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Johannes Loher 2017-09-22 14:12:14 +02:00
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@ -7,6 +7,7 @@
"cSpell.words": [
"Artin",
"Assoziativitätsformel",
"Bifunktors",
"Bifunktoren",
"Binomialpolynom",
"Binomialpolynome",

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@ -125,7 +125,7 @@ Im Folgenden sei $A \subset \Z$ mit der Eigenschaft
Eine Funktion $f\colon A \to \Z$ heißt \textbf{polynomartig}, wenn es ein Polynom $P_f \in \Q[X]$ gibt, das folgende Eigenschaft erfüllt:
Es gibt ein $m \in \Z$ mit der Eigenschaft $f(n) = P_f(n)$ für alle $n \ge m$.
Gibt es solch ein Polynom, so ist es offensichtlich eindeutig durch $f$ bestimmt und ganzzahlig.
Ist $k$ der Grad von $P_f$, so sagen wir auch, dass $f$ Grad $k$ hat und schreiben $e_k(f)$ anstatt von $e_k(P_f)$.
Ist $k$ der Grad von $P_f$, so sagen wir auch, dass $f$ Grad $k$ hat und schreiben $e_l(f)$ anstatt von $e_l(P_f)$.
\end{defn}
@ -147,7 +147,7 @@ Im Folgenden sei $A \subset \Z$ mit der Eigenschaft
\begin{equation*}
\Delta g(z) = \Delta f(z) -\Delta R(z) = \Delta f(z) - P_{\Delta f}(z) = 0
\end{equation*}
Das bedeutet, für $z$ groß genug ist $g(z) = e_0 \in \Z$ und es folgt $f(z) = R(n) + e_0$ für $z$ groß genug.
Das bedeutet, für $z$ groß genug ist $g(z) = e_0 \in \Z$ und es folgt $f(z) = R(z) + e_0$ für $z$ groß genug.
Also ist $f$ polynomartig vom Grad $\le r$.
Die Implikation (c) $\Rightarrow$ (a) folgt durch Induktion über $r$ und Verwendung der Implikation (b) $\Rightarrow$ (a).
@ -168,7 +168,7 @@ Da $H_0[X_1,\ldots,X_r]$ nach dem Hilbertschen Basissatz noethersch ist, ist es
Sei $M = \bigoplus_{n \in \N} M_n$ ein endlich erzeugter graduierter $H$-Modul.
$M$ ist noethersch, also ist für alle $n \in \N$ der $H$-Untermodul $M_{\ge n} \coloneqq \bigoplus_{i \ge n} M_n$ endlich erzeugt.
Nun gilt aber $M_n \cong M_{\ge n}/M_{\ge n+1}$, also ist auch $M_n$ ein endlich erzeugter $H$-Modul und damit auch ein endlich erzeugter $H/\Ann(M_n)$- Modul.
Es gilt $\bigoplus_{n \ge 1} H_n \subset \Ann(M_{\ge n}/M_{\ge_{n+1}})$, also haben wir folgende Surjektion:
Es gilt $\bigoplus_{n \ge 1} H_n \subset \Ann(M_{\ge n}/M_{\ge n+1})$, also haben wir folgende Surjektion:
\begin{equation*}
H_0 \cong H/\left(\bigoplus_{n\ge 1}H_n\right) \twoheadrightarrow H/\Ann(M_{\ge n}/M_{\ge n+1}) \cong H/\Ann(M_n).
\end{equation*}
@ -192,7 +192,7 @@ Dabei ist $\length_{H_0}(M_n)$ die Länge von $M_n$ als $H_0$-Modul.
Es gilt $M_n = 0$ für große $n$ und damit ist $\chi(M,\bullet)$ polynomartig vom Grad $-\infty < -1$.
Wir nehmen nun $r > 0$ an und, dass die Behauptung für $r - 1$ bereits gezeigt wurde.
Seien $N$ und $R$ der Kern und der Kokern des Endomorphismus $\Phi\colon M \to M,\, m \mapsto X_r \cdot m$.
Seien $N$ der Kern und $R$ der Kokern des Endomorphismus $\Phi\colon M \to M,\, m \mapsto X_r \cdot m$.
Das sind graduierte Moduln und wir erhalten die folgenden exakten Sequenzen:
\begin{equation*}
0 \to N_n \to M_n \overset{\Phi}{\to}M_{n+1} \to R_{n+1} \to 0
@ -272,7 +272,7 @@ wohldefiniert.
\begin{equation*}
\gr(M) = \bigoplus_{n\in \N} M_n/M_{n+1}
\end{equation*}
ein graduierte $H$-Modul.
ein graduierter $H$-Modul.
Nach Voraussetzung gibt es ein $n_0\in \N$ mit $M_{n+1} = \mfq M_n$ für alle $n \ge n_0$, also wird $\gr(M)$ von
\begin{equation*}
M_0/M_1 \oplus \cdots \oplus M_{n_0}/M_{n_0+1}
@ -527,6 +527,6 @@ Wir wollen nun $\dim(M) = d(M) = s(M)$ zeigen. Dies ist das Hauptresultat der Di
\label{thm:dim-gleich-d-gleich-s}
Es gilt $\dim(M) = d(M) = s(M)$.
\begin{proof}
Dies folgt aus {}\cref{lem:d-kleinergleich-s,lem:dim-kleinergleich-d,lem:s-kleinergleich-dim}.
Dies folgt aus den {}\cref{lem:d-kleinergleich-s,lem:dim-kleinergleich-d,lem:s-kleinergleich-dim}.
\end{proof}
\end{thm}

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@ -272,7 +272,7 @@ Im Folgenden sei $A$ ein kommutativer Ring.
Wir müssen also nur noch zeigen, dass diese Isomorphismen mit den Randabbildungen von $K^A(\bmx, M)$ und $K^B(\bmy, M)$ kompatibel sind. Es gibt eine Bijektive Abbildung \begin{equation*}
\phi_p \colon \mcI_p \to \left\lbrace 1, \ldots, \binom{r}{p} \right\rbrace.
