Функтор обратного изображения

В математике, особенно в алгебраической топологии и алгебраической геометрии, обратный Функтор изображения - это контравариантная конструкция связок ; здесь «контравариантный» в том смысле, в котором дано отображение $f:\; X\; \to \; Y\; \{\backslash \; displaystyle\; f:\; X\; \backslash \; to\; Y\}$, функтор обратного изображения является функтором из категория пучков на Y в категорию пучков на X. Функтор прямого изображения является первичной операцией на пучках с самым простым определением. Обратное изображение демонстрирует некоторые относительно тонкие особенности.

Предположим, нам дан связка $G\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\}$на $Y\; \{\backslash \; displaystyle\; Y\}$и что мы хотим перенести $G\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\}$в $X\; \{\backslash \; displaystyle\; X\}$, используя a непрерывная карта $f:\; X\; \to \; Y\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; \backslash \; двоеточие\; X\; \backslash \; to\; Y\}$.

Мы будем называть результат обратным изображением или pullback связка $f\; -\; 1\; G\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; ^\; \{-\; 1\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\}$. Если мы попытаемся имитировать прямое изображение, установив

$f\; -\; 1\; G\; (U)\; =\; G\; (f\; (U))\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; ^\; \{-\; 1\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\; (U)\; =\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\; (f\; (U))\}$

для каждого открытого набора $U\; \{\backslash \; displaystyle\; U\}$из $X\; \{\backslash \; displaystyle\; X\}$, мы сразу же сталкиваемся с проблемой: $f\; (U)\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; (U)\}$не обязательно открыт. Лучшее, что мы могли сделать, - это аппроксимировать его открытыми наборами, и даже тогда мы получим предпучок, а не пучок. Следовательно, мы определяем $f\; -\; 1\; G\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; ^\; \{-\; 1\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\}$как связку , связанную с предварительным пучком :

$U\; \mapsto \; lim\; \to \; V\; \supseteq \; f\; (U)\; \; G\; (V).\; \{\backslash \; Displaystyle\; U\; \backslash \; mapsto\; \backslash \; varinjlim\; \_\; \{V\; \backslash \; supseteq\; f\; (U)\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\; (V).\}$

(Здесь $U\; \{\backslash \; displaystyle\; U\}$является открытым подмножеством $X\; \{\backslash \; displaystyle\; X\}$, а colimit пробегает все открытые подмножества $V\; \{\backslash \; displaystyle\; V\}$из $Y\; \{\backslash \; displaystyle\; Y\}$содержащий $f\; (U)\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; (U)\}$.)

Например, если $f\; \{\backslash \; displaystyle\; f\}$- это просто включение точки $y\; \{\backslash \; displaystyle\; y\}$из $Y\; \{\backslash \; displaystyle\; Y\}$, тогда $f\; -\; 1\; (F)\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; ^\; \{-\; 1\}\; (\{\backslash \; mathcal\; \{F\}\})\}$- это просто стержень из $F\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; mathcal\; \{F\}\}\}$в этот момент.

Карты ограничений, а также функториальность обратного изображения следует из универсального свойства из прямых ограничений.

При работе с морфизмы $f:\; X\; \to \; Y\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; \backslash \; двоеточие\; X\; \backslash \; to\; Y\}$пространств с локальными кольцами, например схем в алгебраической геометрии часто работают с связками $OY\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; mathcal\; \{O\}\}\; \_\; \{Y\}\}$-модулей, где $OY\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; mathcal\; \{O\}\}\; \_\; \{Y\}\}$- это структурный пучок $Y\; \{\backslash \; displaystyle\; Y\}$. Тогда функтор $f\; -\; 1\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; ^\; \{-\; 1\}\}$не подходит, потому что в целом он даже не дает пучков $OX\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; mathcal\; \{O\; \}\}\; \_\; \{X\}\}$-модули. Чтобы исправить это, в этой ситуации определяют связку $OY\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; mathcal\; \{O\}\}\; \_\; \{Y\}\}$-модулей $G\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\; \backslash \; mathcal\; \{G\}\}\}$его обратное изображение по

$f\; \ast \; G:\; =\; f\; -\; 1\; G\; \otimes \; f\; -\; 1\; OYOX\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; ^\; \{*\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}:\; =\; f\; ^\; \{-\; 1\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\; \backslash \; otimes\; \_\; \{f\; ^\; \{-\; 1\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{O\}\}\; \_\; \{Y\}\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{O\}\}\; \_\; \{X\}\}$.

