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\ProvidesClass{notes}
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\pgfplotsset{
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% ticks=none,
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\newcounter{curve}
\NewDocumentCommand{\algebraiccurve}{ O{} O{$#5 = 0$} O{-4:4} O{-4:4} m }{
\addplot[id=curve\arabic{curve}, raw gnuplot, smooth, #1] function{%
f(x,y) = #5;
set xrange [#3];
set yrange [#4];
set view 0,0;
set isosample 1000,1000;
set size square;
set cont base;
set cntrparam levels incre 0,0.1,0;
unset surface;
splot f(x,y)
};
\addlegendentry{#2}
\stepcounter{curve}
}%
% PAGE GEOMETRY
\geometry{
top=1.2in,bottom=1.4in,left=1.3in,right=1.3in,
bottom=35mm
}
% PARAGRAPH no indent but skip
%\setlength{\parskip}{3mm}
%\setlength{\parindent}{0mm}
\newtheorem{satz}{Proposition}[section]
\newtheorem{theorem}[satz]{Theorem}
\newtheorem{lemma}[satz]{Lemma}
\newtheorem{korollar}[satz]{Corollary}
\theoremstyle{definition}
\newtheorem{definition}[satz]{Definition}
\newtheorem*{definition*}{Definition}
%\theoremstyle{definition}
%\newmdtheoremenv{satz}{Satz}[section]
%\newmdtheoremenv{lemma}[satz]{Lemma}
%\newmdtheoremenv{korollar}[satz]{Korollar}
%\newmdtheoremenv{definition}[satz]{Definition}
\newtheorem{bsp}[satz]{Example}
\newtheorem{bem}[satz]{Remark}
\newtheorem{aufgabe}{Exercise}
% enable aufgaben counting
\regtotcounter{aufgabe}
% temporary calculation counter
\newcounter{var}
\newcommand{\N}{\mathbb{N}}
\newcommand{\R}{\mathbb{R}}
\newcommand{\Z}{\mathbb{Z}}
\newcommand{\Q}{\mathbb{Q}}
\newcommand{\C}{\mathbb{C}}
% HEADERS
\pagestyle{headings}
\newcommand{\incfig}[1]{%
\def\svgwidth{\columnwidth}
\import{./figures/}{#1.pdf_tex}
}
\pdfsuppresswarningpagegroup=1
% code listings, define style
\lstdefinestyle{mystyle}{
commentstyle=\color{gray},
keywordstyle=\color{blue},
numberstyle=\tiny\color{gray},
stringstyle=\color{black},
basicstyle=\ttfamily\footnotesize,
breakatwhitespace=false,
breaklines=true,
captionpos=b,
keepspaces=true,
numbers=left,
numbersep=5pt,
showspaces=false,
showstringspaces=false,
showtabs=false,
tabsize=2
}
% activate my colour style
\lstset{style=mystyle}
% better stackrel
\let\oldstackrel\stackrel
\renewcommand{\stackrel}[2]{%
\oldstackrel{\mathclap{#1}}{#2}
}%
% integral d sign
\makeatletter \renewcommand\d[2][]{\ensuremath{%
\,\mathrm{d}^{#1}#2\@ifnextchar^{}{\@ifnextchar\d{}{\,}}}}
\makeatother
% contradiction
\newcommand{\contr}{\text{\Large\lightning}}
% disjoint unions: provides cupdot and bigcupdot
\makeatletter
\def\moverlay{\mathpalette\mov@rlay}
\def\mov@rlay#1#2{\leavevmode\vtop{%
\baselineskip\z@skip \lineskiplimit-\maxdimen
\ialign{\hfil$\m@th#1##$\hfil\cr#2\crcr}}}
\newcommand{\charfusion}[3][\mathord]{
#1{\ifx#1\mathop\vphantom{#2}\fi
\mathpalette\mov@rlay{#2\cr#3}
}
\ifx#1\mathop\expandafter\displaylimits\fi}
\makeatother
\newcommand{\cupdot}{\charfusion[\mathbin]{\cup}{\cdot}}
\newcommand{\bigcupdot}{\charfusion[\mathop]{\bigcup}{\cdot}}
\ExplSyntaxOn
% S-tackrelcompatible ALIGN environment
% some might also call it the S-uper ALIGN environment
% uses regular expressions to calculate the widest stackrel
% to put additional padding on both sides of relation symbols
\NewEnviron{salign}
{
\begin{align}
\lec_insert_padding:V \BODY
\end{align}
}
% starred version that does no equation numbering
\NewEnviron{salign*}
{
\begin{align*}
\lec_insert_padding:V \BODY
\end{align*}
}
% some helper variables
\tl_new:N \l__lec_text_tl
\seq_new:N \l_lec_stackrels_seq
\int_new:N \l_stackrel_count_int
\int_new:N \l_idx_int
\box_new:N \l_tmp_box
\dim_new:N \l_tmp_dim_a
\dim_new:N \l_tmp_dim_b
\dim_new:N \l_tmp_dim_needed
% function to insert padding according to widest stackrel
\cs_new_protected:Nn \lec_insert_padding:n
{
\tl_set:Nn \l__lec_text_tl { #1 }
% get all stackrels in this align environment
\regex_extract_all:nnN { \c{stackrel}{(.*?)}{(.*?)} } { #1 } \l_lec_stackrels_seq
% get number of stackrels
\int_set:Nn \l_stackrel_count_int { \seq_count:N \l_lec_stackrels_seq }
\int_set:Nn \l_idx_int { 1 }
\dim_set:Nn \l_tmp_dim_needed { 0pt }
% iterate over stackrels
\int_while_do:nn { \l_idx_int <= \l_stackrel_count_int }
{
% calculate width of text
\hbox_set:Nn \l_tmp_box {$\seq_item:Nn \l_lec_stackrels_seq { \l_idx_int + 1 }$}
\dim_set:Nn \l_tmp_dim_a {\box_wd:N \l_tmp_box}
% calculate width of relation symbol
\hbox_set:Nn \l_tmp_box {$\seq_item:Nn \l_lec_stackrels_seq { \l_idx_int + 2 }$}
\dim_set:Nn \l_tmp_dim_b {\box_wd:N \l_tmp_box}
% check if 0.5*(a-b) > minimum padding, if yes updated minimum padding
\dim_compare:nNnTF
{ 1pt * \dim_ratio:nn { \l_tmp_dim_a - \l_tmp_dim_b } { 2pt } } > { \l_tmp_dim_needed }
{ \dim_set:Nn \l_tmp_dim_needed { 1pt * \dim_ratio:nn { \l_tmp_dim_a - \l_tmp_dim_b } { 2pt } } }
{ }
\quad
% increment list index by three, as every stackrel produces three list entries
\int_incr:N \l_idx_int
\int_incr:N \l_idx_int
\int_incr:N \l_idx_int
}
% replace all relations with align characters (&) and add the needed padding
\regex_replace_all:nnN
{ (<&|&<|\c{iff}&|&\c{iff}|\c{impliedby}&|&\c{impliedby}|\c{implies}&|&\c{implies}|\c{approx}&|&\c{approx}|\c{equiv}&|&\c{equiv}|=&|&=|\c{le}&|&\c{le}|\c{ge}&|&\c{ge}|&\c{stackrel}{.*?}{.*?}|\c{stackrel}{.*?}{.*?}&|&\c{neq}|\c{neq}&|\c{simeq}&|&\c{simeq}) }
{ \c{kern} \u{l_tmp_dim_needed} \1 \c{kern} \u{l_tmp_dim_needed} }
\l__lec_text_tl
\l__lec_text_tl
}
\cs_generate_variant:Nn \lec_insert_padding:n { V }
\ExplSyntaxOff
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+169
View File
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\documentclass[a4paper, 11pt]{article}
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\usepackage{textcomp}
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\usepackage{tikz-cd}
\usepackage{enumerate}
\pagestyle{fancy}
\fancyhead{}
\fancyfoot{}
\rhead{30.6.2022}
\makeatletter
\newcommand{\colim@}[2]{%
\vtop{\m@th\ialign{##\cr
\hfil$#1\operator@font colim$\hfil\cr
\noalign{\nointerlineskip\kern1.5\ex@}#2\cr
\noalign{\nointerlineskip\kern-\ex@}\cr}}%
}
\newcommand{\colim}{%
\mathop{\mathpalette\colim@{\rightarrowfill@\textstyle}}\nmlimits@
}
\makeatother
\newcommand{\spec}{\operatorname{Spec }}
\newtheorem{satz}{Satz}
\newtheorem{thm}[satz]{Theorem}
\newtheorem{lemma}[satz]{Lemma}
\newtheorem{definition}[satz]{Definition}
\newtheorem{bem}[satz]{Bemerkung}
\newtheorem{bung}[satz]{Übung}
\newtheorem{rem}[satz]{Erinnerung}
\begin{document}
\section*{Endlich étale Morphismen, Vortrag 9}
Sei $A$ ein (kommutativer) Ring.
% \begin{rem}[Komposition]
% Sei $B$ endliche, projektive $A$-Algebra und $C$ endliche, projektive $B$-Algebra. Dann
% ist $C$ endliche, projektive $A$-Algebra.
% \label{satz:composition-projective}
%\end{rem}
\begin{rem}%[Basiswechsel endlich projektive]
Endlich (treu-)projektiv ist stabil unter Basiswechsel und Komposition. Insbesondere
kommutiert für $A \to B$ endlich projektiv und $A \to C$ Ringhomomorphismus das folgende Diagramm:
%Sei $B$ endlich projektive $A$-Algebra und $C$ eine weitere $A$-Algebra. Dann
%ist $B \otimes_A C$ endlich projektive $C$-Algebra.
%Insbesondere kommutiert das folgende Diagramm
\[
\begin{tikzcd}
\spec C \arrow[swap]{dr}{[B \otimes_A C : C]} \arrow[from=1-1,to=1-3] & & \spec A \arrow{dl}{[B : A]} \\
& \mathbb{Z} &.
\end{tikzcd}
\]
\label{satz:basischange-projective}
\end{rem}
\begin{bung}
Sei $B$ endliche, projektive $A$-Algebra. Dann ist
\begin{enumerate}[(a)]
\item $B = 0 \iff [B : A] = 0$.
\item $A \to B$ Isomorphismus $\iff [B : A] = 1$.
\item $\spec B \to \spec A$ surjektiv $\iff$ $B$ treuprojektive $A$-Algebra.
\end{enumerate}
\label{satz:degree}
\end{bung}
\begin{definition}[Zariskiüberdeckung]
Wir nennen Elemente $\{f_i\}_{i \in I} \subseteq A$ eine Zariskiüberdeckung von $A$, wenn
$\spec A = \bigcup_{i \in I} D(f_i)$.
\end{definition}
% \begin{definition}
% Sei $f\colon A \to B$ ein Ringhomomorphismus.
% $f$ ist \emph{endlich und lokal frei}, wenn eine Zariskiüberdeckung existiert, sodass
% $B_{f_i}$ endliche, freie $A_{f_{i}}$ Algebra ist für alle $i \in I$.
% \label{def:finite-locally-free}
%\end{definition}
\begin{satz}[Äquivalente Charakterisierungen von endlich étale]
Sei $A \to B$ ein Ringhomomorphismus. Dann sind äquivalent
\begin{enumerate}[(i)]
\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 für alle $i \in I$.
\item Es existiert eine Zariskiüberdeckung $\{f_i\}_{i \in I}$ von $A$, sodass
$A_{f_i} \to B_{f_i}$ endlich frei und separabel ist für alle $i \in I$.
%\item Es existiert eine treuprojektive $A$-Algebra $C$, sodass $B \otimes_A C$ total zerlegbar ist.
\end{enumerate}
\end{satz}
\begin{satz}%[Basiswechsel endlich étale]
%Sei $B$ endlich étale $A$-Algebra und $C$ eine weitere $A$-Algebra. Dann ist
%$B \otimes_{A} C$ endlich étale $C$-Algebra.
%\label{satz:basischange}
Endlich étale ist stabil unter Basiswechsel und Komposition.
\end{satz}
% \begin{satz}[Komposition endlich étale]
% Sei $B$ endlich étale $A$-Algebra und $C$ endlich étale $B$-Algebra. Dann ist
% $C$ endlich étale $A$-Algebra.
%\end{satz}
\begin{bung}
Sei $A$ ein Ring und $(B_i)_{i \in I}$ $A$-Algebren mit $I$ endlich. Sei weiter
$B = \prod_{i \in I} B_i$. Dann ist $B$ genau dann endlich étale, wenn
jedes $B_i$ endlich étale ist. In diesem Fall gilt
$[B : A] = \sum_{i \in I} [B_i : A]$.
\label{ex:5.3}
\end{bung}
\begin{bung}
Seien $(A_i)_{i \in I}, (B_i)_{i \in I}$ Ringe mit $I$ endlich und sei $B_i$ endlich étale $A_i$-Algebra
für alle $i \in I$. Dann ist $\prod_{i \in I} B_i$ endlich étale $\prod_{i \in I} A_i$-Algebra. Außerdem
ist jede endlich étale $\prod_{i \in I} A_i$ Algebra von dieser Form.