\end{equation*}
Die Randabbildungen von $K^A(\bmx, M)$ und $K^B(\bmy, M)$ liefern dann jeweils beide die Abbildung:
Die Randabbildungen von $K^A(\bmx, M)$ und $K^B(\bmy, M)$ induzieren dann jeweils beide die Abbildung:
\begin{align*}
d\colon M^{\binom{r}{p}} &\to M^{\binom{r}{p - 1}} \\
(0, \ldots, 0, \underbrace{m}_{\mathclap{\phi_p(\lbrace i_1, \ldots, i_p \rbrace)\text{-te Stelle}}}, 0, \ldots, 0) &\mapsto \sum_{j = 1}^p {(-1)}^{j + 1} (0, \ldots, 0, \underbrace{\psi_j(m)}_{\mathclap{\phi_{p - 1}(\lbrace i_1, \ldots, i_{j - 1}, \widehat{i_{j}}, i_{j + 1}, \ldots, i_p \rbrace)\text{-te Stelle}}}, 0, \ldots, 0)
@ -288,9 +288,9 @@ Im Folgenden sei $A$ ein kommutativer Ring.
\begin{prop}
\label{prop:koszul-komplex-modul-null-bedingun}
Wenn $\bmx$ zusätzlich zu den Voraussetzungen aus \cref{defn:koszul-komplex-modul} eine $M$-reguläre Folge ist, dann gilt $H_p (\bmx, M) = 0$ für alle $p > 0$.
Sei $M$ ein $A$-Modul und $\bmx = (x_1, \ldots, x_r)$ eine $M$-reguläre Folge, dann gilt $H_p (\bmx, M) = 0$ für alle $p > 0$.
\begin{proof}
Für $r = 1$ ist die Behauptung war, denn $\Ann_M(x_1) = H_1(x_q,M) = 0$ bedeutet gerade, dass $x_1$ kein Nullteiler auf $M$ ist.
Für $r = 1$ ist die Behauptung richtig, denn $\Ann_M(x_1) = H_1(x_q,M) = 0$ bedeutet gerade, dass $x_1$ kein Nullteiler auf $M$ ist.
Sei also nun $r > 1$ und die Behauptung wahr für $r - 1$.
Es gilt
@ -429,9 +429,9 @@ Das Samuel-Polynom $P_{\bmx}(M)$ ist nach \cref{thm:samuel-polynom} vom Grad $\l
\begin{equation*}
P_{\bmx}(M, r) = e_{\bmx}(M, r)\frac{n^r}{r!} + Q(n),
\end{equation*}
wobei $Q$ ein Polynom in $\in \Q[X]$ vom Grad $< r$ ist.
wobei $Q$ ein Polynom in $\Q[X]$ vom Grad $< r$ ist.
Im Folgenden wollen wir die beiden ganzen Zahlen $\chi(\bmx, M)$ und $e_{\bmx}(M, r)$ miteinander vergleichen.
Im Folgenden wollen wir zeigen, dass die beiden ganzen Zahlen $\chi(\bmx, M)$ und $e_{\bmx}(M, r)$ übereinstimmen.
\begin{thm}
\label{thm:euler-poincare-charakteristik-gleich-samuel-polynom}
@ -541,7 +541,7 @@ Im Folgenden wollen wir die beiden ganzen Zahlen $\chi(\bmx, M)$ und $e_{\bmx}(M
\end{aligned}
\end{align}
\item\label{item:euler-poincare-charakteristik-gleich-samuel-polynom-9} Wenn $i$ große genug ist, können wir \cref{eq:euler-poincare-charakteristik} zu folgender Gleichung umschreiben:
\item\label{item:euler-poincare-charakteristik-gleich-samuel-polynom-9} Wenn $i$ groß genug ist, können wir \cref{eq:euler-poincare-charakteristik} zu folgender Gleichung umschreiben:
\begin{equation*}
\chi(\bmx, M) = \sum_{p \in \Z} {(-1)}^p \binom{r}{p} P_{\bmx}(M, i - p).
\end{equation*}

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@ -18,14 +18,14 @@ Dazu Führen wir zunächst die Gruppe der \emph{Zykel} eines Rings ein.
\begin{equation*}
Z = \sum_{\mfp \in \Spec(A)} n(\mfp) \mfp
\end{equation*}
mit $n(\mfp) > 0$ für alle $\mfp \in \Spec(A)$ ist.
mit $n(\mfp) \ge 0$ für alle $\mfp \in \Spec(A)$ ist.
\end{defn}
\begin{defn}
\label{defn:gruppe-der-zykel-eines-rings-der-dimension}
Sei $A$ ein noetherscher lokaler Ring der Dimension $n$.
Für alle $p \in \N$ sei $Z_p(A)$ die Untergruppe von $Z(A)$, die von den Primidealen $\mfp \in \Spec(A)$ mit $\dim(A / \mfp) =~p$ erzeugt wird.
Wir nennen $\Z_p(A)$ die \textbf{Gruppe der Zykel} von $A$ der Dimension $p$.
Wir nennen $Z_p(A)$ die \textbf{Gruppe der Zykel} von $A$ der Dimension $p$.
Offensichtlich gilt $Z(A) = \bigoplus_{p = 0}^n Z_p(A)$.
\end{defn}
@ -104,6 +104,7 @@ Ist $A$ ein noetherscher Ring, so bezeichnen wir im Folgenden die abelsche Kateg
z_p \colon K_p(A) &\to Z_p(A) \\
M & \mapsto \sum_{\substack{\mfq \in \Spec(A)\\\dim(A / \mfq) = p}} \length_{A_\mfq}(M_\mfq) \mfq
\end{align*}
Diese Funktion ist wohldefiniert, denn es gibt nur endlich viele Primideale $\mfq \in \Spec(A)$ mit $\dim(A / \mfq) = p$ und $\length_{A_\mfq}(M_\mfq) \neq 0$.
Wir nennen $z_p(M)$ den zu $M$ gehörigen \textbf{Zykel} der Dimension $p$.
Da die Länge von $A$-Moduln additiv auf kurzen exakten Sequenzen ist, ist es auch die Funktion $z_p$.
