$$\newcommand{C}[0]{\mathbb{C}}
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\newcommand{Z}[0]{\mathbb{Z}}
$$
本書で引用として使う Galois コホモロジーの概念(射有限群のコホモロジー、コホモロジー次元、局所体と大域体の類体論、Tate–Shafarevich 群、Frobenius)と、非可換代数の概念(中心単純環、Azumaya 代数と Severi–Brauer 多様体、森田同値)の要点を集めた頁である。各項目は定義の要点をボックスに書き、続けて本書での使いどころと案内を書く。層とコホモロジーの前提は本書『0-3 スキーム論と層コホモロジー』にある。
Galois コホモロジー
射有限群のコホモロジー
体の Galois コホモロジー
体 $k$ と離散 Galois 加群 $M$ について $H^i(k,M)=H^i(\operatorname{Gal}(k^{\mathrm s}/k),M)$(連続コチェインによる)。これは $\operatorname{Spec}k$ のエタールコホモロジーに等しい。正の次数では捩れ群である。Hilbert の定理 90 により $H^1(k,\mathbb G_m)=0$ であり、体の Brauer 群は $\mathrm{Br}(k)=H^2(k,\mathbb G_m)$ と同一視される。
コホモロジー次元と次元 1 以下の体
コホモロジー次元と次元 1 以下の体
射有限群 $G$ の $\ell$ コホモロジー次元 $\operatorname{cd}_\ell(G)$ は、$\ell$ 準素な捩れ加群のコホモロジーが消え始める次数である。体のすべての有限次拡大の Brauer 群が $0$ のとき、その体は次元 1 以下であるという。有限体、代数閉体上の 1 変数関数体(Tsen の定理)がその代表である。
- 使いどころ:『次元 1 以下の体』の主題。『次元 1 のスキームと類体論』、『Artin の定理(Hensel 離散付値環上の曲面)』(コホモロジー次元による $\mathbb G_m$ 係数の消滅)、『fppf 位相と相対 Picard 群』。
- 案内:コホモロジー次元、SerGC 第 I 章 §3、第 II 章 §3。
局所体と大域体の類体論
局所体と大域体の Brauer 群
非アルキメデス局所体 $K$ では不変量写像 $\mathrm{Br}(K)\cong\mathbb Q/\mathbb Z$ がある。大域体 $K$ では完全列 $0\to\mathrm{Br}(K)\to\bigoplus_v\mathrm{Br}(K_v)\to\mathbb Q/\mathbb Z\to0$ がある(実素点では $\mathrm{Br}(\mathbb R)=\mathbb Z/2$、複素素点では $0$)。
- 使いどころ:『次元 1 のスキームと類体論』(整数環の Brauer 群、$\mathrm{Br}(\mathbb Z)=0$)、『曲線束と Tate–Shafarevich 群』(有限体上の曲線束)。
- 案内:類体論、SerLF 第 XII 章、CF67 第 VI・VII 章。
Tate–Shafarevich 群
Tate–Shafarevich 群
大域体 $K$ 上のアーベル多様体 $A$ について、$Ш(A/K)=\ker\bigl(H^1(K,A)\to\prod_vH^1(K_v,A)\bigr)$。局所的にはすべて自明だが大域的に自明でないトーサーの群である。
- 使いどころ:『曲線束と Tate–Shafarevich 群』(曲線束の Brauer 群との比較)、『Tate 加群と Néron–Severi 群の双対性』と『Weil・Tate・Hodge 予想との関係』の背景(Artin–Tate の予想)。
- 案内:Tate–Shafarevich群、Sil86 第 X 章。
Frobenius
Frobenius の作用
有限体 $\mathbb F_q$ 上の $X$ について、$\operatorname{Gal}(\bar{\mathbb F}_q/\mathbb F_q)$ は $H^i(X_{\bar k},\mathbb Q_\ell)$ に作用する。幾何的 Frobenius(算術的 Frobenius の逆)の固有値を調べるのが Weil 予想である。
- 使いどころ:『Weil・Tate・Hodge 予想との関係』。『Tate 加群と Néron–Severi 群の双対性』でも有限体の場合に触れる。
- 案内:Weil予想、Har77 付録 C。
非可換代数
中心単純環と体の Brauer 群
中心単純環と体の Brauer 群
体 $k$ 上の有限次元代数で、両側イデアルが自明で中心が $k$ のもの。次元は平方数 $r^2$ で、代数閉包に係数拡大すると $M_r$ になり、分離閉包の有限部分体で既に分裂する。Wedderburn の定理により $A\cong M_n(D)$($D$ は中心斜体)と一意に書け、$D$ の類が $[A]\in\mathrm{Br}(k)$ である。Skolem–Noether の定理により自己同型はすべて内部である。
- 使いどころ:『中心単純環と分裂体』の主題であり、第 1 章全体の出発点。次元 1 以下の体(『次元 1 以下の体』)の被約ノルム、四元数環の剰余(『Brauer 群の純性』)。
- 案内:中心単純環、Brauer群、GS17 第 1・2・4 章。『中心単純環と分裂体』の頁自体が、この節の内容を証明つきで述べる。
Azumaya 代数と Severi–Brauer 多様体
Azumaya 代数と Severi–Brauer 多様体
Azumaya 代数は中心単純環をスキームの上に広げたもの、Severi–Brauer 多様体は体上の「射影空間の捻れた形」である。どちらも本書の第 1 章で定義から扱うので、前提として要るのは体上の Severi–Brauer 多様体の概念(Châtelet の定理:有理点をもてば射影空間に同型)程度である。
森田同値
森田同値
$\operatorname{End}(V)$ 上の加群の圏は $\mathcal O$ 加群の圏と同値である。自己準同型代数の同型が可逆層のテンソルの違いを除いて加群の同型から来る、という形で使う。
- 使いどころ:『Azumaya 代数と PGL トーサー』、『Artin の定理(Hensel 離散付値環上の曲面)』。
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