Weiter ist
\[
\left[ \prod_{i \in I} B_i : \prod_{i \in I} A_i \right]\Big|_{\spec A_j} = [ B_j : A_j]
.\]
\label{satz:projective-prod}
\end{bung}
\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
$B$ isomorph ist zu $\prod_{n \ge 0} A_n^{n}$, sodass
\[
\begin{tikzcd}
B \arrow{r}{\sim} & \prod_{n \ge 0}^{} A_n^{n} \\
A \arrow{u} \arrow{r}{\sim} & \prod_{n \ge 0} A_n \arrow{u}
\end{tikzcd}
\] kommutiert.
\end{definition}
\begin{thm}
Sei $B$ eine $A$-Algebra. Dann ist $A \to B$ genau dann endlich étale,
wenn eine treuprojektive $A$-Algebra $C$ existiert, sodass
$C \to B \otimes_A C$ total zerlegbar ist.
\label{th:5.10}
\end{thm}
\begin{definition}
Sei $E$ eine endliche Menge. Dann sei $A^{E} = \prod_{e \in E}^{} A$. Für
eine Abbildung endlicher Mengen $\phi\colon D \to E$ bezeichne
mit $\hat{\phi}\colon A^{E}\to A^{D}$ den von $A^{E} \to A$,
$(a_e)_{e \in E} \mapsto a_{\phi(d)}$ für $d \in D$ induzierten $A$-Algebrahomomorphismus.
Ein solches $\hat{\phi}$ ist endlich étale.
\end{definition}
\begin{lemma}
Seien $A, B, C$ Ringe und $f\colon A \to B$, $g\colon A \to C$ total zerlegbar und $h\colon C \to B$ ein
Ringhomomorphismus mit $f = hg$. Sei weiter $\mathfrak{p} \in \spec A$. Dann
existiert ein $a \in A$, sodass $a \not\in \mathfrak{p}$ und $f, g$ und $h$ trivial über $D(a)$ sind. Das heißt
es existieren endliche Mengen $D$ und $E$ und Isomorphismen $\alpha\colon A_a^{D} \to B_a$
und $\beta\colon A_a^{E} \to C_a$ und eine Abbildung $\phi\colon D \to E$, sodass das Diagramm
\[
\begin{tikzcd}
B_a & & & \arrow[from=1-4,to=1-1,swap]{}{h} C_a \\
& \arrow{ul}{\alpha} A_a^{D} & \arrow[swap]{l}{\hat{\phi}} A_a^{E} \arrow{ur}{\beta} & \\
A_a \arrow[from=3-1,to=1-1]{}{f} \arrow{ur} & & & \arrow[from=3-4,to=3-1]{}{\operatorname{id}_{A_a}} \arrow{ul} A_a \arrow[from=3-4,to=1-4]{}{g}
\end{tikzcd}
\] kommutiert.
\label{lemma:locally-trivial}
\end{lemma}
\begin{satz}
Seien $f\colon A \to B$ und $g\colon A \to C$ endlich étale Ringhomomorphismen und
$h\colon C \to B$ ein Ringhomomorphismus mit $f = hg$. Dann ist $h$ endlich étale.
\end{satz}
\end{document}
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\documentclass[a4paper]{article}
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\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{textcomp}
\usepackage[german]{babel}
\usepackage{amsmath, amssymb, amsthm}
\usepackage[shortlabels]{enumitem}
\title{Versuch einer axiomatischen Ethik}
\author{Christian Merten}
\begin{document}
\maketitle
\section{Einleitung}
%Die Philosophie ist eine hoffnungslose Wissenschaft.
Nach Moore ist eine Definition des Wortes \emph{gut} unmöglich. Gut
wird von ihm als abstraktes, einfaches Grundwort vorausgesetzt, dessen Existenz er postuliert.
Dieses Prinzip findet sich
in der Mathematik, speziell der Mengenlehre wieder. Hier wird der Begriff der \emph{Menge}
vorausgesetzt ohne diesen zu definieren. Es besteht jedoch ein wesentlicher Unterschied zwischen der
Mengenlehre und der Ethik Moores: Die Mengenlehre befasst sich mit den Eigenschaften von
Mengen, anhand vorgegebener Axiome. Moore hingegen schreibt gut keinerlei Eigenschaften
zu, außer der charakterisierenden Eigenschaft des Guten, nicht definierbar zu sein.
Charakterisierungen als Definition zu missverstehen ist für Moore ein Fehlschluss, weshalb der
hier anklingende Widerspruch nur oberflächlich ist.
Eine Definition im Sinne von Moore ist eine analytische Aufsummierung
der Bestandteile einer Sache. Dennoch charakterisiert Moore das Wort gut: Er postuliert es gebe
nur ein einziges einfaches, nicht analytisch zerlegbares, also nicht definierbares Grundwort:
Das Wort gut. Dadurch ist gut eindeutig charakterisiert, ohne eine Definition
im Sinne von Moore zu geben.
Einen strengen Unterschied sieht Moore zwischen der Eigenschaft gut und dem \emph{Guten}.
Letzteres bezeichne im Folgenden die Sammlung aller Gegenstände unseres Denkens, die die Eigenschaft
gut tragen. Das Gute ist also ein analytisch zerlegter Begriff und somit das
Spiegelbild von gut in der natürlichen Welt. Die grundlegende Aufgabe der Ethik ist
diese Sammlung des Guten zu bestimmen.
Neben dem einzigen einfachen Grundwort gut gibt es in unserer Sprache auf den ersten
Blick noch ein weiteres solches einfaches Grundwort: Das Adjektiv \emph{schlecht}. Das steht
jedoch im Widerspruch zu Moores Postulat der Eindeutigkeit des Wortes gut. Der Fehler
liegt darin, dass, der natürlichen, sprachlichen Intuition folgend, das Adjektiv schlecht,
unter Voraussetzung der Existenz des Wortes gut, analytisch als das Gegenteil von
gut definiert werden kann.
Dies führt zwingend zu folgender Beobachtung: Da die Bedeutung von gut nicht analytisch
festlegbar ist, bleibt die Wahrheit des Satzes ,,Töten ist gut.`` unentscheidbar. Auf den ersten
Blick werden die meisten Menschen diesen Satz als falsch bezeichnen. Für
eine Person, die für sich das einzige, nicht analytisch zerlegbare Grundwort gut mit der
der sprachlichen Intuition folgenden Bedeutung von schlecht assoziiert, wird diesen
Satz jedoch als wahr ansehen.
Die Intuitionisten lösen dieses Dilemma, indem sie die Existenz eines weiteren
Sinns postulieren: Die moralische Intuition. Diese detektiert die Eigenschaft
gut und erlaubt somit eine Beantwortung der oben beschriebenen grundlegenden Frage
der Ethik nach der Charakterisierung des Guten.
Dieser Aufsatz plädiert für eine andere Umgangsweise mit dem obigen Dilemma.
\section{Axiomatische Ethik}
Ein Axiom ist ein Grundsatz einer Theorie oder eines Systems, das innerhalb des Systems als wahr
angenommen ist. Im Gegensatz zu einer These bedarf ein Axiom keines Beweises innerhalb der Theorie.
Beispiele für axiomatische Wissenschaften sind
die Mathematik, mit den Axiomen der Mengenlehre, oder die
theoretische Physik der klassischen Mechanik, mit den Newtonschen Axiomen.
Ein bereits aufgetretenes ethisches Axiom ist Moores Postulat der Existenz und Eindeutigkeit
des Grundworts gut. In diesem Sinne ist die Ethik Moores also bereits axiomatisch. Im Folgenden
ist dieses Postulat die Grundannahme und es werden nur Axiomensysteme betrachtet, die dieses
voraussetzen.
Der Ansatz zur Lösung des oben beschriebenen Dilemmas ist nun die Schaffung eines ausdrucksstarken
Axiomensystems. Die Grundobjekte sind hier stets die Gegenstände unseres Denkens, über die moralische
Urteile gefällt werden sollen. Ein mögliches Axiomensystem ist nun das folgende:
\begin{enumerate}[(i)]
\item Jede nichtleere Sammlung von Gegenständen unseres Denkens enthält eine
Sammlung als Element,
die disjunkt zur ersten Sammlung ist.
\item Das Gute ist eine nichtleere Sammlung.
\item Das Schlechte ist eine nichtleere Sammlung.
\item Ein Gegenstand unseres Denkens ist genau dann gut, wenn er nicht schlecht
ist.
\item Die Hintereinanderausführung zweier Handlungen ist genau dann gut,
wenn beide Handlungen gut sind.
\item Die Vereinigung von endlich vielen guten Gegenständen unseres
Denkens zu einer Sammlung
ist selbst wieder gut.
\end{enumerate}
Einige dieser Axiome erscheinen dem Leser vermutlich naheliegend. Andere mögen auf
den ersten Blick überraschend oder unklar wirken. Besonders das Axiom (i) benötigt
eine Erläuterung: Da auch Sammlungen von Gegenständen unseres Denkens erneut ein Gegenstand
unseres Denkens darstellen, können diese selbst wieder Elemente von solchen Sammlungen sein. Das
erste Axiom verhindert nun, dass zyklische Verschachtelungen von Sammlungen existieren:
Sei eine Sammlung gegeben. Dann betrachte man die
Sammlung, die als einziges Element die erste Sammlung enthält. Die zweite Sammlung
enthält dann nach Axiom (i) eine Sammlung, die disjunkt zu ersterer ist. Allerdings
enthält die zweite Sammlung nur die erste Sammlung, also ist die zweite Sammlung disjunkt
zur ersten Sammlung. In anderen Worten: Keine Sammlung enthält sich selbst als Element.
Hieraus lassen sich nun zahlreiche Eigenschaften des Guten ableiten. Beispielsweise
ist das Gute selbst natürlich ein Gegenstand unseres Denkens. Es drängt sich also
natürlicherweise die Frage auf, ob das Gute selbst gut ist. Mit anderen Worten:
Ist das Gute im Guten enthalten? Die Erläuterung im letzten Absatz beantwortet die Frage eindeutig
mit Nein, per Definition des Guten ist also das Gute nicht selbst gut.
Das hat eine direkte Konsequenz: Nach Axiom (iv) ist das Gute schlecht.
Dieses Beispiel nährt Zweifel an einem Sinn für moralische Intuition. Die zunächst schwierig, wenn
nicht sogar widersprüchlich
klingende Aussage ,,Das Gute ist schlecht.`` hat in diesem axiomatischen Kontext nicht nur
einen klaren Sinn, sie ist sogar zwingend wahr.
Die Schwierigkeit der Theorie ist, dass die Sammlung des Guten zwar nichtleer ist, jedoch
die Axiome, außer dem Schlechten mit einem analogen Argument wie oben, keine Gegenstände
unseres Denkens als gut charakterisiert.
Per Axiom natürliche Objekte anzugeben, die gut sind, führt aber zwingend zu
einem naturalistischen Fehlschluss. Es
ist damit notwendigerweise gegeben, dass die Axiome ohne solche konkreten Angaben formuliert werden.
Damit
ist das motivierende Dilemma folgendermaßen gelöst: Formale Eigenschaften des Wortes gut, werden
durch Axiome festgehalten. Dadurch erhält das Wort gut eine über seine definierende
Charakterisierung hinausgehende Bedeutung. Die Entscheidung, welche natürlichen Gegenstände
unseres Denkens gut sind, findet dann zwingend im System und nicht außerhalb statt.
Hier liegt eine große Stärke dieses axiomatischen Ansatzes.
Die Axiome geben lediglich einen formalen Rahmen für ethische Argumente. Sie sind
somit unabhängig von den sozialen Standards, Werten und Normen einer Gesellschaft und
können als universelle Grundlage für moralische Diskussionen angesehen werden.
Moral ist dann eine Realisierung der Ethik, beispielsweise in einer Gesellschaft in
der Werte und Normen die Sammlung des Guten mit Leben füllen. Selbstverständlich
ist dabei nicht jedes Paar aus Gesellschaft und Werten eine Realisierung des obigen Axiomensystems.
Die Aufgabe der Metaethik ist deshalb nun ein geeignetes Axiomensystem zu finden, das zum einen
ausdrucksstark genug ist, um ethische Argumentationen auszuführen und andererseits hinreichend
kompatibel ist mit realen Gesellschaften und Wertsystemen. Das heißt, dass sich genügend viele
dieser letzten Systeme in dem axiomatischen Modell realisieren lassen.
In diesem Ansatz ist die Ethik die Wissenschaft, die aus den Axiomen ethische Thesen beweist.
Die Metaethik lebt hier also eine Ebene höher als die Ethik und ist von dieser klar getrennt.
Sie ist die Instanz, die über die Axiome streitet, blickt also von außen auf diese Grundsätze
und ist somit überhaupt in der Lage über diese zu diskutieren. Wertvolle Kriterien sind
Ausdrucksstärke und
Widerspruchsfreiheit, wobei letztere bereits aus logischen Gründen nicht
nachgewiesen werden kann\footnote{Siehe Gödel.}.
Moores Ansatz ist ein leeres Axiomensystem, denn neben dem Postulat der Existenz des
Grundbegriffs gut, fordert er keine weiteren Eigenschaften an die Eigenschaft gut. Sein
System ist somit maximal ausdrucksschwach.
