||
werden.
|
||||
|
||||
\begin{konstruktion}[Homogenisierung]\label{kons:hom}
|
||||
\begin{konstruktion}[Homogenisierung]\label{kons:hom}%
|
||||
Es sei $k$ ein Körper und es sei $f ∈ k[x_0, …, x_{n-1}]$ irgendein Polynom.
|
||||
Das Polynom $f$ ist vielleicht überhaupt nicht homogen, aber es kann (wie
|
||||
jedes Polynom) als Summe von homogenen Polynomen geschrieben werden,
|
||||
@@ -328,10 +329,10 @@ werden.
|
||||
die oft als \emph{Homogenisierung}\index{Homogenisierung} bezeichnet wird.
|
||||
\end{konstruktion}
|
||||
|
||||
\begin{konstruktion}[Dehomogenisierung]\label{kons:dehom}
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei
|
||||
$f ∈ k[x_0, …, x_n]$ irgendein homogenes Polynom. Dann kann ich wie folgt ein
|
||||
Polynom in weniger Variablen konstruieren,
|
||||
\begin{konstruktion}[Dehomogenisierung]\label{kons:dehom}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es sei $f ∈ k[x_0, …,
|
||||
x_n]$ irgendein homogenes Polynom. Dann kann ich wie folgt ein Polynom in
|
||||
weniger Variablen konstruieren,
|
||||
\[
|
||||
f_*(x_0, …, x_{n-1}) := f(x_0, …, x_{n-1}, 1).
|
||||
\]
|
||||
@@ -344,7 +345,7 @@ werden.
|
||||
\end{konstruktion}
|
||||
|
||||
\begin{aufgabe}
|
||||
In wieweit sind Homogenisierung und Dehomogenisierung zueinander inverse
|
||||
Inwieweit sind Homogenisierung und Dehomogenisierung zueinander inverse
|
||||
Abbildungen?
|
||||
\end{aufgabe}
|
||||
|
||||
@@ -361,21 +362,21 @@ werden.
|
||||
\item Bilder abgeschlossener Mengen sind abgeschlossen. Es sei $X ⊂ 𝔸^n_k$
|
||||
eine algebraische Menge, gegeben als gemeinsame Nullstellenmenge von
|
||||
Polynomen $f_1, …, f_m ∈ k[x_0, …, x_{n_1}]$. Betrachte die gemeinsame
|
||||
Nullstellenmenge $Y ⊂ ℙ^n_k$ der homogenisierten Polynome
|
||||
$(f_1)_*, …, (f_m)_* ∈ k[x_0, …, x_n]$. Rechnen Sie nach, dass
|
||||
$φ_n(X) = Y ∩ U_n$ ist. Also ist $φ_n(X)$ bezüglich der Teilraumtopologie
|
||||
abgeschlossen in $U_n ⊂ ℙ^n_k$. \qedhere
|
||||
Nullstellenmenge $Y ⊂ ℙ^n_k$ der homogenisierten Polynome $(f_1)_*, …,
|
||||
(f_m)_* ∈ k[x_0, …, x_n]$. Rechnen Sie nach, dass $φ_n(X) = Y ∩ U_n$ ist.
|
||||
Also ist $φ_n(X)$ bezüglich der Teilraumtopologie abgeschlossen in $U_n ⊂
|
||||
ℙ^n_k$. \qedhere
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}[Koniken, wieder einmal]\label{bsp:konik}
|
||||
\begin{bsp}[Koniken, wieder einmal]\label{bsp:konik}%
|
||||
Betrachte die Menge
|
||||
\[
|
||||
X := \bigl\{ [x : y : z] ∈ ℙ²_k \::\: x·y-z² = 0 \bigr\}.
|
||||
\]
|
||||
Um einen Eindruck von der Menge $X$ zu bekommen, identifizieren wir die affine
|
||||
Ebene $𝔸²_k$ wie üblich mit der Menge $U_2$ und betrachte die Schnittmenge von
|
||||
$X$ mit dieser affinen Ebene,
|
||||
Ebene $𝔸²_k$ wie üblich mit der Menge $U_2$ und betrachte die Schnittmenge
|
||||
von $X$ mit dieser affinen Ebene,
|
||||
\[
|
||||
φ_2^{-1}(X) = \bigl\{ (x,y) ∈ 𝔸²_k \::\: x·y-1 = 0 \bigr\}.
|
||||
\]
|
||||
|
||||
213
17.tex
213
17.tex
@@ -6,31 +6,31 @@
|
||||
\sideremark{Vorlesung 21}Wie im Abschnitt~\ref{sec:14-1} angekündigt, möchte ich
|
||||
jetzt zeigen, dass sich in der projektiven Ebene $ℙ²$ zwei Kurven vom Grad $d_1$
|
||||
und $d_2$ immer in genau $d_1·d_2$ vielen Punkten schneiden, wenn die Kurven
|
||||
nicht zufällig gleich sind oder zumindest eine gemeinsame Komponente haben.
