Az Enriques-Kodiira osztályozás a kompakt , összetett felületek tíz osztályba sorolását jelenti. Ezen osztályok mindegyikénél ezeknek az osztályoknak a felületei paraméterezhetők a moduli térrel . A legtöbb osztály esetében a modulterek jól fejlettek, de egy általános típusú felületosztály esetében a modulterek túl bonyolultak ahhoz, hogy egyértelműen leírjuk, bár néhány összetevő ismert.
Max Noeter elkezdte az algebrai felületek szisztematikus tanulmányozását, Guido Castelnuovo pedig az osztályozás fontos részének bizonyult. Enriques [1] [2] leírta az összetett projektív felületek osztályozását. A Kodaira [3] [4] [5] [6] később kiterjesztette az osztályozást a nem algebrai tömör felületekre is.
A p > 0 karakterisztikus felületek hasonló osztályozását Mumford [7] kezdte el, majd Bombieri és Mumford [8] [9] fejezte be . Az osztályozás hasonló a projektív felületek esetében a 0. karakterisztikában, azzal a különbséggel, hogy a 2. karakterisztikában szinguláris és szuperszinguláris Enriques-felületeket, a 2. és 3. karakterisztikában pedig kvázi-hiperelliptikus felületeket is kapunk.
A kompakt komplex felületek Enriques-Kodaira osztályozása kimondja, hogy bármely nem szinguláris minimális kompakt komplex felület pontosan az ezen az oldalon felsorolt 10 típus egyikébe tartozik. Más szóval, ez a racionális, szabályos (>0 nemzetségbe tartozó), VII, K3, Enriques, Kodaira típusú, tórikus, hiperbolikus, megfelelő kvázi elliptikus vagy általános típusú felületek egyike.
Az általános típustól eltérő 9 felületosztály esetében meglehetősen teljes leírás létezik arról, hogy az összes felület hogyan néz ki (ami a VII. osztály esetében a globális gömbhéj sejtéstől függ , amely nem bizonyított). Az általános típusú felületek explicit besorolásáról nem sokat tudunk, bár számos példát találtak.
Az algebrai felületek besorolása a pozitív karakterisztikában [7] [8] [9] hasonló az algebrai felületek osztályozása a 0-s karakterisztikában, azzal a különbséggel, hogy nincsenek Kodaira vagy VII típusú felületek, hanem néhány további Enriques-felület család a 2. jellemzőben. és hiperelliptikus felületek a 2. és 3. jellemzőben. Ezenkívül a 2. és 3. jellemzőben az 1. Kodaira dimenzióhoz kvázi elliptikus köteg megengedett. Ezek a további családok a következőképpen értelmezhetők: a 0 karakterisztikában ezek a felületek véges csoportok felületeinek faktorai , de véges karakterisztikában vehetünk olyan véges csoportsémák faktorait is , amelyek nem étales .
Oskar Zariski több pozitív karakterisztikájú felületet szerkesztett, amelyek irracionális , de nem racionálisak, amelyeket elválaszthatatlan kiterjesztésekből kapnak ( Zariski felületek ). A pozitív jellemzés érdekében Serre kimutatta, hogy eltérhet a -tól , Igusa pedig azt, hogy még ha egybe is esnek, nagyobbak lehetnek az szabálytalanságnál (a Picard sokaság dimenziója ).
A tömör komplex felületek osztályozásban használt fontos invariánsainak többsége a koherens tárcsák különböző kohomológiai csoportjainak méretei alapján adható meg . A főbbek a plurirodok és a Hodge-számok az alábbiak szerint definiálva:
h 0,0 | ||||
h 1,0 | h 0,1 | |||
h 2,0 | h 1.1 | h 0,2 | ||
h 2.1 | h 1.2 | |||
h 2.2 |
Serre dualitás szerint h i , j = h 2− i ,2− j és h 0,0 = h 2,2 = 1. Ha a felület Kähler , akkor h i, j = h j, i , tehát ott csak 3 független Hodge-szám. Kompakt komplex felületek esetén h 1,0 vagy h 0,1 vagy h 0,1 − 1. Az első plurigén P 1 egyenlő a h 2,0 = h 0,2 Hodge-számokkal , és néha geometrikus nemzetségnek is nevezik. Egy komplex felület Hodge-számai csak a felület orientált valós kohomológiájának gyűrűjétől függenek, és invariánsak a birációs transzformációk során, kivéve h 1,1 -et , amely 1-gyel nő, ha egy pontot felrobbantanak.