Das hier vorgeschlagene System ist klar ausdrucksstärker. Beispielsweise ist
die folgende Aussage wahr: Seien zwei Handlungen gegeben.
Falls eine der beiden schlecht ist, so ist zwingend die
Hintereinanderausführung schlecht, denn angenommen diese wäre gut, so folgt mit Axiom (v),
dass beide Handlungen gut sind.
Die Ausdrucksstärke macht das System natürlich auch streitbarer: Eine unmittelbare Konsequenz
aus obigem Beispiel ist die folgende Aussage: Angenommen Stehlen ist schlecht. Dann ist der
Diebstahl eines Kaugummis im lokalen Supermarkt, gefolgt von einer großzügigen Spende
an ein Wiederaufbauprogramm in der Ukraine unabhängig vom Charakter der zweiten Handlung schlecht.
Eine gute Handlung ist also eine vollkommen gute Handlung. Jeder Schritt muss alleine gesehen
gut sein. In den meisten Gesellschaften mit ihren gängigen Wertsystemen wirkt das sicherlich, wie
eine zweifelhafte Aussage. Das legt die Vermutung nahe, dass das hier beispielhaft
angegebene Axiomensystem nicht hinreichend realisierbar ist. Vermutlich würden die meisten Menschen,
die nicht gerade Putin sind, die obige Situation als ,,überwiegend gut`` bewerten.
Moralische Urteile sind wie hier häufig relativ formuliert oder verwenden zumindest
Abstufungen der Eigenschaft gut. Das steht natürlich im klaren Gegensatz zum vorliegenden Modell,
das nur zwei Zustände zulässt: Ein Gegenstand unseres Denkens ist entweder gut oder schlecht.
Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass das obige Problem nicht bei Vereinigungen von
Gegenständen unseres Denkens auftritt. Die Axiomatik ist hier entschieden schwächer, denn
eine Vereinigung guter und schlechter Gegenstände kann durchaus gut sein. Ein klassisches
Beispiel ist der Tyrannenmord. Während in den meisten Gesellschaften die Gegenstände
,,Tyrannei abschaffen`` als gut und ,,Mord`` als schlecht eingestuft werden, wird dessen
Vereinigung, Tyrannenmord, als gut eingeschätzt.
Bei genauer Betrachtung kann auch die Hinrichtung des Axioms (v)
als nicht intuitiv erscheinen: Unter der
in den meisten wissenschaftlichen Kreisen vertretenen Annahme,
dass das Schützen des Klimas, beispielsweise durch das Entziehen von CO$_2$ aus der Atmosphäre,
eine gute Handlung ist,
folgt mit Axiom (v), dass auch die beliebig häufige Wiederholung dieser Handlung wieder eine gute
Handlung ist. Jedoch führt das häufig wiederholte Entziehen von CO$_2$
aus der Atmosphäre zwingend zu einer deutlichen Senkung der globalen Temperatur. Nach hinreichend
häufiger Wiederholung ist also nicht mehr die globale Erwärmung das Problem, sondern die globale
Abkühlung und die damit verbundene drohende menschengemachte Eiszeit. In
dieser Situation wäre, zumindest gemäß gemäßigten wissenschaftlichen Kreisen, das Entziehen von
CO$_2$ eine schlechte Handlung und das Verbrennen von Kohle die gute Handlung.
Das sehr häufige Wiederholen der selben guten Handlung kann also eine schlechte Handlung sein.
Wieder scheint also das vorgeschlagene Axiomensystem mit einem weit verbreiteten Wertesystem nicht
kompatibel zu sein. Allerdings liegt diese Inkompatibilität nur an der Oberfläche. Der Fehler
ist sprachliche Ungenauigkeit: Die Aussage ,,Entziehen von CO$_2$ ist gut`` ist eine fatal verkürzte
Form von ,,Entziehen von CO$_2$ ist im Sommer 2022 gut``. Wenn also die Handlungen vollständig
mit Ort und Zeit verstanden werden, dann lassen sich diese auch nur hintereinander
ausführen, wenn die Zeiten miteinander kompatibel sind. Und dann lässt sich auch aus der
Prämisse ,,Entziehen von CO$_2$ im Sommer 2022 ist gut``, nicht die Aussage
,,Entziehen von CO$_2$ im Jahr 2100 ist gut`` ableiten.
\subsection{Endlichkeit}
Das Gute ist nicht endlich, denn wäre es endlich, so wäre es die endliche Vereinigung seiner
guten Elemente, also nach Axiom (vi) selber gut, was im Widerspruch zu der Tatsache steht, dass
das Gute schlecht ist. Hier wird also nicht nur postuliert, dass es überhaupt unendlich viele
Gegenstände unseres Denkens gibt, was angesichts des Beispiels der Zahlen die meisten
Menschen nicht verwundern wird, sondern auch, dass unendlich viele solche die Eigenschaft
gut tragen. Das bedeutet, dass eine Moral, die dieses Axiomensystem realisiert, nicht
durch eine endliche Auflistung guter Gegenstände unseres Denkens erklärt werden kann.
Es drängt sich an dieser Stelle die Frage auf: Ist das Gute zumindest endlich erzeugt? Also
gibt es eine endliche Sammlung elementarer guter Gegenstände unseres Denkens, sodass sich
alle guten Dinge als Vereinigung oder Hintereinanderausführung dieser Elementaren ergeben? Ein
Beispiel für eine Moral, die das Axiomensystem realisiert und endlich erzeugt ist, lässt
sich im alten Testament finden: Die von den 10 Geboten ableitbare Moral. Das Gute ist dann
gegeben als beliebige endliche Vereinigungen der Werte wie
Ehrlichkeit, Treue oder Respekt des Eigentums, und beliebige Hintereinanderausführungen
der so entstandenen guten Handlungen.
Vermutlich entstehen tatsächlich die meisten Moralsysteme aus einer endlichen Menge an Werten, in
anderen Worten: Das Gute ist zumeist endlich erzeugt. Ein mögliches zusätzliches sinnvolles Axiom
wäre also zu fordern, dass das Gute ein endliches Erzeugendensystem besitzt.
Die analoge Frage lässt sich natürlich auch für das Schlechte stellen. Das Axiomensystem lässt diese
Frage jedoch offen, da keine Aussage über endliche Vereinigungen von schlechten Gegenständen
unseres Denkens getroffen wird.
\section{Zusammenfassung}
Moores Postulat des eindeutigen einfachen Grundworts gut, zieht zwingend die Notwendigkeit nach sich,
dieses Wort mit weiteren postulierten Eigenschaften zu versehen. Anstatt eine fast göttliche,
übergeordnete Instanz zu fordern, die moralische Intuition, die unfehlbar entscheidet, was gut
und schlecht ist, ist der hier geschilderte axiomatische Ansatz ein Versuch die formalen
Eigenschaften des Guten festzulegen, um damit einen möglichst universellen Rahmen für
Moralsysteme aller Art zu schaffen.
\end{document}
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@book {hartshorne,
AUTHOR = {Hartshorne, Robin},
TITLE = {Residues and duality},
SERIES = {Lecture Notes in Mathematics, No. 20},
NOTE = {Lecture notes of a seminar on the work of A. Grothendieck,
given at Harvard 1963/64,
With an appendix by P. Deligne},
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@article {mathew,
AUTHOR = {Akhil Mathew},
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AUTHOR = {Mircea Mustaţă},
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\documentclass[a4paper]{../../notes}
\newcommand{\com}[1]{#1^{\text{\scalebox{0.7}{\textbullet}}}}
\newcommand{\K}{\mathcal{K}}
\renewcommand{\lim}{\varprojlim}
\newcommand{\colim}[1]{\underset{#1}{\operatorname{colim}\;}}
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\newcommand{\sh}[1]{\mathcal{A}b(#1)}
\newcommand{\supp}[1]{\operatorname{supp}(#1)}
\begin{document}
\section{Overview}
These notes mostly follow \cite{mathew}. Some ideas are taken
from \cite{gelfand}.
In the following, for a topological space $X$ denote by $\sh{X}$ the category
of sheaves of abelian groups on $X$. Furthermore, denote by
$\mathrm{D}^{+}(X)$ the bounded below derived category of $\sh{X}$.
\begin{definition}[Lower Shriek]
Let $f\colon X \to Y$ be a continuous map of locally compact topological spaces.
For $\mathcal{F} \in \sh{X}$
and $U \subseteq Y$ open, let
\[
f_{!}(\mathcal{F})(U) = \{ s \in \mathcal{F}(f^{-1}(U)) \colon \supp{s} \xrightarrow{f} U \text{ proper}\}
.\]
\end{definition}
\begin{lemma}[Lower shriek of sheaf is a sheaf]
Let $\mathcal{F} \in \sh{X}$ be a sheaf $f\colon X \to Y$ continuous.
Then $f_{!}\mathcal{F}$ is a sheaf on $Y$.
\end{lemma}
\begin{proof}
Clearly, $f_{!}\mathcal{F}$ is a sub-presheaf of the sheaf $f_{*} \mathcal{F}$. To show
it is a sheaf, we need to verify that gluing sections in $f_{!}\mathcal{F}$ gives again a
section in $f_{!}\mathcal{F}$.
Let $(U_i)_{i \in I}$ be a family of open sets in $Y$ and $s_i \in (f_{!} \mathcal{F})(U_i)$
sections. Thus $s_i \in \mathcal{F}(f^{-1}(U_i))$ such that $\supp{s_i} \xrightarrow{f} U_i$
is proper.
Gluing yields a unique section $s \in \mathcal{F}(f^{-1}(U))$. We need
to check that
\[
\supp{s} = \bigcup_{i \in I} \supp{s_i} \xlongrightarrow{f} \bigcup_{i \in I} U_i
\] is proper. For this note that
$\left(f|_{\supp{s}}\right)^{-1}(U_i) = f^{-1}(U_i) \cap \supp{s} = \supp{s_i}$ and
being proper is local on the target.
\end{proof}
The goal of this and the following talk is to prove the following theorem
\begin{theorem}[Verdier duality]
If $X, Y$ are locally compact topological spaces of finite dimension,
then $\mathrm{R}f_{!}$ admits a right adjoint
$f^{!}\colon \mathrm{D}^{+}(Y) \to \mathrm{D}(X)$.
\end{theorem}
To show the existence of the derivative of $f_{!}$, we need to introduce an adapted class of shaves.
\begin{definition}
Let $X$ be a locally compact space, $\mathcal{F} \in \sh{X}$ and $Z \subseteq X$ a subset. Then
define
\[
\mathcal{F}(Z) = \Gamma(Z, \mathcal{F}) = \Gamma(Z, i^{*}\mathcal{F})
\] for $i\colon Z \to X$ the canonical inclusion.
\end{definition}
\begin{bem}
If $Z \subseteq X$ is a subset and $i\colon Z \to X$ the canonical inclusion, then
\[
\mathcal{F}(Z)
=
\left\{ (s_i, U_i)_{i \in I} \colon U_i \subseteq X \text{ open with } Z \subseteq \bigcup_{i \in I} U_i,
s_i \in \mathcal{F}(U_i) \text{ with } (s_i)_z = (s_{j})_z \forall i, j \in I, z \in Z \cap U_i \cap U_j\right\} / \sim
.\]
where $(U_i, s_i)_{i \in I} \sim (V_j, t_j)_{j \in J}$
if and only if $(s_i)_z = (t_j)_z$ for all $i \in I$, $j \in J$ and $z \in U_i \cap V_j \cap Z$.
For every open neighbourhood $U$ of $Z$, we have a restriction map
\[
\mathcal{F}(U) \to \mathcal{F}(Z), s \mapsto s|_Z \coloneqq [(s, U)]
.\] This induces a map
\[
\colim{Z \subseteq U} \mathcal{F}(U)
\to \mathcal{F}(Z)
.\]
\end{bem}
\begin{lemma}
Let $X$ be a locally compact Hausdorff space and $\mathcal{F} \in \sh{X}$.
If $Z \subseteq X$ is compact, the natural map
\[
\colim{Z \subseteq U} \mathcal{F}(U) \longrightarrow \mathcal{F}(Z)
\] is an isomorphism.
\end{lemma}
\begin{proof}
Injectivity: Let $s \in \mathcal{F}(U)$ such that $s|_Z = 0$. Thus for all $z \in Z$,
$s_z = 0$ and
there exists an open neighbourhood
$z \in U_z \subseteq U$ such that $s|_{U_z} = 0$. Thus $s|_{\bigcup U_z } = 0$. Since
$Z \subseteq \bigcup_{z \in Z} U_z$, $s$ is zero in the colimit.
Surjectivity: Take $(s_i, U_i)_{i \in I} \in \mathcal{F}(Z)$. Thus
$Z \subseteq \bigcup_{i \in I} U_i$ and by local compactness, for every $z \in Z$, there
exists a compact neighbourhood $z \in K_z$ such that $K_z \subseteq U_{i_z}$ for
some $i_z \in I$. Since $Z$ is compact, finitely many suffice, so we may assume
$Z \subseteq \bigcup_{i=1}^{n} K_i$ and $K_i \subseteq U_i \subseteq X$.
