Nori と Ayoub のモチーフ論的 Galois 群の構成 投稿日:2025/12/31
モチーフ論的 Galois 群 Nori の formalism Nori の余代数の coend による表示 Ayoub の formalism Ayoub の代数の coend による表示 参考文献 Footnotes モチーフ論的 Galois 群
(混合モチーフの)モチーフ論的 Galois 群(motivic Galois group)の構成は主に二つのものが知られている.一つは Nori によるものであり,もう一つは Ayoub によるものである.Nori のモチーフ論的 Galois 群は Nori モチーフの理論に基づいており,古典的な淡中圏の理論により近い形をしている.Ayoub のモチーフ論的 Galois 群は Voevodsky モチーフの理論に基づいている.これら二つのモチーフ論的 Galois 群は同型であるということが [CdS17] で示されているが,両者の構成は見かけ上はさして似ていない.しかしながら,実はこれらの構成はどちらも coend として統一的な形で定式化することができる.
[HMS17] の記述に従って Nori の formalism による余代数の構成を述べる.モチーフ論的 Hopf 代数はこの構成の特殊な場合として得られる.
これ以降,R R R を固定された体あるいは Dedekind 整域とし,R -proj R\cat{-proj} R -proj を有限生成射影的 R R R 加群のなす圏とする.また,R R R 加群 M M M に対してその双対を M ∨ : = H o m R ( M , R ) M^\vee := \hom_R(M, R) M ∨ := Hom R ( M , R ) と定める.M M M が有限生成無捻 R R R 加群であれば標準的な同型 M ≅ M ∨ ∨ M \cong M^{\vee\vee} M ≅ M ∨∨ が存在する(逆も成立する;Dedekind 整域上の有限生成加群について,射影的 ⇔ \Leftrightarrow ⇔ 無捻 ⇔ \Leftrightarrow ⇔ 反映的).また,有限生成射影的 R R R 加群 M , N M, N M , N に対して ( M ⊗ R N ) ∨ ≅ M ∨ ⊗ R N ∨ (M \tensor_R N)^\vee \cong M^\vee \tensor_R N^\vee ( M R ⊗ N ) ∨ ≅ M ∨ R ⊗ N ∨ である.
Q Q Q を小圏とする(Nori の formalism は一般に quiver でも成り立つが,簡単の為にここでは圏を考えることにする.結局 quiver とその path category を考えればどちらを使っても同じである).関手 T : Q → R -proj T \colon Q \to R\cat{-proj} T : Q → R -proj が与えられているとする.このとき R R R 双代数 A ( T ) A(T) A ( T ) を定義する.
対象の数が有限個である圏 Q ′ Q' Q ′ と関手 T ′ : Q ′ → R -proj T' \colon Q' \to R\cat{-proj} T ′ : Q ′ → R -proj に対して,T ′ T' T ′ の自己射環を
E n d ( T ′ ) = { ( e q ) q ∈ ∏ q ∈ O b j Q ′ E n d R ( T ′ q ) | ∀ ( p → m q ) ∈ M o r Q ′ , e q ∘ T ′ m = T ′ m ∘ e p } \endo(T') = \left\{(e_q)_{q} \in\prod_{q \in \obj Q'} \endo_R(T'q) \ \middle\vert\
\begin{array}{l}
\forall (p\xrightarrow{m} q) \in \mor Q',\\
e_q\circ T'm = T'm \circ e_p
\end{array}
\right\} End ( T ′ ) = ⎩ ⎨ ⎧ ( e q ) q ∈ q ∈ Obj Q ′ ∏ End R ( T ′ q ) ∀ ( p m q ) ∈ Mor Q ′ , e q ∘ T ′ m = T ′ m ∘ e p ⎭ ⎬ ⎫
と定義する.これは有限 R R R 代数であり,有限生成射影的加群の部分加群であるため射影的である.E n d ( T ′ ) \endo(T') End ( T ′ ) の双対 E n d ( T ′ ) ∨ \endo(T')^\vee End ( T ′ ) ∨ は R R R 余代数であり,R R R 加群として有限生成かつ射影的である.