Ist $M \in K_{p - 1}(A)$ und $\mfq \in \Spec(A)$ mit $\dim(A / \mfq) = p$, so gilt $\mfq \notin \Supp(M)$, da $\dim(M) < p$.
@ -148,7 +149,7 @@ Ist $A$ ein noetherscher Ring, so bezeichnen wir im Folgenden die abelsche Kateg
e_\mfa(M_s, p) = \sum_{i = 1}^s e_\mfa(M_i / M_{i - 1}, p)
\end{equation*}
gilt.
Wegen $M_1 = M_1 / M_0$ haben wir im Fall $s = 1$
Wegen $M_1 = M_1 / M_0$ haben wir im Fall $s = 1$ die Gleichung
\begin{equation*}
e_\mfa(M_1, p) = e_\mfa(M_1 / M_0, p) = \sum_{i = 1}^1 e_\mfa(M_i / M_{i - 1}, p).
\end{equation*}
@ -208,14 +209,14 @@ Um dies zu beweisen benötigen wir mehrere Lemmata:
Sei $A$ ein Ring und $\mfp$ ein minimales Primideal von $A$.
Dann sind alle Elemente von $\mfp$ Nullteiler in $A$.
\begin{proof}
Ist $R = 0$, so ist die Aussage trivial, sei also im Folgenden $R \neq 0$.
Ist $A = 0$, so ist die Aussage trivial, sei also im Folgenden $A \neq 0$.
Ist $B \subset A$, so bezeichnen wir das Komplement von $B$ in $A$ mit $\overline{B}$.
Sei $\mcZ(A)$ die Menge der Nullteiler von $A$ und sei $S$ die multiplikative Menge $\overline{\mfp} \cdot \overline{\mcZ(A)}$.
Es gilt $0 \notin S$, denn sonst wäre $0 = ab$ mit $a \in \overline{\mfp}$ und $b \in \overline{\mcZ(A)}$.
Dann gilt aber $b \in \mcZ(A)$ im Widerspruch zu $b \in \overline{\mcZ(A)}$.
Demnach gilt $R_S \neq 0$ und es gibt ein Primideal $\mfq'$ von $R_S$.
Dieses entspricht einem Primideal $\mfq$ von $R$ mit $\mfq \cap S = \emptyset$, also $\mfq \subset \overline{S}$.
Wegen $R \neq 0$ gilt $1 \notin \mcZ(A)$ und da $\mfp$ prim ist, gilt $1 \notin \mfp$.
Demnach gilt $A_S \neq 0$ und es gibt ein Primideal $\mfq'$ von $A_S$.
Dieses entspricht einem Primideal $\mfq$ von $A$ mit $\mfq \cap S = \emptyset$, also $\mfq \subset \overline{S}$.
Wegen $A \neq 0$ gilt $1 \notin \mcZ(A)$ und da $\mfp$ prim ist, gilt $1 \notin \mfp$.
Es folgt $S \supset \overline{\mfp} \cup \overline{\mcZ(A)}$ und damit $\overline{S} \subset \mfp \cap \mcZ(A)$.
Insgesamt erhalten wir also
\begin{equation*}
@ -272,7 +273,7 @@ Um dies zu beweisen benötigen wir mehrere Lemmata:
Da Tensorprodukte und direkte Summen vertauschen, ist also $K' \otimes_k K''$ frei über $L' \otimes_k L''$.
Insbesondere ist $K' \otimes_k K''$ ein torsionsfreier $B' \otimes_k B''$-Modul.
Betrachte nun $x \in \mfp \cap B' \otimes_k B''$.
Da $\mfp$ ein minimales Primideal ist, $x$ nach \cref{lem:elemente-minimaler-primideale-sind-nullteiler} ein Nullteiler in $A' \otimes_k A''$.
Da $\mfp$ ein minimales Primideal ist, ist $x$ nach \cref{lem:elemente-minimaler-primideale-sind-nullteiler} ein Nullteiler in $A' \otimes_k A''$.
Demnach gibt es ein $0 \neq y \in A' \otimes_k A''$ mit $xy = 0$.
Wäre $x \neq 0$, so wäre also $y \in K' \otimes_k K''$ ein $B' \otimes_k B''$-Torsionselement, aber $K' \otimes_k K''$ ist torsionsfrei.
Folglich gilt $\mfp \cap B' \otimes_k B'' = 0$ und damit ist $(A' \otimes_k A'') / \mfp$ ganz über $(B' \otimes_k B'') / (\mfp \cap B' \otimes_k B'') = B' \otimes_k B''$.
@ -308,7 +309,7 @@ Um dies zu beweisen benötigen wir mehrere Lemmata:
&= \sum_{i = 1}^n a_i \otimes b_i - 1 \otimes a_i b_i \\
&= \sum_{i = 1}^n a_i \otimes b_i
\end{align*}
Also ist $\sum_{i=1}^{n}a_i \otimes b_i$ im von den Elementen $1- a_i \otimes a_i - 1$ erzeugten Ideal enthalten.
Also ist $\sum_{i=1}^{n}a_i \otimes b_i$ im von den Elementen $1 \otimes a_i - a_i \otimes 1$ erzeugten Ideal enthalten.
\item Sind $a' \in \mfp'$ und $a'' \in \mfp''$, so gilt \begin{equation*}
\phi(a' \otimes 1 + 1 \otimes a'') = \phi(a' \otimes 1) + \phi(1 \otimes a'') = a' + a''.
\end{equation*}
@ -388,11 +389,11 @@ ist.
Sei außerdem $\mfd'$ das Bild von $\mfd$ in $A / \mfp \otimes_k A / \mfq$.
Dann sind
\begin{equation*}
A / \mfp \otimes_A A / \mfq \cong A / (\mfp + \mfp)
A / \mfp \otimes_A A / \mfq \cong A / (\mfp + \mfq)
\end{equation*}
und
\begin{equation*}
(A / \mfp \otimes_k A / \mfp) \otimes_{(A \otimes_k A)} (A \otimes_k A) / \mfd \cong (A / \mfp \otimes_k A / \mfp) / \mfd'
(A / \mfp \otimes_k A / \mfq) \otimes_{(A \otimes_k A)} (A \otimes_k A) / \mfd \cong (A / \mfp \otimes_k A / \mfq) / \mfd'
\end{equation*}
jeweils die Koordinatenringe von $U \cap V$ und $(U \times_{\Spec(k)} V) \cap \Delta$.