We now want to define a section on a neighbourhood of $Z$ that locally agrees with the $s_i$.
By induction, we may assume $n = 2$. By definition, $(s_1)_z = (s_2)_z$ for all $z \in Z \cap U_1 \cap U_2$,
in particular $s_1|_{U_1 \cap U_2}$ and $s_2|_{U_1 \cap U_2}$ have the same restriction
to $K_1 \cap K_2$. By the injectivity of the restriction map,
there exists an open neighbourhood $K_1 \cap K_2 \subseteq V \subseteq U_1 \cap U_2$, such that
$s_1|_V = s_2|_V$. Since $K_j \setminus V$ is closed in the compact $K_j$, for $j=1,2$
the subset $K_j \setminus V$ is compact. Since $X$ is Hausdorff, there
exist open neighbourhoods $K_j \setminus V \subseteq U_j' \subseteq U_j$ such that
$U_1' \cap U_2' = \emptyset$. Now $s_1|_{U_1'}$, $s_2|_{U_2'}$ and
$s_1|_V = s_2|_V$ glue to a section $w$ on $U_1' \cup U_2' \cup V \supseteq K_1 \cup K_2 \supseteq Z$
such that $w|_Z = [(s_i, U_i)_{i \in I}]$.
\end{proof}
\begin{definition}
A sheaf $\mathcal{F} \in \sh{X}$ is \emph{soft} if
$\mathcal{F}(X) \to \mathcal{F}(Z)$ is surjective whenever $Z \subseteq X$ is compact.
\end{definition}
\begin{bem}
In \cite{kashiwara} our notion of softness is called \emph{c-soft}.
For $\sigma$-compact spaces the notions agree according to Exercise II.6 in \cite{kashiwara}.
\end{bem}
\begin{bem}[Flasque sheaves are soft]
Recall that a sheaf $\mathcal{F} \in \sh{X}$ is called \emph{flasque}, if
for every open set $U \subseteq X$, the restriction map
$\mathcal{F}(X) \to \mathcal{F}(U)$ is surjective. For $Z \subseteq X$ compact,
we have a commutative diagram:
\[
\begin{tikzcd}
\mathcal{F}(X) \arrow{rr} \arrow[twoheadrightarrow]{dr} & & \mathcal{F}(Z) \\
& \colim{Z \subseteq U} \mathcal{F}(U) \arrow{ur}{\simeq} &
\end{tikzcd}
.\] Thus $\mathcal{F}$ is soft.
\end{bem}
\begin{satz}
Let $X$ be a locally compact topological space.
If $\mathcal{F} \in \sh{X}$ is soft, $K \subseteq X$ is compact and $K \subseteq U$ is an open neighbourhood,
any section over $K$ can be extended to a global section with compact support contained in $U$.
\end{satz}
\begin{proof}
Let $s \in \mathcal{F}(K)$.
By local compactness, there exists a compact neighbourhood $L$ of $K$ with $L \subseteq U$. Then
$K \cap \partial L = \emptyset$. Consider the section on $K \cup \partial L$ given by
$s$ on $K$ and zero on $\partial L$. Since $\mathcal{F}$ is soft, this can be extended
to a global section, and a fortiori to a section $t$ over $L$. Now
the sections given by $t$ on $L$ and $0$ on $\overline{X \setminus L}$ glue to a compactly
supported extension of $s$. Since $L \subseteq U$, its support is contained in $U$.
\end{proof}
\subsection{Compactly supported cohomology}
Let $X$ be a topological space.
\begin{bem}[Support]
For $\mathcal{F} \in \sh{X}$, $U \subseteq X$ open and a section $s \in \mathcal{F}(U)$,
its support $\supp{s}$ is defined as
\[
\{ x \in U\colon s_x \neq 0\}
.\] This set is always closed, as its complement is open.
\end{bem}
\begin{definition}
Let $U \subseteq X$ be open and $\mathcal{F} \in \sh{X}$. We define
$\Gamma_c(U, \mathcal{F})$ as the subgroup of $\Gamma(U, \mathcal{F})$ consisting of
sections with compact support.
\end{definition}
\begin{bem}
If $s, t \in \Gamma(U, \mathcal{F})$ have compact support, so does $s + t$. Thus
$\Gamma_c(U, \mathcal{F})$ is indeed a subgroup of $\Gamma(U, \mathcal{F})$.
Taking $U = X$, this defines a functor $\Gamma_c = \Gamma_c(X, \cdot)\colon \sh{X} \to \mathcal{A}b$
\end{bem}
\begin{bem}[Lower shriek and compact support]
Let $f\colon X \to \{ *\} $ be the unique continuous map from $X$ to the one point space.
Then $f_{!} \cdot = \Gamma_c(X, \cdot)$
\end{bem}
\begin{satz}
$\Gamma_c$ is left exact.
\label{satz:gamma_c-left-exact}
\end{satz}
\begin{proof}
Let $0 \to \mathcal{F}' \to \mathcal{F} \to \mathcal{F}''$ be an exact sequence
in $\sh{X}$. This induces a commutative diagram
\[
\begin{tikzcd}
0 \arrow{r} & \Gamma(X, \mathcal{F}') \arrow{r}
& \Gamma(X, \mathcal{F}) \arrow{r}
& \Gamma(X, \mathcal{F}'') \\
0 \arrow{r} & \Gamma_c(X, \mathcal{F}') \arrow{r} \arrow[hookrightarrow]{u}
& \Gamma_c(X, \mathcal{F}) \arrow{r} \arrow[hookrightarrow]{u}
& \Gamma_c(X, \mathcal{F}'') \arrow[hookrightarrow]{u}
\end{tikzcd}
,\] where the first row is exact. Since the vertical arrows are inclusions,
the injectivity of $\Gamma_c(X, \mathcal{F}') \to \Gamma_c(X, \mathcal{F})$ is immediate. Let now
$s \in \Gamma_c(X, \mathcal{F}) \subseteq \Gamma(X, \mathcal{F})$
such that $s$ becomes zero in $\Gamma_c(X, \mathcal{F}'')$. Thus
by exactness of the first row, $s \in \Gamma(X, \mathcal{F}')$. Since $s \in \Gamma_c(X, \mathcal{F})$,
$s$ is compactly supported, so $s \in \Gamma_c(X, \mathcal{F}')$.
\end{proof}
\begin{satz}
Let $0 \to \mathcal{F}' \to \mathcal{F} \to \mathcal{F}'' \to 0$ be an exact sequence
in $\sh{X}$. Suppose $\mathcal{F}'$ is soft. Then the sequence
$0 \to \Gamma_c(X, \mathcal{F}') \to \Gamma_c(X, \mathcal{F}) \to \Gamma_c(X, \mathcal{F}'') \to 0$
is also exact.
\label{satz:soft-gamma_c-exact}
\end{satz}
\begin{proof}
By \ref{satz:gamma_c-left-exact}, we only need to show surjectivity on the right.
Suppose first that $X$ is compact and let $s \in \Gamma_c(X, \mathcal{F}'') = \Gamma(X, \mathcal{F}'')$.
Since $\mathcal{F} \to \mathcal{F}'' \to 0$ is exact, there exist
a covering $X = \bigcup_{i \in I} U_i$ and lifts $t_i \in \mathcal{F}(U_i)$
of $s|_{U_i}$. By local compactness of $X$, we may assume, after a possible refinement, that each
$U_i$ contains a compact set $V_i$ whose interiors still cover $X$. Since
$X$ is compact, we may assume $I$ is finite. To piece together the $t_i$, we may assume, by induction,
that $\#I = 2$.
Consider $t_1|_{U_1 \cap U_2} - t_2|_{U_1 \cap U_2}$. This is necessarily a section $e'$ of
$\mathcal{F}'(U_1 \cap U_2)$ as it maps to zero in $\mathcal{F}''(U_1 \cap U_2)$. Restricting
$e'$ to the compact $V_1 \cap V_2$ and extending it by softness, yields a global section $e$ of
$\mathcal{F}'$. Now
\[
(t_2|_{V_2} + e|_{V_2})|_{V_1 \cap V_2} = t_2|_{V_1 \cap V_2} + e'|_{V_1 \cap V_2} = t_1|_{V_1 \cap V_2}
.\] Thus $t_1|_{V_1}, t_2|_{V_2} + e|_{V_2}$ glue to a global section $t$ of $\mathcal{F}$
with image $s$.
Now for general $X$: Let $s \in \mathcal{F}''(X)$ with compact support $Z$. By local compactness,
there exists a compact neighbourhood $Z' \subseteq X$ of $Z$. Since
pullback of sheaves is exact and restriction of soft sheaves to closed subsets preserves softness,
applying the result to $Z'$,
yields a section $t' \in \mathcal{F}(Z')$ lifting $s|_{Z'}$. The restriction
$t'|_{\partial Z'}$ maps to $s|_{\partial Z'} = 0$, so $t'|_{\partial Z'} \in \mathcal{F}'(\partial Z')$.
Since $\partial Z'$ is compact and $\mathcal{F}'$ is soft, $t'|_{\partial Z'}$
extends to a global section $b$ of $\mathcal{F}'$. Thus
\[
(t' - b|_{Z'})|_{\partial Z'} = t'|_{\partial Z'} - t'|_{\partial Z'} = 0
.\] So
$t' - b|_{Z'}$ on $Z'$ and $0$ on $\overline{X \setminus Z'}$ glue to a global section
$t$ of $\mathcal{F}$. Then $t|_{Z'} = t' - b|_{Z'}$ maps to $s|_{Z'}$ since
$b \in \mathcal{F}'(X)$. Since $\supp{t}, \supp{s} \subseteq Z'$, $t$ is a compactly supported lift of $s$.
\end{proof}
\begin{korollar}
If $0 \to \mathcal{F}' \to \mathcal{F} \to \mathcal{F}'' \to 0$ is an exact sequence
in $\sh{X}$ and $\mathcal{F}', \mathcal{F}$ are soft, then
$\mathcal{F}''$ is soft too.
\label{kor:soft-2+3}
\end{korollar}
\begin{proof}
Let $Z \subseteq X$ be compact.
Since restricting to a closed subset is exact and preserves softness,
by \ref{satz:soft-gamma_c-exact} $\Gamma_c(Z, \mathcal{F}) \to \Gamma_c(Z, \mathcal{F}'')$ is surjective.
This yields a commutative
diagram
\[
\begin{tikzcd}
\Gamma_c(X, \mathcal{F}) \arrow[twoheadrightarrow]{d} \arrow{r} & \Gamma_c(X, \mathcal{F}'')
\arrow{d} \\
\Gamma_c(Z, \mathcal{F}) \arrow[twoheadrightarrow]{r} & \Gamma_c(Z, \mathcal{F}'')
\end{tikzcd}
,\] where the left vertical arrow is surjective, since $\mathcal{F}$ is soft. Since
the composition is surjective, $\Gamma_c(X, \mathcal{F}'') \to \Gamma_c(Z, \mathcal{F}'')$ is also
surjective.
\end{proof}
\begin{korollar}
Soft sheaves are $\Gamma_c$-acyclic.
\label{kor:soft-gamma_c-acyclic}
\end{korollar}
\begin{proof}
Let $\mathcal{F} \in \sh{X}$ be soft and
embed $\mathcal{F}$ in an injective sheaf $\mathcal{I}$. This yields an exact sequence
\[
\begin{tikzcd}
0 \arrow{r} & \mathcal{F} \arrow{r}
& \mathcal{I} \arrow{r}
& \mathcal{G} \arrow{r}
& 0
\end{tikzcd}
.\]
Since $\mathcal{I}$ is injective, in particular flasque, hence soft,
by \ref{kor:soft-2+3}, $\mathcal{G}$ is soft.
We proceed by induction. For $i = 1$ consider the exact sequence
\[
\begin{tikzcd}
0 \arrow{r} & \Gamma_c(X, \mathcal{F}) \arrow{r}
& \Gamma_c(X, \mathcal{I}) \arrow{r}
& \Gamma_c(X, \mathcal{G}) \arrow{r}
& H_c^{1}(X, \mathcal{F}) \arrow{r}
& \underbrace{H_c^{1}(X, \mathcal{I})}_{= 0}
\end{tikzcd}
.\]
Since $\mathcal{F}$ is soft, $\Gamma_c(X, \mathcal{I}) \to \Gamma_c(X, \mathcal{G})$ is
surjective. By the exactness of the sequence, $H_c^{1}(X, \mathcal{F})$ vanishes.
Now assume $H_c^{i}(X, \mathcal{F}) = 0$ for any soft sheaf $\mathcal{F}$. Then the exact sequence
\[
\begin{tikzcd}
\underbrace{H_c^{i}(X, \mathcal{I})}_{= 0} \arrow{r} & H_c^{i}(X, \mathcal{G}) \arrow{r}
& H_c^{i+1}(X, \mathcal{F}) \arrow{r}
& \underbrace{H_c^{i+1}(X, \mathcal{I})}_{= 0}
\end{tikzcd}
\] yields an isomorphism $H_c^{i}(X, \mathcal{G}) \simeq H_c^{i+1}(X, \mathcal{F})$ and
since $\mathcal{G}$ is soft, the left hand side is zero by induction hypothesis.