|
||||
Dazu muss ich aber vielleicht erst noch sagen, was eine projektive Kurve genau
|
||||
ist. Die folgende Definition haben Sie ganz analog schon einmal auf
|
||||
nicht zufällig gleich sind oder zumindest eine gemeinsame Komponente haben. Dazu
|
||||
muss ich aber vielleicht erst noch sagen, was eine projektive Kurve genau ist.
|
||||
Die folgende Definition haben Sie ganz analog schon einmal auf
|
||||
Seite~\ref{def:eak} gesehen.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Ebene projektive Kurve]\label{def:epk}
|
||||
\begin{defn}[Ebene projektive Kurve]\label{def:epk}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper. Eine \emph{ebene
|
||||
projektive Kurve über $k$}\index{ebene projektive Kurve} ist eine
|
||||
projektive Kurve über $k$}\index{ebene projektive Kurve} ist eine
|
||||
Äquivalenzklasse von homogenen Polynomen in $k[x,y,z] ∖ \{ 0 \}$, wobei zwei
|
||||
Polynome $F$ und $G$ äquivalent sind, wenn ein $λ ∈ k^*$ existiert, sodass
|
||||
$F = λ·G$ ist.
|
||||
Polynome $F$ und $G$ äquivalent sind, wenn ein $λ ∈ k^*$ existiert, sodass $F
|
||||
= λ·G$ ist.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}
|
||||
Die Konik aus Beispiel~\vref{bsp:konik} ist eine ebene projektive Kurven.
|
||||
Wenn Ihnen Beispiel~\vref{bsp:ellipti} gefallen hat, dann möchten Sie
|
||||
vielleicht auch die elliptische Kurve $y²z - x³ + 6·xz² - 6·z³$ betrachten.
|
||||
Die Konik aus Beispiel~\vref{bsp:konik} ist eine ebene projektive Kurven. Wenn
|
||||
Ihnen Beispiel~\vref{bsp:ellipti} gefallen hat, dann möchten Sie vielleicht
|
||||
auch die elliptische Kurve $y²z - x³ + 6·xz² - 6·z³$ betrachten.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
\begin{bsp}\label{bsp:17-0-3}
|
||||
\begin{bsp}\label{bsp:17-0-3}%
|
||||
Gegeben eine ebene projektive Kurve, repräsentiert durch ein Polynom $F$, und
|
||||
eine Projektivität $φ$, gegeben durch eine bijektive lineare Abbildung
|
||||
$A : k^{n+1} → k^{n+1}$. Dann ist $F◦ A$ wieder ein homogenes Polynom
|
||||
und liefert deshalb wieder eine ebene projektive Kurve. Die Kurve hängt nicht
|
||||
von der Wahl des Polynom $F$ und der Wahl der Matrix $A$ ab und es gilt
|
||||
eine Projektivität $φ$, gegeben durch eine bijektive lineare Abbildung $A :
|
||||
k^{n+1} → k^{n+1}$. Dann ist $F◦ A$ wieder ein homogenes Polynom und liefert
|
||||
deshalb wieder eine ebene projektive Kurve. Die Kurve hängt nicht von der
|
||||
Wahl des Polynom $F$ und der Wahl der Matrix $A$ ab und es gilt
|
||||
\[
|
||||
V_ℙ(F) = φ^{-1}\left( V_ℙ(F◦ A) \right).
|
||||
\]
|
||||
@@ -38,11 +38,11 @@ Seite~\ref{def:eak} gesehen.
|
||||
\end{bsp}
|
||||
|
||||
Der nächste Schritt ist nun, für projektive Kurven einen sinnvollen Begriff von
|
||||
``Schnittzahl'' einzuführen, der sich am besten nicht völlig von den
|
||||
Schnittzahlen unterscheidet, die wir für affine Kurven schon definiert haben.
|
||||
Wenn Sie sich an den Beweis von Satz~\ref{satz:EES} erinnern, dann wissen Sie,
|
||||
dass lokale Ringe eine zentrale Rolle spielen. Also müssen wir zunächst auch
|
||||
für projektive Kurven einen Begriff von ``lokalen Ring'' einführen. Auf geht's.
|
||||
„Schnittzahl“ einzuführen, der sich am besten nicht völlig von den Schnittzahlen
|
||||
unterscheidet, die wir für affine Kurven schon definiert haben. Wenn Sie sich an
|
||||
den Beweis von Satz~\ref{satz:EES} erinnern, dann wissen Sie, dass lokale Ringe
|
||||
eine zentrale Rolle spielen. Also müssen wir zunächst auch für projektive
|
||||
Kurven einen Begriff von „lokalen Ring“ einführen. Auf geht's.
