Enriques-Kodiira klassifikationen er en klassificering af kompakte komplekse overflader i ti klasser. For hver af disse klasser kan overfladerne af disse klasser parametriseres af modulrummet . For de fleste klasser er modulrummene veludviklede, men for en klasse af overflader af en generel type er modulrummene for komplicerede til at beskrive eksplicit, selvom nogle komponenter er kendte.
Max Noeter begyndte det systematiske studie af algebraiske overflader, og Guido Castelnuovo beviste vigtige dele af klassifikationen. Enriques [1] [2] beskrev klassificeringen af komplekse projektive overflader. Kodaira [3] [4] [5] [6] udvidede senere klassificeringen til at omfatte ikke-algebraiske kompakte overflader.
En lignende klassificering af overflader med karakteristisk p > 0 blev startet af Mumford [7] og afsluttet af Bombieri og Mumford [8] [9] . Klassifikationen svarer til tilfældet med projektive overflader i karakteristik 0, bortset fra at vi også får ental og supersingular Enriques overflader i karakteristik 2 og kvasi-hyperelliptiske overflader i karakteristika 2 og 3.
Enriques-Kodaira-klassifikationen af kompakte komplekse overflader angiver, at enhver ikke-enkelt minimal kompakt kompleks overflade tilhører nøjagtig én af de 10 typer, der er anført på denne side. Med andre ord er det en af de rationelle, regerede (af slægten >0), type VII, K3, Enriques, Kodaira, toriske, hyperbolske, egentlige kvasi-elliptiske eller generelle overflader.
For 9 klasser af andre overflader end den generelle type er der en ret fuldstændig beskrivelse af, hvordan alle overflader ser ud (hvilket for klasse VII afhænger af den globale sfæriske skalformodning , som forbliver ubevist). For overflader af generel type er der ikke meget kendt om deres eksplicitte klassificering, selvom der er fundet mange eksempler.
Klassificeringen af algebraiske overflader i positiv karakteristik [7] [8] [9] ligner klassificeringen af algebraiske overflader i karakteristik 0, bortset fra at der ikke er nogen Kodaira eller type VII overflader, men nogle yderligere familier af Enriques overflader i karakteristik 2 og hyperelliptiske overflader i karakteristika 2 og 3. Derudover er et kvasi-elliptisk bundt tilladt for Kodaira dimension 1 i karakteristika 2 og 3. Disse yderligere familier kan forstås som følger: i karakteristika 0 er disse overflader faktorer af overflader ved endelige grupper, men i finite karakteristik kan man også tage faktorer ved endelige gruppeskemaer , der ikke er étales .
Oskar Zariski konstruerede adskillige overflader i positive karakteristika, der er unirationelle , men ikke rationelle, som er opnået fra uadskillelige forlængelser ( Zariski-overflader ). For en positiv karakterisering viste Serre, at den kan adskille sig fra , og Igusa viste, at selvom de falder sammen, kan de være større end uregelmæssigheden (dimensionen af Picard-manifolden ).
De fleste af de vigtige invarianter af kompakte komplekse overflader, der anvendes til klassificering, kan angives i form af dimensionerne af de forskellige kohomologigrupper af kohærente skiver . De vigtigste er plurirods og Hodge-numrene defineret som følger:
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 |
Ved Serre dualitet, h i, j = h 2− i ,2− j , og h 0,0 = h 2,2 = 1. Hvis overfladen er Kähler , så h i, j = h j, i , så der er kun 3 uafhængige Hodge-numre. For kompakte komplekse overflader er h 1,0 enten h 0,1 eller h 0,1 − 1. Det første pluigen P 1 er lig med Hodge-tallene h 2,0 = h 0,2 og kaldes nogle gange den geometriske slægt. Hodge-tallene for en kompleks overflade afhænger kun af ringen af orienteret reel kohomologi af overfladen og er invariante under birationelle transformationer, bortset fra h 1,1 , som stiger med 1, når et punkt sprænges.
