2010
年度 修士論文射影線織曲面のイデアル自由分解につ いて
早稲田大学基幹理工学術院 修士課程
2
年5109A003-1
石井 晋平 指導教員名 楫 元
Abstract
本論文は, ruled surfaceを適当な射影空間に埋め込んだ上で,そのideal sheaf
のfree resolution
をBeilinson theorem
を用いて調べたものである. 計算機によるアルゴリズムを用いて 具体的なruled surface
についてfree resolution
を計算する方法は知られているが,より一般的な手 計算による手法を与えた. また具体例として,この手法を使って楕円曲線上で次数0
のlocally free sheaf
が作るruled surface
のfree resolution
を求めた.Contents
1 Introduction 2
2 Preliminaries 4
2.1 Ruled surface . . . . 4
2.2 Theorems . . . . 4
3 Example 7 3.1 Cohomology
の計算. . . . 7
3.2 Beilinson spectral sequence
による計算. . . . 9
3.3 Beilinson monad
による計算. . . . 11
3.4 Summary and problems . . . . 13
1 Introduction
基礎体は複素数体
C
とし,曲線はすべて非特異かつ射影的なものとする.曲線上の
P
1-束を ruled surface
という. 曲線上のrank 2
のlocally free sheaf
の射影化として定義 することもできる. Ruled surfaceを適当なvery ample divisor
によって射影空間に埋め込み, idealsheaf
を考える. Alzati and Tonoli [AT]はこのideal sheaf
のfree resolution
を計算するMacaulay 2
のアルゴリズムを与えた.Theorem 1.1 C
を種数g
の曲線,b
をC
上のdivisor, L
をC
上のline bundle
とする.E
をC
上のrank 2 normalized locally free sheaf
で0 → O
C→ E → L → 0
を満たすものとし, 整数k
に対しdivisor A = kC
0+ bf
がruled surface X ∼ = P(E )
上でvery ample
とする.このとき射影空間に
|A|
で埋め込んだX
のideal sheaf I
Xのfree resolution
を計算するアルゴ リズムが存在する.このアルゴリズムでは,次のような手順で
free resolution
を計算している.1.
与えられた種数を持つ曲線を無作為に取る2.
与えられた次数と構造を持つlocally free sheaf
を無作為に取ってruled surface
を定める3.
与えられたvery ample divisor
で射影空間に埋め込む4.
埋め込まれたruled surface
のideal sheaf
のfree resolution
を計算する[AT]
では,このアルゴリズムを使って実際にいくつかの例について計算している. 実際に実験し てみると,得られたfree resolution
は曲線とlocally free sheaf
の無作為な選び方によらず一意的で あることがわかる. つまり,曲線の種数, locally free sheafの次数と構造, very ample divisorを与 えれば, minimal free resolutionは一意的に定まるはずである. しかし,アルゴリズムによる計算で はこれを証明することはできない.そこで本論文では, [AT]の結果を一般化し, 計算機を使わない手法で
ruled surface
のfree res- olution
を調べる. Beilinson [B]のspectral sequence
と, その発展形であるEisenbud, Floystad, Schreyer [EFS]
のBeilinson monad
を利用する. (これらの定理をBeilinson theorem
と呼ぶことに する.) これら定理は大雑把に言えば,あるcoherent sheaf
のcohomology
の情報から,そのcoherent sheaf
を含むexact sequence
を与えるというものである.Free resolution
の計算の具体的な手順は(手順 1) Ruled surface
を適当なvery ample divisor
で射影空間に埋め込む(手順 2) Twisted ideal sheaves
のcohomology
の次元を計算する(手順 3) Beilinson theorem
を適用し計算することで, differential sheafを含んだresolution
を得る(手順 4) Differential sheaf
のfree resolution
を使って, (手順3)
で得たresolution
をfree
にする の4
つである.この手法を
C
が楕円曲線,E
が次数0
のlocally free sheaf, very ample divisor
がA = C
0+ 3f
という射影空間に埋め込まれたruled surface
に対して適用し, free resolutionを計算できることを 確認したのが主結果である.Main result C
を種数g = 1
の曲線,E
をC
上のrank 2,
次数0
のnormalized locally free sheaf
とする.X = P(E )
をvery ample divisor A = C
0+ 3f
によってP
5にscroll
として埋め込み, idealsheaf I
Xを考える. (C0をtautological section, f
をfibre
とする. 詳しくはDefinition 2.4
を参照 せよ. )このとき,上記の手順によって
0 −→ O(−6) −→ 6O(−5)⊕6O(−4) −→ 15O (−4)⊕18O(−3) −→ 20O(−3)⊕3O(−2) −→ I
X−→ 0
というfree resolution
が成り立つ. (OP5 をO
と省略した.)一方, [AT]でも同じ設定のもとでアルゴリズムを用いて
ruled surface
のfree resolution
を計算 している( Example 3.1 ) .