Die obige Aussage übersetzt sich dann auf folgende Weise in algebraische Sprache:
@ -400,7 +401,7 @@ Die obige Aussage übersetzt sich dann auf folgende Weise in algebraische Sprach
(A \otimes_k A) / \mfd \cong A
\end{equation}
\begin{equation}
A / \mfp \otimes_A A / \mfq \cong (A / \mfp \otimes_k A / \mfp) \otimes_{(A \otimes_k A)} A \cong (A / \mfp \otimes_k A / \mfp) \otimes_{(A \otimes_k A)} (A \otimes_k A) / \mfd
A / \mfp \otimes_A A / \mfq \cong (A / \mfp \otimes_k A / \mfq) \otimes_{(A \otimes_k A)} A \cong (A / \mfp \otimes_k A / \mfq) \otimes_{(A \otimes_k A)} (A \otimes_k A) / \mfd
\end{equation}
Diese Formel verallgemeinert sich auf folgende Weise: Sei $k$ ein Körper, $A$ eine $k$-Algebra, $B = A \otimes_k A$, $\mfd$ das von $a \otimes 1 - 1 \otimes a$, $a \in A$ erzeugte Ideal in $B$ und seien $M$ und $N$ zwei $A$-Moduln.
Dann ist $B / \mfd$ eine zu $A$ isomorphe $k$-Algebra und $A$ erhält dadurch eine $B$-Modulstruktur.
@ -416,7 +417,7 @@ eine $B$-projektive Auflösung, dann erhalten wir natürliche Isomorphismen
\begin{equation*}
\Tor^A_n(M, N) \cong H_n((M \otimes_k N) \otimes_B L_{\bullet}).
\end{equation*}
Im Fall $A = k[X_1, \ldots, X_n]$ ist $\mfd$ das von $X_i - 1 \otimes 1 - X_i$, $i \in \lbrace 1, \ldots, n \rbrace$ erzeugte Ideal. Offensichtlich ist $\bmX = {(X_i - 1 \otimes 1 - X_i)}_{i \in \lbrace 1, \ldots, n \rbrace}$ eine $B$-reguläre Folge und es gilt
Im Fall $A = k[X_1, \ldots, X_n]$ ist $\mfd$ das von $X_i \otimes 1 - 1 \otimes X_i$, $i \in \lbrace 1, \ldots, n \rbrace$ erzeugte Ideal. Offensichtlich ist $\bmX = {(X_i \otimes 1 - 1 \otimes X_i)}_{i \in \lbrace 1, \ldots, n \rbrace}$ eine $B$-reguläre Folge und es gilt
\begin{equation*}
H^B_0(\bmX, B) = B / \mfd \cong A.
\end{equation*}
@ -435,11 +436,11 @@ Wir wollen \cref{eq:tor-koszul} im Folgenden auf \emph{vervollständigte Tensorp
\begin{defn}[Vervollständigtes Tensorprodukt]
\label{defn:vervollstaendigtes-tensorprodukt}
Sei $k$ ein noetherscher Ring und seien $A$ und $B$ noethersche $k$-Algebren.
Seien $\mfm, \mfn$ Ideale von $A$, beziehungsweise $B$ mit der Eigenschaft, dass $A/\mfm$ und $B/\mfn$ $k$-Moduln von endlicher Länge sind.
Sei $\mfm$ (beziehungsweise $\mfn$) ein Ideal von $A$ (beziehungsweise $B$) mit der Eigenschaft, dass $A/\mfm$ (beziehungsweise $B/\mfn$) ein $k$-Modul von endlicher Länge ist.
Sei $M$ (beziehungsweise $N$) ein endlich erzeugter $A$-Modul (beziehungsweise $B$-Modul) mit einer $\mfm$-stabilen Filtrierung $(M_p)$ (beziehungsweise mit einer $\mfn$-stabilen Filtrierung ($N_q$)).
Wegen $V(\mfm) = V(\mfm^p)$ und $V(\mfn) = V(\mfn^q)$ folgt mit \cref{lem:kriterium-fuer-endliche-laenge}, dass auch $A/\mfm^p$ und $B/\mfn^q$ von endlicher Länge über $k$ sind.
Wegen $\mfm^p \subset \Ann_A(M / \mfm^p M)$ und $\mfn^q \subset \Ann_B(N / \mfn^q N)$ ist $M / \mfm^p M$ ein endlich erzeugter $(A / \mfm^p)$-Modul und $N / \mfn^q N$ ein endlich erzeugter $(B / \mfn^q)$-Modul.
Demnach sind sie $k$-Moduln von endlicher Länge und wegen $M_p \supset \mfm^p M$ und $N_q \supset \mfn^q N$ sind auch $M / M_p$ und $N / N_q$ von endlicher Länge über $k$.
Demnach sind sie von endlicher Länge über $k$ und wegen $M_p \supset \mfm^p M$ und $N_q \supset \mfn^q N$ sind auch $M / M_p$ und $N / N_q$ von endlicher Länge über $k$.
Für alle $i \in \N$ bilden die Moduln $\Tor^k_i(M/M_p, N/N_q)$ ein projektives System und wir definieren die \textbf{vervollständigten $\BTor$-Funktoren} durch
\begin{equation}
@ -451,12 +452,12 @@ Wir wollen \cref{eq:tor-koszul} im Folgenden auf \emph{vervollständigte Tensorp
\end{equation}
\end{defn}
Wir geben nun einige Eigenschaften der soeben definierten abelschen Gruppen an:
Wir geben nun einige Eigenschaften der soeben definierten $k$-Moduln an:
\begin{prop}
\label{prop:vervollstaendigtes-tensorprodukt-eigenschaften}
Sei $k$ ein noetherscher Ring und seien $A$ und $B$ noethersche $k$-Algebren.