Számos invariáns létezik, amelyek (legalábbis összetett felületek esetén) Hodge-számok lineáris kombinációjaként írhatók fel, az alábbiak szerint:
Összetett felületek esetén a fenti, Hodge-számokkal definiált invariánsok csak a mögöttes orientált topológiai sokaságtól függenek.
A kompakt komplex felületeknek vannak más változatai is, amelyeket nem használnak olyan aktívan az osztályozásban. Ez magában foglalja az algebrai invariánsokat, például a Picard-csoportot Pic( X ), tényezője a Néron-Severi csoport NS( X ) ranggal (Picard szám) ρ, topológiai invariánsokat, például az alapcsoportot . , valamint egész homológia és kohomológia csoportok, valamint a mögöttes sima négydimenziós sokaságok invariánsai , mint például a Seiberg-Witten invariánsok és a Donaldson invariánsok .
Bármely felület biracionálisan ekvivalens egy nem szinguláris felülettel, ezért a legtöbb esetben elegendő a nem szinguláris felületek osztályozása.
Adott a felület bármely pontja, az adott pont felfújásával új felületet képezhetünk , ami nagyjából azt jelenti, hogy a pontot egy projektív egyenesre cseréljük. Ebben a cikkben egy nem szinguláris X felületet minimálisnak nevezünk, ha nem nyerhető ki egy másik nem szinguláris felületről egy pont felrobbantásával. Castelnuovo kontrakciós tétele szerint ez ekvivalens azzal a tulajdonsággal, hogy X nem tartalmaz (−1)-görbéket (sima racionális görbék önmetszési indexszel −1). (A minimálmodellprogram modernebb terminológiája szerint egy sima X projektív felületet minimálisnak mondunk , ha a K X kanonikus vonalkötege egy nef köteg . Egy sima projektív felületnek ebben a szigorúbb értelemben minimális modellje van, ha és csak akkor, ha a Kodaira dimenziója nem negatív.)
Bármely X felület biracionálisan ekvivalens egy minimális nem szinguláris felülettel, és ez a minimális felület akkor egyedi, ha X Kodaira-dimenziója legalább 0, vagy a felület nem algebrai. A Kodaira dimenziójú algebrai felületek biracionálisan egyenértékűek egynél több minimális nem szinguláris felülettel, de ezeknek a minimális felületeknek a kapcsolatát könnyű leírni. Például egy ponton felrobbantott felület izomorf vagy kétszer felrobbantott. Tehát az összes kompakt komplex felület osztályozásához a birációs izomorfizmusig (többé-kevésbé), elegendő a minimális nem szinguláris felületek osztályozása.
A Kodaira dimenziójú algebrai felületek az alábbiak szerint osztályozhatók. Ha q > 0, akkor az albani változatra való leképezés szálai projektív vonalak (ha a felület minimális), tehát a felületet szabályozzuk. Ha q = 0, ez az érvelés meghiúsul, mivel az albani változat egy pont, ebben az esetben Castelnuovo tétele azt sugallja, hogy a felület racionális.
A nem algebrai felületek esetében a Kodaira talált egy további VII típusú felületet, amely továbbra sem teljesen ismert.
A racionális felület olyan felület, amely biracionálisan ekvivalens a P 2 komplex projektív síkkal . Mindegyik algebrai. A minimális racionális felületek maguk a P 2 felületek és a Hirzebruch felületek n = 0 vagy . (A Hirzebruch felület egy -köteg a felett , amely az O(0)+O(n) köteghez kapcsolódik. A felület izomorf -ra , de izomorf a P 2 egy ponton történő felfújásával, tehát nem minimális. .)
Invariánsok: A Plurirodok mindegyike egyenlő 0-val, az alapcsoport triviális.
Rhombus Hodge:
egy | |||||
0 | 0 | ||||
0 | egy | 0 | (projektív sík) | ||
0 | 0 | ||||
egy |
egy | |||||
0 | 0 | ||||
0 | 2 | 0 | (Hirzebruch felszín) | ||
0 | 0 | ||||
egy |
Példák: P 2 , P 1 × P 1 = Σ 0 , Hirzebruch felületek Σ n , négyzetek , köbös felületek , del Pezzo felületek , Veronese felszín . E példák közül sok nem minimális.
