Seesaw theorem の証明に関する備忘録

投稿日:2024/9/24

数学

代数幾何学

メモ

森脇,川口,生駒『モーデル–ファルティングスの定理』の 2.6 節「アーベル多様体の基礎事項」の seesaw theorem の証明は少し行間が広いように思えたので,考えたことを記録しておく.以下では FF は標数 0 の体とする.また,FF 上の多様体とは FF 上有限型な整スキームのことである.

定理 1: Seesaw theorem [MKI, 2.18]

X,TX, TFF 上の絶対既約な代数多様体,LLX×TX\times T 上の直線束とし,XXFF 上射影的と仮定する.このとき, T1={tTLX×{t} は自明}T_1 = \left\{t \in T \mid L|_{X\times \{t\}} \text{ は自明}\right\}TT のザリスキー閉集合である.さらに,T1T_1 に被約部分スキームの構造を入れ,p2 ⁣:X×T1T1p_2\colon X\times T_1 \to T_1 を射影とすると,ある T1T_1 上の直線束 MM が存在して LX×T1p2ML|_{X\times T_1} \cong p_2^\ast M が成り立つ.

先ず,次の補題が幾度か必要になるので予め引用しておく.

補題 2: Stacks 33.9.3

kk を体,XX を固有 kk スキームとする. 1–6. 略 7. XX が絶対被約かつ絶対連結ならば H0(X,OX)=kH^0(X, \sheaf{O}_X) = k である. 8. XX が絶対整ならば H0(X,OX)=kH^0(X, \sheaf{O}_X) = k である.

完全体上では単なる被約性から絶対被約性が従う (Stacks 33.6.3) ことから,特に今は標数 0 の体 FF 上で考えているので,被約且つ絶対既約ならば絶対整である.これらを用いれば

X×T1T1X\times T_1 \to T_1 の各ファイバー X×{t}X\times\{t\} 上で LL は自明であるから dimκ(t)H0(X×{t},LX×{t})=1\dim_{\kappa(t)} H^0(X\times \{t\}, L|_{X\times\{t\}})=1 である.

という箇所はすぐに導ける.

その後の

自然な射 p2MLp_2^\ast M \to L (引用者注: M=p2LM={p_2}_\ast L.Grauert の定理よりこれは直線束である) は各ファイバー上で自然な射 H0(X×{t},LX×{t})OX×{t}LX×{t}H^0(X\times \{t\}, L|_{X\times \{t\}}) \otimes \sheaf{O}_{X\times \{t\}} \to L|_{X\times \{t\}} に一致し,LX×{t}L|_{X\times\{t\}} は自明なので p2MLp_2^\ast M \cong L となる.

という箇所は次のようにすれば分かる.

先ず,XXFF 上の射影多様体なので固有でもあり,従って p2 ⁣:X×T1T1p_2\colon X\times T_1 \to T_1 は固有射なので,Descartes 図式

X×{t}p2tiiX×T1p2T1\begin{array}{c} X\times\{t\} & \xrightarrow{p'_2} & t \\ \downarrow{i'} & & \downarrow{i} \\ X\times T_1 & \xrightarrow{p_2} & T_1 \end{array}

に関する固有基底変換定理 (例えば [Va, 25.1.6]) を考えれば

(p2p2L)X×{t}=ip2p2Lp2ip2L(図式の可換性より.)p2p2iL(固有基底変換定理より.)=p2p2(LX×{t})\begin{align*} (p_2^\ast{p_2}_\ast L)|_{X\times \{t\}} &= {i'}^\ast p_2^\ast{p_2}_\ast L \\ &\cong {p'_2}^\ast i^\ast {p_2}_\ast L \quad(\text{図式の可換性より.})\\ &\cong {p'_2}^\ast {p'_2}_\ast {i'}^\ast L \quad(\text{固有基底変換定理より.})\\ &= {p'_2}^\ast {p'_2}_\ast (L|_{X\times \{t\}}) \end{align*}

が得られる.ここで p2(LX×{t}){p'_2}_\ast (L|_{X\times \{t\}}) はアフィンスキーム t=Specκ(t)t = \spec \kappa(t) 上の準連節層なので

p2(LX×{t})=H0(t,p2(LX×{t}))=H0(X×{t},LX×{t}) {p'_2}_\ast (L|_{X\times \{t\}}) = H^0(t, {p'_2}_\ast (L|_{X\times \{t\}}))^\sim = H^0(X\times \{t\}, L|_{X\times \{t\}})^\sim

である.従って p2p2(LX×{t}){p'_2}^\ast {p'_2}_\ast (L|_{X\times \{t\}}) は,スキーム上の層の引き戻しの定義通り考えれば

p2p2(LX×{t})=p2H0(X×{t},LX×{t})=p21H0(X×{t},LX×{t})p21OtOX×{t}H0(X×{t},LX×{t})κ(t)OX×{t}\begin{align*} {p'_2}^\ast {p'_2}_\ast (L|_{X\times \{t\}}) &= {p'_2}^\ast H^0(X\times \{t\}, L|_{X\times \{t\}})^\sim\\ &= {p'_2}^{-1}H^0(X\times \{t\}, L|_{X\times \{t\}})^\sim \otimes_{{p'_2}^{-1}\sheaf{O}_t} \sheaf{O}_{X\times\{t\}}\\ &\cong H^0(X\times \{t\}, L|_{X\times \{t\}})\otimes_{\kappa(t)} \sheaf{O}_{X\times\{t\}} \end{align*}

となる.ここで H0(X×{t},LX×{t})H^0(X\times \{t\}, L|_{X\times \{t\}}) 及び κ(t){\kappa(t)}X×{t}X\times \{t\} 上の定数層として考えている.LX×{t}L|_{X\times \{t\}} が自明であることと補題 2 を用いればこの層が OX×{t}\sheaf{O}_{X\times\{t\}} と同型であることも分かる.

参考文献