Der er mange invarianter, som (i det mindste for komplekse overflader) kan skrives som en lineær kombination af Hodge-tal, som følger:
For komplekse overflader afhænger ovenstående invarianter, defineret i form af Hodge-tal, kun af den underliggende orienterede topologiske manifold.
Der er andre invarianter af kompakte komplekse overflader, der ikke bruges så aktivt i klassificeringen. Dette inkluderer algebraiske invarianter såsom Picard-gruppen Pic( X ), dens faktor er Néron-Severi-gruppen NS( X ) med rang (Picard-tal) ρ, topologiske invarianter såsom den fundamentale gruppe , og heltalshomologi- og kohomologigrupper og invarianter af underliggende glatte firedimensionelle manifolder såsom Seiberg-Witten-invarianter og Donaldson-invarianter .
Enhver overflade er birationelt ækvivalent med en ikke-singular overflade, så i de fleste tilfælde er det tilstrækkeligt at klassificere ikke-singulære overflader.
Givet et hvilket som helst punkt på overfladen, kan vi danne en ny overflade ved at sprænge det punkt, hvilket groft sagt betyder, at vi erstatter punktet med en projektiv linje. I denne artikel vil en ikke-singular overflade X blive kaldt minimal , hvis den ikke kan opnås fra en anden ikke-singular overflade ved at sprænge et punkt. Ved Castelnuovos kontraktionssætning svarer dette til den egenskab, at X ikke indeholder (−1)-kurver (glatte rationelle kurver med selvskæringsindeks −1). (I den mere moderne terminologi af minimalmodelprogrammet siges en glat projektiv overflade X at være minimal , hvis dens kanoniske linjebundt K X er et nef bundle . En glat projektiv overflade har en minimal model i denne strengere forstand, hvis og kun hvis dens Kodaira-dimension er ikke-negativ.)
Enhver overflade X er birationelt ækvivalent med en minimal ikke-singular overflade, og denne minimale overflade er unik, hvis Kodaira-dimensionen af X er mindst 0, eller overfladen ikke er algebraisk. Algebraiske overflader med Kodaira-dimension kan birationelt svare til mere end én minimal ikke-singular overflade, men det er let at beskrive forholdet mellem disse minimale overflader. For eksempel er en overflade sprængt i et punkt isomorf til to gange sprængt. Så for at klassificere alle kompakte komplekse overflader op til birational isomorfisme (mere eller mindre), er det tilstrækkeligt at klassificere minimale ikke-singulære overflader.
Algebraiske overflader af Kodaira-dimension kan klassificeres som følger. Hvis q > 0, så er fibrene i kortlægningen til en albansk sort projektive linjer (hvis overfladen er minimal), så overfladen er regeret. Hvis q = 0, mislykkes dette argument, da den albanske sort er et punkt, i hvilket tilfælde Castelnuovos sætning antyder, at overfladen er rationel.
For ikke-algebraiske overflader har Kodaira fundet en ekstra klasse af overflader kaldet type VII, som stadig ikke er godt forstået.
En rationel overflade er en overflade, der birationelt er ækvivalent med det komplekse projektive plan P 2 . Alle er algebraiske. De minimale rationelle overflader er selve P 2 overfladerne og Hirzebruch overfladerne for n = 0 eller . (En Hirzebruch-overflade er et -bundt over , forbundet med hylstret O(0)+O(n). Overfladen er isomorf til , men er isomorf til opblæsningen af P 2 i et punkt, så den er ikke minimal .)
Invarianter: Pluriroder er alle lig med 0, den fundamentale gruppe er triviel.
Rhombus Hodge:
en | |||||
0 | 0 | ||||
0 | en | 0 | (projektivt plan) | ||
0 | 0 | ||||
en |
en | |||||
0 | 0 | ||||
0 | 2 | 0 | (Hirzebruch overflade) | ||
0 | 0 | ||||
en |
Eksempler: P 2 , P 1 × P 1 = Σ 0 , Hirzebruch overflader Σ n , quadrics , kubiske overflader , del Pezzo overflader , Veronese overflade . Mange af disse eksempler er ikke minimale.