|
||||
|
||||
|
||||
\section{Rationale Funktionen und lokale Ringe}
|
||||
@@ -50,17 +50,16 @@ für projektive Kurven einen Begriff von ``lokalen Ring'' einführen. Auf geht'
|
||||
Es gibt einen großen Unterschied zwischen dem affinen und dem projektiven Raum:
|
||||
während jedes Polynom $f ∈ k[x_1, …, x_n]$ als Funktion $f: 𝔸^n_k → k$
|
||||
aufgefasst werden kann, liefern Polynome $g ∈ k[x_0, …, x_n]$ praktisch
|
||||
niemals\footnote{praktisch niemals = niemals, es sei denn, das Polynom $g$ ist
|
||||
konstant} wohldefinierte Funktionen auf dem $ℙ^n_k$. Dies gilt auch dann,
|
||||
wenn das Polynom $g$ zufällig homogen sein sollte. Immerhin können wir
|
||||
rationale Funktionen konstruieren.
|
||||
niemals\footnote{Praktisch niemals = niemals, es sei denn, das Polynom $g$ ist
|
||||
konstant} wohldefinierte Funktionen auf dem $ℙ^n_k$. Dies gilt auch dann, wenn
|
||||
das Polynom $g$ zufällig homogen sein sollte. Immerhin können wir rationale
|
||||
Funktionen konstruieren.
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}\label{beob:17-1-1}
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es seien $f$ und
|
||||
$g ∈ k[x_0, …, x_n]$ zwei homogene Polynome vom selben Grad,
|
||||
$d = \deg f = \deg g$. Falls $\vec{x} ∈ k^{n+1} ∖ \{ \vec{0} \}$
|
||||
ein Punkt ist mit $g(\vec{x}) ≠ 0$, dann gilt für jedes Element $λ ∈ k^*$
|
||||
die Gleichung
|
||||
\begin{beobachtung}\label{beob:17-1-1}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es seien $f$ und $g ∈
|
||||
k[x_0, …, x_n]$ zwei homogene Polynome vom selben Grad, $d = \deg f = \deg g$.
|
||||
Falls $\vec{x} ∈ k^{n+1} ∖ \{ \vec{0} \}$ ein Punkt ist mit $g(\vec{x}) ≠ 0$,
|
||||
dann gilt für jedes Element $λ ∈ k^*$ die Gleichung
|
||||
\[
|
||||
\frac{f(λ·\vec{x})}{g(λ·\vec{x})} = \frac{λ^d·f(\vec{x})}{λ^d·g(\vec{x})} =
|
||||
\frac{f(\vec{x})}{g(\vec{x})}.
|
||||
@@ -70,18 +69,17 @@ rationale Funktionen konstruieren.
|
||||
\end{beobachtung}
|
||||
|
||||
Die Funktion $f/g$ aus Beobachtung~\ref{beob:17-1-1} könnte auch an einigen
|
||||
Punkten von $V_ℙ(g)$ sinnvoll definierbar sein, betrachte etwa den Fall
|
||||
$f = x·y$ und $g = x·z$. Die korrekte Definition von ``rationaler Funktion''
|
||||
und ``Definitionsbereich'' ist daher ein wenig aufwändiger als es zunächst
|
||||
scheint.
|
||||
Punkten von $V_ℙ(g)$ sinnvoll definierbar sein, betrachte etwa den Fall $f =
|
||||
x·y$ und $g = x·z$. Die korrekte Definition von „rationaler Funktion“ und
|
||||
„Definitionsbereich“ ist daher ein wenig aufwändiger als es zunächst scheint.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Rationale Funktionen auf dem projektiven Raum]
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es seien
|
||||
$f_1, f_2 ∈ k[x_0, …, x_n]$ und $g_1, g_2 ∈ k[x_0, …, x_n] ∖ \{0\}$ homogene
|
||||
Polynome mit $\deg f_1 = \deg g_1$ und $\deg f_2 = \deg g_2$. Ich nenne die
|
||||
Brüche $\frac{f_1}{g_1}$ und $\frac{f_2}{g_2}$ äquivalent, falls für alle
|
||||
Punkte $p$ der Zariski-offenen Menge $ℙ^n_k ∖ \bigl(V_ℙ(g_1) ∪ V_ℙ(g_2)\bigr)$
|
||||
die Gleichheit
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es seien $f_1, f_2 ∈
|
||||
k[x_0, …, x_n]$ und $g_1, g_2 ∈ k[x_0, …, x_n] ∖ \{0\}$ homogene Polynome mit
|
||||
$\deg f_1 = \deg g_1$ und $\deg f_2 = \deg g_2$. Ich nenne die Brüche
|
||||
$\frac{f_1}{g_1}$ und $\frac{f_2}{g_2}$ äquivalent, falls für alle Punkte $p$
|
||||
der Zariski-offenen Menge $ℙ^n_k ∖ \bigl(V_ℙ(g_1) ∪ V_ℙ(g_2)\bigr)$ die
|
||||
Gleichheit
|
||||
\[
|
||||
\frac{f_1}{g_1}(p) = \frac{f_2}{g_2}(p)
|
||||
\]
|
||||
@@ -89,9 +87,9 @@ scheint.
