กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 32 นาที

ชีฟ (คณิตศาสตร์)

เปลี่ยนทางจากหัวข้อย่อย

ในทางคณิตศาสตร์ชีฟ( พหูพจน์ : ชีฟส์ ) คือเครื่องมือสำหรับติดตามข้อมูล ( เช่นเซตกลุ่มอาเบเลียนวงแหวน) อย่างเป็นระบบ...

ชีฟ (คณิตศาสตร์)

ในทางคณิตศาสตร์ชีฟ( พหูพจน์ : ชีฟส์ ) คือเครื่องมือสำหรับติดตามข้อมูล ( เช่นเซตกลุ่มอาเบเลียนวงแหวน) อย่างเป็นระบบ ซึ่งเชื่อมโยงกับเซตเปิดของปริภูมิเชิงทอพอโลยีและถูกกำหนดขึ้นในระดับท้องถิ่นโดยสัมพันธ์กับเซตเปิดเหล่านั้น ตัวอย่างเช่น สำหรับแต่ละเซตเปิด ข้อมูลอาจเป็นวงแหวนของฟังก์ชันต่อเนื่องที่กำหนดบนเซตเปิดนั้น ข้อมูลดังกล่าวมีคุณสมบัติที่ดี กล่าวคือ สามารถจำกัดให้อยู่ในเซตเปิดที่เล็กกว่าได้ และข้อมูลที่กำหนดให้กับเซตเปิดนั้นเทียบเท่ากับชุดข้อมูลที่เข้ากันได้ทั้งหมดที่กำหนดให้กับชุดของเซตเปิดที่เล็กกว่าซึ่งครอบคลุมเซตเปิดเดิม (โดยสัญชาตญาณ ข้อมูลแต่ละอย่างคือผลรวมของข้อมูลที่ประกอบขึ้นเป็นข้อมูลนั้น)

สาขาคณิตศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับชีฟเรียกว่าทฤษฎีชีฟ

โดยทั่วไปแล้ว ชีฟ (Sheaves) ถูกเข้าใจว่าเป็นวัตถุ ทั่วไปและนามธรรม คำจำกัดความที่แม่นยำของมันค่อนข้างเป็นเรื่องทางเทคนิค โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ชีฟจะถูกกำหนดให้เป็นชีฟของเซตหรือชีฟของวงแหวนขึ้นอยู่กับประเภทของข้อมูลที่กำหนดให้กับเซตเปิดเหล่านั้น

นอกจากนี้ยังมีแผนที่ (หรือมอร์ฟิซึม ) จากชีฟหนึ่งไปยังอีกชีฟหนึ่ง ชีฟ (ประเภทเฉพาะ เช่น ชีฟของกลุ่มอาเบเลียน ) พร้อมกับมอร์ฟิซึมของพวกมันบนปริภูมิเชิงทอพอโลยีที่กำหนดไว้จะก่อให้เกิดหมวดหมู่ ในทางกลับกัน สำหรับแต่ละแผนที่ต่อเนื่องจะมีทั้งฟังก์ชันภาพโดยตรงซึ่งแปลงชีฟและมอร์ฟิซึมของพวกมันบนโดเมนไปเป็นชีฟและมอร์ฟิซึมบนโคโดเมนและฟังก์ชันภาพผกผันที่ทำงานในทิศทางตรงกันข้ามฟังก์ชัน เหล่านี้ และรูปแบบต่างๆ ของพวกมันเป็นส่วนสำคัญของทฤษฎีชีฟ

เนื่องจากลักษณะทั่วไปและความสามารถรอบด้าน ชีฟจึงมีแอปพลิเคชันหลายอย่างในทางโทโพโลยี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรขาคณิตเชิงพีชคณิตและเชิงอนุพันธ์ประการแรก โครงสร้างทางเรขาคณิต เช่น โครงสร้างของแมนิโฟลด์ที่หาอนุพันธ์ได้หรือสกีมสามารถแสดงได้ในรูปของชีฟของวงแหวนบนปริภูมิ ในบริบทดังกล่าว การสร้างทางเรขาคณิตหลายอย่าง เช่นเวกเตอร์บันเดิลหรือตัวหาร จะถูกกำหนดโดยธรรมชาติในรูปของชีฟ ประการที่สอง ชีฟเป็นกรอบสำหรับ ทฤษฎีโคฮอโมโลยีทั่วไปซึ่งครอบคลุมถึงทฤษฎีโคฮอโมโลยีทางโทโพโลยี "ทั่วไป" เช่นโคฮอโมโลยี เอกฐาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรขาคณิตเชิงพีชคณิตและทฤษฎีของแมนิโฟลด์เชิงซ้อนโคฮอโมโลยีของชีฟเป็นตัวเชื่อมโยงที่ทรงพลังระหว่างคุณสมบัติทางโทโพโลยีและเรขาคณิตของปริภูมิ ชีฟยังเป็นพื้นฐานสำหรับทฤษฎีของD-โมดูลซึ่งให้แอปพลิเคชันในทฤษฎี สมการ เชิงอนุพันธ์นอกจากนี้ การขยายแนวคิดของชีฟไปยังบริบทที่กว้างกว่าปริภูมิเชิงทอพอโลยี เช่น แนวคิดของชีฟบนหมวดหมู่ที่เกี่ยวข้องกับทอพอโลยี Grothendieck บางอย่าง ได้ก่อให้เกิดการประยุกต์ใช้ในตรรกศาสตร์ทางคณิตศาสตร์และทฤษฎีจำนวน

คำจำกัดความและตัวอย่าง

ในสาขาคณิตศาสตร์หลายสาขา มีโครงสร้างหลายอย่างที่ถูกกำหนดขึ้นบนปริภูมิเชิงทอพอโลยีX{\displaystyle X}(เช่นแมนิโฟลด์ที่หาอนุพันธ์ได้ ) สามารถถูกจำกัดหรือระบุ ตำแหน่งได้อย่างเป็นธรรมชาติ ในเซตย่อยแบบเปิดยูX{\displaystyle U\subseteq X}ตัวอย่างทั่วไปได้แก่ฟังก์ชันต่อเนื่อง ที่มีค่าเป็น จำนวนจริงหรือจำนวนเชิงซ้อนn{\displaystyle n}ฟังก์ชัน ที่หาอนุพันธ์ได้ n ครั้ง(ทั้งค่าจริงและค่าเชิงซ้อน) ฟังก์ชันค่าจริงที่มีขอบเขตฟิลด์เวกเตอร์และส่วนต่างๆของบันเดิลเวกเตอร์ ใดๆ บนปริภูมิ ความสามารถในการจำกัดข้อมูลให้อยู่ในเซตเปิดย่อยที่เล็กลง ทำให้เกิดแนวคิดของพรีชีฟ โดยคร่าวๆ แล้ว ชีฟก็คือพรีชีฟเหล่านั้น ที่ซึ่งข้อมูลเฉพาะที่สามารถเชื่อมต่อกับข้อมูลโดยรวมได้

พรีชีฟส์

อนุญาตX{\displaystyle X}เป็นปริภูมิเชิงทอพอ โลยี พรีชีฟเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}ของชุดบนX{\displaystyle X}ประกอบด้วยข้อมูลดังต่อไปนี้:

  • สำหรับแต่ละชุดเปิดยูX{\displaystyle U\subseteq X}มีเซตอยู่เอฟ(ยู){\displaystyle {\mathcal {F}}(U)}เซตนี้ยังถูกกำหนดด้วยสัญลักษณ์อื่นอีกด้วยΓ(ยู,เอฟ){\displaystyle \Gamma (U,{\mathcal {F}})}องค์ประกอบในเซตนี้เรียกว่าส่วนต่างๆของ เซตเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}เกินยู{\displaystyle U}ส่วนต่างๆ ของเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}เกินX{\displaystyle X}เรียกว่าส่วนต่างๆ ทั่วโลกของเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}.
  • สำหรับการรวมเซตเปิดแต่ละครั้งวียู{\displaystyle V\subseteq U}ฟังก์ชันเรสวียู:เอฟ(ยู)เอฟ(วี){\displaystyle \operatorname {res} _{V}^{U}\colon {\mathcal {F}}(U)\rightarrow {\mathcal {F}}(V)}จากตัวอย่างมากมายด้านล่างนี้ มอร์ฟิซึมเรสวียู{\displaystyle {\text{res}}_{V}^{U}}เรียกว่ามอร์ฟิซึมแบบจำกัด (restriction morphisms ) ถ้าเอฟ(ยู){\displaystyle s\in {\mathcal {F}}(U)}จากนั้นจึงมีข้อจำกัดเรสวียู(){\displaystyle {\text{res}}_{V}^{U}(s)}มักจะถูกระบุว่า|วี{\displaystyle s|_{V}}โดยเปรียบเทียบกับการจำกัดฟังก์ชัน

มอร์ฟิซึมการจำกัดจะต้องมีคุณสมบัติเพิ่มเติมอีกสองประการ ( เชิงฟังก์ชัน ):

  • สำหรับชุดเปิดทุกชุดยู{\displaystyle U}ของX{\displaystyle X}มอร์ฟิซึมการจำกัดเรสยูยู:เอฟ(ยู)เอฟ(ยู){\displaystyle \operatorname {res} _{U}^{U}\colon {\mathcal {F}}(U)\rightarrow {\mathcal {F}}(U)}คือมอร์ฟิซึมเอกลักษณ์บนเอฟ(ยู){\displaystyle {\mathcal {F}}(U)}.
  • ถ้าเรามีเซตเปิดสามเซตวียู{\displaystyle W\subseteq V\subseteq U}จากนั้นจึงประกอบเป็นวัสดุผสมเรสวีเรสวียู=เรสยู{\displaystyle {\text{res}}_{W}^{V}\circ {\text{res}}_{V}^{U}={\text{res}}_{W}^{U}}.

โดยคร่าวๆ แล้ว สัจพจน์ข้อที่สองกล่าวว่า ไม่สำคัญว่าเราจะจำกัดขอบเขตไว้หรือไม่{\displaystyle W}ในขั้นตอนเดียวหรือจำกัดก่อนเป็นอันดับแรกวี{\displaystyle V}จากนั้นไปยัง{\displaystyle W}การกำหนดนิยามนี้ใหม่ในเชิงฟังก์ชันอย่างกระชับจะกล่าวถึงในส่วนถัดไป

ตัวอย่างของพรีชีฟจำนวนมากมาจากฟังก์ชันประเภทต่างๆ เช่น ฟังก์ชันใดๆ ก็ตามยู{\displaystyle U}สามารถกำหนดชุดได้ซี0(ยู){\displaystyle C^{0}(U)}ของฟังก์ชันค่าจริงต่อเนื่องบนยู{\displaystyle U}แผนที่การจำกัดจะถูกกำหนดโดยการจำกัดฟังก์ชันต่อเนื่องบนยู{\displaystyle U}ไปยังเซตย่อยแบบเปิดที่เล็กลงวียู{\displaystyle V\subseteq U}ซึ่งก็คือฟังก์ชันต่อเนื่องอีกตัวหนึ่ง เงื่อนไขสองข้อของพรีชีฟจะถูกตรวจสอบทันที ทำให้ได้ตัวอย่างของพรีชีฟ ซึ่งสามารถขยายไปสู่พรีชีฟของฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกได้ชม(){\displaystyle {\mathcal {H}}(-)}และกลุ่มฟังก์ชันที่ราบรื่นซี(){\displaystyle C^{\infty }(-)}.

ตัวอย่างที่พบได้ทั่วไปอีกประเภทหนึ่งคือการกำหนดค่าให้กับยู{\displaystyle U}เซตของฟังก์ชันค่าจริงคงที่บนยู{\displaystyle U}พรีชีฟนี้เรียกว่าพรีชีฟคงที่ที่เกี่ยวข้องกับอาร์{\displaystyle \mathbb {R} }และถูกกำหนดให้เป็นอาร์_พีเอช{\displaystyle {\underline {\mathbb {R} }}^{\text{psh}}}.

มัด

เมื่อกำหนดพรีชีฟแล้ว คำถามที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติคือ พรีชีฟนั้นสามารถแบ่งส่วนเหนือเซตเปิดได้มากน้อยเพียงใดยู{\displaystyle U}ถูกกำหนดโดยข้อจำกัดของเซตย่อยแบบเปิดของยู{\displaystyle U}ฟ่อนข้าวคือฟ่อนข้าวที่ยังไม่ได้มัด ซึ่งส่วนต่างๆ ของฟ่อนนั้น ในเชิงเทคนิคแล้ว จะถูกกำหนดอย่างเฉพาะเจาะจงโดยข้อจำกัดของฟ่อนนั้นๆ

ตามหลักการพื้นฐานแล้วชีฟ (sheaf)คือพรีชีฟ (presheaf) ที่ตรงตามสัจพจน์ทั้งสองข้อต่อไปนี้:

  1. ( สถานที่ตั้ง ) สมมติว่ายู{\displaystyle U}เป็นเซตแบบเปิด{ยูฉัน}ฉันฉัน{\displaystyle \{U_{i}\}_{i\in I}}เป็นฝาครอบที่เปิดอยู่ของยู{\displaystyle U}กับยูฉันยู{\displaystyle U_{i}\subseteq U}สำหรับทุกคนฉันฉัน{\displaystyle i\in I}, และ,ทีเอฟ(ยู){\displaystyle s,t\in {\mathcal {F}}(U)}เป็นส่วนต่างๆ ถ้า|ยูฉัน=ที|ยูฉัน{\displaystyle s|_{U_{i}}=t|_{U_{i}}}สำหรับทุกคนฉันฉัน{\displaystyle i\in I}, แล้ว=ที{\displaystyle s=t}.
  2. ( การติดกาว ) สมมติว่ายู{\displaystyle U}เป็นเซตแบบเปิด{ยูฉัน}ฉันฉัน{\displaystyle \{U_{i}\}_{i\in I}}เป็นฝาครอบที่เปิดอยู่ของยู{\displaystyle U}กับยูฉันยู{\displaystyle U_{i}\subseteq U}สำหรับทุกคนฉันฉัน{\displaystyle i\in I}, และ{ฉันเอฟ(ยูฉัน)}ฉันฉัน{\displaystyle \{s_{i}\in {\mathcal {F}}(U_{i})\}_{i\in I}}เป็นกลุ่มของส่วนต่างๆ หากส่วนทุกคู่เห็นพ้องต้องกันเกี่ยวกับการทับซ้อนของขอบเขต นั่นคือ ถ้าฉัน|ยูฉันยูเจ=เจ|ยูฉันยูเจ{\displaystyle s_{i}|_{U_{i}\cap U_{j}}=s_{j}|_{U_{i}\cap U_{j}}}สำหรับทุกคนฉัน,เจฉัน{\displaystyle i,j\in I}จากนั้นก็จะมีส่วนหนึ่งอยู่เอฟ(ยู){\displaystyle s\in {\mathcal {F}}(U)}โดยที่|ยูฉัน=ฉัน{\displaystyle s|_{U_{i}}=s_{i}}สำหรับทุกคนฉันฉัน{\displaystyle i\in I}[ 1 ]

ในสัจพจน์ทั้งสองนี้ สมมติฐานเกี่ยวกับฝาครอบแบบเปิดนั้นเทียบเท่ากับสมมติฐานที่ว่าฉันฉันยูฉัน=ยู{\textstyle \bigcup _{i\in I}U_{i}=U}.

