Nori と Ayoub のモチーフ論的 Galois 群の構成

投稿日:2025/12/31

数学

モチーフ

モチーフ論的 Galois 群

メモ

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.

Nori の formalism

[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,RR を固定された体あるいは Dedekind 整域とし,R-projR\cat{-proj} を有限生成射影的 RR 加群のなす圏とする.また,RR 加群 MM に対してその双対を M:=HomR(M,R)M^\vee := \hom_R(M, R) と定める.MM が有限生成無捻 RR 加群であれば標準的な同型 MMM \cong M^{\vee\vee} 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 RR 加群 M,NM, N に対して (MRN)MRN(M \tensor_R N)^\vee \cong M^\vee \tensor_R N^\vee である.

QQ 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 ⁣:QR-projT \colon Q \to R\cat{-proj} が与えられているとする.このとき RR 双代数 A(T)A(T) を定義する.

対象の数が有限個である圏 QQ' と関手 T ⁣:QR-projT' \colon Q' \to R\cat{-proj} に対して,TT' の自己射環を

End(T)={(eq)qqObjQEndR(Tq) | (pmq)MorQ,eqTm=Tmep}\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\}

と定義する.これは有限 RR 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.End(T)\endo(T') の双対 End(T)\endo(T')^\veeRR 余代数であり,RR 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 QQ の充満部分圏 QQQQ' \subseteq Q'' \subseteq Q が与えられたときに,射影によって RR 代数の射 End(TQ)End(TQ)\endo(T|_{Q''}) \to \endo(T|_{Q'}) が定義されることに注意する.これの双対として RR 余代数の射 End(TQ)End(TQ)\endo(T|_{Q'})^\vee \to \endo(T|_{Q''})^\vee が定まる.これを推移射として余極限を取ることで RR 余代数

A(T)=colimQQ: finiteEnd(TQ)A(T) = \colim_{Q' \subseteq Q \text{: finite}} \endo(T|_{Q'})^\vee

を定める.QQ に更なる構造が入っている場合には 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) 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 QQ の対象の数が有限個の場合を考える.この場合,A(T)=End(T)A(T) = \endo(T)^\vee であり,これは RR 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) は双関手

HomR(T(),T()) ⁣:Qop×QR-proj\hom_R(T(-), T(-)) \colon Q^\opp \times Q \to R\cat{-proj}

の coend qQHomR(Tq,Tq)\displaystyle \int^{q \in Q} \hom_R(Tq, Tq) と同型になる.これを確かめる為には qQHomR(Tq,Tq)\displaystyle \int_{q \in Q} \hom_R(Tq, Tq)End(T)\endo(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 RR 加群なので普遍性は双対で保たれる)が,End(T)\endo(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((pfq)MorQ(p\xrightarrow{f}q) \in \mor Q に対する次の図式を参照せよ).

End(T)HomR(Tq,Tq)TfHomR(Tp,Tp)TfHom(Tp,Tq)\begin{CD} \endo(T) @>>> \hom_R(Tq, Tq)\\ @VVV @VV{-\circ Tf}V\\ \hom_R(Tp, Tp) @>>{Tf\circ -}> \hom(Tp, Tq)\\ \end{CD}

続いて一般の QQ について考える.A(T)A(T) の定義と先ほど示したことから

A(T)=colimQQ: finiteEnd(TQ)colimQQ: finiteqQHomR(Tq,Tq)qQHomR(Tq,Tq)qQTqRTq\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*}

となる.

Ayoub の formalism

[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 RR は体あるいは Dedekind 整域とする.

(M,M,1M),(E,E,1E)(\cat{M}, \tensor_{\cat{M}}, \mathbf{1}_{\cat{M}}), (\cat{E}, \tensor_{\cat{E}}, \mathbf{1}_{\cat{E}})RR 線型対称モノイダル圏とし,f ⁣:MEf \colon \cat{M} \to \cat{E} をモノイダル関手とする.ff は右随伴関手 g ⁣:EMg\colon \cat{E} \to \cat{M} を持つことを仮定する.gg 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} の対象 g(1E)g(\mathbf{1}_{\cat{E}})M\cat{M} の単位的可換代数対象であり,その乗法と単位は

m ⁣:g(1E)Mg(1E)adj.gf(g(1E)Mg(1E))g(fg(1E)Efg(1E))adj.g(1EE1E)1E,u ⁣:1Eadj.gf(1E)g(1E)\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*}

で与えられる [Ayo14, 1.14].特に H:=fg(1E)H := fg(\mathbf{1}_{\cat{E}})E\cat{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 HH 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} は余冪(copower)を持つものとする.即ち双関手

R ⁣:R-Mod×EE\tensor_R \colon R\cat{-Mod} \times \cat{E} \to \cat{E}

が存在して,RR 加群 MME\cat{E} の対象 X,YX, Y について自然な RR 加群の同型

HomE(MRX,Y)HomR(M,HomE(X,Y))\hom_{\cat{E}}(M\tensor_R X, Y) \cong \hom_{R}(M, \hom_{\cat{E}}(X,Y))

が存在する.

[ML, X.7.2] により f ⁣:MEf \colon \cat{M} \to \cat{E} の右随伴関手 ggff に沿った idM\id_{\cat{M}} の左 Kan 拡張 Lanf(idM)\cat{Lan}_f (\id_{\cat{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)YMHomE(f(Y),X)RYg(X) \cong \int^{Y \in \cat{M}} \hom_{\cat{E}}(f(Y), X)\tensor_R Y

となる1.従って先ほどの HH

fg(1E)=YMHomE(f(Y),1E)Rf(Y)fg(\mathbf{1}_{\cat{E}}) = \int^{Y \in \cat{M}} \hom_{\cat{E}}(f(Y), \mathbf{1}_{\cat{E}})\tensor_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.

Footnotes

  1. これを直接確かめることも出来る.任意の ZObjMZ \in \obj \cat{M} に対して

    HomM(YMHomE(f(Y),X)RY,Z)YMHomM(HomE(f(Y),X)RY,Z)YMHomR(HomE(f(Y),X),HomM(Y,Z))YMHomR(HomM(Y,g(X)),HomM(Y,Z))Nat(HomM(,g(X)),HomM(,Z))HomM(g(X),Z)\begin{align*} &\hom_{\cat{M}}\left(\int^{Y \in \cat{M}} \hom_{\cat{E}}(f(Y), X)\tensor_R Y, Z\right)\\ &\qquad\cong \int_{Y \in \cat{M}}\hom_{\cat{M}}( \hom_{\cat{E}}(f(Y), X)\tensor_R Y, Z)\\ &\qquad\cong \int_{Y \in \cat{M}}\hom_{R}( \hom_{\cat{E}}(f(Y), X), \hom_{\cat{M}}(Y, Z))\\ &\qquad\cong \int_{Y \in \cat{M}}\hom_{R}( \hom_{\cat{M}}(Y, g(X)), \hom_{\cat{M}}(Y, Z))\\ &\qquad\cong \mathrm{Nat}(\hom_{\cat{M}}(-, g(X)), \hom_{\cat{M}}(-, Z))\\ &\qquad\cong \hom_{\cat{M}}(g(X), Z) \end{align*}

    が成立するので,米田の補題より

    g(X)YMHomE(f(Y),X)RY g(X) \cong \int^{Y \in \cat{M}} \hom_{\cat{E}}(f(Y), X)\tensor_R Y

    である.