対象の数が有限個であるような Q Q Q の充満部分圏 Q ′ ⊆ Q ′ ′ ⊆ Q Q' \subseteq Q'' \subseteq Q Q ′ ⊆ Q ′′ ⊆ Q が与えられたときに,射影によって R R R 代数の射 E n d ( T ∣ Q ′ ′ ) → E n d ( T ∣ Q ′ ) \endo(T|_{Q''}) \to \endo(T|_{Q'}) End ( T ∣ Q ′′ ) → End ( T ∣ Q ′ ) が定義されることに注意する.これの双対として R R R 余代数の射 E n d ( T ∣ Q ′ ) ∨ → E n d ( T ∣ Q ′ ′ ) ∨ \endo(T|_{Q'})^\vee \to \endo(T|_{Q''})^\vee End ( T ∣ Q ′ ) ∨ → End ( T ∣ Q ′′ ) ∨ が定まる.これを推移射として余極限を取ることで R R R 余代数
A ( T ) = c o l i m Q ′ ⊆ Q : finite E n d ( T ∣ Q ′ ) ∨ A(T) = \colim_{Q' \subseteq Q \text{: finite}} \endo(T|_{Q'})^\vee A ( T ) = Q ′ ⊆ Q : finite colim End ( T ∣ Q ′ ) ∨
を定める.Q Q Q に更なる構造が入っている場合には A ( T ) A(T) A ( T ) が双代数や Hopf 代数になることが示せる.モチーフ論的 Hopf 代数はこの特殊な場合として定まる.詳しくは [HMS17] の 7–9 章を参照のこと.
Nori の余代数の coend による表示
前節で構成した A ( T ) A(T) A ( T ) は coend を用いて記述することができる.end, coend の定義などは [ML98] の IX 章を参照のこと.
まず Q Q Q の対象の数が有限個の場合を考える.この場合,A ( T ) = E n d ( T ) ∨ A(T) = \endo(T)^\vee A ( T ) = End ( T ) ∨ であり,これは R R R 加群として有限生成かつ射影的である.このとき A ( T ) A(T) A ( T ) は双関手
H o m R ( T ( − ) , T ( − ) ) : Q o p × Q → R -proj \hom_R(T(-), T(-)) \colon Q^\opp \times Q \to R\cat{-proj} Hom R ( T ( − ) , T ( − )) : Q op × Q → R -proj
の coend ∫ q ∈ Q H o m R ( T q , T q ) \displaystyle \int^{q \in Q} \hom_R(Tq, Tq) ∫ q ∈ Q Hom R ( Tq , Tq ) と同型になる.これを確かめる為には ∫ q ∈ Q H o m R ( T q , T q ) \displaystyle \int_{q \in Q} \hom_R(Tq, Tq) ∫ q ∈ Q Hom R ( Tq , Tq ) が E n d ( T ) \endo(T) End ( T ) と同型になることを示せば良い(ここで現れる加群は全て有限生成射影的 R R R 加群なので普遍性は双対で保たれる)が,E n d ( T ) \endo(T) End ( T ) の定義からこれが end の満たすべき普遍性を満たすことが直接確かめられる(( p → f q ) ∈ M o r Q (p\xrightarrow{f}q) \in \mor Q ( p f q ) ∈ Mor Q に対する次の図式を参照せよ).