そこでは主結果よりも無駄のないfree resolution
を得ているだけでな く,E
の構造によって3
つに場合分けし,それぞれで異なるfree resolution
になることも示してい る. つまり主結果には改善の余地があるが,力不足により[AT]
のExample 3.1
にくらべると無駄 のある結果になってしまった.その結果, 目標であった曲線の種数, locally free sheafの次数と構造, very ample divisorを与え れば, minimal free resolutionが一意的に定まることは示せなかった. しかし,曲線の種数, locally
free sheaf
の次数, very ample divisorを固定したときに,あるfree resolution
の形までideal sheaf
のresolution
を絞れることはわかった. locally free sheafの構造によってminimal free resolution
の形は変わると考えられるが,これらのminimal free resolution
を手計算による手順で求めたfree
resolution
は含んでいる.2 Preliminaries
2.1 Ruled surface
ここでは
ruled surface
の基礎的な事項を述べる. 証明は[H]
を参照せよ.Definition 2.1 (Ruled surface) C
を種数g
の曲線とする.X
がruled surface
とは, 全射π : X → C
があって,任意の点y ∈ C
に対してX
y:= π
−1(y)
をfibre
とすると,X
y∼ = P
1となり,π
はsection
を持つ(i.e.
あるmorphism σ : C → X
が存在し,π ◦ σ = id
Cを満たす)ことである.Proposition 2.2 π : X → C
をruled surface
とすると,あるC
上のrank 2 locally free sheaf E
が存在してX ∼ = P(E )
となる. 逆に, このようなP(E )
はすべてC
上のruled surface
である. さ らに,C
上のrank 2 locally free sheaves E , E
0に対してP(E ) ∼ = P(E
0)
となることと,あるC
上のinvertible sheaf L
が存在してE
0∼ = E ⊗ L
となることは同値である.Proposition 2.3 π : X → C
をruled surface
とすると,以下を満たすE
でX ∼ = P(E )
と表せる:H
0(E ) 6= 0
かつdeg L < 0
を満たす任意のinvertible sheaf L
に対してH
0(E ⊗ L ) = 0.
さらにこの場合,ある
section σ
0: C → X
が存在してその像をC
0とすると,L (C
0) ∼ = O
X(1)
と なる.Definition 2.4 Locally free sheaf E
がnormalized
であるとは,E
がProposition 2.3
を満たすこ とである. このときE
は一意的には定まらないが, degE
は定まる. この場合,整数e = − deg E
がX
のinvariant
である. また,C
0をProposition 2.3
を満たすもの(tautological section
という),f
をfibre
とするとPicX = {aC
0+ bf |a ∈ Z, b ∈ PicC}, NumX = {aC
0+ bf|a, b ∈ Z}
と表せる.ただし,
bf
はX
上のdivisor π
∗b
を表す.Lemma 2.5 K
をruled surface X
のcanonical divisor
とすると,つぎのように表せる.K ≡ −2C
0+ (2g − 2 − e)f
Definition 2.6 Scroll
とは 射影空間に埋め込まれたruled surface
で,すべてのfibres f
の次数が1
なものである.2.2 Theorems
ここでは
resolution
の計算に必要な定理を述べる. まず計算の核となるBeilinson [B]
によるspectral sequence
の定理である.Theorem 2.7 P
n上のcoherent sheaf F
に対して,E
1-term
がE
1pq= H
q(P
n, F (p)) ⊗ Ω
−pPn(−p)
で与えられる
supectral sequence E
rpqが存在してE
∞-term
が次を満たす.( E
∞pq= 0 (p + q 6= 0)
E
∞−pp= F
p/F
p+1(0 ≤ p ≤ n)
(F
のあるfiltration
をF = F
0⊇ F
1⊇ F
2⊇ · · · ⊇ F
n⊇ F
n+1= 0
とする.)次に, Beilinson spectral sequenceの発展形として
Eisenbud, Floystad and Schreyer [EFS]
によるBeilinson monad
の定理を述べる.Theorem 2.8 P
n上のcoherent sheaf F
に対してB
e= M
j
H
j(P
n, F (e − j)) ⊗ Ω
j−ePn(j − e)
となるような
complex
B : · · · −→ B
−1−→ B
0−→ B
1−→ · · ·
が存在し,
B
はB
0を除いてexact
であり,B
0でのhomology
はF
である. 上記B
のような, 一 カ所を除いてexact
であるcomplex
のことをmonad
という.Remark B
eはTheorem 2.7
のE
1pqに対してB
e= M
j
E
1e−j,jが成り立つ. つまり
B
eはE
1pqのp + q = e
となる対角線で直和を取ったものである.以下,計算に必要な諸定理を述べる.