\end{proof}
\begin{theorem}
Let $f\colon X \to Y$ be a continuous map of locally compact topological spaces. If $Y$ is Hausdorff and
$\mathcal{F} \in \sh{X}$, then there is a natural isomorphism
\[
(R^{i}f_{!}\mathcal{F})_y \simeq H_c^{i}(f^{-1}(y), \mathcal{F}|_{f^{-1}(y)})
\] for each $y \in Y$.
\label{thm:base-change}
\end{theorem}
\begin{proof}
Denote by $X_y$ the fibre of $f$ over $y$ and by $\mathcal{F}$ the restriction to $X_y$.
Let $y \in Y$. Since $R^{i}f_{!}$ is a derived functor, it is a universal $\delta$-functor. Since restriction
of soft sheaves to closed subspaces preserves softness, the $\delta$-functor
$\mathcal{F} \mapsto H_c^{i}(X_y, \mathcal{F}_y)$ vanishes for soft sheaves and $i > 0$. Thus
it is effaceable and hence universal. Therefore it suffices to define a natural isomorphism
in degree $0$.
Let $y \in U \subseteq Y$ open. Then consider the natural map
\begin{salign*}
(f_{!}\mathcal{F})(U) &\longrightarrow \Gamma_c(X_y, \mathcal{F}_y) \\
s &\longmapsto s|_{X_y}
.\end{salign*}
This is well-defined, since for any $s \in \mathcal{F}(f^{-1}(U))$ with
$\supp{s} \xrightarrow{f} U$ proper, we have
\[
\supp{s|_{X_y}} = \supp{s} \cap X_y = \left( f|_{\supp{s}}^{U} \right)^{-1}(y)
\] and the right hand side is compact. This map induces
a natural map
\[
(f_{!}\mathcal{F})_y = \colim{y \in U \subseteq Y} (f_{!}\mathcal{F})(U)
\longrightarrow \Gamma_c(X_y, \mathcal{F}_y)
.\]
Injectivity: Let $s \in (f_{!}\mathcal{F})(U)$ such that $s|_{X_y} = 0$. Thus
$s \in \mathcal{F}(f^{-1}(U))$ and $\supp{s} \xrightarrow{f} U$ is proper. Since
$s|_{X_y} = 0$, $f^{-1}(y) \cap \supp{s} = X_y \cap \supp{s} = \emptyset$, in particular
$y \not\in f(\supp{s})$. Let $y \in U'$ be the complement of $f(\supp{s})$ in $U$.
Since $\supp{s} \xrightarrow{f} U$ is proper, $f(\supp{s})$ is closed in $U$, so
$U'$ is open in $U$ and hence in $Y$. Moreover
\[
f^{-1}(U') \cap \supp{s}
\subseteq f^{-1}(U') \cap f^{-1}(f(\supp{s}))
= f^{-1}(U' \cap f(\supp{s}))
= f^{-1}(\emptyset)
= \emptyset
.\]
Hence $s|_{f^{-1}(U')} = 0$, so $s|_{U'} = 0$.
Surjectivity: Suppose first $\mathcal{F}$ is soft and let
$s \in \Gamma_c(X_y, \mathcal{F}_y)$. Since $\mathcal{F}$ is soft, we may extend
$s \in \mathcal{F}(X_y)$ to a compactly supported $s \in \mathcal{F}(X) = (f_{*}\mathcal{F})(Y)$.
Since $Y$ is Hausdorff, every compact $K \subseteq Y$ is closed and therefore its preimage
under $f|_{\supp{s}}$ is closed in the compact $\supp{s}$, thus itself compact. Hence
$f|_{\supp{s}}\colon \supp{s} \to Y$ is proper and $s \in (f_{!}\mathcal{F})(Y)$.
For arbitrary $\mathcal{F}$, there exists an exact sequence
\[
\begin{tikzcd}
0 \arrow{r} & \mathcal{F} \arrow{r}
& \mathcal{I} \arrow{r}
& \mathcal{J}
\end{tikzcd}
\] with $\mathcal{I}, \mathcal{J}$ soft (e.g. injective). The functors
$(f_{!} \cdot )_y$ and $\Gamma_c(X_y, \cdot |_{X_y})$ are left exact, so we have a commuting diagram
with exact rows:
\[
\begin{tikzcd}
0 \arrow{r} & (f_!\mathcal{F})_y \arrow{r} \arrow{d}
& (f_!\mathcal{I})_y \arrow{r} \arrow{d}{\simeq}
& (f_!\mathcal{J})_y \arrow{d}{\simeq} \\
0 \arrow{r} & \Gamma_c(X_y, \mathcal{F}_y) \arrow{r}
& \Gamma_c(X_y, \mathcal{I}_y) \arrow{r}
& \Gamma_c(X_y, \mathcal{J}_y)
\end{tikzcd}
.\] The five-lemma yields the desired isomorphism.
\end{proof}
\begin{theorem}
Consider a cartesian diagram of locally compact Hausdorff spaces:
\[
\begin{tikzcd}
X \times_Y Z \arrow{r}{f'} \arrow{d}{p'} & X \arrow{d}{p} \\
Z \arrow{r}{f} & Y
\end{tikzcd}
.\] Then there is a natural isomorphism, for any
$\com{\mathcal{F}} \in \mathcal{D}^{+}(X)$,
\[
f^{*} \mathrm{R}p_{!} \com{\mathcal{F}} \simeq \mathrm{R}p_!' f'^{*} \com{\mathcal{F}}
.\]
\end{theorem}
\begin{proof}
By the universal property of derived functors, it suffices to define a natural transformation
$f^{*}p_{!} \to \mathrm{R} p_{!}'f'^{*}$. By composing with the canonical
natural transformation $p_{!}'f'^{*} \to \mathrm{R}p_{!}'f'^{*}$, it suffices to define
the dotted arrow in the diagram below
\[
\begin{tikzcd}
f^{*}p_{!} \arrow[dashed]{rr} \arrow[dotted]{dr} & & \mathrm{R} p_{!}'f'^{*} \\
& p_{!}'f'^{*} \arrow[swap]{ur}{can} &
\end{tikzcd}
.\] By naturality, it is sufficient to define for $\mathcal{G} \in \sh{X}$ a natural map
$f^{*}p_! \mathcal{G} \to p_!'f'^{*}\mathcal{G}$. Since
$f^{*} \dashv f_{*}$, this is equivalent to defining a natural map
$p_!\mathcal{G} \to f_{*} p_{!}'f'^{*} \mathcal{G}$.
Again using $f'^{*} \dashv f'_{*}$, the map $\text{id}_{f'^{*} \mathcal{G}}$ induces a map
$\mathcal{G} \to f'_{*} f'^{*} \mathcal{G}$. Applying
$p_{*}$ yields $p_{*} \mathcal{G} \to p_{*}f'_{*}f'^{*} \mathcal{G}$. By the commutativity of the diagram
we have $p_{*} f'_{*} = (pf')_{*} = (fp')_{*} = f_{*} p'_{*}$, so a map
$\varphi\colon p_{*} \mathcal{G} \to f_{*} p'_{*} f'^{*} \mathcal{G}$.
For $U \subseteq Y$ open, this induces a map
\[
\varphi_U\colon \mathcal{G}(p^{-1}(U)) \longrightarrow (f'^{*} \mathcal{G})(p'^{-1}(f^{-1}(U)))
.\]
Let now $s \in \mathcal{G}(p^{-1}(U))$ such that
$\supp{s} \xrightarrow{p} U$ is proper. Since $f'^{*}$ preserves stalks, for
$(x, z) \in p^{-1}(U) \times_U f^{-1}(U)$ we have the following equivalences
\[
(x, z) \in \supp{\varphi_U(s)}
\iff \varphi_U(s)_{(x, z)} \neq 0
\iff s_{f'(x,z)} \neq 0
\iff s_{x} \neq 0
\iff x \in \supp{s}
.\] Thus $\supp{\varphi_U(s)} = \supp{s} \times_{U} f^{-1}(U)$. We therefore have the following
commutative diagram:
\[
\begin{tikzcd}
\supp{s} \times_{U} f^{-1}(U) \arrow{d} \arrow{r} & \supp{s} \arrow{d} \\
f^{-1}(U) \arrow{r} & U
\end{tikzcd}
.\] By assumption the right vertical arrow is proper. Since properness is stable under (topological)
base change, the left vertical arrow is proper too. Hence
$\supp{\varphi_U(s)} \xrightarrow{p'} f^{-1}(U)$ is proper and
\[
\varphi_U(s) \in (p'_{!}f'^{*} \mathcal{G})(f^{-1}(U)) = (f_{*} p'_{!}f'^{*} \mathcal{G})(U)
.\] Thus $\varphi$ restricts to a natural map
\[
p_{!} \mathcal{G} \longrightarrow f_{*} p'_{!} f'^{*} \mathcal{G}
.\]
To check that this is an isomorphism, we can use the fact that both functors are
way-out functors in the sense of Section 7 in \cite{hartshorne}. Thus we only need to check
this for a single sheaf $\mathcal{F} \in \sh{X}$, i.e. we want to show
\[
f^{*} R^{i} p_{!} \mathcal{F} \xlongrightarrow{\simeq} R^{i}p_{!}'f'^{*}\mathcal{F}
\] for all $i \ge 0$. Again by universality of the $\delta$-functors involved,
we may assume $i = 0$. Moreover, we can check this at the level of stalks. Let $z \in Z$. Then
on the left hand side
\begin{equation}
(f^{*}p_{!}\mathcal{F})_z
\simeq
(p_{!} \mathcal{F})_{f(z)}
\stackrel{\ref{thm:base-change}}{\simeq}
\Gamma_c(p^{-1}(f(z)), \mathcal{F}|_{p^{-1}(f(z))})
=
\Gamma_c(f'(p'^{-1}(z))), \mathcal{F}|_{f'(p'^{-1}(z))})
\label{eq:1}
\end{equation}
On the right hand side, we have
\begin{equation}
(p'_{!} f'^{*} \mathcal{F})_z
\stackrel{\ref{thm:base-change}}{\simeq}
\Gamma_c(p'^{-1}(z), (f'^{*} \mathcal{F})|_{p'^{-1}(z)})
\label{eq:2}
\end{equation}
$\mathcal{F}|_{f'(p'^{-1}(z))}$ and
$(f'^{*} \mathcal{F})|_{p'^{-1}(z)}$ are given as the sheafification of the same presheaf, indeed:
\begin{salign*}
\colim{p'^{-1}(z) \subseteq U \subseteq X \times_Y Z} \; (f'^{*}\mathcal{F})(U)
&= \colim{p'^{-1}(z) \subseteq U \subseteq X \times_Y Z} \quad
\colim{f'(U) \subseteq V \subseteq X} \; \mathcal{F}(V) \\
&= \colim{f'(p'^{-1}(z)) \subseteq V \subseteq X} \; \mathcal{F}(V)
.\end{salign*}
This shows (\refeq{eq:1}) $\simeq$ (\refeq{eq:2}) and concludes the proof.
\end{proof}
\begin{satz}
Soft sheaves are $f_!$-acyclic. In particular, if
$0 \to \mathcal{F}' \to \mathcal{F} \to \mathcal{F}'' \to 0$ is an exact sequence in $\sh{X}$
and $\mathcal{F}'$ is soft, then the sequence
$0 \to f_!\mathcal{F}' \to f_!\mathcal{F} \to f_!\mathcal{F}'' \to 0$ is exact.
\end{satz}
\begin{proof}
Let $i > 0$ and $\mathcal{F} \in \sh{X}$ be soft. Then for $y \in Y$
\begin{salign*}
(R^{i}f_!\mathcal{F})_y
\stackrel{\ref{thm:base-change}}{\simeq} H_c^{i}(f^{-1}(y), \mathcal{F}|_{f^{-1}(y)})
\; \stackrel{\ref{kor:soft-gamma_c-acyclic}}{=} \; 0
,\end{salign*}
since the restriction of a soft sheaf to a closed subset is soft.
\end{proof}
\begin{bsp}
Let $U \subseteq X$ be open and $j\colon U \to X$ the inclusion map. By looking at stalks,
one finds that $j_!\mathcal{F}$ for $\mathcal{F} \in \sh{U}$ is just extension by zero.
\end{bsp}
\begin{satz}[Lower shriek preserves softness]
If $f\colon X \to Y$ is continuous and $\mathcal{F} \in \sh{X}$ is soft, then
$f_! \mathcal{F}$ is soft too.
\end{satz}
\begin{proof}
Let $Z \subseteq Y$ be compact and
$s \in (f_!\mathcal{F})(Z) \simeq \colim{Z \subseteq U \subseteq Y} (f_!\mathcal{F})(U)$. Then
there exists an open neighbourhood $U$ of $Z$ and an extension
$\tilde{s} \in (f_!\mathcal{F})(U) \subseteq \mathcal{F}(f^{-1}(U))$ with
$\supp{\tilde{s}} \xrightarrow{f} U$ proper. Since $Y$ is locally compact, there exists
a compact neighbourhood $L \subseteq U$ of $Z$. Restricting $\tilde{s}$ to the compact
$K \coloneqq \left(f|_{\supp{\tilde{s}}}\right)^{-1}(L) \subseteq \supp{\tilde{s}}$
and extending by softness of $\mathcal{F}$, yields a compactly supported global section
$t \in \mathcal{F}(X) = (f_{*}\mathcal{F})(Y)$ such that $t|_Z = s$. Since
$\supp{t}$ is compact and $Y$ is Hausdorff, $\supp{t} \xrightarrow{f} Y$ is proper.
