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(數學名詞)

鎖定
拓撲空間X上的一個層F對於X的每個開集給出一個集合或者一個更豐富的結構F(U)。這個結構F(U)和把開集限制到更小的子集的操作相容,並且可以把小的開集粘起來得到更大的。事實上,層使得我們可以用一種細緻的方式討論什麼是局部性質,就像應用在函數上的層。
中文名
外文名
Sheaf
所屬學科
代數幾何

定義

給定預層F,若有正合列
,即p0單態射,且為p1與p2的等化子,則稱F是 [3] 

具體定義

拓撲空間X中任意開集U的開覆蓋記為{Vi}。
是X上的預層,且滿足以下條件:
1.若U上s在開覆蓋中任意Vi上的限制均為s|Vi=0,則s=0;
2.若開覆蓋上瓣{sVi}與Vi選取無關,則存在唯一U上瓣s,使得s|Vi=si [1] 

範疇論定義

設X為拓撲空間,Open(X)為X所有開子集U構成的集,包含定義的排序為偏序,故構成範疇。設𝕮(U)為由所有連續實值函數h:U→ℝ構成的集,V∈Ob(Open(X)),且V⊆U,h↦h|V將h限制在子集V上,相當於函數𝕮(U)→𝕮(V)。這使得𝕮為從Open(X)Set的反變函子,稱為X上連續函數芽 [4] 

例子

設X是域k上的簇。對X的每個開集U,𝓞(U)表示U到k的正則函數環,對每個V⊆U,ρUV:𝓞(U)→𝓞(V)是限制映射,則𝓞是X的環層,稱為X的正則函數層。用同樣的方法可以定義拓撲空間上的連續實值函數層,或者微分流形上的可微函數層,或者複流形上的全純函數層。
設X為拓撲空間,A是阿貝爾羣。賦予A離散拓撲,並對於X中所有開集U,令
是U到A的所有連續映射的羣。用通常的限制映射,即得到層
,稱為常值層
素譜Spec A為環A的所有素理想的集合,對Spec A中開集U,定義𝓞(U)為s:
的集合,其中對每個𝔭,滿足
,且s局部地是A中元的商。確切地説,需要在U中存在𝔭的鄰域V和A的元a,f,使得對每個
[1] 
作為一個典型的例子,考慮拓撲空間X,對於每個X中的開集U,令F(U)為所有連續函數UR的集合。如果VU的開子集,則U上的函數可以限制到V上,而我們得倒映射F(U) →F(V)。"粘合"描述了下列過程:假設Ui是給定的開集其併為U,對於每個i我們給定一個元素fiF(Ui),一個連續函數fi:UiR。如果這些函數在重合的地方相等,則我們可以一種唯一的方式把他們粘起來得倒一個連續函數f:UR,它和所有給定的函數fi一致。所有集合F(U)的類和限制映射F(U) →F(V)成為一個X上的集合的層。進一步的,每個F(U)是一個交換環,而限制映射是環同態,這使F成為X上的環的層。
作為很相似的例子,考慮一個微分流形X,對於X的每個開集U,令F(U)為所有可微函數UR的集合。這裏同樣的有粘合,並且我們得倒X上的環的層。另一個X上的層是,對於X的每個開集U給定所有定義在U上的可微向量場的向量空間。限制和粘合向量場和函數上的操作一樣,然後我們得倒流形X上的向量空間的層。 [1] 

性質

層一般不是豪斯多夫空間 [2] 
拓撲空間X上的一個(或譯)F對於X的每個開集給出一個集合或者一個更豐富的結構F(U)。這個結構F(U)和把開集限制到更小的子集的操作相容,並且可以把小的開集粘起來得到更大的。一個預層和一個層相似,但它可能不可以粘起來。事實上,層使得我們可以用一種細緻的方式討論什麼是局部性質,就像應用在函數上的層。 [1] 

應用

層用於拓撲,代數幾何和微分幾何,只要想跟蹤給定的幾何空間的隨着每個開集變化的代數數據,就可以用層。他們是研究局部有變化(依賴於所選開集的)的對象的全局工具。這樣,它們是研究有局部本質的實體的全局行為的自然工具,例如開集,解析函數,流形,等等。 [1] 
參考資料
  • 1.    Robin Hartshorne.代數幾何:Springer,1977
  • 2.    Frank W. Warner.微分流形與李羣基礎:Springer,1983
  • 3.    Gunter Harder.代數幾何講義 第1卷 第2版:Springer,2011
  • 4.    Saunders Mac Lane.Categories for the Working Mathematician:Springer,2000