|
||||
Brüchen.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Definitionsbereich von rationalen Funktionen]\label{def:17-1-3}
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper, es sei $p ∈ ℙ^n_k$ ein
|
||||
Punkt und es sei $η$ eine rationale Funktion auf dem $ℙ^n_k$. Falls es einen
|
||||
\begin{defn}[Definitionsbereich von rationalen Funktionen]\label{def:17-1-3} Es
|
||||
sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper, es sei $p ∈ ℙ^n_k$ ein Punkt
|
||||
und es sei $η$ eine rationale Funktion auf dem $ℙ^n_k$. Falls es einen
|
||||
Vertreter $η = [\frac{f}{g}]$ gibt, sodass $p \not ∈ V_ℙ(g)$ liegt, so sagt
|
||||
man, die rationale Funktion $η$ ist bei $p$ definiert. Der Menge der
|
||||
rationalen Funktionen, die bei $p$ definiert sind, wird mit $𝒪_p(ℙ^n_k)$
|
||||
@@ -105,12 +103,11 @@ scheint.
|
||||
$k$-Algebra.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
\begin{konstruktion}[Vergleich von lokalen Ringen]\label{kons:17-1-5}
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper, und es sei
|
||||
$φ_n : 𝔸^n_k → ℙ^n_k$ die $n$.te Standardkarte. Gegeben sei ein Punkt
|
||||
$a ∈ 𝔸^n_k$ mit zugehörigem Bildpunkt $p := φ_n(a)$. Rechnen Sie als
|
||||
Übungsaufgabe in ``Homogenisierung und Dehomogenisierung'' nach, dass die
|
||||
Abbildungen
|
||||
\begin{konstruktion}[Vergleich von lokalen Ringen]\label{kons:17-1-5}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper, und es sei $φ_n : 𝔸^n_k →
|
||||
ℙ^n_k$ die $n$.te Standardkarte. Gegeben sei ein Punkt $a ∈ 𝔸^n_k$ mit
|
||||
zugehörigem Bildpunkt $p := φ_n(a)$. Rechnen Sie als Übungsaufgabe in
|
||||
„Homogenisierung und Dehomogenisierung“ nach, dass die Abbildungen
|
||||
\[
|
||||
\begin{matrix}
|
||||
A: 𝒪_p(ℙ^n_k) & → & 𝒪_q(𝔸^n_k), & \quad & \left[ \frac{f}{g} \right] & ↦ & \frac{f_*}{g_*} \\
|
||||
@@ -118,9 +115,9 @@ scheint.
|
||||
\end{matrix}
|
||||
\]
|
||||
wohldefinierte, zueinander inverse Morphismen von $k$-Algebren sind. Die
|
||||
Ringe $𝒪_p(ℙ^n_k)$ und $𝒪_q(𝔸^n_k)$ sind also in natürlicherweise zueinander
|
||||
isomorphe $k$-Algebren. Insbesondere handelt es sich bei $𝒪_p(ℙ^n_k)$ um
|
||||
einen lokalen Ring.
|
||||
Ringe $𝒪_p(ℙ^n_k)$ und $𝒪_q(𝔸^n_k)$ sind also in natürlicherweise
|
||||
zueinander isomorphe $k$-Algebren. Insbesondere handelt es sich bei
|
||||
$𝒪_p(ℙ^n_k)$ um einen lokalen Ring.
|
||||
\end{konstruktion}
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
@@ -136,13 +133,13 @@ die Formel, die sich beim Beweis von Satz~\ref{satz:EES} ergeben hat. Dazu muss
|
||||
ich aber erst noch klarstellen, welche Ideale im lokalen Ring ich genau
|
||||
betrachten möchte.
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}[Ideale im lokalen Ring]\label{beob:17-2-1}
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es seien $F$ und
|
||||
$G ∈ k[x, y, z]$ zwei ebene projektive Kurven. Weiter sei
|
||||
$p=[p_1:p_2:p_3] ∈ ℙ²$ ein Punkt. Dann gibt es mindestens einen Index $i$, so
|
||||
dass $p_i ≠ 0$ ist. Gegeben einen solchen Index $i$, betrachten wir die
|
||||
rationalen Funktionen $\frac{F}{x_i^{\deg F}}$ und
|
||||
$\frac{G}{x_i^{\deg G}} ∈ 𝒪_p(ℙ²)$, sowie das davon erzeugte Ideal
|
||||
\begin{beobachtung}[Ideale im lokalen Ring]\label{beob:17-2-1}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es seien $F$ und $G ∈
|
||||
k[x, y, z]$ zwei ebene projektive Kurven. Weiter sei $p=[p_1:p_2:p_3] ∈ ℙ²$
|
||||
ein Punkt. Dann gibt es mindestens einen Index $i$, sodass $p_i ≠ 0$ ist.
|
||||
Gegeben einen solchen Index $i$, betrachten wir die rationalen Funktionen
|
||||
$\frac{F}{x_i^{\deg F}}$ und $\frac{G}{x_i^{\deg G}} ∈ 𝒪_p(ℙ²)$, sowie das
|
||||
davon erzeugte Ideal
|
||||
\[
|
||||
I_{F,G,p} := \left( \frac{F}{x_i^{\deg F}}, \frac{G}{x_i^{\deg G}} \right) ⊂
|
||||
𝒪_p(ℙ²).