A g nemzetség szabályos felületei sima morfizmust mutatnak a g nemzetség görbéjébe, amelynek rostjai a P 1 vonalak . Mindezek a felületek algebraiak. (A 0 nemzetség felületei Hirzebruch felületek és racionálisak). Bármilyen szabályzott felület biracionálisan ekvivalens egyetlen C görbére , így a szabályos felületek osztályozása a birációs ekvivalenciáig lényegében megegyezik a görbék osztályozásával. Egy nem izomorf uralkodó felületnek egyetlen generátora van (kettő van).
Invariánsok: Minden plurirod 0.
Rhombus Hodge:
egy | ||||
g | g | |||
0 | 2 | 0 | ||
g | g | |||
egy |
Példák: A 0-nál nagyobb nemzetség bármely görbéjének szorzata P 1 -gyel .
Ezek a felületek soha nem algebrai vagy Kähler felületek . A b 2 =0 minimális felületeket Bogomolov osztályozza, és ezek vagy Hopf felületek vagy Inoue felületek . Példák pozitív második Betti-számmal az Inoue-Hirzebruch felületek , az Enoki felületek és általánosabban a Kato felületek . A globális gömbhéj-sejtésből az következik , hogy a VII. osztály minden minimális felülete pozitív második Betti-számmal Kato-felület.
Invariánsok: q =1, h 1,0 = 0. Minden plurigén egyenlő 0-val.
Rhombus Hodge:
egy | ||||
0 | egy | |||
0 | b 2 | 0 | ||
egy | 0 | |||
egy |
Ezeket a felületeket a Noether-képlet osztályozza . A 0 Kodaira dimenzióhoz K nulla önmetszési indexe , tehát . A és kifejezések használatával megkapjuk
Sőt, mióta van
Az utolsó kifejezést az előzővel kombinálva azt kapjuk
Általánosságban elmondható , hogy a bal oldali három tag nem negatív egész szám, így ennek az egyenletnek csak néhány megoldása van. Algebrai felületek esetén egy páros egész szám 0 és 2 pg között , míg kompakt komplex felületeknél az érték 0 vagy 1, Kähler felületeknél pedig 0 . A Kähler felületekhez .
Ezekre a feltételekre a legtöbb megoldás megfelel az alábbi táblázat felületi osztályainak.
b 2 | b 1 | h 0,1 | p g = h 0,2 | h 1,0 | h 1.1 | felületek | mezőket |
---|---|---|---|---|---|---|---|
22 | 0 | 0 | egy | 0 | húsz | K3 | Bármi. Mindig Kähleri -féle komplex számok felett, de nem feltétlenül algebrai. |
tíz | 0 | 0 | 0 | 0 | tíz | Klasszikus Enriques felület | Bármi. Mindig algebrai. |
tíz | 0 | egy | egy | Nem klasszikus Enriques felület | Csak 2. jellemzők | ||
6 | négy | 2 | egy | 2 | négy | Abeli felületek, tori | Bármi. Mindig Kähleri -féle komplex számok felett, de nem feltétlenül algebrai. |
2 | 2 | egy | 0 | egy | 2 | hiperelliptikus | Bármi. Mindig algebrai |
2 | 2 | 2 | egy | Kvázihiperbolikus | Csak a 2., 3. jellemzők | ||
négy | 3 | 2 | egy | egy | 2 | A Kodaira fő felülete | Csak összetett, soha Kähler |
0 | egy | egy | 0 | 0 | 0 | A Kodaira másodlagos felülete | Csak összetett, soha Kähler |
Ezek a felületek minimális kompakt komplex felületek, Kodaira dimenziója 0, q = 0 és egy triviális kanonikus vonalköteg. Mindannyian Kahlerian . Minden K3 felület diffeomorf, és a diffeomorfizmus osztálya az egyszerűen összekapcsolt, sima, spin szerkezetű 4-elosztó fontos példája.
Invariánsok: A második H 2 ( X , Z ) kohemológiai csoport izomorf a 22 dimenzió egyetlen páros unimoduláris II 3,19 rácsával −16 aláírással.