\end{proof}
\begin{korollar}[Leray spectral sequence]
Given maps $f\colon X \to Y$, $g\colon Y \to Z$ of locally compact Hausdorff spaces,
there is a natural isomorphism
$\mathrm{R}(g \circ f)_{!} \simeq \mathrm{R}g_{!} \circ \mathrm{R}f_{!}$.
\end{korollar}
\begin{proof}
Since soft sheaves are $f_{!}$ (and $g_!$) acyclic and $f_{!}$ maps
soft sheaves to soft sheaves, the result follows from
Proposition 5.4 in \cite{hartshorne}.
\end{proof}
\bibliographystyle{alpha}
\bibliography{refs}
\end{document}
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\newcommand{\com}[1]{#1^{\text{\scalebox{0.7}{\textbullet}}}}
\newcommand{\K}{\mathcal{K}}
\renewcommand{\lim}{\varprojlim}
\newcommand{\colim}[1]{\underset{#1}{\operatorname{colim}\;}}
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\newcommand{\sh}[1]{\mathcal{A}b(#1)}
\newcommand{\supp}[1]{\operatorname{supp}(#1)}
\title{Lower shriek}
\author{Christian Merten}
\begin{document}
\section{Preliminaries}
These notes mostly follow \cite{mathew}. Some ideas are taken
from \cite{gelfand} and \cite{kashiwara}.
In the following, a topological space $X$ is always assumed to be locally compact and Hausdorff.
Denote by $\sh{X}$ the category
of sheaves of abelian groups on $X$. Furthermore, denote by
$\mathrm{D}(X)$ (respectively $\mathrm{D}^{+}(X)$) the (bounded below) derived category of $\sh{X}$.
\begin{definition}[Lower Shriek]
Let $f\colon X \to Y$ be a continuous map of spaces.
For $\mathcal{F} \in \sh{X}$
and $U \subseteq Y$ open, let
\[
f_{!}(\mathcal{F})(U) = \{ s \in \mathcal{F}(f^{-1}(U)) \colon \supp{s} \xrightarrow{f} U \text{ proper}\}
.\]
\end{definition}
\begin{bem}[Support]
For $\mathcal{F} \in \sh{X}$, $U \subseteq X$ open and a section $s \in \mathcal{F}(U)$,
its support $\supp{s}$ is defined as
\[
\{ x \in U\colon s_x \neq 0\}
.\] This set is always closed, as its complement is open.
\end{bem}
\color{gray}
\begin{lemma}[Lower shriek of sheaf is a sheaf]
Let $\mathcal{F} \in \sh{X}$ be a sheaf $f\colon X \to Y$ continuous.
Then $f_{!}\mathcal{F}$ is a sheaf on $Y$.
\end{lemma}
\begin{proof}
Clearly, $f_{!}\mathcal{F}$ is a sub-presheaf of the sheaf $f_{*} \mathcal{F}$. To show
it is a sheaf, we need to verify that gluing sections in $f_{!}\mathcal{F}$ gives again a
section in $f_{!}\mathcal{F}$.
Let $(U_i)_{i \in I}$ be a family of open sets in $Y$ and $s_i \in (f_{!} \mathcal{F})(U_i)$
sections. Thus $s_i \in \mathcal{F}(f^{-1}(U_i))$ such that $\supp{s_i} \xrightarrow{f} U_i$
is proper.
Gluing yields a unique section $s \in \mathcal{F}(f^{-1}(U))$. We need
to check that
\[
\supp{s} = \bigcup_{i \in I} \supp{s_i} \xlongrightarrow{f} \bigcup_{i \in I} U_i
\] is proper. For this note that
$\left(f|_{\supp{s}}\right)^{-1}(U_i) = f^{-1}(U_i) \cap \supp{s} = \supp{s_i}$ and
being proper is local on the target.
\end{proof}
\color{black}
\begin{bem}[Lower shriek is left exact]
Let $0 \to \mathcal{F}' \to \mathcal{F} \to \mathcal{F}''$ be an exact sequence
in $\sh{X}$ and $f\colon X \to Y$ continuous. Then
\[
0 \to f_{!} \mathcal{F}' \to f_{!}\mathcal{F} \to f_{!}\mathcal{F}''
\] is exact.
\end{bem}
\color{gray}
\begin{proof}
We have the following commutative diagram
\[
\begin{tikzcd}
0 \arrow{r} & f_{!} \mathcal{F}' \arrow{r} \arrow[hookrightarrow]{d}
& f_{!} \mathcal{F} \arrow{r} \arrow[hookrightarrow]{d}
& f_{!} \mathcal{F}'' \arrow[hookrightarrow]{d} \\
0 \arrow{r} & f_{*} \mathcal{F}' \arrow{r}
& f_{*} \mathcal{F} \arrow{r}
& f_{*} \mathcal{F}''
\end{tikzcd}
,\] where the second row is exact. Thus the claim follows.
\end{proof}
\color{black}
\begin{bem}[Lower shriek and compact support]
Let $f\colon X \to \{ *\} $ be the unique continuous map from $X$ to the one point space
and $\mathcal{F} \in \sh{X}$.
Then
\[
(f_{!}\mathcal{F})(\{*\}) =
\{ s \in \mathcal{F}(X)\colon \supp{s} \to \{ *\} \text{ proper}\}
= \{ s \in \mathcal{F}(X)\colon \supp{s} \text{ compact}\}
.\] Denote this by $\Gamma_c(X, \mathcal{F})$.
\end{bem}
\section{Derivative of lower shriek}
The goal of this and the following talk is to prove the following theorem
\begin{theorem}[Verdier duality]
If $X, Y$ are locally compact topological spaces of finite dimension,
then $\mathrm{R}f_{!}$ admits a right adjoint
$f^{!}\colon \mathrm{D}^{+}(Y) \to \mathrm{D}(X)$.
\end{theorem}
To calculate the derivative of $f_{!}$, we need to introduce an adapted class of sheaves.
\begin{definition}
Let $X$ be space, $\mathcal{F} \in \sh{X}$ and $Z \subseteq X$ a subset. Then
define
\[
\mathcal{F}(Z) = \Gamma(Z, \mathcal{F}) = \Gamma(Z, \mathcal{F}|_{Z})
\] where $\mathcal{F}|_{Z} = i^{*}\mathcal{F}$ for $i\colon Z \to X$ the canonical inclusion.
\end{definition}
\begin{bem}[Lemma 1.4 in \cite{mustata}]
If $\mathcal{F} \in \sh{X}$, $Z_1, Z_2 \subseteq X$ are closed
and $t_1 \in \mathcal{F}(Z_1)$, $t_2 \in \mathcal{F}(Z_2)$ are given such that
$t_1|_{Z_1 \cap Z_2} = t_2|_{Z_1 \cap Z_2}$, then
there exists a unique section $t \in \mathcal{F}(Z_1 \cup Z_2)$ such that
$t|_{Z_1} = t_1$ and $t|_{Z_2} = t_2$.
\end{bem}
\color{gray}
\begin{bem}
If $Z \subseteq X$ is a subset and $i\colon Z \to X$ the canonical inclusion, then
\[
\mathcal{F}(Z)
=
\left\{ (s_i, U_i)_{i \in I} \colon U_i \subseteq X \text{ open with } Z \subseteq \bigcup_{i \in I} U_i,
s_i \in \mathcal{F}(U_i) \text{ with } (s_i)_z = (s_{j})_z \forall i, j \in I, z \in Z \cap U_i \cap U_j\right\} / \sim
.\]
where $(U_i, s_i)_{i \in I} \sim (V_j, t_j)_{j \in J}$
if and only if $(s_i)_z = (t_j)_z$ for all $i \in I$, $j \in J$ and $z \in U_i \cap V_j \cap Z$.
For every open neighbourhood $U$ of $Z$, we have a restriction map
\[
\mathcal{F}(U) \to \mathcal{F}(Z), s \mapsto s|_Z \coloneqq [(s, U)]
.\] This induces a map
\[
\colim{Z \subseteq U} \mathcal{F}(U)
\to \mathcal{F}(Z)
.\]
\end{bem}
\begin{lemma}
Let $X$ be a space and $\mathcal{F} \in \sh{X}$.
If $Z \subseteq X$ is compact, the natural map
\[
\colim{Z \subseteq U} \mathcal{F}(U) \longrightarrow \mathcal{F}(Z)
\] is an isomorphism.
\end{lemma}
\begin{proof}
Injectivity: Let $s \in \mathcal{F}(U)$ such that $s|_Z = 0$. Thus for all $z \in Z$,
$s_z = 0$ and
there exists an open neighbourhood
$z \in U_z \subseteq U$ such that $s|_{U_z} = 0$. Thus $s|_{\bigcup U_z } = 0$. Since
$Z \subseteq \bigcup_{z \in Z} U_z$, $s$ is zero in the colimit.
Surjectivity: Take $(s_i, U_i)_{i \in I} \in \mathcal{F}(Z)$. Thus
$Z \subseteq \bigcup_{i \in I} U_i$ and by local compactness, for every $z \in Z$, there
exists a compact neighbourhood $z \in K_z$ such that $K_z \subseteq U_{i_z}$ for
some $i_z \in I$. Since $Z$ is compact, finitely many suffice, so we may assume
$Z \subseteq \bigcup_{i=1}^{n} K_i$ and $K_i \subseteq U_i \subseteq X$.
We now want to define a section on a neighbourhood of $Z$ that locally agrees with the $s_i$.
By induction, we may assume $n = 2$. By definition, $(s_1)_z = (s_2)_z$ for all $z \in Z \cap U_1 \cap U_2$,
in particular $s_1|_{U_1 \cap U_2}$ and $s_2|_{U_1 \cap U_2}$ have the same restriction
to $K_1 \cap K_2$. By the injectivity of the restriction map,
there exists an open neighbourhood $K_1 \cap K_2 \subseteq V \subseteq U_1 \cap U_2$, such that
$s_1|_V = s_2|_V$. Since $K_j \setminus V$ is closed in the compact $K_j$, for $j=1,2$
the subset $K_j \setminus V$ is compact. Since $X$ is Hausdorff, there
exist open neighbourhoods $K_j \setminus V \subseteq U_j' \subseteq U_j$ such that
$U_1' \cap U_2' = \emptyset$. Now $s_1|_{U_1'}$, $s_2|_{U_2'}$ and
$s_1|_V = s_2|_V$ glue to a section $w$ on $U_1' \cup U_2' \cup V \supseteq K_1 \cup K_2 \supseteq Z$
such that $w|_Z = [(s_i, U_i)_{i \in I}]$.
\end{proof}
\color{black}
\begin{definition}
A sheaf $\mathcal{F} \in \sh{X}$ is \emph{soft} if
$\mathcal{F}(X) \to \mathcal{F}(Z)$ is surjective whenever $Z \subseteq X$ is compact.
\end{definition}
\begin{bem}
In \cite{kashiwara} our notion of softness is called \emph{c-soft}.
For $\sigma$-compact spaces the notions agree according to Exercise II.6 in \cite{kashiwara}.
\end{bem}
\begin{bem}[Flasque sheaves are soft]
Recall that a sheaf $\mathcal{F} \in \sh{X}$ is called \emph{flasque}, if
for every open set $U \subseteq X$, the restriction map
$\mathcal{F}(X) \to \mathcal{F}(U)$ is surjective. For $Z \subseteq X$ compact,
we have a commutative diagram:
\[
\begin{tikzcd}
\mathcal{F}(X) \arrow{rr} \arrow[twoheadrightarrow]{dr} & & \mathcal{F}(Z) \\
& \colim{Z \subseteq U} \mathcal{F}(U) \arrow{ur}{\simeq} &
\end{tikzcd}
.\] Thus $\mathcal{F}$ is soft.
\end{bem}
\begin{bem}[Prop. 2.5.6 in \cite{kashiwara}]
Let $\mathcal{F} \in \sh{X}$. Then $\mathcal{F}$ is soft if and only if for
any closed subset $Z \subseteq X$, the restriction
$\Gamma_c(X, \mathcal{F}) \to \Gamma_c(Z, \mathcal{F}|_{Z})$
is surjective.
\end{bem}
\color{gray}
\begin{proof}
If $K \subseteq X$ is compact, $\Gamma(K, F) = \Gamma_c(K, F|_K)$,
so the condition is sufficient. Conversely
assume $\mathcal{F}$ is soft and let $s \in \Gamma_c(Z, \mathcal{F}|_Z)$ with
compact support $K$. Let $U$ be a relatively compact open neighbourhood of $K$ in $X$.