|
||||
@@ -164,21 +161,21 @@ betrachten möchte.
|
||||
|
||||
Beobachtung~\ref{beob:17-2-1} ermöglicht jetzt die Definition von Schnittzahlen.
|
||||
|
||||
\begin{defn}[Schnittzahl von ebenen projektiven Kurven]\label{def:schnittzahlp}
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es seien $F$ und
|
||||
$G ∈ k[x, y, z]$ zwei ebene projektive Kurven. Weiter sei $p ∈ ℙ²$ ein Punkt.
|
||||
Dann definiere die \emph{Schnittzahl}\index{Schnittzahl!von ebenen projektiven
|
||||
Kurven} der Kurven $F$ und $G$ im Punkt $p$ als
|
||||
\begin{defn}[Schnittzahl von ebenen projektiven Kurven]\label{def:schnittzahlp}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es seien $F$ und $G ∈
|
||||
k[x, y, z]$ zwei ebene projektive Kurven. Weiter sei $p ∈ ℙ²$ ein Punkt. Dann
|
||||
definiere die \emph{Schnittzahl}\index{Schnittzahl!von ebenen projektiven
|
||||
Kurven} der Kurven $F$ und $G$ im Punkt $p$ als
|
||||
\[
|
||||
\Int_p(F, G) := \dim_k \factor{𝒪_p(ℙ²)}{I_{F,G,p}},
|
||||
\]
|
||||
wobei $I_{F,G,p} ⊆ 𝒪_p(ℙ²)$ das in Beobachtung~\ref{beob:17-2-1}
|
||||
diskutierte Ideal ist.
|
||||
wobei $I_{F,G,p} ⊆ 𝒪_p(ℙ²)$ das in Beobachtung~\ref{beob:17-2-1} diskutierte
|
||||
Ideal ist.
|
||||
\end{defn}
|
||||
|
||||
\begin{beobachtung}[Berechnung von Schnittzahlen]\label{beob:17-2-3}
|
||||
\begin{beobachtung}[Berechnung von Schnittzahlen]\label{beob:17-2-3}%
|
||||
Konstruktion~\ref{kons:17-1-5} zeigt uns, wie man Schnittzahlen ganz konkret
|
||||
ausrechnet. Falls in der Situation von Definition~\ref{def:schnittzahlp} die
|
||||
ausrechnet. Wenn in der Situation von Definition~\ref{def:schnittzahlp} die
|
||||
dritte Koordinate des Punktes $p$ ungleich Null ist, dann liegt $p$ im Bild
|
||||
der Standardkarte $φ_3$ und es ist
|
||||
\[
|
||||
@@ -186,9 +183,9 @@ Beobachtung~\ref{beob:17-2-1} ermöglicht jetzt die Definition von Schnittzahlen
|
||||
\]
|
||||
wobei auf der rechten Seite der Gleichung die bekannte Schnittzahl von Kurven
|
||||
im affinen Raum $𝔸²_k$ steht. Falls $=[p_0:p_1:p_2]$ ist, dann hat der Punkt
|
||||
$φ^{-1}_n(p)$ die Koordinaten
|
||||
$\left( \frac{p_0}{p_2}, \frac{p_1}{p_2} \right)$ und die Schnittzahl kann
|
||||
mithilfe des Algorithmus aus Bemerkung~\ref{bem:14-2-8} bestimmt werden.
|
||||
$φ^{-1}_n(p)$ die Koordinaten $\left( \frac{p_0}{p_2}, \frac{p_1}{p_2}
|
||||
\right)$ und die Schnittzahl kann mithilfe des Algorithmus aus
|
||||
Bemerkung~\ref{bem:14-2-8} bestimmt werden.
|
||||
|
||||
Falls nicht die dritte, sondern eine andere Koordinate des Punktes $p$
|
||||
ungleich Null ist, dann verfahre man analog, statt mit der Karte $φ_2$ dann
|
||||
@@ -202,7 +199,7 @@ Beobachtung~\ref{beob:17-2-3} stellt den Zusammenhang her. Ich möchte dies
|
||||
jetzt aber nicht vertiefen und weise nur auf die folgende Eigenschaft hin. Den
|
||||
(langweiligen) Beweis lasse ich weg.
|
||||
|
||||
\begin{fakt}[Invarianz von Schnittzahlen unter Projektivitäten]\label{fakt:17-2-4}
|
||||
\begin{fakt}[Invarianz von Schnittzahlen unter Projektivitäten]\label{fakt:17-2-4}%
|
||||
In der Situation von Definition~\ref{def:schnittzahlp} sei eine Projektivität
|
||||
$φ$ gegeben. Falls ich mich nicht mit den Vorzeichen geirrt habe, gilt dann
|
||||
die Gleichung
|
||||
@@ -219,14 +216,14 @@ jetzt aber nicht vertiefen und weise nur auf die folgende Eigenschaft hin. Den
|
||||
\sideremark{Vorlesung 22}Nach allen Vorbereitungen kommen wir jetzt zum
|
||||
versprochenen Satz von
|
||||
Bézout\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/\%C3\%89tienne_B\%C3\%A9zout}{Étienne
|
||||
Bézout} (* 31. März 1730 in Nemours, Département Seine-et-Marne; † 27.
