| @@ -246,6 +246,20 @@ | |||
| Außerdem ist $f \mid fg$ und damit $x = 0$. | |||
| \end{proof} | |||
| \begin{lemma} | |||
| Sei $f\colon A \to B$ Ringhomomorphismus und $\varphi \colon \spec B \to \spec A$ die induzierte | |||
| Abbildung. Dann ist für $a \in A$: | |||
| \[ | |||
| \varphi^{-1}(D(a)) = D(f(a)) | |||
| .\] | |||
| \label{lemma:preimage-of-d} | |||
| \end{lemma} | |||
| \begin{proof} | |||
| $\mathfrak{p} \in \varphi^{-1}(D(a)) \iff \varphi(\mathfrak{p})\in D(a) \iff a \not\in \varphi(\mathfrak{p}) | |||
| = f^{-1}(\mathfrak{p}) \iff \mathfrak{p} \not\in D(f(a))$. | |||
| \end{proof} | |||
| \section{Endlich étale Morphismen} | |||
| \begin{definition} | |||
| @@ -267,65 +281,107 @@ | |||
| \begin{bem}[Zariskiüberdeckung] | |||
| Eine Überdeckung von $A$ wie in \ref{def:finite-locally-free} nennen wir im Folgenden Zariskiüberdeckung. | |||
| Elemente $\{f_i\}_{i \in I}$ sind genau dann eine Zariskiüberdeckung von $A$, wenn | |||
| $\spec A = \bigcup_{i \in I} D(f_i)$. | |||
| \end{bem} | |||
| \begin{proof} | |||
| $\spec A = \bigcup_{i \in I} D(f_i)$ $\iff$ für alle $\mathfrak{p} \in \spec A$ | |||
| existiert ein $f_i$, sodass $f_i \not\in \mathfrak{p}$ | |||
| $\iff$ für alle $\mathfrak{p} \in \spec A$ ist das Ideal $(f_i)$ nicht in $\mathfrak{p}$ enthalten | |||
| $\iff A = (f_i)$ | |||
| \end{proof} | |||
| Geometrisch denke man bei $\varphi\colon A \to B$ an $\psi\colon \spec B \to \spec A$. | |||
| Wegen $\psi^{-1}(D(f)) = D(\varphi(f))$ für $f \in A$, entspricht | |||
| $A_f \to B_f = B_{\varphi(f)}$ also geometrisch einfach der Einschränkung von $\psi$ auf | |||
| $\psi^{-1}(D(f)) \to D(f)$. | |||
| Aus Vorträgen 7 und 8 kennen wir den folgenden Zusammenhang: | |||
| \begin{satz}[Äquivalente Charakterisierungen von endlich étale] | |||
| Sei $f\colon A \to B$ ein Ringhomomorphismus. Dann sind äquivalent | |||
| Sei $A \to B$ ein Ringhomomorphismus. Dann sind äquivalent | |||
| \begin{enumerate}[(i)] | |||
| \item $f$ endlich étale, das heißt $f$ ist endlich, flach und unverzweigt. | |||
| \item $A \to B$ endlich étale, das heißt endlich, flach und unverzweigt. | |||
| %\item $B$ ist endlich präsentiert und flach als $A$-Modul und $\Omega_{B / A} = 0$. | |||
| %\item $B$ ist endliche, projektive und separable $A$-Algebra. | |||
| \item $A \to B$ endlich, projektiv und separabel. | |||
| \item $A \to B$ endlich, projektiv und $\Omega_{B / A} = 0$. | |||
| \item Es existiert eine Zariskiüberdeckung $\{f_i\}_{i \in I}$ von $A$, sodass | |||
| $A_{f_i} \to B_{f_i}$ endlich étale ist. | |||
| \item Es existiert eine Zariskiüberdeckung $\{f_i\}_{i \in I}$ von $A$, sodass | |||
| $B_{f_i}$ endliche, freie, separable $A_{f_i}$-Algebra ist. | |||