Theorem 2.9 ([BL]) X
を楕円曲線C
上のinvariant e ruled surface, D ≡ aC
0+ bf
をX
上のdivisor
とし,a ≥ 1
とする. このとき,D
がvery ample
であることと次は同値である.b >
( 1 − a/2 (e = −1 and a ≥ 4) ae + 2 (otherwise)
Proposition 2.10 ([H]) Ruled surface X
上のdivisor D
に対し,D.f ≥ 0
とする. このとき任 意のi ≥ 0
に対してH
i(X, L (D)) ∼ = H
i(C, π
∗L (D))
となる.Lemma 2.11 ([H]) F , F
0, F
00をlocally free sheaves
とし, 0→ F
0→ F → F
00→ 0
をexact
とする. 任意のr
に対して,S
r(F )
のfiltration S
r(F ) = F
0⊇ F
1⊇ F
2⊇ · · · ⊇ F
r⊇ F
r+1= 0
が 存在して,F
p/F
p+1∼ = S
p(F
0) ⊗ S
r−p(F
00)
が成り立つ. また同様の命題が∧
rF
に対しても成り 立つ.Theorem 2.12 (Kodaira vanishing) X
をn
次元非特異射影多様体とし,L
をX
上のample invertible sheaf, ω
をX
のcanonical sheaf
とすると,次が成り立つ.(1) H
i(X, L ⊗ ω) = 0 for i > 0;
(2) H
i(X, L
−1) = 0 for i < n.
Theorem 2.13 (Riemann-Roch) X
をsurface, D
をX
上のdivisor, K
X をX
のcanonical divisor, p
aをX
の算術種数とすると,次が成立する.h
0(X, D) − h
1(X, D) + h
2(X, D) = 1
2 D.(D − K
X) + 1 + p
aTheorem 2.14 ([But]) X = P(E )
を楕円曲線上のruled surface
とする.O
P(E)(1)
をX
上のvery ample divisor
として,射影空間にscroll
として埋め込む. このとき,X
はprojectively normal
である.Definition 2.15 (mapping cone) B., C .
をcomplexes, f : B. → C .
をcomplex
間の写像とす る. つまりB. = · · · −→ B
n+1 dB−−−→ B
n dB−−−→ B
n−1−→ · · ·
↓ f ↓ f ↓ f
C . = · · · −→ C
n+1 dC−−−→ C
n dC−−−→ C
n−1−→ · · ·
とする. このときcone(f ) = · · · −→ B
n⊕ C
n+1−→ B
n−1⊕ C
n−→ B
n−2⊕ C
n−1−→ · · · d(b, c) = (−d
B(b), d
C(c) − f (b))
で定義される
complex
をmapping cone
という.Lemma 2.16 B., C .
をcomplexes, f : B. → C.
をcomplex
間の写像とする. 任意のn
に対してH
n(B.) = H
n(C.)
ならば, mapping conecone(f )
はexact
になる.3 Example
この章では
[AT]
で紹介されている,g = 1, deg E = 0
のruled surface
をscroll
として埋め込ん だ具体例を, Beilinson spectral sequenceとBeilinson monad
という2
種類の手法で計算する.Example 3.1 ([AT]) C
を種数g = 1
の楕円曲線,E
をrank 2
次数0
のnormalized locally free
sheaf
とする. このときE
は以下のうちのいずれかである.1. E = O
C⊕ O
Ci.e. P(E ) = C × P
1;
2. E = O
C⊕ L , where L 6= O
Cand deg L = 0;
3. non-trivial extention 0 −→ O
C−→ E −→ O
C−→ 0.