|
||||
September 1783 in Avon) war ein französischer Mathematiker.} über die
|
||||
Schnittzahlen von projektiven Kurven.
|
||||
Bézout} (* 31.~März 1730 in Nemours, Département Seine-et-Marne; † 27.~September
|
||||
1783 in Avon) war ein französischer Mathematiker.} über die Schnittzahlen von
|
||||
projektiven Kurven.
|
||||
|
||||
\begin{satz}[Satz von Bézout]
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es seien $F$ und
|
||||
$G ∈ k[x, y, z]$ zwei ebene projektive Kurven ohne gemeinsame Komponente.
|
||||
Dann gilt die Gleichung
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es seien $F$ und $G ∈
|
||||
k[x, y, z]$ zwei ebene projektive Kurven ohne gemeinsame Komponente. Dann gilt
|
||||
die Gleichung
|
||||
\[
|
||||
\sum_{p ∈ ℙ²} \Int_p(F,G) = (\deg F)·(\deg G).
|
||||
\]
|
||||
@@ -234,17 +231,17 @@ Schnittzahlen von projektiven Kurven.
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Der Beweis ist aus \cite[Sect.~5.3]{MR1042981} abgekupfert, vielleicht wollen
|
||||
Sie auch einmal direkt in diese Quelle schauen. Um allzu viele Indizes zu
|
||||
vermeiden, bezeichnen wir die Koordinaten projektive Ebene mit $[x:y:z]$.
|
||||
Weil die Kurven $F$ und $G$ keine gemeinsame Komponente haben, ist die
|
||||
Schnittmenge von $F$ und $G$ ist endlich. Nach Komposition mit einer
|
||||
geeigneten Projektivität erlaubt Fakt~\ref{fakt:17-2-4} deshalb, ohne
|
||||
Beschränkung der Allgemeinheit anzunehmen, dass keiner der Schnittpunkte auf
|
||||
der unendlich fernen Geraden $\{z=0\}$ liegt. Es gelten dann die Gleichungen
|
||||
vermeiden, bezeichnen wir die Koordinaten projektive Ebene mit $[x:y:z]$. Weil
|
||||
die Kurven $F$ und $G$ keine gemeinsame Komponente haben, ist die Schnittmenge
|
||||
von $F$ und $G$ ist endlich. Nach Komposition mit einer geeigneten
|
||||
Projektivität erlaubt Fakt~\ref{fakt:17-2-4} deshalb, ohne Beschränkung der
|
||||
Allgemeinheit anzunehmen, dass keiner der Schnittpunkte auf der unendlich
|
||||
fernen Geraden $\{z=0\}$ liegt. Es gelten dann die Gleichungen
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\sum_{p ∈ ℙ²} \Int_p(F,G) & = \sum_{a ∈ 𝔸²} \Int_p(F_*, G_*) && \text{Beobachtung~\ref{beob:17-2-3}} \\
|
||||
& = \dim_k \factor{k[x,y]}{(F_*, G_*)} && \text{Erw.~Erinnerung~\ref{erin:14-2-6}}
|
||||
& = \dim_k \factor{k[x,y]}{(F_*, G_*)} && \text{Erinnerung~\ref{erin:14-2-6}.}
|
||||
\end{align*}
|
||||
Um die Zahl der Buchstaben zu reduzieren schreiben wir noch
|
||||
Um die Zahl der Buchstaben zu reduzieren, schreiben wir noch
|
||||
\begin{align*}
|
||||
n & := \deg G & m & := \deg G \\
|
||||
R & := k[x,y,z] & Γ &:= \factor{k[x,y,z]}{(F, G)}
|
||||
@@ -255,7 +252,7 @@ Schnittzahlen von projektiven Kurven.
|
||||
folgenden Gleichungen zu beweisen,
|
||||
\begin{align}
|
||||
\label{eq:17-3-1-1} \dim_k Γ_* & = \dim_k Γ_d \\
|
||||
\label{eq:17-3-1-2} \dim_k Γ_d & = n·m
|
||||
\label{eq:17-3-1-2} \dim_k Γ_d & = n·m.
|
||||
\end{align}
|
||||
Zur besseren Lesbarkeit ist der Beweis in drei relativ unabhängige Schritte
|
||||
aufgeteilt.
|
||||
@@ -278,8 +275,8 @@ Schnittzahlen von projektiven Kurven.
|
||||
\bigskip\noindent\textbf{Schritt 3} Beweis der Gleichung~\eqref{eq:17-3-1-1}.
|
||||
Sei $d ≥ n+m$. Wähle homogene Polynome $A_1, …, A_ℓ ∈ R_d$, sodass die
|
||||
Restklassen $[A_•] ∈ Γ_d$ eine Vektorraumbasis von $Γ_d$ bilden. Ich zeige im
|
||||
\video{22-3}, dass die Restklassen der dehomogenisierten Elemente
|
||||
$[A_{•,*}] ∈ Γ_*$ ebenfalls eine Vektorraumbasis bilden.
|
||||
\video{22-3}, dass die Restklassen der dehomogenisierten Elemente $[A_{•,*}] ∈
|
||||
Γ_*$ ebenfalls eine Vektorraumbasis bilden.
