| @@ -246,6 +246,20 @@ | |||||
| Außerdem ist $f \mid fg$ und damit $x = 0$. | Außerdem ist $f \mid fg$ und damit $x = 0$. | ||||
| \end{proof} | \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} | \section{Endlich étale Morphismen} | ||||
| \begin{definition} | \begin{definition} | ||||
| @@ -267,65 +281,107 @@ | |||||
| \begin{bem}[Zariskiüberdeckung] | \begin{bem}[Zariskiüberdeckung] | ||||
| Eine Überdeckung von $A$ wie in \ref{def:finite-locally-free} nennen wir im Folgenden 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} | \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: | Aus Vorträgen 7 und 8 kennen wir den folgenden Zusammenhang: | ||||
| \begin{satz}[Äquivalente Charakterisierungen von endlich étale] | \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)] | \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 | \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{enumerate} | ||||
| \end{satz} | \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} | \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} | \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} | \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 | auch $B_{\mathfrak{p}} \neq 0$, also | ||||
| $[ B : A ](\mathfrak{p}) > 0$. Rückrichtung: Mit \ref{satz:rings-degree}(a) ist $A \to B$ injektiv | $[ B : A ](\mathfrak{p}) > 0$. 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 | 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{enumerate} | ||||
| \end{proof} | \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. | Weil Isomorphismus eine lokale Eigenschaft ist, folgt die Behauptung. | ||||
| \end{proof} | \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] | \begin{definition}[Total zerlegbare Algebren] | ||||
| Eine $A$-Algebra $B$ ist \emph{total zerlegbar}, wenn | Eine $A$-Algebra $B$ ist \emph{total zerlegbar}, wenn | ||||
| $A$ ein endliches Produkt von Ringen $A_n$ ist mit $n \ge 0$ und | $A$ ein endliches Produkt von Ringen $A_n$ ist mit $n \ge 0$ und | ||||