ส่วนนั้น{\displaystyle s}การมีอยู่ของสิ่งนี้ได้รับการรับประกันโดยสัจพจน์ข้อที่ 2 เรียกว่าการเชื่อมต่อการต่อกันหรือการเรียงลำดับของส่วนต่างๆฉัน{\displaystyle s_{i}}ตามสัจพจน์ข้อที่ 1 มันจึงมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ส่วนต่างๆฉัน{\displaystyle s_{i}}และเจ{\displaystyle s_{j}}ส่วนที่ตรงตามเงื่อนไขเบื้องต้นของข้อตกลงในสัจพจน์ข้อ 2 มักเรียกว่าเข้ากันได้ ดังนั้นสัจพจน์ข้อ 1 และข้อ 2 จึงระบุว่าส่วนต่างๆ ที่เข้ากันได้เป็นคู่ๆ สามารถเชื่อมต่อกันได้โดยไม่ซ้ำ กัน พรีชีฟที่แยกออกจากกันหรือโมโนพรีชีฟคือพรีชีฟที่ตรงตามสัจพจน์ข้อ 1 [ 2 ]

พรีชีฟที่ประกอบด้วยฟังก์ชันต่อเนื่องที่กล่าวถึงข้างต้นคือชีฟ ข้อความนี้ลดลงเหลือเพียงการตรวจสอบว่า เมื่อกำหนดฟังก์ชันต่อเนื่องแล้วเอฟฉัน:ยูฉันอาร์{\displaystyle f_{i}:U_{i}\to \mathbb {R} }ซึ่งเห็นพ้องกันในจุดตัดยูฉันยูเจ{\displaystyle U_{i}\หมวก U_{j}}มีฟังก์ชันต่อเนื่องที่ไม่ซ้ำกันเพียงหนึ่งเดียวเอฟ:ยูอาร์{\displaystyle f:U\to \mathbb {R} }ซึ่งข้อจำกัดนั้นเท่ากับเอฟฉัน{\displaystyle f_{i}}ในทางตรงกันข้าม พรีชีฟคงที่มักจะไม่ใช่ชีฟ เนื่องจากไม่เป็นไปตามสัจพจน์ความเป็นท้องถิ่นบนเซตว่าง (รายละเอียดเพิ่มเติมอธิบายไว้ในหัวข้อชีฟคงที่ )

โดยทั่วไปแล้ว มัดฟางและมัดฟางจะใช้ตัวอักษรพิมพ์ใหญ่ในการแสดงเอฟ{\displaystyle F}โดยเฉพาะอย่างยิ่งพบได้บ่อยใน คำภาษา ฝรั่งเศสที่แปลว่าฟ่อนข้าว คือfaisceauการใช้ตัวอักษรวิจิตรศิลป์ เช่นเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}ก็พบได้ทั่วไปเช่นกัน

สามารถแสดงได้ว่า การระบุชีฟนั้น เพียงพอแล้วที่จะระบุข้อจำกัดของชีฟนั้นบนเซตเปิดของฐานสำหรับโทโพโลยีของปริภูมิพื้นฐาน ยิ่งไปกว่านั้น ยังสามารถแสดงได้ว่า เพียงพอแล้วที่จะตรวจสอบสัจพจน์ของชีฟข้างต้นที่สัมพันธ์กับเซตเปิดของการคลุม การสังเกตนี้ใช้ในการสร้างตัวอย่างอีกตัวอย่างหนึ่งซึ่งมีความสำคัญในเรขาคณิตเชิงพีชคณิต นั่นคือชีฟกึ่งสอดคล้องกันในที่นี้ ปริภูมิโทโพโลยีที่กล่าวถึงคือสเปกตรัมของวงแหวนสลับที่อาร์{\displaystyle R}ซึ่งจุดต่างๆ เหล่านั้นคืออุดมคติหลักพี{\displaystyle {\mathfrak {p}}}ในอาร์{\displaystyle R}เซตเปิดดีเอฟ:={พีอาร์,เอฟพี}{\displaystyle D_{f}:=\{{\mathfrak {p}}\subseteq R,f\notin {\mathfrak {p}}\}}สร้างพื้นฐานสำหรับโทโพโลยี Zariskiบนปริภูมินี้ กำหนดให้อาร์{\displaystyle R}-โมดูลเอ็ม{\displaystyle M}มีมัดฟางอยู่มัดหนึ่ง ซึ่งแสดงด้วยเอ็ม~{\displaystyle {\tilde {M}}}บนสเปคอาร์{\displaystyle \operatorname {Spec} R}ซึ่งเป็นที่น่าพอใจ เอ็ม~(ดีเอฟ):=เอ็ม[1/เอฟ],{\displaystyle {\tilde {M}}(D_{f}):=M[1/f],} ที่ไหนเอ็ม[1/เอฟ]{\displaystyle M[1/f]}คือการกำหนดตำแหน่งของเอ็ม{\displaystyle M}ที่เอฟ{\displaystyle f}.

มีการกำหนดลักษณะของมัดเชือกอีกแบบหนึ่งที่เทียบเท่ากับที่ได้กล่าวถึงไปก่อนหน้านี้ นั่นคือ มัดเชือกก่อน (presheaf)เอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}จะเป็นมัดก็ต่อเมื่อสำหรับการเปิดใดๆยู{\displaystyle U}และฝาครอบที่เปิดอยู่ใดๆ{ยูเอ}{\displaystyle \{U_{a}\}}ของยู{\displaystyle U},เอฟ(ยู){\displaystyle {\mathcal {F}}(U)}เป็นผลิตภัณฑ์เส้นใยเอฟ(ยู)เอฟ(ยูเอ)×เอฟ(ยูเอยู)เอฟ(ยู){\displaystyle {\mathcal {F}}(U)\cong {\mathcal {F}}(U_{a})\times _{{\mathcal {F}}(U_{a}\cap U_{b})}{\mathcal {F}}(U_{b})}ลักษณะเฉพาะนี้มีประโยชน์ในการสร้างชีฟ ตัวอย่างเช่น ถ้าเอฟ,จี{\displaystyle {\mathcal {F}},{\mathcal {G}}}ถ้าชีฟเป็นแบบอาเบเลียนแล้วเคอร์เนลของมอร์ฟิซึมชีฟจะเป็นแบบนั้นเอฟจี{\displaystyle {\mathcal {F}}\to {\mathcal {G}}}โคเคอร์เนลเป็นชีฟ เนื่องจากลิมิตเชิงโปรเจกทีฟสามารถสลับที่กับลิมิตเชิงโปรเจกทีฟได้ ในทางกลับกัน โคเคอร์เนลไม่จำเป็นต้องเป็นชีฟเสมอไป เพราะลิมิตเชิงอุปนัยไม่จำเป็นต้องสลับที่กับลิมิตเชิงโปรเจกทีฟ วิธีหนึ่งในการแก้ไขปัญหานี้คือการพิจารณาปริภูมิเชิงทอพอโลยีแบบโนเธอร์เรียน เซตเปิดทั้งหมดเป็นเซตกระชับ ดังนั้นโคเคอร์เนลจึงเป็นชีฟ เนื่องจากลิมิตเชิงโปรเจกทีฟจำกัดสามารถสลับที่กับลิมิตเชิงอุปนัยได้

ตัวอย่างเพิ่มเติม

กลุ่มของส่วนต่างๆ ของแผนที่ต่อเนื่อง

แผนที่ต่อเนื่องใดๆเอฟ:วายX{\displaystyle f:Y\to X}ของปริภูมิเชิงทอพอโลยีกำหนดชีฟΓ(วาย/X){\displaystyle \Gamma (Y/X)}บนX{\displaystyle X}โดยการตั้งค่า

Γ(วาย/X)(ยู)={:ยูวาย,เอฟ=รหัสยู}.{\displaystyle \Gamma (Y/X)(U)=\{s:U\to Y,f\circ s=\operatorname {id} _{U}\}.}

เช่นนั้น{\displaystyle s}โดยทั่วไปเรียกว่าส่วนหนึ่งของเอฟ{\displaystyle f}และตัวอย่างนี้เป็นเหตุผลว่าทำไมองค์ประกอบต่างๆ ในเอฟ(ยู){\displaystyle {\mathcal {F}}(U)}โดยทั่วไปเรียกว่าส่วนต่างๆ โครงสร้างนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษเมื่อเอฟ{\displaystyle f}คือการฉายภาพของกลุ่มเส้นใยลงบนปริภูมิฐานของมัน ตัวอย่างเช่น กลุ่มเส้นใยของฟังก์ชันเรียบคือกลุ่มเส้นใยของส่วนต่างๆ ของกลุ่มเส้นใยที่ไม่สำคัญ

อีกตัวอย่างหนึ่ง: มัดของส่วนต่างๆ ของ

ซีเอ็กซ์ซี{0}{\displaystyle \mathbb {C} {\stackrel {\exp }{\longrightarrow }}\mathbb {C} \setminus \{0\}}

คือกลุ่มที่กำหนดให้กับสิ่งใดๆยูซี{0}{\displaystyle U\subseteq \mathbb {C} \setminus \{0\}}เซตของสาขาของลอการิทึมเชิงซ้อนบนยู{\displaystyle U}.

เมื่อกำหนดจุดหนึ่งแล้วx{\displaystyle x}และกลุ่มอาเบเลียนเอส{\displaystyle S}มัดตึกระฟ้าเอสx{\displaystyle S_{x}}มีนิยามดังนี้: ถ้ายู{\displaystyle U}เป็นเซตเปิดที่ประกอบด้วยx{\displaystyle x}, แล้วเอสx(ยู)=เอส{\displaystyle S_{x}(U)=S}. ถ้ายู{\displaystyle U}ไม่มีx{\displaystyle x}, แล้วเอสx(ยู)=0{\displaystyle S_{x}(U)=0}กลุ่มที่ไม่สำคัญแผนที่การจำกัดจะเป็นเอกลักษณ์บนเอส{\displaystyle S}ถ้าเซตเปิดทั้งสองเซตมีx{\displaystyle x}หรือแผนที่ศูนย์ในกรณีอื่นๆ

รอกบนท่อร่วม

บนn{\displaystyle n}มิติซีเค{\displaystyle C^{k}}-ท่อร่วมเอ็ม{\displaystyle M}มีมัดฟางที่สำคัญอยู่หลายมัด เช่น มัดฟางของเจ{\displaystyle j}ฟังก์ชันที่หาอนุพันธ์ได้อย่างต่อเนื่อง - ครั้งโอเอ็มเจ{\displaystyle {\mathcal {O}}_{M}^{j}}(กับเจเค{\displaystyle j\leq k}ส่วนต่างๆ ของเอกสารนี้เกี่ยวกับประเด็นเปิดบางประการยู{\displaystyle U}คือซีเจ{\displaystyle C^{j}}-ฟังก์ชันยูอาร์{\displaystyle U\to \mathbb {R} }. สำหรับเจ=เค{\displaystyle j=k}ชีฟนี้เรียกว่าชีฟโครงสร้างและใช้สัญลักษณ์ แทนโอเอ็ม{\displaystyle {\mathcal {O}}_{M}}ค่าที่ไม่เป็นศูนย์ซีเค{\displaystyle C^{k}}ฟังก์ชันต่างๆ ยังก่อตัวเป็นกลุ่ม (sheaf) ซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์โอX×{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}^{\times }}รูปแบบเชิงอนุพันธ์ ( ของระดับ)พี{\displaystyle p}) ยังก่อตัวเป็นมัดอีกด้วยΩเอ็มพี{\displaystyle \Omega _{M}^{p}}ในตัวอย่างทั้งหมดนี้ มอร์ฟิซึมการจำกัดจะถูกกำหนดโดยฟังก์ชันหรือรูปแบบการจำกัด

การส่งงานที่ได้รับมอบหมายยู{\displaystyle U}ไปยังฟังก์ชันที่รองรับอย่างกะทัดรัดบนยู{\displaystyle U}ไม่ใช่ชีฟ เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วไม่มีวิธีใดที่จะรักษาสมบัตินี้ไว้ได้โดยการเปลี่ยนไปใช้เซตย่อยเปิดที่เล็กกว่า แต่สิ่งนี้จะสร้างโคชีฟซึ่งเป็น แนวคิด คู่ขนานที่แผนที่การจำกัดจะไปในทิศทางตรงกันข้ามกับชีฟ[ 3 ]อย่างไรก็ตาม การหาคู่ขนานของปริภูมิเวกเตอร์เหล่านี้จะทำให้ได้ชีฟ ซึ่งก็คือชีฟของการกระจาย

พรีชีฟที่ไม่ใช่ชีฟ

นอกเหนือจากพรีชีฟคงที่ที่กล่าวถึงข้างต้น ซึ่งโดยปกติแล้วไม่ใช่ชีฟแล้ว ยังมีตัวอย่างอื่นๆ ของพรีชีฟที่ไม่ใช่ชีฟอีกด้วย:

  • อนุญาตX{\displaystyle X}เป็นปริภูมิเชิงทอพอโลยีสองจุด{x,y}{\displaystyle \{x,y\}}ด้วยโทโพโลยีแบบไม่ต่อเนื่อง กำหนดพรีชีฟเอฟ{\displaystyle F}ดังต่อไปนี้:เอฟ()={}, เอฟ({x})=อาร์, เอฟ({y})=อาร์, เอฟ({x,y})=อาร์×อาร์×อาร์{\displaystyle F(\varnothing )=\{\varnothing \},\ F(\{x\})=\mathbb {R} ,\ F(\{y\})=\mathbb {R} ,\ F(\{x,y\})=\mathbb {R} \times \mathbb {R} \times \mathbb {R} }แผนที่ข้อจำกัดเอฟ({x,y})เอฟ({x}){\displaystyle F(\{x,y\})\to F(\{x\})}คือการฉายภาพของอาร์×อาร์×อาร์{\displaystyle \mathbb {R} \times \mathbb {R} \times \mathbb {R} }ไปยังพิกัดแรก และแผนที่ข้อจำกัดเอฟ({x,y})เอฟ({y}){\displaystyle F(\{x,y\})\to F(\{y\})}คือการฉายภาพของอาร์×อาร์×อาร์{\displaystyle \mathbb {R} \times \mathbb {R} \times \mathbb {R} }ไปยังพิกัดที่สองของมันเอฟ{\displaystyle F}เป็นพรีชีฟที่ไม่แยกออกจากกัน: ส่วนทั่วโลกถูกกำหนดโดยตัวเลขสามตัว แต่ค่าของส่วนนั้นโดยรวม{x}{\displaystyle \{x\}}และ{y}{\displaystyle \{y\}}กำหนดตัวเลขเพียงสองตัวจากจำนวนเหล่านั้น ดังนั้นในขณะที่เราสามารถติดส่วนใดๆ สองส่วนเข้าด้วยกันได้{x}{\displaystyle \{x\}}และ{y}{\displaystyle \{y\}}เราไม่สามารถติดกาวพวกมันด้วยวิธีเฉพาะเจาะจงได้
  • อนุญาตX=อาร์{\displaystyle X=\mathbb {R} }เป็นเส้นแบ่งที่แท้จริงและปล่อยให้เอฟ(ยู){\displaystyle F(U)}เป็นเซตของฟังก์ชันต่อเนื่องที่มีขอบเขต บนยู{\displaystyle U}นี่ไม่ใช่มัดฟาง เพราะการติดกาวนั้นไม่ใช่เรื่องที่ทำได้เสมอไป ตัวอย่างเช่น สมมติว่ายูฉัน{\displaystyle U_{i}}เป็นเซตของทั้งหมดx{\displaystyle x}โดยที่|x|<ฉัน{\displaystyle |x|<i}ฟังก์ชันเอกลักษณ์เอฟ(x)=x{\displaystyle f(x)=x}มีขอบเขตในแต่ละยูฉัน{\displaystyle U_{i}}ดังนั้น เราจึงได้ส่วนหนึ่งฉัน{\displaystyle s_{i}}บนยูฉัน{\displaystyle U_{i}}อย่างไรก็ตาม ส่วนเหล่านี้ไม่ได้ยึดติดกัน เนื่องจากหน้าที่การทำงานเอฟ{\displaystyle f}ไม่ถูกจำกัดบนเส้นจำนวนจริง ดังนั้นเอฟ{\displaystyle F}เป็นมัดรวงข้าวที่ยังไม่สมบูรณ์ แต่ไม่ใช่มัดรวงข้าวที่สมบูรณ์ อันที่จริงแล้วเอฟ{\displaystyle F}แยกออกมาเนื่องจากเป็นซับพรีชีฟของชีฟฟังก์ชันต่อเนื่อง

แรงจูงใจในการสร้างชีฟจากปริภูมิวิเคราะห์เชิงซ้อนและเรขาคณิตเชิงพีชคณิต

หนึ่งในแรงจูงใจทางประวัติศาสตร์สำหรับชีฟมาจากการศึกษา แม นิโฟลด์เชิงซ้อน [ 4 ]เรขาคณิตเชิงวิเคราะห์เชิงซ้อน [ 5 ]และทฤษฎีสกีมจากเรขาคณิตพีชคณิตนี่เป็นเพราะในทุกกรณีที่กล่าวมาข้างต้น เราพิจารณาพื้นที่โทโพโลยีX{\displaystyle X}พร้อมกับโครงสร้างมัดโอ{\displaystyle {\mathcal {O}}}โดยมอบโครงสร้างแบบแมนิโฟลด์เชิงซ้อน ปริภูมิเชิงวิเคราะห์เชิงซ้อน หรือสกีมให้แก่ปริภูมิเชิงทอพอโลยี มุมมองนี้ในการมอบชีฟให้แก่ปริภูมิเชิงทอพอโลยีมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อทฤษฎีของปริภูมิที่มีวงแหวนเฉพาะที่ (ดูด้านล่าง)

ความท้าทายทางเทคนิคเกี่ยวกับท่อร่วมที่ซับซ้อน

หนึ่งในแรงจูงใจทางประวัติศาสตร์ที่สำคัญในการนำชีฟมาใช้คือการสร้างอุปกรณ์ที่ใช้ติดตามฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกบนแมนิโฟลด์เชิงซ้อนตัวอย่างเช่น บนแมนิโฟลด์เชิงซ้อนแบบกระชับX{\displaystyle X}(เช่นปริภูมิเชิงซ้อนเชิงโปรเจกทีฟหรือตำแหน่งที่หายไปในปริภูมิเชิงโปรเจกทีฟของพหุนามเอกพันธุ์ ) ฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกเพียงอย่างเดียว

เอฟ:Xซี{\displaystyle f:X\to \mathbb {C} }

เป็นฟังก์ชันคงที่[ 6 ] [ 7 ]ซึ่งหมายความว่ามีแมนิโฟลด์เชิงซ้อนขนาดกะทัดรัดสองอันX,X{\displaystyle X,X'}ซึ่งไม่สมมาตรกัน แต่ถึงกระนั้นก็เป็นวงแหวนของฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกทั่วโลก ซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์ชม(X),ชม(X){\displaystyle {\mathcal {H}}(X),{\mathcal {H}}(X')}นั้นเป็นไอโซมอร์ฟิกกัน แตกต่างจาก แมนิโฟลด์เรียบ ที่แมนิโฟลด์ทุกอันเป็นไอโซมอร์ฟิกกันเอ็ม{\displaystyle M}สามารถฝังอยู่ภายในบางสิ่งได้อาร์n{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}ดังนั้นจึงมีวงแหวนของฟังก์ชันเรียบซี(เอ็ม){\displaystyle C^{\infty }(M)}มาจากการจำกัดฟังก์ชันเรียบจากซี(อาร์n){\displaystyle C^{\infty }(\mathbb {R} ^{n})}ซึ่งมีอยู่มากมาย

ความซับซ้อนอีกประการหนึ่งเมื่อพิจารณาถึงวงแหวนของฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกบนแมนิโฟลด์เชิงซ้อนX{\displaystyle X}ได้รับเซตเปิดที่มีขนาดเล็กพอยูX{\displaystyle U\subseteq X}ฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกจะเป็นไอโซมอร์ฟิกกับชม(ยู)ชม(ซีn){\displaystyle {\mathcal {H}}(U)\cong {\mathcal {H}}(\mathbb {C} ^{n})}ชีฟเป็นเครื่องมือโดยตรงในการจัดการกับความซับซ้อนนี้ เนื่องจากทำให้สามารถติดตามโครงสร้างโฮโลมอร์ฟิกบนปริภูมิเชิงทอพอโลยีพื้นฐานได้X{\displaystyle X}บนเซตย่อยเปิดใดๆยูX{\displaystyle U\subseteq X}ซึ่งหมายความว่ายู{\displaystyle U}วงแหวนจะมีความซับซ้อนทางโทโพโลยีมากขึ้นชม(ยู){\displaystyle {\mathcal {H}}(U)}สามารถแสดงออกมาได้จากการติดกาวชม(ยูฉัน){\displaystyle {\mathcal {H}}(U_{i})}โปรดทราบว่าบางครั้งมัดนี้จะถูกแสดงด้วยสัญลักษณ์โอ(){\displaystyle {\mathcal {O}}(-)}หรือเพียงแค่โอ{\displaystyle {\mathcal {O}}}หรือแม้กระทั่งโอX{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}}เมื่อเราต้องการเน้นพื้นที่ที่โครงสร้างมัดนั้นเกี่ยวข้องอยู่

การติดตามซับแมนิโฟลด์ด้วยชีฟ

อีกตัวอย่างหนึ่งที่พบได้ทั่วไปของชีฟ (sheaves) สามารถสร้างขึ้นได้โดยการพิจารณาซับแมนิโฟลด์เชิงซ้อนวายX{\displaystyle Y\hookrightarrow X}มีมัดที่เกี่ยวข้องอยู่ด้วยโอวาย{\displaystyle {\mathcal {O}}_{Y}}ซึ่งใช้เซตย่อยแบบเปิดยูX{\displaystyle U\subseteq X}และให้วงแหวนของฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกบนยูวาย{\displaystyle U\cap Y}รูปแบบเชิงรูปธรรมแบบนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพอย่างยิ่งและเป็นแรงบันดาลใจให้กับ พีชคณิตเชิงโฮโมโลยีมากมายเช่นโคโฮโมโลยีของชีฟเนื่องจากสามารถสร้างทฤษฎีการตัดกันได้ โดยใช้ชีฟประเภทนี้ จากสูตรการตัดกันของแซร์

การทำงานกับรอก

มอร์ฟิซึม

โดยคร่าวๆ แล้ว มอร์ฟิซึมของชีฟนั้นคล้ายคลึงกับฟังก์ชันระหว่างชีฟเหล่านั้น แต่ต่างจากฟังก์ชันระหว่างเซตซึ่งเป็นเพียงการกำหนดค่าเอาต์พุตให้กับอินพุตเท่านั้น มอร์ฟิซึมของชีฟยังต้องเข้ากันได้กับโครงสร้างระดับท้องถิ่นและระดับสากลของชีฟพื้นฐานด้วย แนวคิดนี้ได้รับการอธิบายให้ชัดเจนยิ่งขึ้นในคำจำกัดความต่อไปนี้

อนุญาตเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}และจี{\displaystyle {\mathcal {G}}}เป็นชีฟของเซตสองชีฟ (หรือกลุ่มอาเบเลียน วงแหวน ฯลฯ ตามลำดับ) บนX{\displaystyle X}มอ ร์ฟิซึมφ:เอฟจี{\displaystyle \varphi :{\mathcal {F}}\to {\mathcal {G}}} ประกอบด้วยมอร์ฟิซึมφยู:เอฟ(ยู)จี(ยู){\displaystyle \varphi _{U}:{\mathcal {F}}(U)\to {\mathcal {G}}(U)}ของเซต (หรือกลุ่มอาเบเลียน วงแหวน ฯลฯ) สำหรับแต่ละเซตเปิดยู{\displaystyle U}ของX{\displaystyle X}โดยมีเงื่อนไขว่าการแปลงนี้ต้องเข้ากันได้กับข้อจำกัด กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ สำหรับทุกเซตย่อยเปิดวี{\displaystyle V}ของเซตเปิดยู{\displaystyle U}แผนภาพต่อไปนี้เป็นแบบสลับที่ได้

เอฟ(ยู)φยูจี(ยู)วียูวียูเอฟ(วี)φวีจี(วี){\displaystyle {\begin{array}{rcl}{\mathcal {F}}(U)&\xrightarrow {\quad \varphi _{U}\quad } &{\mathcal {G}}(U)\\r_{V}^{U}{\Biggl \downarrow }&&{\Biggl \downarrow }{r'}_{V}^{U}\\{\mathcal {F}}(V)&{\xrightarrow[{\quad \varphi _{V}\quad }]{}}&{\mathcal {G}}(V)\end{array}}}

ตัวอย่างเช่น การหาอนุพันธ์จะให้มอร์ฟิซึมของชีฟบนอาร์{\displaystyle \mathbb {R} },

x:โออาร์nโออาร์n1.{\displaystyle {\frac {\mathrm {d} }{\mathrm {d} x}}\colon {\mathcal {O}}_{\mathbb {R} }^{n}\to {\mathcal {O}}_{\mathbb {R} }^{n-1}.}

อันที่จริง เมื่อพิจารณาจาก (n{\displaystyle n}ฟังก์ชัน (อนุพันธ์ต่อเนื่อง)เอฟ:ยูอาร์{\displaystyle f:U\to \mathbb {R} }(กับยู{\displaystyle U}ในอาร์{\displaystyle \mathbb {R} }เปิด) ข้อจำกัด (ไปยังเซตย่อยที่เปิดเล็กกว่า)วี{\displaystyle V}) ของอนุพันธ์ของมันเท่ากับอนุพันธ์ของเอฟ|วี{\displaystyle f|_{V}}.

ด้วยแนวคิดเรื่องมอร์ฟิซึมนี้ ชีฟของเซต (หรือกลุ่มอาเบเลียน วงแหวน ฯลฯ) บนปริภูมิเชิงทอพอโลยีที่กำหนดไว้X{\displaystyle X}ก่อให้เกิดหมวดหมู่ดังนั้นแนวคิดเชิงหมวดหมู่ทั่วไปของโมโนมอร์ ฟิซึม เอ พิมอร์ฟิซึมและไอโซมอร์ฟิซึมจึงสามารถนำไปใช้กับชีฟได้

อันที่จริง จากมุมมองของทฤษฎีหมวดหมู่ หมวดหมู่ของชีฟเหนือหมวดหมู่ (ขนาดเล็ก)ซี{\displaystyle C}โดยมีค่าอยู่ในหมวดหมู่อื่นดี{\displaystyle D}เป็นหมวดหมู่ย่อยเต็มรูปแบบของหมวดหมู่ของพรีชีฟเหนือซี{\displaystyle C}โดยมีค่าอยู่ในดี{\displaystyle D}ซึ่งก็คือหมวดหมู่นั่นเองดีซีโอพี{\displaystyle D^{C^{\text{op}}}}ของฟังก์ชันคอนทราแวเรียนต์จากซี{\displaystyle C}ถึงดี{\displaystyle D}โดยมีการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติระหว่างกันในรูปแบบของมอร์ฟิซึม: แนวคิดของมอร์ฟิซึมที่นิยามไว้ข้างต้นสามารถกล่าวได้ง่ายๆ ว่าφ{\displaystyle \varphi }เป็นการแปลงตามธรรมชาติระหว่างชีฟทั้งสองที่มองว่าเป็นฟังก์ชัน

มอร์ฟิซึมφ:เอฟจี{\displaystyle \varphi \colon {\mathcal {F}}\rightarrow {\mathcal {G}}}ของมัดฟ่อนบนX{\displaystyle X}เป็นการสมสัณฐาน (หรือเอกสัณฐาน) ก็ต่อเมื่อ สำหรับทุกเซตเปิดยูX{\displaystyle U\subseteq X}เรามีไอโซมอร์ฟิซึมเอฟ(ยู)จี(ยู){\displaystyle {\mathcal {F}}(U)\approx {\mathcal {G}}(U)}ซึ่งเป็นเรื่องธรรมชาติเมื่อพิจารณาจากแผนที่การจำกัด ข้อความเหล่านี้ให้ตัวอย่างวิธีการทำงานกับชีฟโดยใช้ข้อมูลเฉพาะที่ แต่สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือเราไม่สามารถตรวจสอบว่ามอร์ฟิซึมของชีฟเป็นเอพิโมร์ฟิซึมในลักษณะเดียวกันได้หรือไม่ อันที่จริง ข้อความที่แมปในระดับของเซตเปิดφยู:เอฟ(ยู)จี(ยู){\displaystyle \varphi _{U}\colon {\mathcal {F}}(U)\rightarrow {\mathcal {G}}(U)}การที่เอพิโมฟิซึมของชีฟไม่ได้เป็นฟังก์ชันทั่วถึงเสมอไปนั้น เทียบเท่ากับการที่ฟังก์ชันภาคตัดทั่วโลกไม่มีความแม่นยำ หรือเทียบเท่ากับการที่โคฮอโมโลยีของชีฟไม่เป็นฟังก์ชันศูนย์