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{kor}[Projektive Kurven schneiden sich]
|
||||
@@ -287,10 +284,10 @@ Schnittzahlen von projektiven Kurven.
|
||||
Kurven im $ℙ²_k$ schneiden sich stets in mindestens einem Punkt. \qed
|
||||
\end{kor}
|
||||
|
||||
\begin{kor}[Affine Kurven schneiden sich nicht zu sehr]\label{kor:aksnzs}
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es seien $F$ und
|
||||
$G ∈ k[x, y]$ zwei ebene, affine Kurven ohne gemeinsame Komponente. Dann
|
||||
schneiden sich diese Kurven in höchstens $(\deg F)·(\deg G)$ vielen Punkten.
|
||||
\begin{kor}[Affine Kurven schneiden sich nicht zu sehr]\label{kor:aksnzs}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper und es seien $F$ und $G ∈
|
||||
k[x, y]$ zwei ebene, affine Kurven ohne gemeinsame Komponente. Dann schneiden
|
||||
sich diese Kurven in höchstens $(\deg F)·(\deg G)$ vielen Punkten.
|
||||
\qed
|
||||
\end{kor}
|
||||
|
||||
@@ -305,7 +302,7 @@ können wir die Anzahl von singulären Punkten einer ebenen affinen Kurve durch
|
||||
den Grad der Kurve beschränken. Affine Kurven können also nicht allzu viele
|
||||
singuläre Punkte haben.
|
||||
|
||||
\begin{kor}[Affine Kurven sind nicht zu singulär]\label{kor:17-3-4}
|
||||
\begin{kor}[Affine Kurven sind nicht zu singulär]\label{kor:17-3-4}%
|
||||
Es sei $k$ ein algebraisch abgeschlossener Körper der Charakteristik Null und
|
||||
es sei $F ∈ k[x, y]$ eine irreduzible ebene affine Kurve. Diese Kurve hat
|
||||
höchstens $(\deg F)·(\deg F -1)$ viele singuläre Punkte.
|
||||
@@ -313,10 +310,10 @@ singuläre Punkte haben.
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Wegen der Annahme über die Charakteristik von $k$ verschwinden nicht alle
|
||||
Ableitungen von $F$; wir nehmen an ohne Beschränkung der Allgemeinheit an,
|
||||
dass $G := \frac{∂ F}{∂ x}$ nicht das Nullpolynom ist. Es gilt
|
||||
$\deg G ≤ \deg F -1$.
|
||||
dass $G := \frac{∂ F}{∂ x}$ nicht das Nullpolynom ist. Es gilt $\deg G ≤ \deg
|
||||
F -1$.
|
||||
|
||||
Aus Definition~\vref{defn:ep} (``Glatte und singuläre Punkte'') ist klar, dass
|
||||
Aus Definition~\vref{defn:ep} („Glatte und singuläre Punkte“) ist klar, dass
|
||||
die singulären Punkte von $F$ Schnittpunkte der Kurven $F$ und $G$ sind. Die
|
||||
Annahme, dass $F$ irreduzibel ist, stellt sicher, dass $F$ und $G$ keine
|
||||
gemeinsame Komponente haben und die Aussage folgt aus
|
||||
@@ -351,13 +348,13 @@ Fällen klar. Abbildung~\ref{fig:barth} zeigt eine Fläche vom Grad 6 mit 65
|
||||
singulären Punkten. Diese Fläche wurde 1996 in der Arbeit \cite{MR1358040} von
|
||||
Wolf
|
||||
Barth\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Wolf_Barth_(Mathematiker)}{Wolf
|
||||
Paul Barth} (* 20. Oktober 1942 in Wernigerode; † 30. Dezember 2016) war
|
||||
ein deutscher Mathematiker, der sich mit algebraischer Geometrie
|
||||
beschäftigte.} konstruiert, nachdem Mathematiker lange Zeit vermutet hatten,
|
||||
dass maximal 64 singuläre Punkte möglich seien (es gab sogar einige fehlerhafte,
|
||||
veröffentlichte Beweise). Kurz nach Barths Konstruktion bewiesen Jaffe und
|
||||
Ruberman in \cite{MR1486992}, dass die Fläche tatsächlich optimal ist: ``A
|
||||
sextic cannot have 66 nodes''.