| \item $B$ ist endlich präsentiert und flach als $A$-Modul und $\Omega_{B / A} = 0$. | |||
| \item $B$ endliche projektive $A$-Algebra und $\Omega_{B / A} = 0$. | |||
| $A_{f_i} \to B_{f_i}$ endlich frei und separabel ist. | |||
| \end{enumerate} | |||
| \end{satz} | |||
| \begin{bem} | |||
| Jede endlich étale Algebra ist auch endlich und lokal frei, denn separable Algebren sind per Definition endlich. | |||
| \label{bem:finite-etale-is-locally-free} | |||
| \end{bem} | |||
| \begin{lemma} | |||
| Sei $B$ eine endliche, projektive $A$-Algebra. Dann ist $A \to B$ genau dann separabel, wenn | |||
| $A_{\mathfrak{p}} \to B_{\mathfrak{p}}$ separabel ist für alle $\mathfrak{p} \in \spec A$. | |||
| \label{lemma:separable-is-local} | |||
| \end{lemma} | |||
| \begin{proof} | |||
| $A \to B$ ist genau dann separabel, wenn die von der Spur induzierte Abbildung | |||
| $B \to \operatorname{Hom}_{A}(B, A)$ ein Isomorphismus ist. Das | |||
| ist eine lokale Eigenschaft. Da außerdem $B$ endlich erzeugter, projektiver $A$-Modul ist, das | |||
| heißt insbesondere endlich präsentiert ist, folgt mit \ref{lemma:localisation-finitely-pres} | |||
| (iv)$\Rightarrow$(v): Sei $\{f_i\}_{i \in I}$ eine Zariskiüberdeckung von $A$, sodass | |||
| $A_{f_i} \to B_{f_i}$ endlich étale ist. Nach \ref{satz:projectiveislocallyfree} existiert also für | |||
| alle $i \in I$ eine | |||
| Zariskiüberdeckung $\left\{\frac{f_{ij}}{1}\right\}$ von $A_{f_i}$, sodass $(A_{f_{i}f_{ij}}) = (A_{f_i})_{f_{ij}} | |||
| \to B_{f_i f_{ij}} = (B_{f_i})_{f_{ij}}$ endlich, frei und separabel (da Lokalisieren Separabilität erhält) ist. | |||
| Zudem ist $\spec A = \bigcup_{i \in I} D(f_i) = \bigcup_{i \in I} \bigcup_{j} D(f_i f_{ij})$, also | |||
| ist $\{f_i f_{ij}\}_{i,j}$ eine Zariskiüberdeckung von $A$. | |||
| (v)$\Rightarrow$(i): Sei $\{f_i\}_{i \in I}$ eine Zariskiüberdeckung von $A$, sodass $A_{f_i} \to B_{f_i}$ | |||
| endlich frei und separabel ist. Nach \ref{satz:projectiveislocallyfree} | |||
| ist also $A \to B$ endlich und projektiv. | |||
| Es genügt also $\Omega_{B / A} = 0$ zu zeigen. Dazu sei $\mathfrak{p} \in \spec A$ beliebig. | |||
| Dann ist | |||
| \[ | |||
| \operatorname{Hom}_{A}(B, A)_{\mathfrak{p}} = | |||
| \operatorname{Hom}_{A_{\mathfrak{p}}}(B_{\mathfrak{p}}, A_{\mathfrak{p}}) | |||
| \] und damit die Behauptung. | |||
| (\Omega_{B / A})_{\mathfrak{p}} = \Omega_{B / A} \otimes_A A_{\mathfrak{p}} | |||
| = \Omega_{B \otimes_A A_{\mathfrak{p}} / A_{\mathfrak{p}}} | |||
| = \Omega_{B_{\mathfrak{p}} / A_{\mathfrak{p}}} | |||
| .\] Da $\spec A = \bigcup_{i \in I} D(f_i)$ existiert nun ein $i \in I$, sodass $f_i \not\in \mathfrak{p}$. | |||
| Also $A_{\mathfrak{p}} = (A_{f_i})_{\mathfrak{p}} \to (B_{f_i})_{\mathfrak{p}} = B_{\mathfrak{p}}$ formal | |||
