t構造(t-structure)とは、三角圏の対象を「次数が非正の部分」と「次数が非負の部分」に分類する充満部分圏の組 $(\mathcal D^{\le0},\mathcal D^{\ge0})$ であって、$\mathcal D^{\le0}$ から $\mathcal D^{\ge1}$ への射が消え、任意の対象がその2種類の部分から一意的に組み立てられるという公理を満たすもののことをいう。標準的なt構造の心(heart)はもとのアーベル圏を復元し、標準とは異なる偏屈t構造の心として偏屈層の圏が定義される。
前提知識: 圏, アーベル圏, 零対象, 複体とホモロジー, 三角圏, 導来圏
三角圏 $(\mathcal D,\Sigma,\{\text{完全三角形}\})$ のt構造(t-structure)とは、充満部分圏の組 $(\mathcal D^{\le0},\mathcal D^{\ge0})$ であって、$\mathcal D^{\le n}:=\Sigma^{-n}\mathcal D^{\le0}$、$\mathcal D^{\ge n}:=\Sigma^{-n}\mathcal D^{\ge0}$ とおくとき、次を満たすもののことをいう。
(t1) $X\in\mathcal D^{\le0}$、$Y\in\mathcal D^{\ge1}$ ならば $\operatorname{Hom}_{\mathcal D}(X,Y)=0$($X$ から $Y$ への射は零射しかない)。
(t2) $\mathcal D^{\le0}\subset\mathcal D^{\le1}$ かつ $\mathcal D^{\ge1}\subset\mathcal D^{\ge0}$。
(t3) 任意の $X\in\mathcal D$ に対し、$A\in\mathcal D^{\le0}$、$B\in\mathcal D^{\ge1}$ となる完全三角形 $A\to X\to B\to\Sigma A$ が存在する。
移動関手 $\Sigma$ の向きは三角圏の記事の規約(複体に対しては $(\Sigma X)_n=X_{n-1}$)に従う。
def-t-structureのもとで、(t3)の対象 $A$、$B$ は $X$ から(自然同型を除いて)一意に定まり、$X$ について関手的である((t1)の直交性から従う。BBD82 §1.3)。それぞれ $\tau_{\le0}X:=A$、$\tau_{\ge1}X:=B$ と書く。次に $\tau_{\ge0}:=\Sigma\,\tau_{\ge1}\Sigma^{-1}$ と定め、一般に $n\in\mathbb{Z}$ に対し
$$
\tau_{\le n}:=\Sigma^{-n}\tau_{\le0}\Sigma^{n},\qquad\tau_{\ge n}:=\Sigma^{-n}\tau_{\ge0}\Sigma^{n}
$$
とおく($n=1$ のとき $\tau_{\ge1}$ は先に定めたものと自然同型である)。これらを切断関手(truncation functor)という。$\tau_{\le n}X\in\mathcal D^{\le n}$、$\tau_{\ge n}X\in\mathcal D^{\ge n}$ であり、自然同型 $\tau_{\le0}\tau_{\ge0}\cong\tau_{\ge0}\tau_{\le0}$ が成り立つ(BBD82 §1.3)。充満部分圏
$$
\mathcal D^\heartsuit:=\mathcal D^{\le0}\cap\mathcal D^{\ge0}
$$
を、このt構造の心(heart)という。$X\in\mathcal D$ に対し
$$
H^n(X):=\tau_{\le0}\tau_{\ge0}(\Sigma^nX)\in\mathcal D^\heartsuit
$$
と定め、$H^n\colon\mathcal D\to\mathcal D^\heartsuit$ を(このt構造に関する)コホモロジー関手という(コホモロジーの記法に倣い、上付き添字で書く)。
t構造は、三角圏という「加法圏に毛が生えた」構造の中に、アーベル圏を人為的に取り出すための枠組みである。公理(t1)は $\mathcal D^{\le0}$ と $\mathcal D^{\ge1}$ の直交(「次数が低いものから次数が高いものへの射は存在しない」こと)を、公理(t3)は「任意の対象は、次数が非正の部分と次数が正の部分の"貼り合わせ"として一意に分解する」という完全性を述べている。これはちょうど、複体をその切断(次数ごとに切り取ったもの)で近似する操作を公理化したものである。実際、導来圏 $D(\mathcal A)$ には、複体をホモロジーの次数で切る標準t構造(standard t-structure)が定まる。複体 $X_\bullet$ に対しコホモロジー的添字を $H^n(X_\bullet):=H_{-n}(X_\bullet)$ で定めると、標準t構造は
$$
D(\mathcal A)^{\le0}:=\{X_\bullet\mid H_n(X_\bullet)=0\ (n<0)\}=\{X_\bullet\mid H^n(X_\bullet)=0\ (n>0)\},\qquad D(\mathcal A)^{\ge0}:=\{X_\bullet\mid H_n(X_\bullet)=0\ (n>0)\}=\{X_\bullet\mid H^n(X_\bullet)=0\ (n<0)\}
$$
で与えられる。これがt構造であること、およびその心がホモロジーが次数 $0$ に集中した複体全体からなる充満部分圏であって、もとのアーベル圏 $\mathcal A$ と圏同値であることは、BBD82 §1.3 に述べられている(証明は本記事では割愛する)。
t構造の理論の最も重要な帰結は、心 $\mathcal D^\heartsuit$ が常にアーベル圏になるという定理(BBDの定理、本記事では証明を割愛する。BBD82 §1.3)である。この定理により、三角圏の中に(標準t構造とは異なる)別のt構造を見つけることは、その三角圏の中に新しいアーベル圏を発見することと同じ意味を持つ。層の導来圏の上に標準t構造とは異なる偏屈t構造(perverse t-structure)を導入して得られる心が、まさに次に扱う偏屈層の圏である。
def-t-structureのもとで、$\mathcal D^{\le0}\cap\mathcal D^{\ge1}$ に属する対象は、すべて零対象に同型である。
$Z\in\mathcal D^{\le0}\cap\mathcal D^{\ge1}$ とする。公理(t1)を $X=Z\in\mathcal D^{\le0}$、$Y=Z\in\mathcal D^{\ge1}$ に適用すると、$\operatorname{Hom}_{\mathcal D}(Z,Z)=0$、すなわち $Z$ の自己準同型は零射しか存在しない。とくに $\operatorname{id}_Z=0_{Z,Z}$ である。
任意の対象 $W$ と射 $f\colon Z\to W$ に対し、$f=f\circ\operatorname{id}_Z=f\circ0_{Z,Z}=0_{Z,W}$(零射の吸収性)であるから、$\operatorname{Hom}_{\mathcal D}(Z,W)=\{0\}$。同様に任意の $g\colon W\to Z$ に対し $g=\operatorname{id}_Z\circ g=0_{Z,Z}\circ g=0_{W,Z}$ であるから $\operatorname{Hom}_{\mathcal D}(W,Z)=\{0\}$。ゆえに $Z$ は始対象かつ終対象、すなわち零対象である。$\blacksquare$
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