|
||||
Paul Barth} (* 20.~Oktober 1942 in Wernigerode; † 30.~Dezember 2016) war ein
|
||||
deutscher Mathematiker, der sich mit algebraischer Geometrie beschäftigte.}
|
||||
konstruiert, nachdem Mathematiker lange Zeit vermutet hatten, dass maximal 64
|
||||
singuläre Punkte möglich seien (es gab sogar einige fehlerhafte, veröffentlichte
|
||||
Beweise). Kurz nach Barths Konstruktion bewiesen Jaffe und Ruberman in
|
||||
\cite{MR1486992}, dass die Fläche tatsächlich optimal ist:
|
||||
„\foreignlanguage{english}{A sextic cannot have 66 nodes}“.
|
||||
|
||||
\begin{bemerkung}
|
||||
Sehen Sie im Bild, dass die Fläche die Symmetrie des Ikosaeders hat? Das ist
|
||||
@@ -365,12 +362,12 @@ sextic cannot have 66 nodes''.
|
||||
\end{bemerkung}
|
||||
|
||||
\href{https://oliverlabs.net}{Oliver Labs}, der 2005 an der Universität Mainz
|
||||
zum Thema ``Flächen mit vielen singulären Punkten'' promovierte, hat einen
|
||||
zum Thema „Flächen mit vielen singulären Punkten“ promovierte, hat einen
|
||||
\href{https://www.oliverlabs.net/data/AlgSurfManySings_German.pdf}{lesenswerten,
|
||||
reich bebilderten Artikel für ein breites mathematisches Publikum}
|
||||
geschrieben, den ich Ihnen empfehlen kann. Mit dem Programm
|
||||
reich bebilderten Artikel für ein breites mathematisches Publikum} geschrieben,
|
||||
den ich Ihnen empfehlen kann. Mit dem Programm
|
||||
\href{https://imaginary.org/program/surfer}{Surfer} können Sie viele der
|
||||
``Weltrekordflächen'' aus Labs' Artikel interaktiv in 3D zeichnen, animieren und
|
||||
„Weltrekordflächen“ aus Labs' Artikel interaktiv in 3D zeichnen, animieren und
|
||||
mit den Gleichungen spielen. Abbildung~\ref{fig:barth} ist ein Screenshot
|
||||
dieses Programms.
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -171,7 +171,7 @@ Dieser Text ist unter der Lizenz
|
||||
|
||||
\bibstyle{alpha}
|
||||
\bibliographystyle{alpha}
|
||||
\bibliography{bibliography/general}
|
||||
\bibliography{bibliography/math}
|
||||
|
||||
|
||||
\end{document}
|
||||
|
||||
11
TODO.md
Normal file
11
TODO.md
Normal file
@@ -0,0 +1,11 @@
|
||||
Am 15.09.23 um 13:51 schrieb daniel rath:
|
||||
|
||||
> Ich melde mich mit einer Frage zum Skript der Kommutativen Algebra. In 13.1 geht es um die Geometrische Interpretation der Noether Normalisierung. Im dritten Absatz wird gefolgert, dass die Ganzheit der Ringerweiterung k[y_1,\dots,k_d] \subset A zusammen mit der Isomorphie Y \cong A_k^d zur Folge hat, dass dim A = dim Y = dim A_k^d gilt.
|
||||
>
|
||||
> Hierfür wird 12.2.2 (Dimension unter ganzen Ringerweiterungen von Integritätsringen) benutzt. Meiner Meinung nach ist jedoch der reduzierte Ring A nur dann ein Integritätsbereich wenn die Varietät X irreduzibel ist. Zunächst habe ich gedacht, dass dies nur vergessen wurde. Allerdings wird in Satz 13.3.2 (Noether-Normalisierung und Dimension) explizit erst nach der Folgerung dim A = d gefordert, dass A ein Integritätsbereich ist.
|
||||
>
|
||||
> Übersehe ich hier etwas oder ist hier etwas falsch? Meiner Meinung nach ist die Forderung dass der Ring B in Satz 12.2.2 ein Integritätsbereich ist zwingend notwendig für die Aussage über die Dimensionen.
|
||||
|
||||
Kebekus: Das habe ich mir selbst eine Falle gebaut. In der Literatur wird der Begriff "Varietät" nicht immer einheitlich verwendet. Viele Autoren (darunter Hartshorne) verlangen, dass eine Varietät immer schon irreduzibel sein muss. Ich folge Hartshorne normalerweise und habe beim Schreiben mit Sicherheit nur an den Fall "X irreduzibel" gedacht. Ich sehe aber, dass das Wort "Varietät" im Skript eigentlich an keine Stelle so ganz präzise definiert wurde…
|
||||
|
||||
Als Stop-Gap-Measure füge ich jetzt in §13.1 das Wort "irreduzibel" ein. Vermutlich sollte ich aber noch einmal durch den gesamten Text gehen und Varietäten richtig definieren…
|
||||
1
bibliography
Submodule
1
bibliography
Submodule
Submodule bibliography added at a43a026480
15744
bibliography/general.bib
15744
bibliography/general.bib
File diff suppressed because it is too large
Load Diff
File diff suppressed because it is too large
Load Diff
Reference in New Issue
Block a user