Regnede overflader af slægt g har en glat morfisme til en kurve af slægt g , hvis fibre er linjerne P 1 . Alle disse overflader er algebraiske. (Overflader af slægt 0 er Hirzebruch-overflader, og de er rationelle). Enhver regeret overflade er birationelt ækvivalent for en enkelt kurve C , så klassificeringen af regerede overflader, op til birational ækvivalens, er i det væsentlige den samme som klassificeringen af kurver. En styret overflade, der ikke er isomorf, har en enkelt generator ( har to).
Invarianter: Alle plurirods er 0.
Rhombus Hodge:
en | ||||
g | g | |||
0 | 2 | 0 | ||
g | g | |||
en |
Eksempler: Produktet af en hvilken som helst kurve af slægt > 0 med P 1 .
Disse overflader er aldrig algebraiske eller Kähler . Minimal overflader med b 2 =0 er klassificeret af Bogomolov og er enten Hopf overflader eller Inouye overflader . Eksempler med et positivt andet Betti-tal er Inoue-Hirzebruch-overflader , Enoki-overflader og mere generelt Kato-overflader . Det følger af den globale sfæriske skalformodning , at alle minimale overflader af klasse VII med et positivt andet Betti-tal er Kato-overflader.
Invarianter: q =1, h 1,0 = 0. Alle plugener er lig med 0.
Rhombus Hodge:
en | ||||
0 | en | |||
0 | b 2 | 0 | ||
en | 0 | |||
en |
Disse overflader er klassificeret efter Noethers formel . For Kodaira-dimensionen 0 har K et nul selvskæringsindeks , så . Ved at bruge udtrykkene og , får vi
Desuden, da vi har
Ved at kombinere det sidste udtryk med det forrige får vi
Generelt er de tre led til venstre ikke-negative heltal, så der er kun få løsninger til denne ligning. For algebraiske overflader er et lige heltal mellem 0 og 2 pg , mens værdien for kompakte komplekse overflader er 0 eller 1 og er 0 for Kähler -overflader . Til Kähler overflader har vi .
De fleste af løsningerne på disse forhold svarer til overfladeklasserne fra nedenstående tabel.
b 2 | b 1 | h 0,1 | pg = h 0,2 _ | h 1,0 | h 1.1 | overflader | felter |
---|---|---|---|---|---|---|---|
22 | 0 | 0 | en | 0 | tyve | K3 | Nogen. Altid Kählerian over komplekse tal, men ikke nødvendigvis algebraisk. |
ti | 0 | 0 | 0 | 0 | ti | Klassisk Enriques overflade | Nogen. Altid algebraisk. |
ti | 0 | en | en | Ikke-klassisk Enriques overflade | Kun funktioner 2 | ||
6 | fire | 2 | en | 2 | fire | Abelske overflader, tori | Nogen. Altid Kählerian over komplekse tal, men ikke nødvendigvis algebraisk. |
2 | 2 | en | 0 | en | 2 | hyperelliptisk | Nogen. Altid algebraisk |
2 | 2 | 2 | en | Kvasihyperbolisk | Kun karakteristika 2, 3 | ||
fire | 3 | 2 | en | en | 2 | Hovedoverfladen af Kodaira | Kun kompleks, aldrig Kähler |
0 | en | en | 0 | 0 | 0 | Sekundær overflade af Kodaira | Kun kompleks, aldrig Kähler |
Disse overflader er minimalt kompakte komplekse overflader af Kodaira dimension 0 med q = 0 og et trivielt kanonisk linjebundt. De er alle Kahlerian . Alle K3-overflader er diffeomorfe, og deres diffeomorfi-klasse er et vigtigt eksempel på en enkelt forbundet glat 4-manifold med en spinstruktur.