Seien $\mfm, \mfn$ Ideale von $A$, beziehungsweise $B$ mit der Eigenschaft, dass $A/\mfm$ und $B/\mfn$ $k$-Moduln von endlicher Länge sind.
Sei $\mfm$ (beziehungsweise $\mfn$) ein Ideal von $A$ (beziehungsweise $B$) mit der Eigenschaft, dass $A/\mfm$ (beziehungsweise $B/\mfn$) ein $k$-Modul von endlicher Länge ist.
Sei $M$ (beziehungsweise $N$) ein endlich erzeugter $A$-Modul (beziehungsweise $B$-Modul) mit einer $\mfm$-stabilen Filtrierung $(M_p)$ (beziehungsweise mit einer $\mfn$-stabilen Filtrierung ($N_q$)).
\begin{enumerate}[label = (\alph*)]
\item Es gilt
@ -627,10 +628,10 @@ Wir geben nun einige Eigenschaften der soeben definierten abelschen Gruppen an:
\end{equation*}
\item Da das vervollständigte Tensorprodukt mit Summen kompatibel ist, ist $\mfr$ nach \cref{item:vollstaendigkeit-vervollstaendigtes-tensorprodukt} die $(\mfm \otimes_k B + A \otimes_k \mfn)$-adische Vervollständigung von $\mfm \otimes_k B + A \otimes_k \mfm$, also ist $A \widehat{\otimes}_k B$ vollständig bezüglich der $\mfr$-adischen Topologie.
Analog sieht man auch, dass $\widehat{\Tor}^k_i(M, N)$ voll ständig bezüglich der $\mfr$-adischen Topologie ist.
Analog sieht man auch, dass $\widehat{\Tor}^k_i(M, N)$ vollständig bezüglich der $\mfr$-adischen Topologie ist.
Es gilt also auch
\begin{equation*}
(A \widehat{\otimes}_k B) / \mfr \cong (A \otimes _k) / (\mfm \otimes_k B + A \otimes_k \mfn)
(A \widehat{\otimes}_k B) / \mfr \cong (A \otimes_k B) / (\mfm \otimes_k B + A \otimes_k \mfn)
\cong (A / \mfm) \otimes_k (B / \mfn)
\end{equation*}
und
@ -711,13 +712,13 @@ Wie wir bereits gesehen haben, ist $A \widehat{\otimes}_k B$ die $\mfr$-adische
\begin{equation*}
\mfr = (X_1, \ldots, X_n) \otimes_k B + A \otimes_k (Y_1, \ldots, Y_n).
\end{equation*}
Sei nun $C = k[[X_y, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n]]$ der formale Potenzreihenring in $2n$ Variablen.
Sei nun $C = k[[X_1, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n]]$ der formale Potenzreihenring in $2n$ Variablen.
Dann haben wir eine Einbettung
\begin{align*}
\phi \colon A \otimes_k B &\to C\\
f \otimes g & \mapsto fg
\end{align*}
(siehe {}\cite[Proposition~3.1]{bardavid11aneffective}) und das Bild von $\mfr$ unter dieser Einbettung ist offensichtlich $(X_y, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n)$.
(siehe {}\cite[Proposition~3.1]{bardavid11aneffective}) und das Bild von $\mfr$ unter dieser Einbettung ist offensichtlich $(X_1, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n)$.
Desweiteren gilt $k[X_1, \ldots, X_n] \subset A$ und $k[Y_1, \ldots, Y_n] \subset B$ und da Polynomringe und formale Potenzreihenringe flach sind, haben wir eine Injektion
\begin{equation*}
k[X_1, \ldots, X_n] \otimes_k k[Y_1, \ldots, Y_n] \hookrightarrow A \otimes_k B \hookrightarrow C,
@ -728,15 +729,15 @@ die offenbar dem Morphismus
f \otimes g & \mapsto fg
\end{align*}
entspricht.
Das Bild dieses Morphismus ist bekannterweise $k[X_y, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n]$, es gilt also $k[X_y, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n] \subset \phi(A \otimes_k B)$.
Nun ist aber $C$ die Vervollständigung von $k[X_y, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n]$ bezüglich $(X_1, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n)$, also folgt bereits
Das Bild dieses Morphismus ist bekannterweise $k[X_1, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n]$, es gilt also $k[X_1, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n] \subset \phi(A \otimes_k B)$.
Nun ist aber $C$ die Vervollständigung von $k[X_1, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n]$ bezüglich $(X_1, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n)$, also folgt bereits
\begin{equation*}
A \widehat{\otimes}_k B \cong C.
\end{equation*}
\begin{prop}
\label{prop:reduktion-auf-diagonale-diagonale-potenzreihernring}
Es sei $k$ ein Körper und $A \cong B \cong k[[X_1, \ldots, X_n]]$. Sei außerdem $\mfm \cong \mfn \cong (X_1, \ldots, X_n)$ und $C$ der formalen Potenzreihenring $k[[X_y, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n]]$ in $2n$ Variablen.
Es sei $k$ ein Körper und $A \cong B \cong k[[X_1, \ldots, X_n]]$. Sei außerdem $\mfm \cong \mfn \cong (X_1, \ldots, X_n)$ und $C$ der formale Potenzreihenring $k[[X_1, \ldots, X_n, Y_1, \ldots, Y_n]]$ in $2n$ Variablen.
Sei $M$ (beziehungsweise $N$) ein endlich erzeugter $A$-Modul (beziehungsweise $B$-Modul) mit einer $\mfm$-stabilen Filtrierung $(M_p)$ (beziehungsweise mit einer $\mfn$-stabilen Filtrierung ($N_q$)).
Dann gilt
\begin{equation}
@ -871,7 +872,7 @@ $A$ ist regulär von gleicher Charakteristik und für $M = A / \mfp_U$ und $N =
\end{equation*}
wobei $\mfm$ das Maximalideal von $A$ ist, denn $M \otimes_A N \cong A / (\mfp_U + \mfp_V)$ ist von endlicher Länge, also sind nach \cref{lem:kriterium-fuer-endliche-laenge} alle Elemente von $\Supp(M \otimes_A N)$ maximale Ideale.