| unverzweigt, da $A_{f_i} \to B_{f_i}$ formal unverzweigt. Also | |||
| ist $\Omega_{B_{\mathfrak{p}} / A_{\mathfrak{p}}} = 0$ und damit $A \to B$ endlich étale. | |||
| \end{proof} | |||
| \begin{satz} | |||
| Sei $B$ eine $A$-Algebra. Dann ist $B$ genau dann endlich étale über $A$, wenn | |||
| $B$ projektive, separable $A$-Algebra ist. | |||
| \label{satz:equiv-finite-etale} | |||
| \end{satz} | |||
| \begin{bem} | |||
| Jede endlich étale Algebra ist also insbesondere endlich und lokal frei. | |||
| \label{bem:finite-etale-is-locally-free} | |||
| \end{bem} | |||
| \begin{proof} | |||
| ($\Rightarrow$) | |||
| Nach \ref{bem:finite-etale-is-locally-free} ist $B$ endliche projektive $A$-Algebra. Weiter sei | |||
| $\{f_i\}_{i \in I}$ in $A$, sodass $A = \sum_{i \in I} (f_i)$ und | |||
| $B_{f_i}$ endliche separable $A_{f_i}$ Algebra für alle $i \in I$. Nun sei $\mathfrak{p} \in \spec A$. Dann | |||
| existiert ein $i \in I$, sodass $f_i \not\in \mathfrak{p}$. Also | |||
| folgt $B_{\mathfrak{p}} = (B_{f_i})_{\mathfrak{p}}$ und $A_{\mathfrak{p}} = (A_{f_i})_{\mathfrak{p}}$. | |||
| Nach \ref{lemma:separable-is-local} ist also | |||
| $A_{\mathfrak{p}} \to B_{\mathfrak{p}}$ separabel. | |||
| Da $\mathfrak{p}$ beliebig war, folgt erneut mit \ref{lemma:separable-is-local} die Behauptung. | |||
| ($\Leftarrow$) Sei $B$ projektive, separable $A$-Algebra. Nach \ref{satz:projectiveislocallyfree} | |||
| existieren $\{f_i\}_{i \in I}$, sodass $\sum_{i \in I} (f_i) = A$ und | |||
| $B_{f_i}$ endliche, freie $A_{f_i}$-Algebra. Da Lokalisieren Separabilität erhält, ist $B_{f_i}$ auch separabel | |||
| über $A_{f_i}$ und es folgt die Behauptung. | |||
| \end{proof} | |||
| %\begin{lemma} | |||
| % Sei $B$ eine endliche, projektive $A$-Algebra. Dann ist $A \to B$ genau dann separabel, wenn | |||
| % $A_{\mathfrak{p}} \to B_{\mathfrak{p}}$ separabel ist für alle $\mathfrak{p} \in \spec A$. | |||
| % \label{lemma:separable-is-local} | |||
| %\end{lemma} | |||
| % | |||
| %\begin{proof} | |||
| % $A \to B$ ist genau dann separabel, wenn die von der Spur induzierte Abbildung | |||
| % $B \to \operatorname{Hom}_{A}(B, A)$ ein Isomorphismus ist. Das | |||
| % ist eine lokale Eigenschaft. Da außerdem $B$ endlich erzeugter, projektiver $A$-Modul ist, das | |||
| % heißt insbesondere endlich präsentiert ist, folgt mit \ref{lemma:localisation-finitely-pres} | |||
| % \[ | |||
| % \operatorname{Hom}_{A}(B, A)_{\mathfrak{p}} = | |||
| % \operatorname{Hom}_{A_{\mathfrak{p}}}(B_{\mathfrak{p}}, A_{\mathfrak{p}}) | |||
| % \] und damit die Behauptung. | |||
| %\end{proof} | |||
| %\begin{satz} | |||
| % Sei $B$ eine $A$-Algebra. Dann ist $B$ genau dann endlich étale über $A$, wenn | |||