Define $\tilde{s} \in \Gamma(\partial U \cup (Z \cap \overline{U}), \mathcal{F})$
by setting $\tilde{s}_{Z \cap \overline{U}} = s$
and $\tilde{s}|_{\partial U} = 0$. By softness, this extends to a global section
$t \in \Gamma(X, \mathcal{F})$. Since $t = 0$ on a neighbourhood of $\partial U$,
we may assume $t$ is supported by $\overline{U}$.
\end{proof}
\color{black}
\begin{bsp}
Let $M$ be a smooth manifold and let $f \in \mathcal{C}^{\infty}(K)$ be a
section over a compact set $K$, i.e. a smooth function defined
on some neighbourhood $U$ of $K$. Thus by using a partition of unity,
we can extend $f$ to a global smooth function $\tilde{f} \in \mathcal{C}^{\infty}(M)$
such that $\tilde{f}|_{K} = f$. In other words, the
sheaf $\mathcal{C}^{\infty}$ is soft.
In a similar fashion we see that the sheaf of sections of a smooth vector bundle
on $M$ is soft.
\end{bsp}
\color{gray}
\begin{bsp}
If $\mathcal{A}$ is a soft sheaf of rings and $\mathcal{F}$ is a sheaf of $\mathcal{A}$-modules,
then $\mathcal{F}$ is soft. Indeed, let $s \in \mathcal{F}(K)$ be a section
over a compact set $K \subseteq X$, i.e. a section on some open neighbourhood of $K$. By
softness we can extend the section $1 \in \mathcal{A}(K)$ to a compactly supported global section
$i \in \mathcal{A}(X)$ with support in $U$. Thus
$si$ extends to a global section of $\mathcal{F}$.
\end{bsp}
\begin{satz}
Let $X$ be a space.
If $\mathcal{F} \in \sh{X}$ is soft, $K \subseteq X$ is compact and $K \subseteq U$ is an open neighbourhood,
any section over $K$ can be extended to a global section with compact support contained in $U$.
\end{satz}
\begin{proof}
Let $s \in \mathcal{F}(K)$.
By local compactness, there exists a compact neighbourhood $L$ of $K$ with $L \subseteq U$. Then
$K \cap \partial L = \emptyset$. Consider the section on $K \cup \partial L$ given by
$s$ on $K$ and zero on $\partial L$. Since $\mathcal{F}$ is soft, this can be extended
to a global section, and a fortiori to a section $t$ over $L$. Now
the sections given by $t$ on $L$ and $0$ on $\overline{X \setminus L}$ glue to a compactly
supported extension of $s$. Since $L \subseteq U$, its support is contained in $U$.
\end{proof}
\color{black}
\subsection{Compactly supported cohomology}
Let $X$ be a space.
%\begin{definition}
% Let $U \subseteq X$ be open and $\mathcal{F} \in \sh{X}$. We define
% $\Gamma_c(U, \mathcal{F})$ as the subgroup of $\Gamma(U, \mathcal{F})$ consisting of
% sections with compact support.
%\end{definition}
%
%\begin{bem}
% If $s, t \in \Gamma(U, \mathcal{F})$ have compact support, so does $s + t$. Thus
% $\Gamma_c(U, \mathcal{F})$ is indeed a subgroup of $\Gamma(U, \mathcal{F})$.
%
% Taking $U = X$, this defines a functor $\Gamma_c = \Gamma_c(X, \cdot)\colon \sh{X} \to \mathcal{A}b$
%\end{bem}
\begin{theorem}[Base change]
Let $f\colon X \to Y$ be a continuous map of spaces. For
$\mathcal{F} \in \sh{X}$, there is a natural isomorphism
\[
(f_{!}\mathcal{F})_y \simeq \Gamma_c(f^{-1}(y), \mathcal{F}|_{f^{-1}(y)})
\] for each $y \in Y$.
\label{thm:base-change}
\end{theorem}
\begin{proof}
Denote by $X_y$ the fibre of $f$ over $y$ and by $\mathcal{F}$ the restriction to $X_y$.
Let $y \in U \subseteq Y$ open. Then consider the natural map
\begin{salign*}
(f_{!}\mathcal{F})(U) &\longrightarrow \Gamma_c(X_y, \mathcal{F}_y) \\
s &\longmapsto s|_{X_y}
.\end{salign*}
This is well-defined, since for any $s \in \mathcal{F}(f^{-1}(U))$ with
$\supp{s} \xrightarrow{f} U$ proper, we have
\[
\supp{s|_{X_y}} = \supp{s} \cap X_y = \left( f|_{\supp{s}}^{U} \right)^{-1}(y)
\] and the right hand side is compact. This map induces
a natural map
\[
(f_{!}\mathcal{F})_y = \colim{y \in U \subseteq Y} (f_{!}\mathcal{F})(U)
\longrightarrow \Gamma_c(X_y, \mathcal{F}_y)
.\]
Injectivity: Let $s \in (f_{!}\mathcal{F})(U)$ such that $s|_{X_y} = 0$. Thus
$s \in \mathcal{F}(f^{-1}(U))$ and $\supp{s} \xrightarrow{f} U$ is proper. Since
$s|_{X_y} = 0$, $f^{-1}(y) \cap \supp{s} = X_y \cap \supp{s} = \emptyset$, in particular
$y \not\in f(\supp{s})$. Let $y \in U'$ be the complement of $f(\supp{s})$ in $U$.
Since $\supp{s} \xrightarrow{f} U$ is proper, $f(\supp{s})$ is closed in $U$, so
$U'$ is open in $U$ and hence in $Y$. Moreover
\[
f^{-1}(U') \cap \supp{s}
\subseteq f^{-1}(U') \cap f^{-1}(f(\supp{s}))
= f^{-1}(U' \cap f(\supp{s}))
= f^{-1}(\emptyset)
= \emptyset
.\]
Hence $s|_{f^{-1}(U')} = 0$, so $s|_{U'} = 0$.
Surjectivity: Suppose first $\mathcal{F}$ is soft and let
$s \in \Gamma_c(X_y, \mathcal{F}_y)$. Since $\mathcal{F}$ is soft, we may extend
$s \in \mathcal{F}(X_y)$ to a compactly supported $s \in \mathcal{F}(X) = (f_{*}\mathcal{F})(Y)$.
Since $Y$ is Hausdorff, every compact $K \subseteq Y$ is closed and therefore its preimage
under $f|_{\supp{s}}$ is closed in the compact $\supp{s}$, thus itself compact. Hence
$f|_{\supp{s}}\colon \supp{s} \to Y$ is proper and $s \in (f_{!}\mathcal{F})(Y)$.
For arbitrary $\mathcal{F}$, there exists an exact sequence
\[
\begin{tikzcd}
0 \arrow{r} & \mathcal{F} \arrow{r}
& \mathcal{I} \arrow{r}
& \mathcal{J}
\end{tikzcd}
\] with $\mathcal{I}, \mathcal{J}$ soft (e.g. injective). The functors
$(f_{!} \cdot )_y$ and $\Gamma_c(X_y, \cdot |_{X_y})$ are left exact, so we have a commuting diagram
with exact rows:
\[
\begin{tikzcd}
0 \arrow{r} & (f_!\mathcal{F})_y \arrow{r} \arrow{d}
& (f_!\mathcal{I})_y \arrow{r} \arrow{d}{\simeq}
& (f_!\mathcal{J})_y \arrow{d}{\simeq} \\
0 \arrow{r} & \Gamma_c(X_y, \mathcal{F}_y) \arrow{r}
& \Gamma_c(X_y, \mathcal{I}_y) \arrow{r}
& \Gamma_c(X_y, \mathcal{J}_y)
\end{tikzcd}
.\] The five-lemma yields the desired isomorphism.
\end{proof}
\begin{satz}[Lower shriek is exact on soft]
Let $0 \to \mathcal{F}' \to \mathcal{F} \to \mathcal{F}'' \to 0$ be an exact sequence
in $\sh{X}$ with $\mathcal{F}'$ soft. Then the sequence
\[
0 \to f_{!}\mathcal{F}' \to f_{!}\mathcal{F} \to f_{!}\mathcal{F}'' \to 0
\] is exact.
\label{satz:lower-shriek-exact-on-soft}
\end{satz}
\begin{proof}
Since $f_{!}$ is left exact, we only need to show the surjectivity on the right, i.e.
for every $y \in Y$ the surjectivity of $(f_{!}\mathcal{F})_y \to (f_{!}\mathcal{F}'')_y$.
We have the following commutative diagram:
\[
\begin{tikzcd}
\Gamma_c(f^{-1}(y), \mathcal{F}|_{f^{-1}(y)}) \arrow{r} \arrow{d} & \arrow{d}
\Gamma_c(f^{-1}(y), \mathcal{F}''|_{f^{-1}(y)}) \\
(f_!\mathcal{F})_y \arrow{r} & (f_!\mathcal{F}'')_y
\end{tikzcd}
.\] By \ref{thm:base-change}, the vertical arrows are isomorphisms. It suffices
thus to show the surjectivity of
$\Gamma_c(f^{-1}(y), \mathcal{F}_{f^{-1}(y)}) \to \Gamma_c(f^{-1}(y), \mathcal{F}''|_{f^{-1}(y)})$.
Restriction to $f^{-1}(y)$ is exact, moreover it preserves softness. We thus reduced
to showing that $\Gamma_c(X, \cdot)$ preserves surjections.
Suppose first that $X$ is compact and let $s \in \Gamma_c(X, \mathcal{F}'') = \Gamma(X, \mathcal{F}'')$.
Since $\mathcal{F} \to \mathcal{F}'' \to 0$ is exact, there exist
a covering $X = \bigcup_{i \in I} U_i$ and lifts $t_i \in \mathcal{F}(U_i)$
of $s|_{U_i}$. By local compactness of $X$, we may assume, after a possible refinement, that each
$U_i$ contains a compact set $V_i$ whose interiors still cover $X$. Since
$X$ is compact, we may assume $I$ is finite. To piece together the $t_i$, we may assume, by induction,
that $\#I = 2$.
Consider $t_1|_{U_1 \cap U_2} - t_2|_{U_1 \cap U_2}$. This is necessarily a section $e'$ of
$\mathcal{F}'(U_1 \cap U_2)$ as it maps to zero in $\mathcal{F}''(U_1 \cap U_2)$. Restricting
$e'$ to the compact $V_1 \cap V_2$ and extending it by softness, yields a global section $e$ of
$\mathcal{F}'$. Now
\[
(t_2|_{V_2} + e|_{V_2})|_{V_1 \cap V_2} = t_2|_{V_1 \cap V_2} + e'|_{V_1 \cap V_2} = t_1|_{V_1 \cap V_2}
.\] Thus $t_1|_{V_1}, t_2|_{V_2} + e|_{V_2}$ glue to a global section $t$ of $\mathcal{F}$
with image $s$.
Now for general $X$: Let $s \in \mathcal{F}''(X)$ with compact support $Z$. By local compactness,
there exists a compact neighbourhood $Z' \subseteq X$ of $Z$. Since
pullback of sheaves is exact and restriction of soft sheaves to closed subsets preserves softness,
applying the result to $Z'$,
yields a section $t' \in \mathcal{F}(Z')$ lifting $s|_{Z'}$. The restriction
$t'|_{\partial Z'}$ maps to $s|_{\partial Z'} = 0$, so $t'|_{\partial Z'} \in \mathcal{F}'(\partial Z')$.
Since $\partial Z'$ is compact and $\mathcal{F}'$ is soft, $t'|_{\partial Z'}$
extends to a global section $b$ of $\mathcal{F}'$. Thus
\[
(t' - b|_{Z'})|_{\partial Z'} = t'|_{\partial Z'} - t'|_{\partial Z'} = 0
.\] So
$t' - b|_{Z'}$ on $Z'$ and $0$ on $\overline{X \setminus Z'}$ glue to a global section
$t$ of $\mathcal{F}$. Then $t|_{Z'} = t' - b|_{Z'}$ maps to $s|_{Z'}$ since
$b \in \mathcal{F}'(X)$. Since $\supp{t}, \supp{s} \subseteq Z'$, $t$ is a compactly supported lift of $s$.
\end{proof}
\begin{korollar}
If $0 \to \mathcal{F}' \to \mathcal{F} \to \mathcal{F}'' \to 0$ is an exact sequence
in $\sh{X}$ and $\mathcal{F}', \mathcal{F}$ are soft, then
$\mathcal{F}''$ is soft too.
\label{kor:soft-2+3}
\end{korollar}
\begin{proof}
Let $Z \subseteq X$ be closed.
Since restricting to a closed subset is exact and preserves softness,
by \ref{satz:lower-shriek-exact-on-soft}
$\Gamma_c(Z, \mathcal{F}) \to \Gamma_c(Z, \mathcal{F}'')$ is surjective.
This yields a commutative
diagram
\[
\begin{tikzcd}
\Gamma_c(X, \mathcal{F}) \arrow[twoheadrightarrow]{d} \arrow{r} & \Gamma_c(X, \mathcal{F}'')
\arrow{d} \\
\Gamma_c(Z, \mathcal{F}) \arrow[twoheadrightarrow]{r} & \Gamma_c(Z, \mathcal{F}'')
\end{tikzcd}
,\] where the left vertical arrow is surjective, since $\mathcal{F}$ is soft. Since
the composition is surjective, $\Gamma_c(X, \mathcal{F}'') \to \Gamma_c(Z, \mathcal{F}'')$ is also
surjective.