E n d ( T ) → H o m R ( T q , T q ) ↓ ↓ − ∘ T f H o m R ( T p , T p ) → T f ∘ − H o m ( T p , T q ) \begin{CD}
\endo(T) @>>> \hom_R(Tq, Tq)\\
@VVV @VV{-\circ Tf}V\\
\hom_R(Tp, Tp) @>>{Tf\circ -}> \hom(Tp, Tq)\\
\end{CD} End ( T ) ↓ ⏐ Hom R ( Tp , Tp ) T f ∘− Hom R ( Tq , Tq ) ↓ ⏐ −∘ T f Hom ( Tp , Tq )
続いて一般の Q Q Q について考える.A ( T ) A(T) A ( T ) の定義と先ほど示したことから
A ( T ) = c o l i m Q ′ ⊆ Q : finite E n d ( T ∣ Q ′ ) ∨ ≅ c o l i m Q ′ ⊆ Q : finite ∫ q ∈ Q ′ H o m R ( T q , T q ) ≅ ∫ q ∈ Q H o m R ( T q , T q ) ≅ ∫ q ∈ Q T q ∨ ⊗ R T q \begin{align*}
A(T) &= \colim_{Q' \subseteq Q \text{: finite}} \endo(T|_{Q'})^\vee\\
&\cong \colim_{Q' \subseteq Q \text{: finite}} \int^{q \in Q'} \hom_R(Tq, Tq)\\
&\cong \int^{q \in Q} \hom_R(Tq, Tq)\\
&\cong \int^{q \in Q} Tq^\vee \tensor_R Tq
\end{align*} A ( T ) = Q ′ ⊆ Q : finite colim End ( T ∣ Q ′ ) ∨ ≅ Q ′ ⊆ Q : finite colim ∫ q ∈ Q ′ Hom R ( Tq , Tq ) ≅ ∫ q ∈ Q Hom R ( Tq , Tq ) ≅ ∫ q ∈ Q T q ∨ R ⊗ Tq
となる.
[Ayo14] に従って Ayoub の formalism による余代数の構成を述べる.Nori の場合と同様に,モチーフ論的 Hopf 代数はこの構成の特殊な場合として得られる.引き続き R R R は体あるいは Dedekind 整域とする.
( M , ⊗ M , 1 M ) , ( E , ⊗ E , 1 E ) (\cat{M}, \tensor_{\cat{M}}, \mathbf{1}_{\cat{M}}), (\cat{E}, \tensor_{\cat{E}}, \mathbf{1}_{\cat{E}}) ( M , M ⊗ , 1 M ) , ( E , E ⊗ , 1 E ) を R R R 線型対称モノイダル圏とし,f : M → E f \colon \cat{M} \to \cat{E} f : M → E をモノイダル関手とする.f f f は右随伴関手 g : E → M g\colon \cat{E} \to \cat{M} g : E → M を持つことを仮定する.g g g はモノイダル関手であるとは限らないが,少なくとも擬モノイダル関手(pseudo-monoidal functor)であることが示せる.このとき E \cat{E} E の対象 g ( 1 E ) g(\mathbf{1}_{\cat{E}}) g ( 1 E ) は M \cat{M} M の単位的可換代数対象であり,その乗法と単位は
m : g ( 1 E ) ⊗ M g ( 1 E ) → adj. g f ( g ( 1 E ) ⊗ M g ( 1 E ) ) ≅ g ( f g ( 1 E ) ⊗ E f g ( 1 E ) ) → adj. g ( 1 E ⊗ E 1 E ) ≅ 1 E , u : 1 E → adj. g f ( 1 E ) ≅ g ( 1 E ) \begin{align*}
&\mathrm{m} \colon g(\mathbf{1}_{\cat{E}}) \tensor_{\cat{M}} g(\mathbf{1}_{\cat{E}}) \xrightarrow{\text{adj.}} gf(g(\mathbf{1}_{\cat{E}}) \tensor_{\cat{M}} g(\mathbf{1}_{\cat{E}}))\\
&\qquad \cong g(fg(\mathbf{1}_{\cat{E}})\tensor_{\cat{E}} fg(\mathbf{1}_{\cat{E}}))
\xrightarrow{\text{adj.}} g(\mathbf{1}_{\cat{E}}\tensor_{\cat{E}} \mathbf{1}_{\cat{E}}) \cong \mathbf{1}_{\cat{E}},\\
&\mathrm{u} \colon \mathbf{1}_{\cat{E}} \xrightarrow{\text{adj.}} gf(\mathbf{1}_{\cat{E}}) \cong g(\mathbf{1}_{\cat{E}})
\end{align*} m : g ( 1 E ) M ⊗ g ( 1 E ) adj. g f ( g ( 1 E ) M ⊗ g ( 1 E )) ≅ g ( f g ( 1 E ) E ⊗ f g ( 1 E )) adj. g ( 1 E E ⊗ 1 E ) ≅ 1 E , u : 1 E adj. g f ( 1 E ) ≅ g ( 1 E )
で与えられる [Ayo14, 1.14].特に H : = f g ( 1 E ) H := fg(\mathbf{1}_{\cat{E}}) H := f g ( 1 E ) は E \cat{E} E の単位的可換代数対象である.