| % $B$ projektive, separable $A$-Algebra ist. | |||
| % \label{satz:equiv-finite-etale} | |||
| %\end{satz} | |||
| % | |||
| %\begin{proof} | |||
| % ($\Rightarrow$) | |||
| % Nach \ref{bem:finite-etale-is-locally-free} ist $B$ endliche projektive $A$-Algebra. Weiter sei | |||
| % $\{f_i\}_{i \in I}$ in $A$, sodass $A = \sum_{i \in I} (f_i)$ und | |||
| % $B_{f_i}$ endliche separable $A_{f_i}$ Algebra für alle $i \in I$. Nun sei $\mathfrak{p} \in \spec A$. Dann | |||
| % existiert ein $i \in I$, sodass $f_i \not\in \mathfrak{p}$. Also | |||
| % folgt $B_{\mathfrak{p}} = (B_{f_i})_{\mathfrak{p}}$ und $A_{\mathfrak{p}} = (A_{f_i})_{\mathfrak{p}}$. | |||
| % Nach \ref{lemma:separable-is-local} ist also | |||
| % $A_{\mathfrak{p}} \to B_{\mathfrak{p}}$ separabel. | |||
| % Da $\mathfrak{p}$ beliebig war, folgt erneut mit \ref{lemma:separable-is-local} die Behauptung. | |||
| % | |||
| % ($\Leftarrow$) Sei $B$ projektive, separable $A$-Algebra. Nach \ref{satz:projectiveislocallyfree} | |||
| % existieren $\{f_i\}_{i \in I}$, sodass $\sum_{i \in I} (f_i) = A$ und | |||
| % $B_{f_i}$ endliche, freie $A_{f_i}$-Algebra. Da Lokalisieren Separabilität erhält, ist $B_{f_i}$ auch separabel | |||
| % über $A_{f_i}$ und es folgt die Behauptung. | |||
| %\end{proof} | |||
| \subsection{Stabilität von endlich étale} | |||
| @@ -395,7 +451,7 @@ Aus Vorträgen 7 und 8 kennen wir den folgenden Zusammenhang: | |||
| auch $B_{\mathfrak{p}} \neq 0$, also | |||
| $[ B : A ](\mathfrak{p}) > 0$. Rückrichtung: Mit \ref{satz:rings-degree}(a) ist $A \to B$ injektiv | |||
| und weil $B$ endliche $A$-Algebra, ist $B$ ganze Ringerweiterung von $A$, also folgt | |||
| die Aussage aus Macdonald Theorem 5.10. | |||
| die Aussage aus (einer Variante von) Going-Up (siehe Macdonald Theorem 5.10). | |||
| \end{enumerate} | |||
| \end{proof} | |||
| @@ -502,20 +558,6 @@ Aus Vorträgen 7 und 8 kennen wir den folgenden Zusammenhang: | |||
| Weil Isomorphismus eine lokale Eigenschaft ist, folgt die Behauptung. | |||
| \end{proof} | |||
| \begin{lemma} | |||
| Sei $f\colon A \to B$ Ringhomomorphismus und $\varphi \colon \spec B \to \spec A$ die induzierte | |||
| Abbildung. Dann ist für $a \in A$: | |||
| \[ | |||
| \varphi^{-1}(D(a)) = D(f(a)) | |||
| .\] | |||
| \label{lemma:preimage-of-d} | |||
| \end{lemma} | |||
| \begin{proof} | |||
| $\mathfrak{p} \in \varphi^{-1}(D(a)) \iff \varphi(\mathfrak{p})\in D(a) \iff a \not\in \varphi(\mathfrak{p}) | |||
| = f^{-1}(\mathfrak{p}) \iff \mathfrak{p} \not\in D(f(a))$. | |||
| \end{proof} | |||
| \begin{definition}[Total zerlegbare Algebren] | |||
| Eine $A$-Algebra $B$ ist \emph{total zerlegbar}, wenn | |||
| $A$ ein endliches Produkt von Ringen $A_n$ ist mit $n \ge 0$ und | |||