ก้านของมัดฟาง

ลำต้นตั้งตรงสองต้นอยู่เหนือฐานสองจุด โดยมีหน่อปรากฏอยู่ตามแต่ละลำต้น
ลำต้นและหน่อสำหรับมัดฟางที่คงที่บนพื้นที่สองจุดที่ไม่ต่อเนื่องกัน

ลำต้นเอฟx{\displaystyle {\mathcal {F}}_{x}}ของมัดเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}บันทึกคุณสมบัติของมัด "รอบ" จุดหนึ่งxX{\displaystyle x\in X}โดยสรุปแนวคิดพื้นฐานของฟังก์ชันในที่นี้ "รอบๆ" หมายความว่า ในเชิงแนวคิดแล้ว เราจะพิจารณาบริเวณรอบๆจุดนั้นที่เล็กลงเรื่อยๆ แน่นอนว่า ไม่มีบริเวณรอบๆ ใดที่จะเล็กพอ ซึ่งจำเป็นต้องพิจารณาขีดจำกัดบางอย่าง กล่าวโดยละเอียดแล้ว ก้าน (stalk) ถูกกำหนดโดย

เอฟx=ลิมยูxเอฟ(ยู),{\displaystyle {\mathcal {F}}_{x}=\varinjlim _{U\ni x}{\mathcal {F}}(U),}

ขีดจำกัดโดยตรง นั้น ครอบคลุมเซตย่อยเปิดทั้งหมดของX{\displaystyle X}ประกอบด้วยจุดที่กำหนดx{\displaystyle x}กล่าวอีกนัยหนึ่ง องค์ประกอบของลำต้นนั้นได้มาจากส่วนตัดเหนือบริเวณใกล้เคียงแบบเปิดบางส่วนของx{\displaystyle x}และส่วนสองส่วนดังกล่าวจะถือว่าเทียบเท่ากันหากข้อจำกัดของทั้งสองส่วนนั้นสอดคล้องกันในพื้นที่ใกล้เคียงที่มีขนาดเล็กกว่า

การเปลี่ยนแปลงรูปร่างตามธรรมชาติเอฟ(ยู)เอฟx{\displaystyle {\mathcal {F}}(U)\to {\mathcal {F}}_{x}}ใช้ส่วนหนึ่ง{\displaystyle s}ในเอฟ(ยู){\displaystyle {\mathcal {F}}(U)}ถึงเชื้อ ของมันx{\displaystyle s_{x}}ที่x{\displaystyle x}นี่เป็นการขยายความหมายของเชื้อโรคตาม แบบฉบับทั่วไป

ในหลายสถานการณ์ การรู้ข้อมูลเกี่ยวกับก้านของชีฟก็เพียงพอที่จะควบคุมชีฟนั้นได้แล้ว ตัวอย่างเช่น การทดสอบว่ามอร์ฟิซึมของชีฟเป็นโมโนมอร์ฟิซึม เอพิโมร์ฟิซึม หรือไอโซมอร์ฟิซึม สามารถทำได้โดยพิจารณาจากก้าน ในแง่นี้ ชีฟถูกกำหนดโดยก้านของมัน ซึ่งเป็นข้อมูลเฉพาะที่ ในทางตรงกันข้าม ข้อมูลโดยรวมที่มีอยู่ในชีฟ เช่นส่วนโดยรวมหรือส่วนต่างๆ นั้นเอฟ(X){\displaystyle {\mathcal {F}}(X)}ในพื้นที่ทั้งหมดX{\displaystyle X}โดยทั่วไปจะบรรจุข้อมูลน้อยกว่า ตัวอย่างเช่น สำหรับแมนิโฟลด์เชิงซ้อนขนาดกะทัดรัดX{\displaystyle X}ส่วนทั่วโลกของชีฟของฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกก็คือซี{\displaystyle \mathbb {C} }เนื่องจากฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกใดๆXซี{\displaystyle X\to \mathbb {C} }คงที่ตามทฤษฎีบทของ Liouville [ 6 ]

เปลี่ยนมัดก่อนมัดให้เป็นมัด

การนำข้อมูลที่อยู่ในพรีชีฟมาแสดงผลในรูปแบบชีฟนั้นมักมีประโยชน์ และปรากฏว่ามีวิธีที่ดีที่สุดในการทำเช่นนี้ โดยวิธีนั้นจะใช้พรีชีฟเป็นตัวแปรเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}และผลิตฟ่อนใหม่เอเอฟ{\displaystyle a{\mathcal {F}}}เรียกว่าการมัดเป็นมัดหรือมัดที่เกี่ยวข้องกับมัดก่อนเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}ตัวอย่างเช่น การแปลงพรีชีฟคงที่ (ดูด้านบน) ให้เป็นชีฟคงที่ เรียกว่า ชีฟคงที่ แม้จะมีชื่อเช่นนั้น แต่ส่วนต่าง ๆ ของชีฟคงที่นั้นเป็นฟังก์ชันคงที่เฉพาะที่

มัดฟางเอเอฟ{\displaystyle a{\mathcal {F}}}สามารถสร้างได้โดยใช้พื้นที่ étaléอี{\displaystyle E}ของเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}กล่าวคือ เป็นกลุ่มของส่วนต่างๆ ของแผนที่

อีX.{\displaystyle E\to X.}

โครงสร้างมัดฟ่อนข้าวอีกแบบหนึ่งเอเอฟ{\displaystyle a{\mathcal {F}}}ดำเนินการโดยใช้ฟังก์ชันแอล{\displaystyle L}จากมัดรวงข้าวสำเร็จรูปไปจนถึงมัดรวงข้าวสำเร็จรูปที่ค่อยๆ ปรับปรุงคุณสมบัติของมัดรวงข้าวสำเร็จรูปให้ดีขึ้น: สำหรับมัดรวงข้าวสำเร็จรูปใดๆเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}},แอลเอฟ{\displaystyle L{\mathcal {F}}}เป็นมัดฟ่อนที่แยกออก และสำหรับมัดฟ่อนที่แยกออกใดๆเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}},แอลเอฟ{\displaystyle L{\mathcal {F}}}เป็นมัด มัดที่เกี่ยวข้องเอเอฟ{\displaystyle a{\mathcal {F}}}ได้รับจากแอลแอลเอฟ{\displaystyle LL{\mathcal {F}}}[ 8 ]

แนวคิดที่ว่ามัดฟางเอเอฟ{\displaystyle a{\mathcal {F}}}เป็นการประมาณค่าที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สำหรับเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}โดยชีฟจะถูกทำให้แม่นยำยิ่งขึ้นโดยใช้คุณสมบัติสากล ต่อไปนี้ : มีมอร์ฟิซึมตามธรรมชาติของพรีชีฟฉัน:เอฟเอเอฟ{\displaystyle i\colon {\mathcal {F}}\to a{\mathcal {F}}}ดังนั้นสำหรับมัดใด ๆจี{\displaystyle {\mathcal {G}}}และรูปแบบใด ๆ ของพรีชีฟเอฟ:เอฟจี{\displaystyle f\colon {\mathcal {F}}\to {\mathcal {G}}}มีรูปแบบเฉพาะของชีฟอยู่เอฟ~:เอเอฟจี{\displaystyle {\tilde {f}}\colon a{\mathcal {F}}\rightarrow {\mathcal {G}}}โดยที่เอฟ=เอฟ~ฉัน{\displaystyle f={\tilde {f}}i}. ในความเป็นจริง,เอ{\displaystyle a}คือ ฟังก์ชันผกผันซ้ายของฟังก์ชันการรวม (หรือฟังก์ชันลืม ) จากหมวดหมู่ของชีฟไปยังหมวดหมู่ของพรีชีฟ และฉัน{\displaystyle i}คือหน่วยของการเชื่อมโยง ในลักษณะนี้ หมวดหมู่ของชีฟจะกลายเป็นหมวดหมู่ย่อยของจีโรด์ของพรีชีฟ สถานการณ์เชิงหมวดหมู่นี้เป็นเหตุผลว่าทำไมฟังก์ชันชีฟฟิเคชันจึงปรากฏในการสร้างโคเคอร์เนลของมอร์ฟิซึมชีฟหรือผลคูณเทนเซอร์ของชีฟ แต่ไม่ปรากฏสำหรับเคอร์เนล เป็นต้น

ชีฟย่อย, ชีฟผลหาร

ถ้าเค{\displaystyle K}เป็นมัดย่อยของมัดใหญ่เอฟ{\displaystyle F}ของกลุ่มอาเบเลียน จากนั้นชีฟผลหารคิว{\displaystyle Q}มัดฟางนั้นเกี่ยวข้องกับมัดฟางก่อนหน้าหรือไม่ยูเอฟ(ยู)/เค(ยู){\displaystyle U\mapsto F(U)/K(U)}กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ชีฟผลหารนั้นสอดคล้องกับลำดับที่แน่นอนของชีฟของกลุ่มอาเบเลียน

0เคเอฟคิว0.{\displaystyle 0\to K\to F\to Q\to 0.}

(เรียกอีกอย่างว่าการขยายชีฟ )

อนุญาตเอฟ,จี{\displaystyle F,G}เป็นกลุ่มของกลุ่มอาเบเลียน เซตโฮม(เอฟ,จี){\displaystyle \operatorname {Hom} (F,G)}ของมอร์ฟิซึมของชีฟจากเอฟ{\displaystyle F}ถึงจี{\displaystyle G}ก่อให้เกิดกลุ่มอาเบเลียน (โดยโครงสร้างกลุ่มอาเบเลียนของจี{\displaystyle G}). มัดฟางของเอฟ{\displaystyle F}และจี{\displaystyle G}ซึ่งแสดงด้วย

ชมโอ(เอฟ,จี){\displaystyle {\mathcal {Hom}}(F,G)}

คือกลุ่มของกลุ่มอาเบเลียนยูโฮม(เอฟ|ยู,จี|ยู){\displaystyle U\mapsto \operatorname {Hom} (F|_{U},G|_{U})}ที่ไหนเอฟ|ยู{\displaystyle F|_{U}}มัดฟ่อนบนยู{\displaystyle U}มอบให้โดย(เอฟ|ยู)(วี)=เอฟ(วี){\displaystyle (F|_{U})(V)=F(V)}(หมายเหตุ ไม่จำเป็นต้องมีการจัดกลุ่มเป็นชีทในที่นี้) ผลรวมโดยตรงของเอฟ{\displaystyle F}และจี{\displaystyle G}คือกลุ่มของชีฟที่กำหนดโดยยูเอฟ(ยู)จี(ยู){\displaystyle U\mapsto F(U)\oplus G(U)}และผลคูณเทนเซอร์ของเอฟ{\displaystyle F}และจี{\displaystyle G}มัดฟางนั้นเกี่ยวข้องกับมัดฟางก่อนหน้าหรือไม่ยูเอฟ(ยู)จี(ยู){\displaystyle U\mapsto F(U)\otimes G(U)}.

การดำเนินการทั้งหมดเหล่านี้ขยายไปถึงกลุ่มของโมดูลเหนือกลุ่มของวงแหวนเอ{\displaystyle A}; กรณีข้างต้นเป็นกรณีพิเศษเมื่อเอ{\displaystyle A}คือมัดคงที่_{\displaystyle {\underline {\mathbf {Z} }}}.

ฟังก์ชันพื้นฐาน

เนื่องจากข้อมูลของชีฟ (หรือชีฟก่อน) ขึ้นอยู่กับเซตเปิดของปริภูมิฐาน ชีฟบนปริภูมิเชิงทอพอโลยีที่แตกต่างกันจึงไม่มีความสัมพันธ์กันในแง่ที่ว่าไม่มีมอร์ฟิซึมระหว่างกัน อย่างไรก็ตาม เมื่อกำหนดแผนที่ต่อเนื่องแล้วเอฟ:Xวาย{\displaystyle f:X\to Y}ระหว่างปริภูมิเชิงทอพอโลยีสองปริภูมิ การผลักดันไปข้างหน้าและการดึงกลับจะเชื่อมโยงชีฟบนX{\displaystyle X}สำหรับผู้ที่อยู่วาย{\displaystyle Y}และในทางกลับกัน

ภาพโดยตรง

การผลักไปข้างหน้า (หรือที่เรียกว่าภาพตรง ) ของมัดฟางเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}บนX{\displaystyle X}ชีฟถูกกำหนดโดย

(เอฟ*เอฟ)(วี)=เอฟ(เอฟ1(วี)).{\displaystyle (f_{*}{\mathcal {F}})(V)={\mathcal {F}}(f^{-1}(V)).}

ที่นี่วี{\displaystyle V}เป็นเซตย่อยแบบเปิดของวาย{\displaystyle Y}ดังนั้นภาพต้นฉบับจึงเปิดอยู่ในX{\displaystyle X}โดยความต่อเนื่องของเอฟ{\displaystyle f}โครงสร้างนี้เป็นการฟื้นฟูโครงสร้างของตึกระฟ้าเอสx{\displaystyle S_{x}}ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น:

เอสx=ฉัน*(เอส){\displaystyle S_{x}=i_{*}(S)}

ที่ไหนฉัน:{x}X{\displaystyle i:\{x\}\to X}คือการรวมเข้าด้วยกัน และเอส{\displaystyle S}ถือว่าเป็นมัดบนโมโนตันโดยเอส({*})=เอส,เอส()={\displaystyle S(\{*\})=S,S(\emptyset )=\emptyset }.