それぞれに対応する
ruled surface P(E )
をX
i(i = 1, 2, 3)
と表すことにする. 各X
iはvery ample divisor A = C
0+ 3f
によってscroll surface
としてP
5に埋め込まれる. このときアルゴリズムを 利用して各X
iのfree resolution
を計算すると0 −→ O
P5(−6) −→ 6O
P5(−5) −→ 2O
P5(−3) ⊕ 9O
P5(−4) −→ 3O
P5(−2) ⊕ 4O
P5(−3) −→ I
X1−→ 0 0 −→ O
P5(−6) −→ 6O
P5(−5) −→ 9O
P5(−4) −→ 3O
P5(−2) ⊕ 2O
P5(−3) −→ I
X2−→ 0 0 −→ O
P5(−6) −→ 6O
P5(−5) −→ 9O
P5(−4) −→ 2O
P5(−3) −→ 3O
P5(−2) −→ I
X3−→ 0
となる.¤
3.1 Cohomology
の計算この節では
Beilinson theorem
を使う準備としてcohomology
の計算をする.(手順 1)
各X
iをvery ample divisor A = C
0+ 3f
によってP
5にscroll
として埋め込むScroll
として埋め込むにはA = C
0+ bf
がvery ample
となる必要がある. Theorem 2.9よりb > 2
である. よって,A = C
0+ 3f
とすればよい. また, Proposition 2.10よりh
0(X, A) = h
0(C, S
1(E ) ⊗ O
C(3)) = 6
となるので,P
5に埋め込まれる.(手順 2) h
q(P
5, I
Xi(2 + p))
を計算するI
Xi(2)
に対してBeilinson theorem (Theorem 2.7, 2.8)
を適用するので,E
pq1= H
q(P
5, I
Xi(2 + p))⊗Ω
−pP5(−p)
のcohomology
の次元を計算しなければいけないからである.−5 ≤ p ≤ 0, 0 ≤ q ≤ 5
の範囲で考えればよい. (この範囲の外ではH
qまたはΩ
−pP5(−p)
が0
となる)m = 2 + p
とおく. Exact sequence 0→ I
Xi(m) → O
P5(m) → O
Xi(m) → 0
より0 −→ H
0(I
Xi(m)) −→ H
0(O
P5(m)) −→ H
0(O
Xi(m))
−→ H
1(I
Xi(m)) −→ 0 −→ H
1(O
Xi(m))
−→ H
2(I
Xi(m)) −→ 0 −→ H
2(O
Xi(m))
−→ H
3(I
Xi(m)) −→ 0 −→ 0
−→ H
4(I
Xi(m)) −→ 0 −→ 0
−→ H
5(I
Xi(m)) −→ 0 −→ 0
これより任意のm
でH
4(I
Xi(m)) = H
5(I
Xi(m)) = 0.
(i) 0 ≤ m ≤ 2
のときまず,
H
j(X, O
Xi(m))
の次元を調べる. Cohomologyの計算のため, Proposition 2.10を利用する.D = m(C
0+ 3f )
とするとO
Xi(m) = L (D)
よりD.f ≥ 0
となり,任意のj
でH
j(X
i, O
Xi(m)) ∼ = H
j(C, π
∗L (D)) = H
j(C, S
m(E ) ⊗ O
C(3m))
が成り立つので,h
j(C, S
m(E ) ⊗ O
C(3m))
を計算すればよい.Lemma 3.2 h
j(C, S
m(E ) ⊗ O
C(3m))
の値は,各E
の構造で計算結果は変わらず次のようになる.(縦軸に 0 ≤ j ≤ 2,
横軸に0 ≤ m ≤ 2)
0 0 0
1 0 0
1 6 18
Proof. dim(C) = 1
より,任意のm
に対してh
2(C, S
m(E ) ⊗ O
C(3m)) = 0
となる.次に,j = 0, 1
について計算する.(i-i) m = 0
のときS
0(E ) = O
Cよりh
0(C, S
0(E )) = h
0(C, O
C) = 1, h
1(C, S
0(E )) = h
1(C, O
C) = g(C) = 1
となる.(i-ii) m = 1
のときS
1(E ) = E
で0 → O
C(3) → E ⊗ O
C(3) → O
C(3) → 0
よりh
0(C, S
1(E ) ⊗ O
C(3)) = 6, h
1(C, S
1(E ) ⊗ O
C(3)) = 0
となる.(i-iii) m = 2
のときLocally free sheaf
のsymmetric product
のcohomology
を計算するためにLemma 2.11
を利用す る. 0→ O
C→ E → O
C→ 0
にLemma 2.11
を使ってfiltration
を整理し⊗O(3)
をtwist
すると, あるlocally free sheaf F
が存在して2
つのexact sequences
0 −→ O
C(3) −→ F ⊗ O
C(3) −→ O
C(3) −→ 0 0 −→ F ⊗ O
C(3) −→ E ⊗ O
C(3) −→ O
C(3) −→ 0
が得られる.これより
h
0(C, S
1(E ) ⊗ O
C(3)) = 18, h
1(C, S
1(E ) ⊗ O
C(3)) = 0
となる.¤ Remark E = O
C⊕ O
CとE = O