Also ist $\mfm$ das eindeutige minimale Primideal von $\Supp(M \otimes_A N)$.
Wegen $\dim(X) \ge \dim(A)$ können wir auch tatsächlich bin $\dim(X)$ summieren.
Wegen $\dim(X) \ge \dim(A)$ können wir auch tatsächlich bis $\dim(X)$ summieren.
Nach \cref{thm:tor-formel-regulaerer-ring-gleicher-charakteristik} folgt also auch
\begin{equation*}
@ -887,12 +888,12 @@ Im Fall, dass in \cref{eq:dimension-intersection} Gleichheit gilt, sagen wir, da
\begin{thm}\leavevmode
\label{thm:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet}
\begin{enumerate}[label = (\alph*)]
\item\label{item:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet-a} Falls sich $U$ und $V$ in $W$ nicht eigentlich schneiden, dann gilt $\chi^A(A / \mfp_u, A / \mfp_V) = 0$.
\item\label{item:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet-b} Falls sich $U$ und $V$ in $W$ eigentlich schneiden, so ist $\chi^A(A / \mfp_u, A / \mfp_V) > 0$ und stimmt mit der Schnitt-Multiplizität $i(X, U \cdot V, W)$ von $U$ und $V$ in $W$ im Sinne von Samuel überein.
\item\label{item:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet-a} Falls sich $U$ und $V$ in $W$ nicht eigentlich schneiden, dann gilt $\chi^A(A / \mfp_U, A / \mfp_V) = 0$.
\item\label{item:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet-b} Falls sich $U$ und $V$ in $W$ eigentlich schneiden, so ist $\chi^A(A / \mfp_U, A / \mfp_V) > 0$ und stimmt mit der Schnitt-Multiplizität $i(X, U \cdot V, W)$ von $U$ und $V$ in $W$ im Sinne von Samuel überein.
\end{enumerate}
\end{thm}
Offensichtlich folgen \cref{item:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet-a} und der erste Teil von \cref{item:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet-b} aus \cref{thm:tor-formel-regulaerer-ring-gleicher-charakteristik}. Den zweiten Teil von \cref{item:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet-b} zeigen wir, nachdem wir gezeigt haben, dass die Funktion $I(X, U \cdot V, W) = \chi^A(A / \mfp_u, A / \mfp_V)$ die formalen Eigenschaften einer \enquote{Schnittmultiplizität} erfüllt.
Offensichtlich folgen \cref{item:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet-a} und der erste Teil von \cref{item:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet-b} aus \cref{thm:tor-formel-regulaerer-ring-gleicher-charakteristik}. Den zweiten Teil von \cref{item:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet-b} zeigen wir, nachdem wir gezeigt haben, dass die Funktion $I(X, U \cdot V, W) = \chi^A(A / \mfp_u, A / \mfp_V)$ die formalen Eigenschaften einer \emph{Schnittmultiplizität} erfüllt.
\section{Zykel auf einer nicht singulären affinen Varietät}
\label{sec:zykel-auf-einer-nicht-singulaeren-affinen-varietaet}
@ -908,7 +909,7 @@ Sind $\alpha = \sum_{i} n_i \mfp_i \in Z_a(A)$ und $\beta = \sum_{j} m_j \mfq_j
Seien $a, b \in \N$, $\alpha = \sum_{i} n_i \mfp_i \in Z_a(A)$ und $\beta = \sum_{j} m_j \mfq_j \in Z_b(A)$ zwei Zykel die sich eigentlich schneiden, das heißt für jedes minimale Primideal $\mfr$ in $\Supp(A / \mfp_i \otimes_A A / \mfq_j)$ gilt $\dim(A/\mfr) = c = a + b - \dim(X)$.
Dann definieren wir das \textbf{Schnittprodukt} von $\alpha$ und $\beta$ durch
\begin{equation*}
\alpha \cdot \beta \coloneqq \sum_{i, j} n_i m_j \sum_{\substack{\mfr \in \Supp(A / \mfp_i \otimes_A A / \mfq_j)\\\text{ minimal}}} \chi^{A_\mfr}({(A / \mfp_i)}_\mfr, {(A / \mfq_j)}_\mfr) \mfr \in Z_c(A).
\alpha \cdot \beta \coloneqq \sum_{i, j} n_i m_j \left(\sum_{\substack{\mfr \in \Supp(A / \mfp_i \otimes_A A / \mfq_j)\\\text{ minimal}}} \chi^{A_\mfr}({(A / \mfp_i)}_\mfr, {(A / \mfq_j)}_\mfr) \mfr \in Z_c(A)\right).
\end{equation*}
\end{defn}
@ -917,7 +918,7 @@ Sind $\alpha = \sum_{i} n_i \mfp_i \in Z_a(A)$ und $\beta = \sum_{j} m_j \mfq_j
Seien $a, b, c \in \N$ mit $a + b = n + c$. Seien $M$ und $N$ zwei $A$-Moduln mit $\dim(M) \le a$, $\dim(N) \le b$ und $\dim(M \otimes_A N) \le c$.
Die Zykel $z_a(M)$ und $z_b(N)$ schneiden sich eigentlich und der Schnittzykel
\begin{equation*}
z_a(M) \cdot z_b(N) = \sum_{\substack{\dim(A / \mfp) = a \\ \dim(A / \mfq) = b}} \length_{A_\mfp}(M_\mfp) \length_{A_\mfq}(N_\mfq) \sum_{\substack{\mfr \in \Supp(A / \mfp \otimes_A A / \mfq)\\\text{ minimal}}} \chi^{A_\mfr}({(A / \mfp)}_\mfr, {(A / \mfq)}_\mfr) \mfr
z_a(M) \cdot z_b(N) = \sum_{\substack{\dim(A / \mfp) = a \\ \dim(A / \mfq) = b}} \length_{A_\mfp}(M_\mfp) \length_{A_\mfq}(N_\mfq) \left(\sum_{\substack{\mfr \in \Supp(A / \mfp \otimes_A A / \mfq)\\\text{ minimal}}} \chi^{A_\mfr}({(A / \mfp)}_\mfr, {(A / \mfq)}_\mfr) \mfr\right)
\end{equation*}
stimmt mit dem Zykel
\begin{equation*}
@ -940,9 +941,9 @@ Sind $\alpha = \sum_{i} n_i \mfp_i \in Z_a(A)$ und $\beta = \sum_{j} m_j \mfq_j
\begin{bem}\leavevmode
\begin{enumerate}[label = (\alph*)]
\item \cref{prop:schnitt-zykel} Liefert uns eine einfache Methode, um das Schnittprodukt $\alpha \cdot \beta$ zweier positiver Zykel $\alpha$ und $\beta$ der Dimensionen $a$ und $b$, die sich eigentlich schneiden, zu berechnen:
Wähle Moduln $M$ und $N$ mit $z_a(M) = \alpha$ und $z_b(N) = \beta$, sodass $M \otimes_A N$ die gewünschte Dimension hat (das ist automatisch der Fall, falls $\Supp(M) = \Supp(\alpha)$ und $\Supp(N) = \Supp(\beta)$).