สำหรับแผนที่ระหว่างพื้นที่กระชับเฉพาะที่ภาพโดยตรงที่มีการรองรับแบบกระชับคือซับชีฟของภาพโดยตรง[ 9 ]ตามคำนิยาม(เอฟ!เอฟ)(วี){\displaystyle (f_{!}{\mathcal {F}})(V)}ประกอบด้วยสิ่งเหล่านั้นเอฟ(เอฟ1(วี)){\displaystyle s\in {\mathcal {F}}(f^{-1}(V))}ซึ่งการสนับสนุนได้รับการกำหนดไว้อย่างถูกต้องหากเอฟ{\displaystyle f}มันเหมาะสมในตัวมันเองแล้วเอฟ!เอฟ=เอฟ*เอฟ{\displaystyle f_{!}{\mathcal {F}}=f_{*}{\mathcal {F}}}แต่โดยทั่วไปแล้วพวกเขามีความเห็นไม่ตรงกัน

ภาพกลับด้าน

ภาพ ดึงกลับหรือภาพผกผันจะทำงานในทิศทางตรงกันข้าม กล่าวคือ มันจะสร้างชีฟบนX{\displaystyle X}ซึ่งแสดงด้วยเอฟ1จี{\displaystyle f^{-1}{\mathcal {G}}}จากมัดจี{\displaystyle {\mathcal {G}}}บนวาย{\displaystyle Y}. ถ้าเอฟ{\displaystyle f}หากเป็นการรวมเซตย่อยแบบเปิด ภาพผกผันก็จะเป็นเพียงข้อจำกัด กล่าวคือ กำหนดโดย(เอฟ1จี)(ยู)=จี(ยู){\displaystyle (f^{-1}{\mathcal {G}})(U)={\mathcal {G}}(U)}สำหรับการเปิดยู{\displaystyle U}ในX{\displaystyle X}มัดฟางเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}(ในพื้นที่บางส่วน)X{\displaystyle X}เรียกว่าค่าคงที่เฉพาะที่ถ้าX=ฉันฉันยูฉัน{\displaystyle X=\bigcup _{i\in I}U_{i}}โดยเซตย่อยแบบเปิดบางส่วนยูฉัน{\displaystyle U_{i}}เช่นนั้น ข้อจำกัดของเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}สำหรับเซตย่อยเปิดทั้งหมดเหล่านี้ ค่าคงที่ บนพื้นที่เชิงทอพอโลยีที่หลากหลายX{\displaystyle X}ชีฟดังกล่าวเทียบเท่ากับการแทนกลุ่มพื้นฐานπ1(X){\displaystyle \pi _{1}(X)}.

สำหรับแผนที่ทั่วไปเอฟ{\displaystyle f}นิยามของเอฟ1จี{\displaystyle f^{-1}{\mathcal {G}}}มีความซับซ้อนมากขึ้น โดยมีรายละเอียดอยู่ที่ฟังก์ชันภาพผกผันก้านเป็นกรณีพิเศษที่สำคัญของการดึงกลับเมื่อพิจารณาจากการระบุตัวตนตามธรรมชาติ โดยที่ฉัน{\displaystyle i}คือตามข้างต้น:

จีx=ฉัน1จี({x}).{\displaystyle {\mathcal {G}}_{x}=i^{-1}{\mathcal {G}}(\{x\}).}

โดยทั่วไปแล้ว ลำต้นจะตอบสนองความต้องการต่างๆ(เอฟ1จี)x=จีเอฟ(x){\displaystyle (f^{-1}{\mathcal {G}})_{x}={\mathcal {G}}_{f(x)}}.

ส่วนขยายโดยศูนย์

เพื่อการรวมเจ:ยูX{\displaystyle j:U\to X}ของเซตย่อยเปิดการขยายโดยศูนย์เจ!เอฟ{\displaystyle j_{!}{\mathcal {F}}}(ออกเสียงว่า "เจ โลเวอร์ ชรีคออฟ เอฟ") ของมัดฟ่อนเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}ของกลุ่มอาเบเลียนบนยู{\displaystyle U}การจัดกลุ่มของพรีชีฟถูกกำหนดโดย

วี{เอฟ(วี)ถ้า วียู0มิฉะนั้น.{\displaystyle V\mapsto {\begin{cases}{\mathcal {F}}(V)&{\textrm {if}}\ V\subseteq U\\0&{\textrm {otherwise.}}\end{cases}}}

สำหรับมัดจี{\displaystyle {\mathcal {G}}}บนX{\displaystyle X}โครงสร้างนี้ในแง่หนึ่งเป็นการเติมเต็มซึ่งกันและกันฉัน*{\displaystyle i_{*}}, ที่ไหนฉัน:XยูX{\displaystyle i:X\setminus U\to X}คือการรวมส่วนเติมเต็มของยู{\displaystyle U}:

(เจ!เจ*จี)x=จีx{\displaystyle (j_{!}j^{*}{\mathcal {G}})_{x}={\mathcal {G}}_{x}}สำหรับx{\displaystyle x}ในยู{\displaystyle U}และก้านจะมีค่าเป็นศูนย์ในกรณีอื่น ๆ ในขณะที่
(ฉัน*ฉัน*จี)x=0{\displaystyle (i_{*}i^{*}{\mathcal {G}})_{x}=0}สำหรับx{\displaystyle x}ในยู{\displaystyle U}และเท่ากับจีx{\displaystyle {\mathcal {G}}_{x}}มิฉะนั้น.

โดยทั่วไปแล้ว ถ้าเอX{\displaystyle A\subset X}ถ้า เป็นเซตย่อยที่ปิดเฉพาะที่ก็จะมีเซตเปิดอยู่ยู{\displaystyle U}ของX{\displaystyle X}ประกอบด้วยเอ{\displaystyle A}โดยที่เอ{\displaystyle A}ปิดทำการแล้วยู{\displaystyle U}. อนุญาตเอฟ:เอยู{\displaystyle f:A\to U}และเจ:ยูX{\displaystyle j:U\to X}ให้เป็นการรวมตามธรรมชาติ จากนั้นการขยายด้วยศูนย์ของชีฟเอฟ{\displaystyle {\mathcal {F}}}บนเอ{\displaystyle A}ถูกกำหนดโดยเจ!เอฟ*เอฟ{\displaystyle j_{!}f_{*}F}.

เนื่องจากการทำงานที่ดีบนสตอล์ก การขยายโดยฟังก์ชันศูนย์จึงมีประโยชน์สำหรับการลดคำถามเกี่ยวกับทฤษฎีชีฟบนX{\displaystyle X}ไปยังชั้นต่างๆ ของการแบ่งชั้นกล่าวคือ การแยกย่อยของX{\displaystyle X}แบ่งออกเป็นกลุ่มย่อยที่เล็กลงและปิดตัวลงภายในบริเวณนั้น

ส่วนประกอบเพิ่มเติม

มัดข้าวในหมวดหมู่ทั่วไป

นอกเหนือจาก (พรี)ชีฟตามที่ได้แนะนำไปข้างต้นแล้ว ในกรณีที่เอฟ(ยู){\displaystyle {\mathcal {F}}(U)}ถึงแม้จะเป็นเพียงเซต แต่ในหลายกรณี การติดตามโครงสร้างเพิ่มเติมในส่วนต่างๆ เหล่านั้นมีความสำคัญ ตัวอย่างเช่น ส่วนต่างๆ ของชีฟของฟังก์ชันต่อเนื่องจะก่อตัวเป็นปริภูมิเวกเตอร์ จริงโดยธรรมชาติ และการจำกัดขอบเขตคือแผนที่เชิงเส้นระหว่างปริภูมิเวกเตอร์เหล่านี้

พรีชีฟที่มีค่าอยู่ในหมวดหมู่ใดๆซี{\displaystyle C}ถูกกำหนดโดยพิจารณาจากหมวดหมู่ของเซตเปิดก่อนเป็นอันดับแรกX{\displaystyle X}เพื่อเป็นหมวดหมู่ท่าทางโอ(X){\displaystyle O(X)}ซึ่งวัตถุคือเซตเปิดของX{\displaystyle X}และมอร์ฟิซึมของพวกมันคือการรวมเข้าด้วยกัน จากนั้น aซี{\displaystyle C}พรีชีฟที่มีค่าบนX{\displaystyle X}เหมือนกับฟังก์ชันคอนทราแวเรียนต์จากโอ(X){\displaystyle O(X)}ถึงซี{\displaystyle C}มอร์ฟิซึมในหมวดหมู่ของฟังก์ชันนี้ หรือที่เรียกว่าการแปลงธรรมชาตินั้นเหมือนกับมอร์ฟิซึมที่นิยามไว้ข้างต้น ดังที่จะเห็นได้จากการวิเคราะห์นิยามเหล่านั้น

หากเป็นหมวดหมู่เป้าหมายซี{\displaystyle C}ยอมรับข้อจำกัดทั้งหมดซี{\displaystyle C}-ค่าพรีชีฟจะเป็นชีฟก็ต่อเมื่อแผนภาพต่อไปนี้เป็นตัวปรับสมดุลสำหรับฝาครอบเปิดทุกอัน ยู={ยูฉัน}ฉันฉัน{\displaystyle {\mathcal {U}}=\{U_{i}\}_{i\in I}}ของชุดเปิดใดๆยู{\displaystyle U}:

เอฟ(ยู)ฉันเอฟ(ยูฉัน)ฉัน,เจเอฟ(ยูฉันยูเจ).{\displaystyle F(U)\rightarrow \prod _{i}F(U_{i}){{{} \atop \longrightarrow } \atop {\longrightarrow \atop {}}}\prod _{i,j}F(U_{i}\cap U_{j}).}

ในที่นี้ แผนที่แรกเป็นผลผลิตจากแผนที่ข้อจำกัด

เรสยูฉัน,ยู:เอฟ(ยู)เอฟ(ยูฉัน){\displaystyle \operatorname {res} _{U_{i},U}\colon F(U)\rightarrow F(U_{i})}

และลูกศรทั้งสองเป็นผลคูณของข้อจำกัดทั้งสองชุด

เรสยูฉันยูเจ,ยูฉัน:เอฟ(ยูฉัน)เอฟ(ยูฉันยูเจ){\displaystyle \operatorname {res} _{U_{i}\cap U_{j},U_{i}}\colon F(U_{i})\rightarrow F(U_{i}\cap U_{j})}

และ

เรสยูฉันยูเจ,ยูเจ:เอฟ(ยูเจ)เอฟ(ยูฉันยูเจ).{\displaystyle \operatorname {res} _{U_{i}\cap U_{j},U_{j}}\colon F(U_{j})\rightarrow F(U_{i}\cap U_{j}).}

ถ้าซี{\displaystyle C}เป็นหมวดหมู่แบบอาเบเลียนเงื่อนไขนี้สามารถเขียนใหม่ได้โดยกำหนดให้มีลำดับที่แน่นอน

0เอฟ(ยู)ฉันเอฟ(ยูฉัน)เรสยูฉันยูเจ,ยูฉันเรสยูฉันยูเจ,ยูเจฉัน,เจเอฟ(ยูฉันยูเจ).{\displaystyle 0\to F(U)\to \prod _{i}F(U_{i})\xrightarrow {\operatorname {res} _{U_{i}\cap U_{j},U_{i}}-\operatorname {res} _{U_{i}\cap U_{j},U_{j}}} \prod _{i,j}F(U_{i}\cap U_{j}).}

กรณีเฉพาะของอาการมัดฟางแบบนี้เกิดขึ้นได้ดังนี้ยู{\displaystyle U}โดยที่เซตว่างและเซตดัชนีฉัน{\displaystyle I}นอกจากนี้ยังว่างเปล่า ในกรณีนี้ เงื่อนไขของชีทกำหนดให้เอฟ(){\displaystyle {\mathcal {F}}(\emptyset )}เพื่อเป็นวัตถุปลายทางในซี{\displaystyle C}.

พื้นที่วงแหวนและกลุ่มโมดูล

ในสาขาเรขาคณิตหลายสาขา รวมถึงเรขาคณิตเชิงพีชคณิตและเรขาคณิตเชิงอนุพันธ์ปริภูมิจะมาพร้อมกับชีฟของวงแหวนตามธรรมชาติ ซึ่งมักเรียกว่าชีฟโครงสร้างและใช้สัญลักษณ์ แทนโอX{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}}คู่รักเช่นนี้(X,โอX){\displaystyle (X,{\mathcal {O}}_{X})}เรียกว่าพื้นที่วงแหวนพื้นที่หลายประเภทสามารถนิยามได้ว่าเป็นพื้นที่วงแหวนประเภทใดประเภทหนึ่ง โดยทั่วไปแล้ว ก้านทั้งหมดโอX,x{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X,x}}โครงสร้างชีฟประกอบด้วยวงแหวนเฉพาะที่ซึ่งในกรณีนี้คู่ดังกล่าวเรียกว่า ปริภูมิ ที่มีวงแหวนเฉพาะที่

ตัวอย่างเช่นn{\displaystyle n}มิติซีเค{\displaystyle C^{k}}ท่อร่วมเอ็ม{\displaystyle M}เป็นพื้นที่วงแหวนเฉพาะที่ซึ่งชีฟโครงสร้างประกอบด้วยซีเค{\displaystyle C^{k}}-ฟังก์ชันบนเซตย่อยเปิดของเอ็ม{\displaystyle M}คุณสมบัติของการเป็น ปริภูมิที่มีวงแหวน เฉพาะที่นั้นหมายความว่าฟังก์ชันดังกล่าว ซึ่งมีค่าไม่เป็นศูนย์ ณ จุดใดจุดหนึ่งx{\displaystyle x}นอกจากนี้ ยังมีค่าไม่เป็นศูนย์ในบริเวณใกล้เคียงแบบเปิดที่มีขนาดเล็กพอสมควรของx{\displaystyle x}นักเขียนบางคนนิยามแมนิโฟลด์จริง (หรือแมนิโฟลด์เชิงซ้อน) ว่าเป็นปริภูมิที่มีวงแหวนเฉพาะที่ ซึ่งมีสมมาตรเฉพาะที่กับคู่ที่ประกอบด้วยเซตย่อยเปิดของอาร์n{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}(ตามลำดับ)ซีn{\displaystyle \mathbb {C} ^{n}}) พร้อมกับมัดฟางซีเค{\displaystyle C^{k}}ฟังก์ชัน (ตามลำดับโฮโลมอร์ฟิก) [ 10 ] ใน ทำนองเดียวกัน สกี มซึ่งเป็นแนวคิดพื้นฐานของพื้นที่ในเรขาคณิตพีชคณิต เป็นพื้นที่วงแหวนเฉพาะที่ซึ่งสมมาตรเฉพาะที่กับสเปกตรัมของวงแหวน

เมื่อกำหนดปริภูมิวงแหวนแล้วชีฟของโมดูลจะเป็นชีฟเอ็ม{\displaystyle {\mathcal {M}}}โดยที่บนเซตเปิดทุกเซตยู{\displaystyle U}ของX{\displaystyle X},เอ็ม(ยู){\displaystyle {\mathcal {M}}(U)}เป็นโอX(ยู){\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}(U)}-โมดูลและสำหรับการรวมชุดเปิดทุกครั้งวียู{\displaystyle V\subseteq U}แผนที่ข้อจำกัดเอ็ม(ยู)เอ็ม(วี){\displaystyle {\mathcal {M}}(U)\to {\mathcal {M}}(V)}เข้ากันได้กับแผนผังข้อจำกัดโอ(ยู)โอ(วี){\displaystyle {\mathcal {O}}(U)\to {\mathcal {O}}(V)}: ข้อจำกัดของเอฟ{\displaystyle fs}คือข้อจำกัดของเอฟ{\displaystyle f}คูณด้วยจำนวนครั้งของ{\displaystyle s}สำหรับใดๆเอฟ{\displaystyle f}ในโอ(ยู){\displaystyle {\mathcal {O}}(U)}และ{\displaystyle s}ในเอ็ม(ยู){\displaystyle {\mathcal {M}}(U)}.