Invarianter: Den anden kohomologigruppe H 2 ( X , Z ) er isomorf i forhold til det eneste lige unimodulære gitter II 3,19 af dimension 22 med signatur -16.
Rhombus Hodge:
en | ||||
0 | 0 | |||
en | tyve | en | ||
0 | 0 | |||
en |
Eksempler :
En K3-mærket overflade er en K3-overflade sammen med en automorfi fra II 3,19 til H 2 ( X , Z ). Modulrummet af K3-mærkede overflader er et forbundet ikke-Hausdorff glat analytisk rum med dimension 20. Algebraiske K3-overflader danner et tælleligt sæt af 19-dimensionelle undermanifolder af dette rum.
Todimensionelle komplekse tori omfatter Abelske overflader . Endimensionelle komplekse tori er blot elliptiske kurver, og de er alle algebraiske, men Riemann opdagede, at de fleste komplekse tori af dimension 2 ikke er algebraiske. Algebraiske tori er nøjagtigt todimensionelle Abelske sorter . Det meste af deres teori er et specialtilfælde af teorien om højere dimensionelle tori eller abelske varianter. Kriteriet om, at en manifold er produktet af to elliptiske kurver (op til en isogeni ) var et populært emne for undersøgelse i det nittende århundrede.
Invarianter: Alle plugener er lig med 1. Overfladen er diffeomorf , så Z 4 er den fundamentale gruppe .
Rhombus Hodge:
en | ||||
2 | 2 | |||
en | fire | en | ||
2 | 2 | |||
en |
Eksempler: Produktet af to elliptiske kurver. Enhver faktor C 2 over gitteret.
Overflader er aldrig algebraiske, selvom de har ikke-konstante meromorfe funktioner. De er normalt opdelt i to undertyper: grundlæggende Kodaira-overflader med et trivielt kanonisk bundt og sekundære Kodaira-overflader , som er faktorer af førstnævnte med hensyn til endelige grupper af orden 2, 3, 4 eller 6 og har ikke-trivielle kanoniske bundter . Sekundære Kodaira overflader har samme relation til primære overflader, som Enriques overflader har til K3 overflader, eller bielliptiske overflader har til Abelske overflader.
Invarianter: Hvis overfladen er en kvotient af Kodaira-hovedoverfladen i en gruppe af orden k =1,2,3,4,6, så er plurigenerne P n lig med 1, hvis n er delelig med k og 0 ellers.
Rhombus Hodge:
en | |||||
en | 2 | ||||
en | 2 | en | (hoved) | ||
2 | en | ||||
en |
en | |||||
0 | en | ||||
0 | 0 | 0 | (Sekundær) | ||
en | 0 | ||||
en |
Eksempler: Tag et ikke-trivielt linjebundt over en elliptisk kurve, fjern nulsektionen, find derefter lagfaktoren fra gruppen Z , der fungerer som en multiplikation med potenser af et komplekst tal z . Som et resultat får vi hovedoverfladen af Kodaira.
Disse er komplekse overflader, for hvilke q = 0 og det kanoniske linjebundt er ikke-trivielt, men . Enriques overflader er alle algebraiske (og derfor Kähler ). De er faktorer af overfladen K3 efter grupper af orden 2, og deres teori ligner teorien om algebraiske K3 overflader.
Invarianter: Pluriroderne P n er 1, hvis n er lige og 0, hvis n er ulige. Grundgruppen har orden 2. Den anden kohomologigruppe H 2 ( X , Z ) er isomorf med summen af det eneste lige unimodulære gitter II 1,9 af dimension 10 med signatur −8 og gruppen af orden 2.
Rhombus Hodge:
en | ||||
0 | 0 | |||
0 | ti | 0 | ||
0 | 0 | |||
en |
Mærkede Enriques overflader danner en sammenhængende 10-dimensionel familie, som er beskrevet eksplicit.
For karakteristika 2 er der nogle ekstra familier af Enriques overflader, som kaldes singular og supersingular Enriques overflader. Se artiklen "Enriques overflader" for detaljer .