Der Zykel $\alpha \cdot \beta$ ist dann einfach der \enquote{Zykel von $\Tor^A(M, N)$}.
\item \cref{prop:schnitt-zykel} liefert uns eine einfache Methode, um das Schnittprodukt $\alpha \cdot \beta$ zweier positiver Zykel $\alpha$ und $\beta$ der Dimensionen $a$ und $b$, die sich eigentlich schneiden, zu berechnen:
Wähle Moduln $M$ und $N$ mit $z_a(M) = \alpha$ und $z_b(N) = \beta$, sodass $M \otimes_A N$ die gewünschte Dimension $c$ hat (das ist automatisch der Fall, falls $\Supp(M) = \Supp(\alpha)$ und $\Supp(N) = \Supp(\beta)$).
Der Zykel $\alpha \cdot \beta$ ist dann einfach der Zykel $z_c(\Tor^A(M, N))$.
\item Wir können den Begriff der Zykel und \cref{defn:schnittprodukt-von-zykeln} auf algebraische Varietäten erweitern, die nicht notwendigerweise affin sind.
In diesem Fall ersetzen wir Primideale $\mfp$ von $A$ mit $\dim(A / \mfq) = p$ durch irreduzible Untervarietäten von $X$ der Kodimension $p$ und $A$-Moduln durch \emph{kohärente $\mcO_X$-Modulgarben}, wobei $\mcO_X$ die Strukturgarbe von $X$ ist.
Ist $\mcM$ solch eine Modulgarbe mit $\dim(\Supp(\mcM)) \le a$ (was wir manchmal auch als $\dim(\mcM) \le a$ schreiben), so definieren wir auf offensichtliche Weise den Zykel $z_a(\mcM) \in Z_a(X)$.
@ -953,7 +954,7 @@ Sind $\alpha = \sum_{i} n_i \mfp_i \in Z_a(A)$ und $\beta = \sum_{j} m_j \mfq_j
\section{Eigenschaften des Schnittprodukts}
\label{sec:eigenschaften-des-schnittprodukts}
In diesem Abschnitt wollen wir zeigen, dass das Schnittprodukt aus \cref{defn:schnittprodukt-von-zykeln} die Fundamentalen Eigenschaften der Schnitttheorie erfüllt.
In diesem Abschnitt wollen wir zeigen, dass das Schnittprodukt aus \cref{defn:schnittprodukt-von-zykeln} die fundamentalen Eigenschaften der Schnitttheorie erfüllt.
Da diese Eigenschaften alle lokal sind, können wir annehmen, dass die Varietäten affin und nicht singulär sind.
Dies ermöglicht es uns \cref{prop:schnitt-zykel} anzuwenden.
@ -979,6 +980,10 @@ Sei also im Folgenden $X$ eine nicht singuläre affine Varietät der Dimension $
\Tor^A_p(M, \Tor^A_q(M', M'')) &\Longrightarrow \Tor^A_{p + q}(M, M', M'')\label{eq:assoziativitaet-schnittprodukt-erste-spektralsequenz} \\
\Tor^A_p(\Tor^A_q(M, M'), M'') &\Longrightarrow \Tor^A_{p + q}(M, M', M'') \label{eq:assoziativitaet-schnittprodukt-zweite-spektralsequenz}
\end{align}
Dabei ist $\Tor^A_n(\bullet, M', \bullet)$ der $n$-te linksabgeleitete Funktor des Bifunktors
\begin{equation*}
(M, M'') \mapsto T_{M'}(M, M'') \coloneqq M \otimes_A(M' \otimes_A M'') = (M \otimes_A M') \otimes_A M''.
\end{equation*}
Sei $c = a + a' + a'' - 2n$ und $b = a' + a'' - n$.
Da die Schnitte eigentlich sind, gilt $\dim(M' \otimes_A M'') \le b$ und $\dim(M \otimes_A M' \otimes_A M'') \le c$.
Demnach sind die folgenden Zykel wohldefiniert:
@ -1013,7 +1018,7 @@ Sei also im Folgenden $X$ eine nicht singuläre affine Varietät der Dimension $
Um dies zu zeigen, können wir annehmen, dass die Zykel positiv sind.
Seien $M_1$ und $M_2$ zwei $A$-Moduln, die zu den Zykeln $z_1$ und $z_2$ korrespondieren und seien $M_1'$ und $M_2'$ zwei $A'$-Moduln, die zu den Zykel $z_1'$ und $z_2'$ korrespondieren.
Man prüft leicht, dass der zum $(A \otimes_k A')$-Modul $M_1 \otimes_k M_1'$ assoziierte Zykel gleich $z_1 \times z_1'$ (tatsächlich kann man dies als Definition des Produkts von Zykeln verwenden).
Die Produktformel, die wir zeigen wollen, folgt dann aus der \enquote{Künneth-Formel}:
Die Produktformel, die wir zeigen wollen, folgt dann aus der \emph{Künneth-Formel}:
\begin{equation*}
\Tor^{A \otimes_k A'}_h(M_1 \otimes_k M_1', M_2 \otimes_k M_2') = \bigoplus_{i + j = h} \Tor^A_i(M_1, M_2) \otimes_k \Tor^{A'}_j(M_1', M_2').