C⊕ L
の場合もexact sequence
の形でそれぞれ0 → O
C→ E → O
C→ 0
や0 → O
C→ E → L → 0
と表せるので,その上でLemma 2.11
を使えばよい.最後に, Lemma 3.2から
h
j(P
5, I
Xi(m))
の値を求める.Lemma 3.3 h
j(P
5, I
Xi(m))
の値は各i = 1, 2, 3
で変わらず次のようになる. (縦軸に0 ≤ j ≤ 5,
横軸に0 ≤ m ≤ 2)
0 0 0
0 0 0
0 0 0
1 0 0
0 0 0
0 0 3
Proof. Cohomology
のlong exact sequence
よりj = 2, 3, 4, 5
についてはすぐわかる.j = 0, 1
に ついては各m
でh
0(I
Xi(m)) − h
0(O
P5(m)) + h
0(O
Xi(m)) − h
1(I
Xi(m)) = 0
となる.m = 0
のとき,H
0(O
P5) ∼ = H
0(O
Xi) ∼ = C
よりh
0(I
Xi(m)) = h
1(I
Xi(m)) = 0
m ≥ 1
のとき, Theorem 2.14よりX
iはprojectively normal
なので,h
1(I
Xi(m)) = 0
となる.Lemma 3.2
でh
0(O
Xi(m))
がわかり,h
0(O
P5(m))
を計算するとh
0(I
Xi(m))
が表のように求まる.¤
(ii)−3 ≤ m ≤ −1
のときLemma 3.4 h
j(P
5, I
Xi(m))
の値は各i = 1, 2, 3
で変わらず次のようになる. (縦軸に0 ≤ j ≤ 5,
横軸に−3 ≤ m ≤ −1)
0 0 0
0 0 0
18 6 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
Proof. m
が正のときと同様に, まずH
j(X
i, O
Xi(m))
の次元を計算する. dimX
i= 2
よりj ≥ 3
のときH
j(X
i, O
Xi(m)) = 0.
またKodaira vanishing (Theorem 2.12)
よりj < 2
のと きH
j(X
i, O
Xi(m)) = 0. Riemann-Roch (Theorem 2.13)
よりh
2(X
i, O
Xi(m)) = 1
2 D(D − K
X) + 1 + p
a= 3m(m + 1) (ここで D = m(C
0+ 3f ), K
Xi≡ −2C
0+ (2g − 2 − e) ≡ −2C
0, p
a= −g = −1)
H
0(P
5, O
P5(m)) = 0
とcohomology
のlong exact sequence
より,h
j(P
5, I
Xi(m))
の値は表のよ うになることがわかる.¤
3.2 Beilinson spectral sequence
による計算前節で求めた
cohomology
の表からideal sheaf
のresolution
を求める. この節ではspectral sequence
型のtheorem
を用いて計算する. (Spectral sequenceについては[K]
を参照せよ.) これ 以降,O
P5をO, Ω
P5 をΩ
と省略して表す.(手順 3) Beilinson sepectral sequence (Theorem 2.7)
を用いてdifferential sheaf
を含んだresolution
を求めるH
3(I
Xi(−3)) ∼ = C
18よりE
13,−5= H
3(I
Xi(−3)) ⊗ Ω
5(5) ∼ = 18Ω
5(5)
などと表すことにする.E
1pq= H
q(I
Xi(2 + p)) ⊗ Ω
−p(−p)
の表,つまりE
1-term
のspectral sequence
は次のようになる.(縦軸に 0 ≤ q ≤ 5,
横軸に−5 ≤ p ≤ 0)
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
18Ω
5(5) 6Ω
4(4) 0 0 0 0
0 0 0 Ω
2(2) 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 3O
以下,
q = 4, 5
の行を省略することにする.α : 18Ω
5(5) → 6Ω
4(4)
とすると,E
2-term
はKer α Coker α 0 0 0 0
0 0 0 Ω
2(2) 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 3O
β : Coker α → Ω
2(2)
とすると,E
3-term
はKer α Ker β 0 0 0 0
0 0 0 Coker β 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 3O
E
3-term
からE
4-term
へは変化なし.γ : Ker β → 3O
とすると,E
5-term
はKer α Ker γ 0 0 0 0
0 0 0 Coker β 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 Coker γ
これ以降変化はなしなので,
E
5= E
∞である.Beilinson spectral sequence (Theorem 2.7)