วัตถุทางเรขาคณิตที่สำคัญที่สุดคือชีฟของโมดูล ตัวอย่างเช่น มีความสัมพันธ์แบบหนึ่งต่อหนึ่งระหว่างบันเดิลเวกเตอร์และชีฟอิสระเฉพาะที่ของโอX{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}}-โมดูล รูปแบบนี้ใช้ได้กับกลุ่มเวกเตอร์จริง กลุ่มเวกเตอร์เชิงซ้อน หรือกลุ่มเวกเตอร์ในเรขาคณิตเชิงพีชคณิต (โดยที่โอ{\displaystyle {\mathcal {O}}}ประกอบด้วยฟังก์ชันเรียบ ฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิก หรือฟังก์ชันปกติ ตามลำดับ) ชีฟของคำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์คือดี{\displaystyle D}-โมดูลนั่นคือ โมดูลเหนือชีฟของตัวดำเนินการเชิงอนุพันธ์บนปริภูมิเชิงทอพอโลยีใดๆ โมดูลเหนือชีฟคงที่_{\displaystyle {\underline {\mathbf {Z} }}}เหมือนกับชีฟของกลุ่มอาเบเลียนในความหมายข้างต้น

สำหรับชีฟของโมดูลเหนือชีฟของริง จะมีฟังก์ชันภาพผกผันที่แตกต่างกัน ฟังก์ชันนี้มักจะใช้สัญลักษณ์ แทนด้วยเอฟ*{\displaystyle f^{*}}และมันแตกต่างจากเอฟ1{\displaystyle f^{-1}}ดูฟังก์ชันภาพผกผัน

เงื่อนไขความจำกัดสำหรับชีฟของโมดูล

เงื่อนไขความจำกัดสำหรับโมดูลเหนือวงแหวนสลับที่ก่อให้เกิดเงื่อนไขความจำกัดที่คล้ายกันสำหรับชีฟของโมดูล:เอ็ม{\displaystyle {\mathcal {M}}}เรียกว่าถูกสร้างขึ้นอย่างจำกัด (หรือถูกนำเสนออย่างจำกัด ) ถ้าสำหรับทุกจุดx{\displaystyle x}ของX{\displaystyle X}มีพื้นที่ชุมชนเปิดโล่งอยู่แห่งหนึ่งยู{\displaystyle U}ของx{\displaystyle x}จำนวนธรรมชาติn{\displaystyle n}(อาจขึ้นอยู่กับ...)ยู{\displaystyle U}) และมอร์ฟิซึมแบบทั่วถึงของชีฟโอXn|ยูเอ็ม|ยู{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}^{n}|_{U}\to {\mathcal {M}}|_{U}}(ตามลำดับ นอกจากนี้ จำนวนธรรมชาติ){\displaystyle m}และลำดับที่แน่นอนโอX|ยูโอXn|ยูเอ็ม|ยู0{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}^{m}|_{U}\to {\mathcal {O}}_{X}^{n}|_{U}\to {\mathcal {M}}|_{U}\to 0}.) ในลักษณะที่คล้ายคลึงกับแนวคิดของโมดูลที่สอดคล้องกันเอ็ม{\displaystyle {\mathcal {M}}}เรียกว่าชีฟที่สอดคล้องกัน (coherent sheaf)ถ้าชีฟนั้นมีประเภทจำกัด (finite type) และถ้าสำหรับทุกเซตเปิดยู{\displaystyle U}และมอร์ฟิซึมทุกรูปแบบของชีฟϕ:โอXnเอ็ม{\displaystyle \phi :{\mathcal {O}}_{X}^{n}\to {\mathcal {M}}} (ไม่จำเป็นต้องเป็นการส่งทั่วถึง) เคอร์เนลของϕ{\displaystyle \phi }เป็นประเภทจำกัดโอX{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}}จะถือว่าสอดคล้องกันก็ต่อเมื่อมันสอดคล้องกันในฐานะโมดูลเหนือตัวมันเอง เช่นเดียวกับโมดูล ความสอดคล้องกันโดยทั่วไปเป็นเงื่อนไขที่เข้มงวดกว่าการนำเสนอแบบจำกัดทฤษฎีบทความสอดคล้องกันของโอกะกล่าวว่าชีฟของฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกบนแมนิโฟลด์เชิงซ้อนมีความสอดคล้องกัน

พื้นที่เอตาเล่ของมัดฟาง

ในตัวอย่างข้างต้น สังเกตได้ว่าชีฟบางประเภทเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในรูปของชีฟของส่วนตัด อันที่จริง ชีฟของเซตทั้งหมดสามารถแสดงได้ในรูปของชีฟของส่วนตัดของปริภูมิเชิงทอพอโลยีที่เรียกว่า ปริภูมิ เอตาเล (étalé space)ซึ่งมาจากคำภาษาฝรั่งเศส (ออกเสียงว่า[ étalé ])ที่มีความหมายโดยประมาณว่า "แผ่ขยายออกไป" ถ้าเอฟ(X){\displaystyle F\in {\text{Sh}}(X)}เป็นมัดฟางทับX{\displaystyle X}จากนั้นพื้นที่ étalé (บางครั้งเรียกว่าพื้นที่ étale ) ของเอฟ{\displaystyle F}เป็นปริภูมิเชิงทอพอโลยีอี{\displaystyle E}พร้อมกับโฮโมมอร์ฟิซึมในท้องถิ่นπ:อีX{\displaystyle \pi :E\to X}โดยที่กลุ่มของส่วนต่างๆΓ(π,){\displaystyle \Gamma (\pi ,-)}ของπ{\displaystyle \pi }เป็นเอฟ{\displaystyle F}พื้นที่อี{\displaystyle E}โดยปกติแล้วจะแปลกมาก และถึงแม้ว่ามัดฟางจะเป็นอย่างไรก็ตามเอฟ{\displaystyle F}เกิดขึ้นจากสถานการณ์ทางโทโพโลยีตามธรรมชาติอี{\displaystyle E}อาจไม่มีการตีความเชิงโทโพโลยีที่ชัดเจน ตัวอย่างเช่น ถ้าเอฟ{\displaystyle F}คือกลุ่มของส่วนต่างๆ ของฟังก์ชันต่อเนื่องเอฟ:วายX{\displaystyle f:Y\to X}, แล้วอี=วาย{\displaystyle E=Y}ก็ต่อเมื่อเอฟ{\displaystyle f}เป็น โฮมีโอเมอร์ฟิ ซึมเฉพาะที่

พื้นที่เอตาเล่อี{\displaystyle E}สร้างขึ้นจากลำต้นของเอฟ{\displaystyle F}เกินX{\displaystyle X}ในฐานะเซต มันคือการรวมกันที่ไม่ทับซ้อนกัน ของพวกมัน และπ{\displaystyle \pi }เป็นแผนที่ที่ชัดเจนซึ่งรับค่าx{\displaystyle x}บนก้านของเอฟ{\displaystyle F}เกินxX{\displaystyle x\in X}โทโพโลยีของอี{\displaystyle E}กำหนดไว้ดังนี้ สำหรับแต่ละองค์ประกอบเอฟ(ยู){\displaystyle s\in F(U)}และแต่ละxยู{\displaystyle x\in U}เราจึงได้รับเชื้อโรคชนิดหนึ่ง{\displaystyle s}ที่x{\displaystyle x}ซึ่งแสดงด้วย[]x{\displaystyle [s]_{x}}หรือx{\displaystyle s_{x}}เชื้อโรคเหล่านี้เป็นตัวกำหนดจุดต่างๆอี{\displaystyle E}สำหรับกรณีใดๆยู{\displaystyle U}และเอฟ(ยู){\displaystyle s\in F(U)}การรวมกันของจุดเหล่านี้ (สำหรับทุก ๆxยู{\displaystyle x\in U}) ได้รับการประกาศให้เปิดทำการในอี{\displaystyle E}โปรดสังเกตว่าก้านแต่ละก้านมีโทโพโลยีแบบไม่ต่อเนื่องเป็นโทโพโลยีของปริภูมิย่อยการแปลงระหว่างชีฟสองชีฟจะกำหนดแผนที่ต่อเนื่องของปริภูมิเอตาเล่ที่สอดคล้องกัน ซึ่งเข้ากันได้กับแผนที่การฉายภาพ (ในแง่ที่ว่าเจิร์มทุกตัวถูกแมปไปยังเจิร์มเหนือจุดเดียวกัน) สิ่งนี้ทำให้โครงสร้างกลายเป็นฟังก์ชัน

โครงสร้างข้างต้นกำหนดความเท่าเทียมกันของหมวดหมู่ระหว่างหมวดหมู่ของชีฟของเซตบนX{\displaystyle X}และหมวดหมู่ของพื้นที่ étalé เหนือX{\displaystyle X}การสร้างพื้นที่เอตาเล่ยังสามารถนำไปใช้กับพรีชีฟได้เช่นกัน ในกรณีนี้ ชีฟของส่วนต่างๆ ของพื้นที่เอตาเล่จะคืนค่าชีฟที่เชื่อมโยงกับพรีชีฟที่กำหนดให้

โครงสร้างนี้ทำให้ชีฟทั้งหมดกลายเป็นฟังก์ชันที่สามารถแทนได้บนหมวดหมู่บางอย่างของปริภูมิเชิงทอพอโลยี ดังที่กล่าวมาข้างต้น ให้เอฟ{\displaystyle F}เป็นมัดบนX{\displaystyle X}, อนุญาตอี{\displaystyle E}เป็นพื้นที่ชั้นลอย และปล่อยให้π:อีX{\displaystyle \pi :E\to X}เป็นการฉายภาพตามธรรมชาติ พิจารณาหมวดหมู่ที่มากเกินไปสูงสุด/X{\displaystyle {\text{Top}}/X}ของปริภูมิเชิงทอพอโลยีเหนือX{\displaystyle X}นั่นคือหมวดหมู่ของปริภูมิเชิงทอพอโลยีพร้อมกับแผนที่ต่อเนื่องคงที่ไปยังX{\displaystyle X}วัตถุทุกชิ้นในหมวดหมู่นี้เป็นแผนที่ต่อเนื่องเอฟ:วายX{\displaystyle f:Y\to X}และมอร์ฟิซึมจากวายX{\displaystyle Y\to X}ถึงX{\displaystyle Z\to X}เป็นแผนที่ต่อเนื่องวาย{\displaystyle Y\to Z}ที่เดินทางไปทำงานโดยใช้แผนที่สองแผ่นX{\displaystyle X}มีฟังก์ชันเตอร์อยู่

Γ:สูงสุด/Xชุด{\displaystyle \Gamma :{\text{Top}}/X\to {\text{Sets}}}

การส่งวัตถุเอฟ:วายX{\displaystyle f:Y\to X}ถึงเอฟ1เอฟ(วาย){\displaystyle f^{-1}F(Y)}ตัวอย่างเช่น ถ้าฉัน:ยูX{\displaystyle i:U\hookrightarrow X}คือการรวมเซตย่อยแบบเปิดใช่หรือไม่

Γ(ฉัน)=เอฟ1เอฟ(ยู)=เอฟ(ยู)=Γ(เอฟ,ยู){\displaystyle \Gamma (i)=f^{-1}F(U)=F(U)=\Gamma (F,U)}

และสำหรับการรวมจุดหนึ่งเข้าไปด้วยฉัน:{x}X{\displaystyle i:\{x\}\hookrightarrow X}, แล้ว

Γ(ฉัน)=เอฟ1เอฟ({x})=เอฟ|x{\displaystyle \Gamma (i)=f^{-1}F(\{x\})=F|_{x}}

คือลำต้นของเอฟ{\displaystyle F}ที่x{\displaystyle x}มีไอโซมอร์ฟิซึมตามธรรมชาติ

(เอฟ1เอฟ)(วาย)โฮมทีโอพี/X(เอฟ,π){\displaystyle (f^{-1}F)(Y)\cong \operatorname {Hom} _{\mathbf {Top} /X}(f,\pi )},

ซึ่งแสดงให้เห็นว่าπ:อีX{\displaystyle \pi :E\to X}(สำหรับปริภูมิเอตาเล่) แสดงถึงฟังก์ชันเตอร์Γ{\displaystyle \Gamma }.