\end{equation*}
@ -1030,7 +1035,7 @@ Sei also im Folgenden $X$ eine nicht singuläre affine Varietät der Dimension $
\begin{equation*}
\Tor^A_i(M_1, M_2) = \Tor^B_i(M_1 \otimes_k M_2, A).
\end{equation*}
\cref{eq:reduktion-auf-die-diagonale-schnittprodukt} folgt dann durch Bilden der alternierenden Summe der Zykel auf beiden seiten der obigen Gleichung.
Die \cref{eq:reduktion-auf-die-diagonale-schnittprodukt} folgt dann durch Bilden der alternierenden Summe der Zykel auf beiden Seiten der obigen Gleichung.
\end{description}
Wir wollen nun den Rest von \cref{thm:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet} zeigen.
@ -1057,14 +1062,14 @@ Wir wollen nun den Rest von \cref{thm:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet} ze
\label{sec:Ausblick}
Wir haben im Verlauf dieser Arbeit hauptsächlich darauf hingearbeitet, \cref{thm:tor-formel-gibt-schnitt-multiplizitaet} zu beweisen.
Als wesentlichen Schritt dazu, haben wir \cref{thm:tor-formel-regulaerer-ring-gleicher-charakteristik} gezeigt.
Als wesentlichen Schritt dazu haben wir \cref{thm:tor-formel-regulaerer-ring-gleicher-charakteristik} gezeigt.
Die Einschränkung in \cref{thm:tor-formel-regulaerer-ring-gleicher-charakteristik} auf reguläre Ringe gleicher Charakteristik wirkt allerdings etwas speziell und es ist deswegen natürlich zu vermuten, dass die Aussage dieses Theorems auch für beliebige reguläre Ringe gilt.
Serre selbst hat die Aussage zumindest in etwas allgemeinerer Form gezeigt, nämlich für den Fall unverzweigter regulärer Ringe ungleicher Charakteristik (siehe {}\cite[Chapter~V, Part~B, Theorem~2]{serre2000local}).
Die zweite Aussage des Theorems (die \enquote{Dimensionsformel}) wurde von Serre sogar im Fall beliebiger regulärer Ringe gezeigt (siehe {}\cite[Chapter~V, Part~B, Theorem~3]{serre2000local}).
Die zweite Aussage des Theorems (die \emph{Dimensionsformel}) wurde von Serre sogar im Fall beliebiger regulärer Ringe gezeigt (siehe {}\cite[Chapter~V, Part~B, Theorem~3]{serre2000local}).
Die erste Aussage des Theorems (die Nicht-Negativität von $\chi(M, N)$) wurde im Fall beliebiger regulärer Ringe 1996 von Ofer Gabber gezeigt (siehe {}\cite{roberts1998recent}).
Die erste Aussage des Theorems (die Nichtnegativität von $\chi(M, N)$) wurde im Fall beliebiger regulärer Ringe 1996 von Ofer Gabber gezeigt (siehe {}\cite{roberts1998recent}).
Der Beweis ist tatsächlich relativ kompliziert und verwendet Methoden der algebraischen Geometrie wie die Auflösung von Singularitäten.
Die eine Implikation der dritten Aussage des Theorems, nämlich

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@ -1,8 +1,8 @@
\chapter{Einleitung}
\label{cha:einleitung}
Die Schnittmultiplizitäten aus der algebraischen Geometrie im Sinne von Pierre Samuel stimmen mit einer \enquote{Euler-Poincaré-Charakteristik} von bestimmten $\Tor$-Funktoren überein.
Die moderne Schnitttheorie verwendet diese \enquote{$\Tor$-Formel} deswegen für die Definition des Schnittprodukts (siehe zum Beispiel {}\cite{fulton1998intersection}).
Die Schnittmultiplizitäten aus der algebraischen Geometrie im Sinne von Pierre Samuel stimmen mit einer \emph{Euler-Poincaré-Charakteristik} von bestimmten $\Tor$-Funktoren überein.
Die moderne Schnitttheorie verwendet diese \emph{$\ITor$-Formel} deswegen für die Definition des Schnittprodukts (siehe zum Beispiel {}\cite{fulton1998intersection}).
Diese Arbeit folgt in vielen Punkten den Ausführungen von Jean-Pierre Serre in {}\cite{serre2000local}, allerdings werden etliche Resultate weggelassen, die bereits aus der kommutativen Algebra bekannt sein sollten.
Stattdessen werden die für die $\Tor$-Formel wichtigen Resultate in größerem Detail behandelt.
@ -25,7 +25,7 @@ In \cref{cha:multiplizitaeten} soll nun die $\Tor$-Formel untersucht werden.
Dazu werden zunächst die \emph{Gruppe der Zykel} eines Rings und die Multiplizität eines Moduls eingeführt.
Die \emph{Reduktion auf die Diagonale} stellt für fast alle folgenden Ergebnisse ein sehr wichtiges Prinzip dar, deswegen wird sie beispielhaft im Fall affiner irreduzibler Varietäten erläutert.
Mit ihrer Hilfe wird in diesem Fall die \enquote{Dimensionsformel} der algebraischen Geometrie gezeigt: Sind $V$ und $W$ irreduzible Untervarietäten eines affinen Raums und ist $T$ eine irreduzible Komponente von $V \cap W$, so gilt
Mit ihrer Hilfe wird in diesem Fall die \emph{Dimensionsformel} der algebraischen Geometrie gezeigt: Sind $V$ und $W$ irreduzible Untervarietäten eines affinen Raums und ist $T$ eine irreduzible Komponente von $V \cap W$, so gilt
\begin{equation*}
\codim(T) \le \codim(V) + \codim(W).
\end{equation*}

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@ -46,6 +46,7 @@
\DeclareMathOperator{\Tor}{Tor}
\DeclareMathOperator{\BTor}{\mathbf{Tor}}
\DeclareMathOperator{\ITor}{\mathit{Tor}}
\DeclareMathOperator{\pplus}{\phantom{+}}
\DeclareMathOperator{\poplus}{\phantom{\oplus}}