\end{proof}
\section{Derived categories and functors}
We give a brief introduction to the derived category of an abelian category $\mathcal{A}$. Let
$F\colon \mathcal{A} \to \mathcal{B}$ be a left exact functor and let $\mathcal{A}$ have enough
injectives. Then the classical derived functors exist. To compute $\mathrm{R}^{i}F(X)$ for an
object $X \in \mathcal{A}$, we choose an injective resolution
\[
\begin{tikzcd}
0 \arrow{r} & X \arrow{r} \arrow{d} & 0 \arrow{r} \arrow{d} & 0 \arrow{r} \arrow{d} & \cdots\\
0 \arrow{r} & I_0 \arrow{r} & I_1 \arrow{r} & I_2 \arrow{r} & \cdots
\end{tikzcd}
\] i.e. a quasiisomorphism $X \to \com{I} $. Then
$\mathrm{R}^{i}F(X) = H^{i} F(\com{I})$.
New idea: identify $X$ with its resolution, in other words, turn quasiisomorphisms into
isomorphisms. First step in this direction: Consider the category $\mathcal{K}(\mathcal{A})$
of complexes where arrows are homomorphisms of complexes up to homotopy. Still
quasiisomorphisms are in general not isomorphisms, so need to do more:
Localise by the class of quasiisomorphisms. This is then called the derived category
of $\mathcal{A}$:
\[
\mathcal{D}(\mathcal{A}) = \mathcal{K}(\mathcal{A})_{\mathcal{Q}is}
.\]
Exactly like in the situation for rings, not every functor $\mathcal{K}(A) \to \mathcal{K}(B)$
descends to the derived category, since it needs to send quasiisomorphisms to quasiisomorphisms.
If the functor is induced by an exact functor $\mathcal{A} \to \mathcal{B}$, this is the case. For
an arbitrary $F\colon \mathcal{A} \to \mathcal{B}$, we can hope that a derived functor exists. This
is defined by a universal property, that ensures that this derived functor is in a sense
close to the original one.
For a left exact functor $F\colon \mathcal{A} \to \mathcal{B}$, there is the following result:
\begin{theorem}
If there exists a full additive subcategory $\mathcal{L}$ in $\mathcal{A}$ that is \emph{adapted} to $F$, i.e.
\begin{enumerate}[(i)]
\item for any $X \in \mathcal{A}$ there exists
$X' \in \mathcal{L}$ and an exact sequence
$0 \to X \to X'$
\item if $0 \to X' \to X \to X'' \to 0$ is exact sequence in $\mathcal{A}$ and
$X'$, $X$ are in $\mathcal{L}$, then $X''$ is in $\mathcal{L}$
\item if $0 \to X' \to X \to X'' \to 0$ is exact sequence in $\mathcal{A}$ and
if $X', X, X''$ are in $\mathcal{L}$, then the sequence
$0 \to F(X') \to F(X) \to F(X'') \to 0$ is exact.
\end{enumerate}
Then the derived functor
$\mathrm{R}F\colon \mathcal{D}^{+}(\mathcal{A}) \to \mathcal{D}^{+}(\mathcal{B})$
exists and for any $\com{I} \in \mathcal{K}^{+}(\mathcal{L})$ we have a
natural isomorphism
\[
\mathrm{R} F (\com{I}) \simeq F(\com{I})
.\]
\end{theorem}
Since $\sh{X}$ has enough injectives and every injective sheaf is soft, by
\ref{satz:lower-shriek-exact-on-soft} and \ref{kor:soft-2+3}, the
class of soft sheaves is adapted to the functor $f_!$. Thus the derived functor
\[
\mathrm{R} f_{!} \colon \mathcal{D}^{+}(X) \longrightarrow \mathcal{D}^{+}(Y)
\] exists.
\begin{korollar}
For $\com{\mathcal{F}} \in \mathcal{K}om^{+}(\sh{X})$, we have a natural isomorphism
\[
(\mathrm{R}f_{!} \com{\mathcal{F}})_y
\simeq \mathrm{R} \Gamma_c(f^{-1}(y), \com{\mathcal{F}}|_{f^{-1}(y)})
\] in $\mathcal{D}(X)$.
\end{korollar}
\begin{proof}
Let $\com{\mathcal{F}} \to \com{\mathcal{I}}$ be an injective resolution. Then
\begin{salign*}
(\mathrm{R}f_{!} \com{\mathcal{F}})_y
&\simeq (\mathrm{R}f_{!} \com{\mathcal{I}})_y \\
&\simeq (f_{!} \com{\mathcal{I}})_y \\
&\simeq \Gamma_c(f^{-1}(y), \com{\mathcal{I}}|_{f^{-1}(y)}) \\
&\simeq \mathrm{R}\Gamma_c(f^{-1}(y), \com{\mathcal{I}}|_{f^{-1}(y)}) \\
&\simeq \mathrm{R}\Gamma_c(f^{-1}(y), \com{\mathcal{F}}|_{f^{-1}(y)})
.\end{salign*}
\end{proof}
%\begin{korollar}
% Soft sheaves are $\Gamma_c$-acyclic.
% \label{kor:soft-gamma_c-acyclic}
%\end{korollar}
%
%\begin{proof}
% Let $\mathcal{F} \in \sh{X}$ be soft and
% embed $\mathcal{F}$ in an injective sheaf $\mathcal{I}$. This yields an exact sequence
% \[
% \begin{tikzcd}
% 0 \arrow{r} & \mathcal{F} \arrow{r}
% & \mathcal{I} \arrow{r}
% & \mathcal{G} \arrow{r}
% & 0
% \end{tikzcd}
% .\]
% Since $\mathcal{I}$ is injective, in particular flasque, hence soft,
% by \ref{kor:soft-2+3}, $\mathcal{G}$ is soft.
% We proceed by induction. For $i = 1$ consider the exact sequence
% \[
% \begin{tikzcd}
% 0 \arrow{r} & \Gamma_c(X, \mathcal{F}) \arrow{r}
% & \Gamma_c(X, \mathcal{I}) \arrow{r}
% & \Gamma_c(X, \mathcal{G}) \arrow{r}
% & H_c^{1}(X, \mathcal{F}) \arrow{r}
% & \underbrace{H_c^{1}(X, \mathcal{I})}_{= 0}
% \end{tikzcd}
% .\]
% Since $\mathcal{F}$ is soft, $\Gamma_c(X, \mathcal{I}) \to \Gamma_c(X, \mathcal{G})$ is
% surjective. By the exactness of the sequence, $H_c^{1}(X, \mathcal{F})$ vanishes.
% Now assume $H_c^{i}(X, \mathcal{F}) = 0$ for any soft sheaf $\mathcal{F}$. Then the exact sequence
% \[
% \begin{tikzcd}
% \underbrace{H_c^{i}(X, \mathcal{I})}_{= 0} \arrow{r} & H_c^{i}(X, \mathcal{G}) \arrow{r}
% & H_c^{i+1}(X, \mathcal{F}) \arrow{r}
% & \underbrace{H_c^{i+1}(X, \mathcal{I})}_{= 0}
% \end{tikzcd}
% \] yields an isomorphism $H_c^{i}(X, \mathcal{G}) \simeq H_c^{i+1}(X, \mathcal{F})$ and
% since $\mathcal{G}$ is soft, the left hand side is zero by induction hypothesis.
%\end{proof}
%\begin{satz}
% Soft sheaves are $f_!$-acyclic. In particular, if
% $0 \to \mathcal{F}' \to \mathcal{F} \to \mathcal{F}'' \to 0$ is an exact sequence in $\sh{X}$
% and $\mathcal{F}'$ is soft, then the sequence
% $0 \to f_!\mathcal{F}' \to f_!\mathcal{F} \to f_!\mathcal{F}'' \to 0$ is exact.
%\end{satz}
%
%\begin{proof}
% Let $i > 0$ and $\mathcal{F} \in \sh{X}$ be soft. Then for $y \in Y$
% \begin{salign*}
% (R^{i}f_!\mathcal{F})_y
% \stackrel{\ref{thm:base-change}}{\simeq} H_c^{i}(f^{-1}(y), \mathcal{F}|_{f^{-1}(y)})
% \; \stackrel{\ref{kor:soft-gamma_c-acyclic}}{=} \; 0
% ,\end{salign*}
% since the restriction of a soft sheaf to a closed subset is soft.
%\end{proof}
\color{gray}
\begin{bsp}
Let $U \subseteq X$ be open and $j\colon U \to X$ the inclusion map. By looking at stalks,
one finds that $j_!\mathcal{F}$ for $\mathcal{F} \in \sh{U}$ is just extension by zero.
\end{bsp}
\begin{satz}[Lower shriek preserves softness]
If $f\colon X \to Y$ is continuous and $\mathcal{F} \in \sh{X}$ is soft, then
$f_! \mathcal{F}$ is soft too.
\end{satz}
\begin{proof}
Let $Z \subseteq Y$ be compact and
$s \in (f_!\mathcal{F})(Z) \simeq \colim{Z \subseteq U \subseteq Y} (f_!\mathcal{F})(U)$. Then
there exists an open neighbourhood $U$ of $Z$ and an extension
$\tilde{s} \in (f_!\mathcal{F})(U) \subseteq \mathcal{F}(f^{-1}(U))$ with
$\supp{\tilde{s}} \xrightarrow{f} U$ proper. Since $Y$ is locally compact, there exists
a compact neighbourhood $L \subseteq U$ of $Z$. Restricting $\tilde{s}$ to the compact
$K \coloneqq \left(f|_{\supp{\tilde{s}}}\right)^{-1}(L) \subseteq \supp{\tilde{s}}$
and extending by softness of $\mathcal{F}$, yields a compactly supported global section
$t \in \mathcal{F}(X) = (f_{*}\mathcal{F})(Y)$ such that $t|_Z = s$. Since
$\supp{t}$ is compact and $Y$ is Hausdorff, $\supp{t} \xrightarrow{f} Y$ is proper.
\end{proof}
\begin{korollar}[Leray spectral sequence]
Given continuous maps $f\colon X \to Y$, $g\colon Y \to Z$ of spaces,
there is a natural isomorphism
$\mathrm{R}(g \circ f)_{!} \simeq \mathrm{R}g_{!} \circ \mathrm{R}f_{!}$.
\end{korollar}
\begin{proof}
Since soft sheaves are $f_{!}$ (and $g_!$) acyclic and $f_{!}$ maps
soft sheaves to soft sheaves, the result follows from
Proposition 5.4 in \cite{hartshorne}.
\end{proof}
\color{black}
\section{Other functors on abelian sheaves}
\begin{tabular}{l|l|l|l}
Functor & Exactness & Derivative & Adapted class \\ \hline
$f^* \colon \sh{Y} \to \sh{X}$
& exact
& $f^{*}\colon \mathcal{D}(Y) \to \mathcal{D}(X)$ \\
$f_* \colon \sh{X} \to \sh{Y}$
& left exact
& $\mathrm{R} f_{*}\colon \mathcal{D}(X) \to \mathcal{D}(Y)$
& K-limp complexes \\
$\cdot \otimes \mathcal{F} \colon \sh{X} \to \sh{X}$
& right exact
& $\cdot \otimes^{L} \com{\mathcal{F}} \colon \mathcal{D}(X) \to \mathcal{D}(X)$
& K-flat complexes \\
$\underline{\operatorname{Hom}}(\mathcal{F}, \cdot)\colon \sh{X} \to \sh{X}$
& left exact
& $\mathrm{R}\com{\underline{\operatorname{Hom}}}(\com{\mathcal{F}}, \cdot)\colon \mathcal{D}(X) \to \mathcal{D}(X)$
& K-injective complexes \\
$f_!\colon \sh{X} \to \sh{Y}$
& left exact
& $\mathrm{R}f_{!}\colon \mathcal{D}^{+}(X) \to \mathcal{D}^{+}(Y)$
& soft sheaves \\
&
& $f^{!}\colon \mathcal{D}^{+}(Y) \to \mathcal{D}(X)$
\end{tabular}
\noindent The internal $\mathrm{Hom}$ functor is for $\mathcal{F}, \mathcal{G} \in \sh{X}$
given by the formula
\[
\underline{\operatorname{Hom}}(\mathcal{F}, \mathcal{G})(U)
= \operatorname{Hom}_{\sh{U}}(\mathcal{F}|_U, \mathcal{G}|_U)
\] for every $U \subseteq X$ open and the (internal) tensor product by the sheafification
of the presheaf
\[
U \mapsto \mathcal{F}(U) \otimes \mathcal{G}(U)
.\]
These functors satisfy the following adjunction results
\[
f^{*} \dashv \mathrm{R}f_{*}
\] and
\[
\cdot \otimes^{L} \com{\mathcal{F}} \dashv
\mathrm{R}\underline{\operatorname{Hom}}(\com{\mathcal{F}}, \cdot )
.\]
\bibliographystyle{alpha}
\bibliography{refs}
\end{document}
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