によると,あるfiltration I
Xi(2) = F
0⊇ F
1⊇ F
2⊇
· · · ⊇ F
5⊇ F
6= 0
が存在してKer α = Ker γ = 0
F
0/F
1= 0, F
1/F
2= 0, F
2/F
3= 0, F
3/F
4= Coker β, F
4/F
5= 0, F
5/F
6= Coker γ
となることがわかる. これを整理すると,次の4
本のexact sequences
が得られる.0 −→ 18Ω
5(5) −−−→
α6Ω
4(4) −→ Coker α −→ 0 (1) 0 −→ Ker β −→ Coker α −−−→
βΩ
2(2) −→ Coker β −→ 0 (2)
0 −→ Ker β −−−→
γ3O −→ Coker γ −→ 0 (3)
0 −→ Coker γ −→ I
Xi(2) −→ Coker β −→ 0 (4)
さらにこれらを整理する. exact sequence (3)とexact sequence (4)
をつなげると0 −→ Ker β −→ 3O −→ I
Xi(2) −→ Coker β −→ 0 (5)
ここで, exact sequence (2)からcomplex 0 → Coker α → Ω
2(2) → 0, exact sequence (5)
からcomplex 0 → 3O → I
Xi(2) → 0
を取ると,これらのhomology
は一致する.0 −→ Coker α −→ Ω
2(2) −→ 0
99K
· · · ⊕ · · · 99K
0 −→ 3O −→ I
Xi(2) −→ 0
complex
間の縦の写像Coker α → 3O
とΩ
2(2) → I
Xi(2)
が存在すれば, mapping coneが取れてLemma 2.16
より0 −→ Coker α −→ Ω
2(2) ⊕ 3O −→ I
Xi(2) −→ 0 (6)
という
exact sequence
が得られる. exact sequence (6)とexact sequence (1)
とつなげると0 −→ 18Ω
5(5) −→ 6Ω
4(4) −→ Ω
2(2) ⊕ 3O −→ I
Xi(2) −→ 0 (7)
となるはずだが, complex間の縦の写像の存在を示せなかった.3.3 Beilinson monad
による計算Ideal sheaf
のresolution
を求める別の方法として, Beilinson monadを利用する.(手順 3’) Beilinson monad (Theorem 2.8)
を用いてdifferential sheaf
を含んだresolution
を求める 前の節と同様にE
1pq= H
q(I
Xi(2 + p)) ⊗ Ω
−p(−p)
の表, つまりE
1-term
のspectral sequence
は次のようになる. (縦軸に0 ≤ q ≤ 5,
横軸に−5 ≤ p ≤ 0)
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
18Ω
5(5) 6Ω
4(4) 0 0 0 0
0 0 0 Ω
2(2) 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 3O
ここで
B
0= M
j
H
j(P
n, F (−j)) ⊗Ω
j(j) = E
10,0⊕ E
1−1,1⊕ E
1−2,2⊕ E
1−3,3⊕ E
1−4,4⊕ E
1−5,5= 3O ⊕Ω
2(2)
同様に
B
−1= 6Ω
4(4), B
−2= 18Ω
5(5)
となる. [EFS]によるBeilinson monad
によれば, complex0 −→ 18Ω
5(5) −→ 6Ω
4(4) −→ 3O ⊕ Ω
2(2) −→ 0
が
monad (B
0= 3O ⊕ Ω
2(2)
以外でexact)
で,B
0でhomology
を取るとI
Xi(2)
になる. よって0 −→ 18Ω
5(5) −→ 6Ω
4(4) −→ 3O ⊕ Ω
2(2) −→ I
Xi(2) −→ 0 (8)
というexact sequence
が得られる. これは前節のexact sequence (7)
と同じものであり, 求めた かったsequence
が得られた.(手順 4) differential sheaf
のfree resolution
から(手順 3’)
で得たresolution
をfree
なものにする まずdefferential sheaf
のfree resolution
を求める.P
5のEuler sequence 0 → Ω → 6O (−1) → O → 0
にLemma 2.11
を適用すると, 1≤ p ≤ 5
に対して0 −→ Ω
p−→
µ 6 p
¶
O (−p) −→ Ω
p−1−→ 0
が成り立つ. これをつなげると,求めたい
differential sheaf
のfree resolution
が次のようになる.0 −→ O(−6) −→ 6O(−5) −→ Ω
4−→ 0
0 −→ O(−6) −→ 6O (−5) −→ 15O(−4) −→ 20O(−3) −→ Ω
2−→ 0
Remark P
5においてΩ
5∼ = O(−6)
が成立する.次に
resolution (8)
をshort exact sequence
に分解する.α : 18Ω
5(5) → 6Ω