• Хотя $f\; -\; 1\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; ^\; \{-\; 1\}\}$сложнее определить, чем $f\; \ast \; \{\backslash \; displaystyle\; f\; \_\; \{\backslash \; ast\}\}$, стебли вычислить легче: для точки $x\; \in \; X\; \{\backslash \; displaystyle\; x\; \backslash \; in\; X\}$, у одного есть $(f\; -\; 1\; г)\; Икс\; \cong \; Г\; е\; (Икс)\; \{\backslash \; Displaystyle\; (е\; ^\; \{-\; 1\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\})\; \_\; \{х\}\; \backslash \; cong\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\; \_\; \{е\; (х)\}\}$.
• $f\; -\; 1\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; ^\; \{-\; 1\}\}$является точным функтором, как видно из приведенного выше вычисления стеблей.
• $f\; \ast \; \{\; \backslash \; displaystyle\; f\; ^\; \{*\}\}$является (в общем) только точным. Если $f\; \ast \; \{\backslash \; displaystyle\; f\; ^\; \{*\}\}$является точным, f называется flat.
• $f\; -\; 1\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; ^\; \{-\; 1\}\}$- это левый сопряженный функтора прямого изображения $f\; \ast \; \{\backslash \; displaystyle\; f\; \_\; \{\backslash \; ast\}\}$. Это означает, что существуют естественные морфизмы единиц и чисел $G\; \to \; f\; \ast \; f\; -\; 1\; G\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\; \backslash \; rightarrow\; f\; \_\; \{*\}\; f\; ^\; \{-\; 1\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\; \}$и $f\; -\; 1\; f\; \ast \; F\; \to \; F\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; ^\; \{-\; 1\}\; f\; \_\; \{*\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{F\}\}\; \backslash \; rightarrow\; \{\backslash \; mathcal\; \{F\}\}\}$. Эти морфизмы приводят к естественному соответствию присоединения:

$H\; om\; S\; h\; (X)\; (f\; -\; 1\; G,\; F)\; =\; H\; om\; S\; h\; (Y)\; (G,\; f\; \ast \; F)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{Hom\}\; \_\; \{\backslash \; mathbf\; \{Sh\}\; (X)\}\; (f\; ^\; \{-\; 1\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\},\; \{\backslash \; mathcal\; \{F\}\})\; =\; \backslash \; mathrm\; \{Hom\}\; \_\; \{\backslash \; mathbf\; \{Sh\}\; (Y)\}\; (\{\backslash \; mathcal\; \{G\}\},\; f\; \_\; \{*\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{F\}\})\}$.

Однако морфизмы $G\; \to \; f\; \ast \; f\; -\; 1\; G\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\; \backslash \; rightarrow\; f\; \_\; \{*\}\; f\; ^\; \{-\; 1\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\}$и $f\; -\; 1\; f\; *\; F\; \to \; F\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; ^\; \{-\; 1\}\; f\; \_\; \{*\; \}\; \{\backslash \; mathcal\; \{F\}\}\; \backslash \; rightarrow\; \{\backslash \; mathcal\; \{F\}\}\}$почти никогда не являются изоморфизмами. Например, если $i:\; Z\; \to \; Y\; \{\backslash \; displaystyle\; i\; \backslash \; двоеточие\; Z\; \backslash \; to\; Y\}$обозначает включение замкнутого подмножества, стержень $i\; \ast \; i\; -\; 1\; G\; \{\; \backslash \; displaystyle\; i\; \_\; \{*\}\; i\; ^\; \{-\; 1\}\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\}$в точке $y\; \in \; Y\; \{\backslash \; displaystyle\; y\; \backslash \; in\; Y\}$равно канонически изоморфен $G\; y\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; mathcal\; \{G\}\}\; \_\; \{y\}\}$, если $y\; \{\backslash \; displaystyle\; y\}$находится в $Z\; \{\backslash \; displaystyle\; Z\}$и $0\; \{\backslash \; displaystyle\; 0\}$в противном случае. Аналогичное присоединение имеет место и для пучков модулей, заменяя $i\; -\; 1\; \{\backslash \; displaystyle\; i\; ^\; \{-\; 1\}\}$на $i\; \ast \; \{\backslash \; displaystyle\; i\; ^\; \{*\}\}$.

• Иверсен, Биргер (1986), Когомологии пучков, Universitext, Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag, ISBN 978-3-540 -16389-3, MR 0842190. См. Раздел II.4.