อี{\displaystyle E}ถูกสร้างขึ้นเพื่อให้แผนที่ฉายภาพπ{\displaystyle \pi }เป็นแผนที่ปกคลุม ในเรขาคณิตเชิงพีชคณิต สิ่งที่เทียบเคียงได้ตามธรรมชาติของแผนที่ปกคลุมเรียกว่า มอร์ฟิซึมเอตาเล (étale morphism ) แม้จะคล้ายกับคำว่า "étalé" แต่คำว่า étale [ etal ]มีความหมายต่างกันในภาษาฝรั่งเศส เป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนอี{\displaystyle E}เข้าสู่แผนการและπ{\displaystyle \pi }เปลี่ยนเป็นมอร์ฟิซึมของแผนผังในลักษณะที่ว่าπ{\displaystyle \pi }ยังคงคุณสมบัติสากลเดิมไว้ แต่π{\displaystyle \pi }โดยทั่วไปแล้ว ไม่ใช่ การแปลงแบบเอตาล (étale morphism )เพราะไม่ใช่แบบกึ่งจำกัด (quasi-finite) อย่างไรก็ตาม ในเชิงรูปแบบแล้วมันเป็นการแปลงแบบเอตาล

นิยามของชีฟโดยใช้ปริภูมิเอตาเลนั้นเก่าแก่กว่านิยามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในบทความ และยังคงใช้กันทั่วไปในบางสาขาของคณิตศาสตร์ เช่นการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์

โคฮอโมโลยีชีฟ

ในบริบทที่เซตเปิดยู{\displaystyle U}ถูกกำหนดไว้ตายตัว และชีฟถือเป็นตัวแปร เซตเอฟ(ยู){\displaystyle F(U)}มักถูกระบุด้วยเช่นกันΓ(ยู,เอฟ).{\displaystyle \Gamma (U,F).}

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ฟังก์ชันนี้ไม่รักษาเอพิโมร์ฟิซึมไว้ แต่เอพิโมร์ฟิซึมของชีฟส์นั้นเอฟจี{\displaystyle {\mathcal {F}}\to {\mathcal {G}}}เป็นแผนที่ที่มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: สำหรับทุกส่วนจีจี(ยู){\displaystyle g\in {\mathcal {G}}(U)}มีสิ่งปกคลุมอยู่ยู={ยูฉัน}ฉันฉัน{\displaystyle {\mathcal {U}}=\{U_{i}\}_{i\in I}}ที่ไหน

ยู=ฉันฉันยูฉัน{\displaystyle U=\bigcup _{i\in I}U_{i}}

ของเซตย่อยเปิด โดยที่ข้อจำกัดจี|ยูฉัน{\displaystyle g|_{U_{i}}}อยู่ในภาพของเอฟ(ยูฉัน){\displaystyle {\mathcal {F}}(U_{i})}. อย่างไรก็ตาม,จี{\displaystyle g}ตัวมันเองไม่จำเป็นต้องอยู่ในภาพลักษณ์ของเอฟ(ยู){\displaystyle {\mathcal {F}}(U)}ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมของปรากฏการณ์นี้คือแผนที่เลขชี้กำลัง

โอเอ็กซ์โอ×{\displaystyle {\mathcal {O}}{\stackrel {\exp }{\to }}{\mathcal {O}}^{\times }} ระหว่างชีฟของฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกและฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกที่ไม่เป็นศูนย์ แผนที่นี้เป็นเอพิโมฟิซึม ซึ่งหมายความว่าฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกที่ไม่เป็นศูนย์ใดๆจี{\displaystyle g}(บนเซตย่อยเปิดบางส่วนในซี{\displaystyle \mathbb {C} }ตัวอย่างเช่น ยอมรับลอการิทึมเชิงซ้อนในระดับท้องถิ่น กล่าว คือ หลังจากจำกัดแล้วจี{\displaystyle g}เพื่อให้ได้ชุดย่อยแบบเปิดที่เหมาะสม อย่างไรก็ตามจี{\displaystyle g}ไม่จำเป็นต้องใช้ลอการิทึมในระดับสากล

โคฮอโมโลยีของชีฟสามารถอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้ กล่าวให้แม่นยำยิ่งขึ้น สำหรับลำดับที่แน่นอนของชีฟของกลุ่มอาเบเลียน 0เอฟ1เอฟ2เอฟ30,{\displaystyle 0\to {\mathcal {F}}_{1}\to {\mathcal {F}}_{2}\to {\mathcal {F}}_{3}\to 0,} (เช่น เอพิโมฟิซึม)เอฟ2เอฟ3{\displaystyle {\mathcal {F}}_{2}\to {\mathcal {F}}_{3}}ซึ่งแกนกลางคือเอฟ1{\displaystyle {\mathcal {F}}_{1}}) มีลำดับที่แน่นอนยาวมาก0Γ(ยู,เอฟ1)Γ(ยู,เอฟ2)Γ(ยู,เอฟ3)ชม1(ยู,เอฟ1)ชม1(ยู,เอฟ2)ชม1(ยู,เอฟ3)ชม2(ยู,เอฟ1){\displaystyle 0\to \Gamma (U,{\mathcal {F}}_{1})\to \Gamma (U,{\mathcal {F}}_{2})\to \Gamma (U,{\mathcal {F}}_{3})\to H^{1}(U,{\mathcal {F}}_{1})\to H^{1}(U,{\mathcal {F}}_{2})\to H^{1}(U,{\mathcal {F}}_{3})\to H^{2}(U,{\mathcal {F}}_{1})\to \dots }โดยอาศัยลำดับนี้ กลุ่มโคฮอโมโลยีแรกชม1(ยู,เอฟ1){\displaystyle H^{1}(U,{\mathcal {F}}_{1})}เป็นการวัดว่าแผนที่ระหว่างส่วนต่างๆ นั้นไม่ใช่ฟังก์ชันทั่วถึงหรือไม่เอฟ2{\displaystyle {\mathcal {F}}_{2}}และเอฟ3{\displaystyle {\mathcal {F}}_{3}}.

มีวิธีการสร้างโคฮอโมโลยีชีฟหลายวิธีGrothendieck (1957)เป็นผู้แนะนำวิธีการเหล่านี้โดยนิยามโคฮอโมโลยีชีฟว่าเป็นฟังก์ชันอนุพันธ์ของΓ{\displaystyle \Gamma }วิธีนี้ในทางทฤษฎีแล้วถือว่าใช้ได้ดี แต่เนื่องจากอาศัย การแก้ ปัญหาแบบฉีด (injective resolutions ) จึงไม่ค่อยมีประโยชน์ในการคำนวณจริงการแก้ปัญหาแบบ Godement resolutionsก็เป็นอีกแนวทางหนึ่งที่ทั่วไป แต่ในทางปฏิบัติแล้วเข้าถึงได้ยาก

โคฮอโมโลยีชีฟในการคำนวณ

โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของชีฟบนแมนิโฟลด์ โคฮอโมโลยีของชีฟมักคำนวณได้โดยใช้การแก้ปัญหาโดยชีฟอ่อนชีฟละเอียดและชีฟหย่อนยาน (หรือที่รู้จักกันในชื่อชีฟแฟลสค์จากภาษาฝรั่งเศสflasqueซึ่งหมายถึงหย่อนยาน) ตัวอย่างเช่น การอ้างเหตุผล แบบพาร์ทิชันออฟยูนิตี้แสดงให้เห็นว่าชีฟของฟังก์ชันเรียบบนแมนิโฟลด์เป็นชีฟอ่อน กลุ่มโคฮอโมโลยีระดับสูงชมฉัน(ยู,เอฟ){\displaystyle H^{i}(U,{\mathcal {F}})}สำหรับฉัน>0{\displaystyle i>0}ค่าจะหายไปสำหรับชีฟแบบอ่อน ซึ่งเป็นวิธีหนึ่งในการคำนวณโคฮอโมโลยีของชีฟอื่นๆ ตัวอย่างเช่นคอมเพล็กซ์เดอแรมเป็นผลเฉลยของชีฟคงที่อาร์_{\displaystyle {\underline {\mathbf {R} }}}บนแมนิโฟลด์เรียบใดๆ ดังนั้นโคฮอโมโลยีชีฟของอาร์_{\displaystyle {\underline {\mathbf {R} }}}เท่ากับค่าโคฮอโมโลยีเดอแรม ของ มัน

อีกแนวทางหนึ่งคือการใช้โคฮอโมโลยีของเช็ก โคฮอโมโลยีของเช็กเป็นทฤษฎีโคฮอโมโลยีแรกที่พัฒนาขึ้นสำหรับชีฟ และเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการคำนวณที่เป็นรูปธรรม เช่น การคำนวณโคฮอโมโลยีชีฟแบบสอดคล้องกันของปริภูมิเชิงโปรเจกทีฟเชิงซ้อนพีn{\displaystyle \mathbb {P} ^{n}}[ 11 ] มันเชื่อมโยงส่วนต่างๆ บนเซตย่อยเปิดของปริภูมิกับคลาสโคฮอโมโล ยีบนปริภูมิ ในกรณีส่วนใหญ่ โคฮอโมโลยีของ Čech จะคำนวณกลุ่มโคฮอโมโลยีเดียวกันกับโคฮอโมโลยีของฟังก์ชันอนุพันธ์ อย่างไรก็ตาม สำหรับปริภูมิที่ผิดปกติบางปริภูมิ โคฮอโมโลยีของ Čech จะให้ค่าที่ถูกต้องชม1{\displaystyle H^{1}}แต่กลุ่มโคฮอโมโลยีระดับสูงนั้นไม่ถูกต้อง เพื่อแก้ไขปัญหานี้ฌอง-หลุยส์ แวร์ดิเยร์ จึงได้พัฒนาไฮเปอร์คัฟเวอร์ริ่ง ขึ้นมา ไฮเปอร์คั ฟเวอร์ริ่งไม่เพียงแต่ให้กลุ่มโคฮอโมโลยีระดับสูงที่ถูกต้องเท่านั้น แต่ยังอนุญาตให้แทนที่เซตเปิดที่กล่าวถึงข้างต้นด้วยมอร์ฟิซึมบางอย่างจากปริภูมิอื่นได้ ความยืดหยุ่นนี้จำเป็นในบางแอปพลิเคชัน เช่น การสร้างโครงสร้างฮอดจ์แบบผสมของปิแอร์ เดลิ

พบกลุ่มโคฮอโมโลยีชีฟที่สอดคล้องกันอื่นๆ อีกมากมายโดยใช้การฝังตัวฉัน:Xวาย{\displaystyle i:X\hookrightarrow Y}ของพื้นที่X{\displaystyle X}เข้าไปในพื้นที่ที่มีโคฮอโมโลยีที่ทราบแล้ว เช่นพีn{\displaystyle \mathbb {P} ^{n}}หรือปริภูมิเชิงฉายที่มีน้ำหนัก บางอย่าง ด้วยวิธีนี้ กลุ่มโคฮอโมโลยีชีฟที่รู้จักบนปริภูมิแวดล้อมเหล่านี้สามารถเชื่อมโยงกับชีฟได้ฉัน*เอฟ{\displaystyle i_{*}{\mathcal {F}}}การให้ชมฉัน(วาย,ฉัน*เอฟ)ชมฉัน(X,เอฟ){\displaystyle H^{i}(Y,i_{*}{\mathcal {F}})\cong H^{i}(X,{\mathcal {F}})}ตัวอย่างเช่น การคำนวณโคฮอโมโลยีชีฟที่สอดคล้องกันของเส้นโค้งระนาบเชิงโปรเจกทีฟนั้นหาได้ง่าย ทฤษฎีบทสำคัญข้อหนึ่งในปริภูมินี้คือการแยกส่วน Hodgeที่พบโดยใช้ลำดับสเปกตรัมที่เกี่ยวข้องกับกลุ่มโคฮอโมโลยีชีฟซึ่งพิสูจน์โดย Deligne [ 12 ] [ 13 ]โดยพื้นฐานแล้วอี1{\displaystyle E_{1}}-หน้าที่มีข้อกำหนด

อี1พี,q=ชมพี(X,ΩXq){\displaystyle E_{1}^{p,q}=H^{p}(X,\Omega _{X}^{q})}

โคฮอโมโลยีชีฟของวาไรตี้เชิงโปรเจกทีฟเรียบX{\displaystyle X}เสื่อมทราม หมายความว่าอี1=อี{\displaystyle E_{1}=E_{\infty }}ซึ่งทำให้ได้โครงสร้าง Hodge แบบมาตรฐานบนกลุ่มโคฮอโมโลยีชมเค(X,ซี){\displaystyle H^{k}(X,\mathbb {C} )}ต่อมาพบว่ากลุ่มโคฮอโมโลยีเหล่านี้สามารถคำนวณได้อย่างชัดเจนโดยใช้เศษเหลือของกริฟฟิธส์ดูที่ไอเดียลของจาโคเบียนทฤษฎีบทประเภทนี้ นำไปสู่ทฤษฎีบทที่ลึกซึ้งที่สุดทฤษฎีหนึ่งเกี่ยวกับโคฮอโมโลยีของวาไร ตีพีชคณิต นั่นคือ ทฤษฎีบทการแยกส่วนซึ่งปูทางไปสู่ โมดูลฮอดจ์ แบบผสม

อีกแนวทางที่สะอาดตาในการคำนวณกลุ่มโคฮอโมโลยีบางกลุ่มคือทฤษฎีบทโบเรล-บอตต์-ไวล์ซึ่งระบุกลุ่มโคฮอโมโลยีของบัน เดิ ลเส้น บางกลุ่ม บนแมนิโฟลด์แฟลกด้วยการแสดงแทนที่ลดทอนไม่ได้ของกลุ่มลี ทฤษฎีบทนี้สามารถนำมาใช้ได้ เช่น เพื่อคำนวณกลุ่มโคฮอโมโลยีของบันเดิลเส้นทั้งหมดบนปริภูมิเชิงโปรเจกทีฟและ แมนิโฟลด์กราสแมนได้อย่างง่ายดาย

ในหลายกรณี มีทฤษฎีทวิภาวะสำหรับชีฟที่ขยายความทฤษฎีทวิภาวะของปวงกาเรดูทฤษฎีทวิภาวะของโกรเทนดิคและทฤษฎีทวิภาวะของเวอร์ดิเยร์

หมวดหมู่อนุพันธ์ของชีฟ

หมวดหมู่อนุพันธ์ของหมวดหมู่ชีฟของกลุ่มอาเบเลียนบนปริภูมิX บางแห่ง ซึ่งในที่นี้ใช้สัญลักษณ์แทนด้วยดี(X){\displaystyle D(X)}เป็นแหล่งรวมแนวคิดสำหรับโคฮอโมโลจีของชีฟ โดยอาศัยความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้: ชมn(X,เอฟ)=โฮมดี(X)(,เอฟ[n]).{\displaystyle H^{n}(X,{\mathcal {F}})=\operatorname {Hom} _{D(X)}(\mathbf {Z} ,{\mathcal {F}}[n]).} การเชื่อมต่อระหว่างเอฟ1{\displaystyle f^{-1}}ซึ่งเป็นตัวผกผันซ้ายของเอฟ*{\displaystyle f_{*}}(ซึ่งอยู่ในระดับเดียวกับกลุ่มอาเบเลียนอยู่แล้ว) ก่อให้เกิดการเชื่อมโยง เอฟ1:ดี(วาย)ดี(X):อาร์เอฟ*{\displaystyle f^{-1}:D(Y)\rightleftarrows D(X):Rf_{*}} (สำหรับเอฟ:Xวาย{\displaystyle f:X\to Y}), ที่ไหนอาร์เอฟ*{\displaystyle Rf_{*}}คือฟังก์ชันอนุพันธ์ ฟังก์ชันอนุพันธ์นี้ครอบคลุมแนวคิดของโคฮอโมโลยีชีฟตั้งแต่ชมn(X,เอฟ)=อาร์nเอฟ*เอฟ{\displaystyle H^{n}(X,{\mathcal {F}})=R^{n}f_{*}{\mathcal {F}}}สำหรับเอฟ:X{*}{\displaystyle f:X\to \{*\}}.