Rhombus Hodge:
egy | ||||
0 | 0 | |||
egy | húsz | egy | ||
0 | 0 | |||
egy |
Példák :
A K3-mal jelölt felület egy K3 felület, amely egy II 3,19 -től H 2 -ig terjedő automorfizmussal együtt ( X , Z ). A K3-mal jelölt felületek modulustere egy 20-as dimenziójú, összefüggő nem Hausdorff-féle sima analitikai tér. Az algebrai K3 felületek ennek a térnek a 19 dimenziós részsokaságainak megszámlálható halmazát alkotják.
A kétdimenziós komplex tori Abel-felületeket tartalmaz . Az egydimenziós komplex tori csak elliptikus görbék, és mindegyik algebrai, de Riemann felfedezte, hogy a 2. dimenziójú összetett tori-k nem algebraiak. Az algebrai tori pontosan kétdimenziós abeli fajták . Elméletük nagy része a magasabb dimenziójú tori vagy Abel-fajták elméletének speciális esete. Az a kritérium, hogy a sokaság két elliptikus görbe szorzata ( egy izogeniáig ), a 19. században népszerű tanulmányi téma volt.
Invariánsok: Minden plurigén egyenlő 1-gyel. A felület diffeomorf , tehát Z 4 az alapcsoport .
Rhombus Hodge:
egy | ||||
2 | 2 | |||
egy | négy | egy | ||
2 | 2 | |||
egy |
Példák: Két elliptikus görbe szorzata. Bármely C 2 tényező a rács felett.
A felületek soha nem algebraiak, bár vannak nem állandó meromorf függvényeik. Általában két altípusra osztják őket: alapvető Kodaira felületekre triviális kanonikus köteggel és másodlagos Kodaira felületekre , amelyek az előbbiek tényezői a 2., 3., 4. vagy 6. rendű véges csoportok tekintetében, és nem triviális kanonikus kötegekkel rendelkeznek. . A másodlagos Kodaira felületek ugyanolyan kapcsolatban állnak az elsődleges felületekkel, mint az Enriques felületek a K3 felületekkel, vagy a bielliptikus felületek az Abeli felületekkel.
Invariánsok: Ha a felület a fő Kodaira felület hányadosa egy k =1,2,3,4,6 rendű csoportban, akkor a P n plurigének egyenlők 1-gyel, ha n osztható k -val, egyébként 0-val.
Rhombus Hodge:
egy | |||||
egy | 2 | ||||
egy | 2 | egy | (Fő) | ||
2 | egy | ||||
egy |
egy | |||||
0 | egy | ||||
0 | 0 | 0 | (Másodlagos) | ||
egy | 0 | ||||
egy |
Példák: Vegyünk egy nem triviális vonalköteget egy elliptikus görbén, távolítsuk el a nulla szakaszt, majd keressük meg a rétegtényezőt a Z csoportból, ami valamilyen z komplex szám hatványaival való szorzásként működik . Ennek eredményeként megkapjuk a Kodaira fő felületét.
Ezek olyan összetett felületek, amelyekre q = 0 és a kanonikus vonalköteg nem triviális, de . Az Enriques-felületek mind algebraiak (és ezért Kähler ). Ezek a K3 felület 2. rendű csoportjainak faktorai, elméletük hasonló az algebrai K3 felületek elméletéhez.
Invariánsok: A Plurirod P n 1, ha n páros és 0, ha n páratlan. Az alapcsoport 2. rendű. A második H 2 ( X , Z ) kohemológiacsoport izomorf a 10. dimenzió egyetlen páros II 1,9 egymoduláris rácsának −8 aláírással és a 2. rendű csoport összegével.
Rhombus Hodge:
egy | ||||
0 | 0 | |||
0 | tíz | 0 | ||
0 | 0 | |||
egy |
A címkézett Enriques felületek egy összefüggő 10 dimenziós családot alkotnak, amelyet kifejezetten leírnak.
A 2. karakterisztika esetében van néhány további Enriques-felületcsalád, amelyeket szinguláris és szuperszinguláris Enriques-felületeknek neveznek. A részletekért lásd az "Enriques felületek" cikket .