更に幾つかの仮定を追加すると H H H に双代数や Hopf 代数の構造が入ることが示せる.モチーフ論的 Hopf 代数はこの特殊な場合として定まる.詳しくは [Ayo14] の 1–2 節を参照のこと.
Ayoub の代数の coend による表示
従前の仮定に加えて,E \cat{E} E は余冪(copower)を持つものとする.即ち双関手
⊗ R : R -Mod × E → E \tensor_R \colon R\cat{-Mod} \times \cat{E} \to \cat{E} R ⊗ : R -Mod × E → E
が存在して,R R R 加群 M M M と E \cat{E} E の対象 X , Y X, Y X , Y について自然な R R R 加群の同型
H o m E ( M ⊗ R X , Y ) ≅ H o m R ( M , H o m E ( X , Y ) ) \hom_{\cat{E}}(M\tensor_R X, Y) \cong \hom_{R}(M, \hom_{\cat{E}}(X,Y)) Hom E ( M R ⊗ X , Y ) ≅ Hom R ( M , Hom E ( X , Y ))
が存在する.
[ML, X.7.2] により f : M → E f \colon \cat{M} \to \cat{E} f : M → E の右随伴関手 g g g は f f f に沿った i d M \id_{\cat{M}} id M の左 Kan 拡張 Lan f ( i d M ) \cat{Lan}_f (\id_{\cat{M}}) Lan f ( id M ) に等しく,また [ML, X.4.1] によって左 Kan 拡張は coend として記述することが出来る.即ち,
g ( X ) ≅ ∫ Y ∈ M H o m E ( f ( Y ) , X ) ⊗ R Y g(X) \cong \int^{Y \in \cat{M}} \hom_{\cat{E}}(f(Y), X)\tensor_R Y g ( X ) ≅ ∫ Y ∈ M Hom E ( f ( Y ) , X ) R ⊗ Y
となる1 .従って先ほどの H H H は
f g ( 1 E ) = ∫ Y ∈ M H o m E ( f ( Y ) , 1 E ) ⊗ R f ( Y ) fg(\mathbf{1}_{\cat{E}}) = \int^{Y \in \cat{M}} \hom_{\cat{E}}(f(Y), \mathbf{1}_{\cat{E}})\tensor_R f(Y) f g ( 1 E ) = ∫ Y ∈ M Hom E ( f ( Y ) , 1 E ) R ⊗ f ( Y )
と表せるが,これは先ほど示した Nori の余代数と本質的に同じ形をしている.
参考文献
[Ayo14] ———. “L’algèbre de Hopf et le groupe de Galois motiviques d’un corps de caractéristique nulle, I.” J. Reine Angew. Math. 693 (2014), 1-149.
https://user.math.uzh.ch/ayoub/PDF-Files/GaloisMotivic-1.pdf [CdS17] Choudhury, Utsav, de Souza, Martin Gallauer Alves. “An isomorphism of motivic Galois groups.” Advances in Mathematics 313 (2017): 470-536.
https://arxiv.org/abs/1410.6104 [HMS17] Huber, Annette, and Stefan Müller-Stach. Periods and Nori motives. Vol. 65. Springer (2017). [ML98] Mac Lane, Saunders. Categories for the working mathematician. Vol. 5. Springer Science & Business Media, 1998.