ชอบเอฟ*{\displaystyle f_{*}}ภาพโดยตรงพร้อมการรองรับขนาดกะทัดรัดเอฟ!{\displaystyle f_{!}}นอกจากนี้ยังสามารถอนุมานได้ โดยอาศัยความเหมือนกันดังต่อไปนี้อาร์เอฟ!เอฟ{\displaystyle Rf_{!}{\mathcal {F}}}กำหนดพารามิเตอร์โคฮอโมโลยีด้วยการรองรับแบบกระชับของไฟเบอร์ของเอฟ{\displaystyle f}: [ 14 ](อาร์ฉันเอฟ!เอฟ)y=ชมฉัน(เอฟ1(y),เอฟ).{\displaystyle (R^{i}f_{!}{\mathcal {F}})_{y}=H_{c}^{i}(f^{-1}(y),{\mathcal {F}}).} ไอโซมอร์ฟิซึมนี้เป็นตัวอย่างของทฤษฎีบทการเปลี่ยนฐานนอกจากนี้ยังมีการเชื่อมโยงอีกแบบหนึ่งด้วย อาร์เอฟ!:ดี(X)ดี(วาย):เอฟ!.{\displaystyle Rf_{!}:D(X)\rightleftarrows D(Y):f^{!}.} แตกต่างจากฟังก์ชันเนอร์ทั้งหมดที่กล่าวถึงข้างต้น ฟังก์ชันเนอร์ภาพผกผันแบบบิดเบี้ยว (หรือแบบพิเศษ)เอฟ!{\displaystyle f^{!}}โดยทั่วไปแล้วจะถูกกำหนดไว้เฉพาะในระดับของหมวดหมู่ที่ได้มา เท่านั้น กล่าวคือ ฟังก์ชันนั้นไม่ได้มาจากฟังก์ชันที่ได้มาของฟังก์ชันบางตัวระหว่างหมวดหมู่แบบอาเบเลียนหากเอฟ:X{*}{\displaystyle f:X\to \{*\}}และXเป็นแมนิโฟลด์เรียบที่สามารถกำหนดทิศทางได้ซึ่งมีมิติnดังนั้น[ 15 ]เอฟ!อาร์_อาร์_[n].{\displaystyle f^{!}{\underline {\mathbf {R} }}\cong {\underline {\mathbf {R} }}[n].} การคำนวณนี้และความเข้ากันได้ของฟังก์ชันกับความเป็นคู่ (ดูความเป็นคู่ของ Verdier ) สามารถนำมาใช้เพื่อให้ได้คำอธิบายเชิงลึก เกี่ยวกับ ความเป็นคู่ของ Poincaré ได้ ในบริบทของชีฟกึ่งสอดคล้องบนสกีม มีความเป็นคู่ที่คล้ายกันซึ่งเรียกว่าความเป็นคู่ที่สอดคล้องกัน

มัดข้าวที่ผิดรูปคือวัตถุบางอย่างในดี(X){\displaystyle D(X)}กล่าวคือ คอมเพล็กซ์ของชีฟ (แต่ไม่ใช่ชีฟทั่วไป) เป็นเครื่องมือสำคัญในการศึกษาเรขาคณิตของเอกลักษณ์[ 16 ]

หมวดหมู่อนุพันธ์ของชีฟที่สอดคล้องกันและกลุ่มโกรเทนดีค

อีกหนึ่งการประยุกต์ใช้ที่สำคัญของหมวดหมู่อนุพันธ์ของชีฟ คือการนำไปใช้กับหมวดหมู่อนุพันธ์ของชีฟที่สอดคล้อง กัน บนสกีมX{\displaystyle X}ระบุดีซีโอชม.(X){\displaystyle D_{Coh}(X)}สิ่งนี้ถูกใช้โดย Grothendieck ในการพัฒนาทฤษฎีการตัดกัน[ 17 ]โดยใช้หมวดหมู่ที่ได้มาและทฤษฎี Kซึ่งผลคูณการตัดกันของโครงร่างย่อยวาย1,วาย2{\displaystyle Y_{1},Y_{2}}แสดงอยู่ในทฤษฎี Kดังนี้

[วาย1][วาย2]=[โอวาย1โอXแอลโอวาย2]เค(โคห์(X)){\displaystyle [Y_{1}]\cdot [Y_{2}]=[{\mathcal {O}}_{Y_{1}}\otimes _{{\mathcal {O}}_{X}}^{\mathbf {L} }{\mathcal {O}}_{Y_{2}}]\in K({\text{Coh(X)}})}

ที่ไหนโอวายฉัน{\displaystyle {\mathcal {O}}_{Y_{i}}}ชีฟที่ สอดคล้องกัน ซึ่งกำหนดโดยโอX{\displaystyle {\mathcal {O}}_{X}}-โมดูลที่กำหนดโดยชีฟโครงสร้าง ของพวก มัน

ไซต์และภูมิประเทศ

ข้อสันนิษฐานของAndré Weilระบุว่ามีทฤษฎีโคฮอโมโลยีสำหรับวาไรตี้เชิงพีชคณิตบนฟิลด์จำกัดซึ่งจะให้สิ่งที่เทียบเคียงได้กับสมมติฐานของRiemannโคฮอโมโลยีของแมนิโฟลด์เชิงซ้อนสามารถนิยามได้ว่าเป็นโคฮอโมโลยีของชีฟที่มีค่าคงที่เฉพาะที่ซี_{\displaystyle {\underline {\mathbf {C} }}}ในโทโพโลยีแบบยุคลิด ซึ่งเสนอให้กำหนดทฤษฎีโคฮอโมโลยีของไวล์ในลักษณะเฉพาะที่เป็นบวกว่าเป็นโคฮอโมโลยีของชีฟคงที่ แต่โทโพโลยีแบบคลาสสิกเพียงอย่างเดียวบนวาไรตีดังกล่าวคือโทโพโลยีซาริสกีและโทโพโลยีซาริสกีมีเซตเปิดน้อยมาก น้อยเสียจนโคฮอโมโลยีของชีฟคงที่ซาริสกีใดๆ บนวาไรตีที่ไม่สามารถลดทอนได้จะเป็นศูนย์ (ยกเว้นในระดับศูนย์) อเล็กซานเดอร์ โกรเทนดีคแก้ปัญหานี้โดยการแนะนำโทโพโลยีโกร เทนดีค ซึ่งกำหนดสัจพจน์ของแนวคิดการครอบคลุมความเข้าใจของโกรเทนดีคคือ นิยามของชีฟขึ้นอยู่กับเซตเปิดของปริภูมิโทโพโลยีเท่านั้น ไม่ได้ขึ้นอยู่กับจุดแต่ละจุด เมื่อเขากำหนดสัจพจน์ของแนวคิดการครอบคลุมแล้ว เซตเปิดสามารถถูกแทนที่ด้วยวัตถุอื่นๆ ได้ พรีชีฟนำวัตถุแต่ละอย่างเหล่านี้ไปเป็นข้อมูล เช่นเดียวกับก่อนหน้านี้ และชีฟคือพรีชีฟที่สอดคล้องกับสัจพจน์การเชื่อมต่อโดยสัมพันธ์กับแนวคิดการครอบคลุมใหม่ของเรา สิ่งนี้ทำให้ Grothendieck สามารถกำหนดนิยามของ étale cohomologyและℓ-adic cohomologyซึ่งในที่สุดก็ถูกนำไปใช้ในการพิสูจน์ข้อสันนิษฐานของ Weil

หมวดหมู่ที่มีโทโพโลยีแบบ Grothendieck เรียกว่าไซต์หมวดหมู่ของชีฟบนไซต์เรียกว่าโทโพสหรือโทโพสแบบ Grothendieckแนวคิดของโทโพสได้รับการพัฒนาต่อยอดโดยWilliam Lawvereและ Miles Tierney เพื่อกำหนดโทโพสพื้นฐานซึ่งมีความเชื่อมโยงกับตรรกศาสตร์ทางคณิตศาสตร์

ประวัติศาสตร์

จุดเริ่มต้นแรกของทฤษฎีชีฟนั้นยากที่จะระบุได้อย่างแน่ชัด อาจมีต้นกำเนิดพร้อมๆ กับแนวคิดเรื่องการต่อยอดเชิงวิเคราะห์ต้องใช้เวลาประมาณ 15 ปี กว่าที่ทฤษฎีชีฟที่สามารถยืนหยัดได้อย่างอิสระจะถือกำเนิดขึ้นจากงานพื้นฐานเกี่ยวกับโคฮอโมโลจี

ในเวลานั้น ชีฟได้กลายเป็นส่วนสำคัญของคณิตศาสตร์ โดยการใช้งานไม่ได้จำกัดอยู่แค่ในโทโพโลยีเชิงพีชคณิตเท่านั้น ต่อมาได้มีการค้นพบว่าตรรกะในหมวดหมู่ของชีฟคือตรรกะแบบสัญชาตญาณนิยม (ข้อสังเกตนี้มักถูกเรียกว่าความหมายแบบคริปเก-จอยัลแต่ควรจะให้เครดิตแก่ผู้เขียนหลายคน)

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

  1. Eisenbud, David; Harris, Joe (6 เมษายน 2549), The Geometry of Schemes , GTM , นิวยอร์ก, NY: Springer, หน้า11–18 , ISBN  978-0-387-22639-2
  2. Tennison, BR (1975), ทฤษฎีชีฟ , สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ , MR 0404390 
  3. เบรดอน (1997 , บทที่ 5, §1)
  4. Demailly, Jean-Pierre. "เรขาคณิตเชิงวิเคราะห์และเชิงอนุพันธ์ที่ซับซ้อน" (PDF) . เก็บถาวร(PDF)จากต้นฉบับเมื่อวันที่ 28 สิงหาคม 2020
  5. คาร์ตัน, อองรี. "Variétés analytiques complexes และ cohomologie" (PDF ) เก็บถาวร(PDF)จากต้นฉบับเมื่อวันที่ 8 ตุลาคม 2020
  6. 1 2 "เรขาคณิตเชิงอนุพันธ์ - ฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกบนแมนิโฟลด์คอมแพ็กต์เชิงซ้อนเป็นเพียงค่าคงที่" Mathematics Stack Exchange สืบค้นเมื่อ2020-10-07
  7. Hawley, Newton S. (1950). "ทฤษฎีบทเกี่ยวกับแมนิโฟลด์เชิงซ้อนขนาดกะทัดรัด". Annals of Mathematics . 52 (3): 637– 641. doi : 10.2307/1969438 . JSTOR 1969438 . 
  8. SGA 4 II 3.0.5
  9. ไอเวิร์สเซน (1986 , บทที่ 7)
  10. รามานัน (2005)
  11. Hartshorne (1977), ทฤษฎีบท III.5.1.
  12. ดีลีญ, ปิแอร์ (1971) "เธียรี เดอ ฮ็อดจ์: II " สิ่งตีพิมพ์ Mathématiques de l'IHÉS . 40 : 5– 57. ดอย : 10.1007/BF02684692 . S2CID 118967613 .  
  13. ดีลีญ, ปิแอร์ (1974) "เธียรี เดอ ฮ็อดจ์: III " สิ่งตีพิมพ์ Mathématiques de l'IHÉS . 44 : 5– 77. ดอย : 10.1007/BF02685881 . S2CID 189777706 .  
  14. ไอเวอร์เซน (1986 , บทที่ VII, ทฤษฎีบท 1.4)
  15. คาชิวาระและชาปิรา (1994 , บทที่ 3, §3.1)
  16. กาตาลโดและมิกลิโอรินี (2010)
  17. โกรเธนดิเอค. "Formalisme des intersections sur les schema algebriques propres" .
  18. Steenrod, NE (1943). "Homology with Local Coefficients". Annals of Mathematics . 44 (4): 610– 627. doi : 10.2307/1969099 . JSTOR 1969099 . 
  19. Dieudonné, Jean (1989). ประวัติศาสตร์ของโทโพโลยีเชิงพีชคณิตและเชิงอนุพันธ์ 1900–1960 . Birkhäuser. หน้า123–141 . ISBN  978-0-8176-3388-2.
  20. คาร์ตัน, อองรี; แซร์, ฌอง-ปิแอร์ (1953) "Un théorème de finitude ที่เกี่ยวข้องกับ les variétés analytiques กระชับ " Comptes Rendus Hebdomadares des Séances de l'Académie des Sciences แห่งปารีส237 : 128– 130. Zbl 0050.17701 . 
  21. แซร์, ฌอง-ปิแอร์ (1955) "Faisceaux algébriques cohérents" (PDF ) พงศาวดารของคณิตศาสตร์ . 61 (2): 197– 278. จสตอร์1969915 . คุณ0068874 .  
  22. Zariski, Oscar (1956). "รายงานทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสถาบันภาคฤดูร้อนครั้งที่สอง ตัวแปรเชิงซ้อนหลายตัว ตอนที่ 3 ทฤษฎีชีฟพีชคณิต"วารสารของสมาคมคณิตศาสตร์อเมริกัน 62 ( 2): 117– 141. doi : 10.1090/S0002-9904-1956-10018-9 . ISSN 0002-9904 . 
  23. โกรเธนดิเอค, อเล็กซานเดอร์ (1957) "Sur quelques point d'algèbre homologique" . วารสารคณิตศาสตร์โทโฮกุ ชุดที่สอง. 9 (2): 119– 221. ดอย : 10.2748 / tmj/1178244839 ISSN 0040-8735 . คุณ0102537 .  
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Sheaf_(mathematics)&oldid=1356760684 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ชีฟ (คณิตศาสตร์)

ในทางคณิตศาสตร์ชีฟ( พหูพจน์ : ชีฟส์ ) คือเครื่องมือสำหรับติดตามข้อมูล ( เช่นเซตกลุ่มอาเบเลียนวงแหวน) อย่างเป็นระบบ...

คำจำกัดความและตัวอย่าง

ในสาขาคณิตศาสตร์หลายสาขา มีโครงสร้างหลายอย่างที่ถูกกำหนดขึ้นบน ปริภูมิเชิงทอพอโลยี X {\displaystyle X} (เช่น แมนิโฟลด์ที่หาอนุพันธ์ได้ ) สามารถถูก จำกัด หรือ ระบุ ตำแหน่งได้อย่างเป็นธรรมชาติ ใน เซตย่อย แบบเปิด ยู ⊆ X {\displaystyle U\subseteq X}...

พรีชีฟส์

อนุญาต X {\displaystyle X} เป็นปริภูมิเชิงทอพอ โลยี พรีชีฟ เอฟ {\displaystyle {\mathcal {F}}} ของชุด บน X {\displaystyle X} ประกอบด้วยข้อมูลดังต่อไปนี้:

มัด

เมื่อกำหนดพรีชีฟแล้ว คำถามที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติคือ พรีชีฟนั้นสามารถแบ่งส่วนเหนือเซตเปิดได้มากน้อยเพียงใด ยู {\displaystyle U} ถูกกำหนดโดยข้อจำกัดของเซตย่อยแบบเปิดของ ยู {\displaystyle U} ฟ่อน ข้าว คือฟ่อนข้าวที่ยังไม่ได้มัด ซึ่งส่วนต่างๆ ของฟ่อนนั้น...