A komplex számok területén ezek a felületek két elliptikus görbe szorzatának tényezői egy véges automorfizmus csoporthoz képest. A végső csoport lehet Z /2 Z , Z /2 Z + Z /2 Z , Z /3 Z , Z /3 Z + Z /3 Z , Z /4 Z , Z /4 Z + Z /2 Z ill . Z /6 Z , ami 7 ilyen felületcsaládot ad. A 2. vagy 3. karakterisztika mezői fölött több további család található, amelyeket faktorként kaptunk nem eta csoportsémák szerint. A részletekért lásd a hiperelliptikus felületekről szóló cikket .
Rhombus Hodge:
egy | ||||
egy | egy | |||
0 | 2 | 0 | ||
egy | egy | |||
egy |
Az elliptikus felület egy elliptikus köteggel felruházott felület (olyan szürjektív holomorf leképezés egy B görbére , ahol véges számú réteg kivételével az összes réteg az 1. nemzetség sima irreducibilis görbéje). Az ilyen kötegben egy általános pont feletti szál az 1. nemzetség görbéje a B függvénymező felett . Ezzel szemben, ha az 1. nemzetség görbéje egy függvénymező felett van a görbén, annak relatív minimális modellje egy elliptikus felület. A Kodaira és mások meglehetősen teljes leírást adtak az összes elliptikus felületről. Konkrétan a Kodaira adott egy teljes listát a lehetséges speciális rétegekről . Az elliptikus felületek elmélete analóg a diszkrét értékelési gyűrűk (vagyis a p - adikus egészek gyűrűje ) és a Dedekind -tartományok (vagyis egy számmező egész számainak gyűrűje) feletti elliptikus görbék sajátszabályos modelljeinek elméletével.
A 2. és 3. véges karakterisztikára kvázi elliptikus felületeket kaphatunk, amelyeknek szinte minden szála lehet egy csomóponttal racionális görbe, "degenerált elliptikus görbék".
1 Kodaira-dimenziójú felület elliptikus (vagy kvázi elliptikus a 2. és 3. karakterisztikák esetében), de fordítva nem igaz – egy elliptikus felület Kodaira-mérete 0 vagy 1 lehet.
Minden Enriques felület , minden hiperelliptikus felület , minden Kodaira felület , néhány K3 felület , néhány Abel felület és néhány racionális felület elliptikus, ezekben a példákban Kodaira dimenziójuk kisebb, mint 1.
Egy elliptikus felületnek, amelynek B alapgörbéjében legalább 2 nemzetség van, mindig Kodaira dimenziója van 1, de a Kodaira dimenzió 1 lehet néhány olyan elliptikus felület esetén is, amelyek B görbéje 0 vagy 1 nemzetségbe tartozik.
Invariánsok: .
Példa: Ha E egy elliptikus görbe, és B egy legalább 2-es nemzetség görbéje, akkor ez is egy elliptikus felület Kodaira 1-es mérettel.
Mindegyik algebrai, és bizonyos értelemben a legtöbb felület ebbe az osztályba tartozik. Gieseker megmutatta, hogy létezik egy durva modulusséma az általános típusú felületekre. Ez azt jelenti, hogy a Chern-számok bármely rögzített értékéhez létezik egy kvázi-projektív séma, amely az általános típusú felületeket ezekkel a Chern-számokkal osztályozza. Azonban ezeknek az áramköröknek az explicit leírása nagyon nehéz, és nagyon kevés olyan Chern-számpár van, amelynél ezt megtették (kivéve, ha az áramkör üres).
Invariánsok: Vannak olyan feltételek, amelyeket egy általános típusú minimális komplex felület Chern-számainak teljesíteniük kell:
Az ezeket a feltételeket kielégítő egész számpárok többsége Chern-szám valamilyen általános típusú összetett felülethez.
Példák: A legegyszerűbb példák a legalább 2-es nemzetség két görbéjének és a P 3 -ban legalább 5-ös fokú hiperfelületnek a szorzata . Számos egyéb szerkezet ismert. Nem ismert azonban olyan konstrukció, amely "tipikus" általános típusú felületet adna nagy Chern-számokhoz. Valójában még azt sem tudni, hogy létezik-e egy általános típusú "tipikus" felület elfogadható fogalma. Sok más példát is találtak, beleértve a legtöbb moduláris Hilbert-felületet , hamis projektív síkokat , Barlow felületeket és így tovább.