4(4)
に対して0 −→ 18Ω
5(5) −−−→
α6Ω
4(4) −→ Coker α −→ 0 (9) 0 −→ Coker α −→ Ω
2(2) ⊕ 3O −→ I
Xi(2) −→ 0 (10)
が成り立つ. Exact sequence (9)に対してdefferential sheaf
のfree resolution
を考えると,次の図 式が得られる.0 0
↓ ↓
0 −→ 18O(−1) −→ 18Ω
5(5) −→ 0
↓ ↓
ρ↓
0 −→ 6O(−2) −→ 36O(−1) −→ 6Ω
4(4) −→ 0
↓ ↓ ↓
0 −→ 6O(−2) −→ 18O(−1) −→ Coker α −→ 0
↓ ↓ ↓
0 0 0
ここで,縦の写像
ρ : 18O (−1) → 36O(−1)
の存在は18O (−1)
がprojective module
のsheaf
化 であることからわかる. また, 18O(−1) → 18Ω
5(5)
が全単射であることより,ρ
は単射になる. よっ て,ρ
のcokernel
を取ることで, 0→ 6O(−2) → 18O (−1) → Coker α → 0
がexact
になることが 示せ, Cokerα
のfree resolution
が得られる.これと同様に, exact sequence (10)に対して
defferential sheaf
のfree resolution
を考えると,次 の図式が得られる.0
↓
0 → 6O(−2) → 18O(−1) → Coker α → 0
↓ ↓
g↓
f↓
0 → O(−4) → 6O(−3) → 15O(−2) −→
d120O(−1) ⊕ 3O −→
d0Ω
2(2) ⊕ 3O → 0
&
ϕ↓
ψI
Xi(2)
↓ 0
ここで縦の写像
f : 18O(−1) −→ 20O(−1) ⊕ 3O , g : 6O (−2) → 15O(−2)
の存在は先ほどと同 様に示せる. しかし, それぞれが単射であることは示せないので,先ほどの図式のように簡単にはI
Xiのfree resolution
は求められない. そこで,次の2
つのcomplexes
を図式から取って, mappingcone (Definition 2.15)
を利用する.0 −→ 6O(−2) −→ 18O(−1) −→ 0 (11)
0 −→ O(−4) −→ 6O(−3) −→ 15O(−2) −→ 20O(−1) ⊕ 3O −→ I
Xi(2) −→ 0 (12)
Complex (11)
は18O(−1)
以外でexact
であり, 18O(−1)でのhomology
はCoker α
となる. Com-plex (12)
については少々複雑である.Lemma 3.5 Complex (12)
は20O (−1) ⊕ 3O
以外でexact
であり, 20O(−1)⊕ 3O
でのhomology
はCoker α
となる.Proof. 20O (−1) ⊕ 3O → I
Xi(2)
は全射の合成なので,全射である. よって, 20O(−1)⊕ 3O
以外 でexact
となる. 次に, 20O(−1)⊕ 3O
でのhomology
を求める.d
1: 15O(−2) −→ 20O(−1) ⊕ 3O d
0: 20O(−1) ⊕ 3O −→ Ω
2(2) ⊕ 3O ϕ : 20O (−1) ⊕ 3O −→ I
Xi(2) ψ : Ω
2(2) ⊕ 3O −→ I
Xi(2)
とすると, 20O(−1)⊕ 3O
でのhomology
は,Ker ϕ/Im d
1= Ker ϕ/Ker d
0∼ = Ker ψ = Coker α
となる. Kerϕ/Ker f ∼ = Ker ψ
は次の対応するmodule
の図式から得られる.0 0 0
↓ ↓ ↓
0 −→ Ker d
0−→ Ker ϕ −→ Ker ψ −→ 0
↓ ↓ ↓
0 −→ Ker d
0−→ M −−→
d0M
0−→ 0
↓ ↓
ϕ↓
ψ0 −→ N −→ N −→ 0
↓ ↓
0 0
ただし,
M , M
0, N
をmodule
とし,d
0: M → M
0, ϕ : M → N, ψ : M
0→ N
をすべて全射とする.¤
Lemma 3.5
よりcomplex (11)
と(12)
は同じhomology
を持つので, mapping coneを取りLemma 2.16
を使うと0 → 6O(−2) → 18O (−1) → 0
↓ · · · ⊕ · · · ↓
· · · ⊕ · · · ↓ ↓
0 → O(−4) → 6O(−3) → 15O(−2) → 20O (−1) ⊕ 3O → I
Xi(2) → 0
つまり0 −→ O(−6) −→ 6O(−5)⊕6O(−4) −→ 15O (−4)⊕18O(−3) −→ 20O(−3)⊕3O(−2) −→ I
Xi−→ 0 (13)
がexact sequence
になる. 以上より,X
i(i = 1, 2, 3)
のideal sheaf
のfree resolution
が得られた.3.4 Summary and problems
前節で求まった
resolution (13)
はi = 1, 2, 3
すべてに対して成り立つ. しかし, [AT]のExample
3.1
では,次のように各i
に対してideal sheaf
のfree resolution
が異なり,無駄のない形で得られている.
