PROFILPELAJAR.COM

Алгебраическая поверхность — это алгебраическое многообразие размерности два. В случае геометрии над полем комплексных чисел алгебраическая поверхность имеет комплексную размерность два (как комплексное многообразие, если оно неособо), а потому имеет размерность четыре как гладкое многообразие.

Теория алгебраических поверхностей существенно более сложна, чем теория алгебраических кривых (включая компактные римановы поверхности, которые являются подлинными поверхностями (вещественной) размерности два). Однако много результатов было получено итальянской школой алгебраической геометрии уже почти сто лет назад.

Классификация по размерности Кодайры

В случае размерности единица многообразия классифицируются только по топологическому роду, но в размерности два разница между арифметическим родом^[англ.] $p_{a}$ и геометрическим родом $p_{g}$ становится существенной, поскольку мы не можем различить бирационально лишь топологический род. Мы вводим понятие иррегулярности^[англ.] для классификации поверхностей.

Примеры алгебраических поверхностей (здесь κ — размерность Кодайры^[англ.]):

Другие примеры можно найти в статье ''Список алгебраических поверхностей''^[англ.].

Первые пять примеров фактически бирационально эквивалентны. То есть, например, поле рациональных функций на кубической поверхности изоморфно полю рациональных функций на проективной плоскости, которое является полем рациональных функций от двух переменных. Декартово произведение двух кривых также является примером.

Бирациональная геометрия поверхностей

Бирациональная геометрия алгебраических поверхностей богата ввиду преобразования «раздутие» (которое известно также под названием «моноидальное преобразование»), при котором точка заменяется кривой всех ограниченных касательных направлений в ней (проективной прямой). Некоторые кривые могут быть стянуты, но существует ограничение (индекс самопересечения должен быть равен −1).

Свойства

Критерий Накаи^[англ.] гласит, что:

Дивизор D^[1] на поверхности S обилен тогда и только тогда, когда D² > 0 и D•C > 0 для всех неприводимых кривых C на S ^[2]^[3].

Обильный дивизор имеет то полезное свойство, что он является прообразом дивизора гиперплоскости некоторого проективного пространства, свойства которого хорошо известны. Пусть ${\mathcal {D}}(S)$ — абелева группа, состоящая из всех дивизоров на S. Тогда, по теореме о пересечениях^[англ.],

{\mathcal {D}}(S)\times {\mathcal {D}}(S)\rightarrow \mathbb {Z} :(X,Y)\mapsto X\cdot Y

может рассматриваться как квадратичная форма. Пусть

{\mathcal {D}}_{0}(S):=\{D\in {\mathcal {D}}(S)|D\cdot X=0

для всех

X\in {\mathcal {D}}(S)\}

тогда ${\mathcal {D}}/{\mathcal {D}}_{0}(S):=Num(S)$ становится численно эквивалентной группой классов поверхности S и

Num(S)\times Num(S)\mapsto \mathbb {Z} =({\bar {D}},{\bar {E}})\mapsto D\cdot E

также становится квадратичной формой на $Num(S)$ , где ${\bar {D}}$ является образом дивизора D на S. (Ниже для образа ${\bar {D}}$ используется буква D.)

Для обильного пучка H на S определение

\{H\}^{\perp }:=\{D\in Num(S)|D\cdot H=0\}.

приводит к версии теоремы Ходжа об индексе^[англ.] на поверхности

для

D\in \{\{H\}^{\perp }|D\neq 0\},D\cdot D<0

, то есть

\{H\}^{\perp }

является отрицательно определённой квадратичной формой.

Эта теорема доказана при помощи критерия Накаи и теоремы Римана — Роха для поверхности. Для всех дивизоров из $\{H\}^{\perp }$ эта теорема верна. Эта теорема не только является инструментом исследования поверхностей, но её использовал Делинь для доказательства гипотез Вейля, поскольку она верна во всех алгебраически замкнутых полях.

Базовыми результатами в теории алгебраических поверхностей являются теорема Ходжа об индексе^[англ.] и разбиение на пять групп классов рациональной эквивалентности, которое известно как классификация Энриквеса — Кодайры или классификация алгебраических поверхностей. Класс общего типа с размерностью Кодаиры^[англ.] 2 очень большой (например, в нём находятся неособые поверхности степени 5 и выше в P³).

Существует три основных числовых инварианта Ходжа для поверхности. Среди них h^1,0, который называется иррегулярностью и обозначается как q, и h^2,0, который называется геометрическим родом p_g. Третий инвариант, h^1,1, не является бирациональным инвариантом^[англ.], поскольку раздутие может добавить полные кривые из класса H^1,1. Известно, что циклы Ходжа^[англ.] являются алгебраическими и что алгебраическая эквивалентность^[англ.] совпадает с гомологической эквивалентностью, так что h^1,1 является верхней границей для ρ, ранга группы Нерона — Севери^[англ.]. Арифметический род^[англ.] p_a равен разности

геометрический род — иррегулярность.

Этот факт объясняет, почему иррегулярность так названа, так как является своего рода «остаточным членом».

Примечания

↑ Определение дивизора можно найти у Хартсхорна (Хартсхорн 1981)
↑ Аверу и др., 1985, с. 119.
↑ Хартсхорн, 1981, с. 459, Теорема 1.10.

Литература

I.V. Dolgachev. Encyclopedia of Mathematics / Michiel Hazewinkel. — Springer, 2001. — ISBN 978-1-55608-010-4.
Oscar Zariski. Algebraic surfaces. — Berlin, New York: Springer-Verlag, 1995. — (Classics in Mathematics). — ISBN 978-3-540-58658-6.
Ж. Аверу, Л. Бернар-Бержери, Ж.-П. Бургуньон, П. Годушон, А. Дердзиньски, Ж. Лафонтен, П. Марри, Д. Мейер, А. Поломбо, П. Сентенак. Четырёхмерная риманова геометрия / Артур Бессе. — М.: «Мир», 1985.
Р. Хартсхорн. Алгебраическая геометрия. — М.: «Мир», 1981.