Over feltet af komplekse tal er disse overflader faktorer af produktet af to elliptiske kurver med hensyn til en endelig automorfigruppe. Den endelige gruppe kan være 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 eller Z /6 Z , hvilket giver 7 familier af sådanne overflader. Over felterne for karakteristik 2 eller 3 er der flere yderligere familier opnået som faktorer i henhold til ikke-eta-gruppeskemaer. Se artiklen om hyperelliptiske overflader for detaljer .
Rhombus Hodge:
en | ||||
en | en | |||
0 | 2 | 0 | ||
en | en | |||
en |
En elliptisk overflade er en overflade udstyret med et elliptisk bundt (en surjektiv holomorf kortlægning i en kurve B , således at alle undtagen et begrænset antal lag er glatte irreducerbare kurver af slægt 1). Fiberen over et generisk punkt i et sådant bundt er en kurve af slægt 1 over et funktionsfeltpå B. Omvendt, givet en kurve af slægt 1 over et felt af funktioner på kurven, er dens relative minimale model en elliptisk overflade. Kodaira og andre har givet en ret fuldstændig beskrivelse af alle elliptiske overflader. Især gav Kodaira en komplet liste over mulige speciallag . Teorien om elliptiske overflader er analog med teorien om egenregulære modeller af elliptiske kurver over diskrete værdiansættelsesringe (det vil sige ringen af p - adiske heltal ) og Dedekind-domæner (det vil sige ringen af heltal i et talfelt).
For endelige karakteristika 2 og 3 kan man opnå kvasi -elliptiske overflader, hvis næsten alle fibre kan være rationelle kurver med én knude, "degenererede elliptiske kurver".
Enhver overflade med Kodaira-dimension 1 er elliptisk (eller kvasi-elliptisk i tilfælde af karakteristika 2 og 3), men det modsatte er ikke sandt - en elliptisk overflade kan have Kodaira-dimensioner 0 eller 1.
Alle Enriques overflader , alle hyperelliptiske overflader , alle Kodaira overflader , nogle K3 overflader , nogle Abeliske overflader og nogle rationelle overflader er elliptiske, i disse eksempler har de Kodaira dimension mindre end 1.
En elliptisk overflade, hvis basiskurve B har slægt mindst 2, har altid Kodaira-dimensionen 1, men Kodaira-dimensionen kan også være 1 for nogle elliptiske overflader med kurve B af slægten 0 eller 1.
Invarianter :.
Eksempel: Hvis E er en elliptisk kurve, og B er en kurve af slægt på mindst 2, så er det også en elliptisk overflade med Kodaira dimension 1.
De er alle algebraiske, og på en eller anden måde er de fleste overflader i denne klasse. Gieseker viste, at der er et groft moduli-skema for overflader af generel type. Dette betyder, at der for alle faste værdier af Chern-tallene eksisterer et kvasi-projektivt skema, der klassificerer overflader af generel type med disse Chern-numre . Opgaven med eksplicit at beskrive disse kredsløb er meget vanskelig, og der er meget få par Chern-numre, som dette er blevet gjort for (undtagen når kredsløbet er tomt).
Invarianter: Der er nogle betingelser, som Chern-tallene på en minimal kompleks overflade af generel type skal opfylde:
De fleste par af heltal, der opfylder disse betingelser, er Chern-tal for en kompleks overflade af generel type.
Eksempler: De enkleste eksempler er produktet af to kurver af slægt på mindst 2 og en hyperoverflade med grad på mindst 5 i P 3 . Et stort antal andre strukturer er kendt. Der kendes dog ingen konstruktion, der giver en "typisk" overflade af generel type for store Chern-tal. Faktisk vides det ikke engang, om der er en acceptabel opfattelse af en "typisk" overflade af en generel type. Mange andre eksempler er blevet fundet, herunder de fleste modulære Hilbert-overflader , falske projektive planer , Barlow-overflader og så videre.