0 −→ O(−6) −→ 6O(−5) −→ 2O(−3) ⊕ 9O(−4) −→ 3O(−2) ⊕ 4O(−3) −→ I
X1−→ 0 0 −→ O (−6) −→ 6O(−5) −→ 9O(−4) −→ 3O(−2) ⊕ 2O (−3) −→ I
X2−→ 0 0 −→ O(−6) −→ 6O(−5) −→ 9O(−4) −→ 2O(−3) −→ 3O (−2) −→ I
X3−→ 0
Resolution (13)
をより無駄のない形にするには, complex間の縦の写像f : 18O(−1) → 20O(−1)⊕
3O, g : 6O(−2) → 15O(−2)
を具体的に記述し,それぞれの像を調べなければならない.0
↓
0 → 6O (−2) → 18O(−1) → Coker α → 0
↓ ↓
g↓
f↓
0 → O(−4) → 6O (−3) → 15O(−2) → 20O(−1) ⊕ 3O → Ω
2(2) ⊕ 3O → 0
& ↓ I
Xi(2)
↓ 0
これらの写像は, [EFS]で得られた
resolution (8)
の中の写像6Ω
4(4) → Ω
2(2) ⊕ 3O
から誘導され ている. Differential sheavesの係数部分はtwisted ideal sheaf
のcohomology
をvector space
と見 たものだったので, 正確に書けば,H
3(I
Xi(−2)) ⊗ Ω
4(4) −→ (H
2(I
Xi) ⊗ Ω
2(2)) ⊕ (H
0(I
Xi(2)) ⊗ O)
である.この写像は各
X
i(i = 1, 2, 3)
により変化することがわかる. この各i
での変化がf , g
の写 像に変化を与え,各i
で異なるfree resolution
になるのである.しかし,この写像の具体的な対応を記述することができなかった. [EFS]で得られた
differential sheaf
を含むresolution
の写像を,具体的な行列で与えている論文もある([EFS], [DE])
が,どれもdifferential sheaf
の係数の小さい,簡単な写像について扱っている. この例の場合, differential sheaf の係数が大きく,写像を具体的に記述することはできなかった.当初の目標は曲線の種数, locally free sheafの次数と構造, very ample divisorを与えたとき,
minimal free resolution
が一意的に定まることを示したかった. しかし, locally free sheafの構造 の変化(各 X
iでの変化)によってどのようにresolution
が変わるのかわからなかったため,目標を 達成することは出来なかった.一方,
g = 1, deg E = 0, very ample divisor
をA = C
0+ 3f
としたときに, free resolution (13) までideal sheaf
のresolution
を絞れることはわかった. このfree resolution (13)
は[AT]
によるExample 3.1
のすべてのI
Xiのfree resolution
を含んでいるはずである.I
X1, I
X2のresolution
を含んでいることは明らかだが,I
X3のresolution
はresolution (13)
に収まらない. よって, [AT]による
I
X3のfree resolution
は間違っているのではないかと考えられる.Acknowledgements
修士論文を執筆するにあたり, 毎週の熱心にセミナーを見ていただき,数々のご助言をして頂い た,指導教員の楫 元先生に心より感謝を申し上げます. また,学部
3
年時にお世話になった前田 英 敏先生にもお礼申し上げます.ご一緒にセミナーをさせていただいた楫研究室の渡辺 究氏,古川 勝久氏,石川 大蔵氏からは日々 の研究でも多くのご助言を頂きました. 他大学でご活躍中の権業 善範氏,ご卒業された眞鍋 岳氏 からも大きな影響をうけました. ここに感謝の意を表します.