Lema de Chow, em homenagem a Wei-Liang Chow, é um dos resultados fundamentais em geometria algébrica. Diz aproximadamente que um morfismo próprio está bastante próximo de ser um morfismo projetivo. Mais precisamente, uma versão afirma o seguinte:[1]

Se é um esquema que é próprio sobre um esquema Noetheriano base , então existe uma variedade projetiva -esquema e um -morfismo sobrejetivo que induz um isomorfismo para algum para algum aberto denso

A prova aqui é padrão.[2]

Redução ao caso de   irredutível

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Podemos primeiro reduzir ao caso em que   é irredutível. Para começar,   é noetheriano, pois é de tipo finito sobre uma base noetheriana. Portanto, ele tem um número finito de componentes irredutíveis  , e afirmamos que para cada   existe um esquema   próprio irredutível   de modo que   tenha uma imagem teórica de conjuntos   e seja um isomorfismo no subconjunto denso aberto   de  . Para ver isso, defina   como a imagem teórica do esquema da imersão aberta.

 

Como   é teoricamente definido noetheriano para cada  , o mapa   é quase compacto e podemos calcular esta imagem teórica do esquema afim localmente em  , provando imediatamente as duas afirmações. Se pudermos produzir para cada   um esquema   projetivo   como no enunciado do teorema, então podemos tomar   será a união disjunta   e   será a composição  : este mapa é projetivo e um isomorfismo sobre um conjunto denso e aberto de  , enquanto   é um   projetivo, pois é uma união finita de esquemas   projetivos. Como cada   é próprio sobre  , completamos a redução ao caso   irredutível.

  pode ser coberto por um número finito de esquemas   quase-projetivos

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A seguir, mostraremos que   pode ser coberto por um número finito de subconjuntos abertos   de modo que cada   seja quase projetivo sobre  . Para fazer isso, podemos, por quase compactação, primeiro cobrir   com um número finito de aberturas afins  , e então cobrir a pré-imagem de cada   em   por um número finito de aberturas afins   cada uma com uma imersão fechada em   desde   é de tipo finito e, portanto, quase compacto. Compondo este mapa com as imersões abertas   e  , vemos que cada   é um subesquema fechado de um subesquema aberto de  . Como   é noetheriano, todo subesquema fechado de um subesquema aberto também é um subesquema aberto de um subesquema fechado e, portanto, cada   é quase projetivo sobre  .

Construção de   e  

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Agora suponha que   seja uma cobertura aberta finita de   por esquemas   quase-projetivos, com   uma imersão aberta em um esquema   projetivo. Defina  , que não é vazio, pois   é irredutível. As restrições do   para   definem um morfismo

 

de modo que  , onde   é a injeção canônica e   é a projeção. Deixando   denotar a imersão aberta canônica, definimos  , que afirmação é uma imersão. Para ver isso, observe que esse morfismo pode ser fatorado como o morfismo do gráfico   (que é uma imersão fechada já que   é separado) seguida pela imersão aberta  ; como   é noetheriano, podemos aplicar a mesma lógica de antes para ver que podemos trocar a ordem das imersões abertas e fechadas.

Agora seja   a imagem teórica do esquema de  , e fatore   como

 

onde   é uma imersão aberta e   é uma imersão fechada. Sejam   e   as projeções canônicas. Definir

 
 

Mostraremos que   e   satisfazem a conclusão do teorema.

Verificação das propriedades de   e  

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Para mostrar que   é surjectiva, notamos primeiro que é própria e portanto fechada. Como a sua imagem contém o conjunto aberto denso  , vemos que   tem de ser sobrejetiva. É também fácil ver que   induz um isomorfismo em  : podemos apenas combinar os factos de que   e   é um isomorfismo sobre a sua imagem, pois   factoriza como a composição de uma imersão fechada seguida de uma imersão aberta  . Resta mostrar que   é projetivo sobre  .

Fá-lo-emos mostrando que   é uma imersão. Definimos as seguintes quatro famílias de subesquemas abertos:

 
 
 
 

Como o   cover  , o   cover  , e queremos mostrar que o   também cobre  . Faremos isso mostrando que   para todo  . Basta mostrar que   é igual a   como mapa de espaços topológicos. Substituindo   pela sua redução, que tem o mesmo espaço topológico subjacente, temos que os dois morfismos   são ambos extensões de o mapa subjacente do espaço topológico  , então pelo lema reduzido a separado eles devem ser iguais, pois   é topologicamente denso em  . Portanto   para todo   e a afirmação é comprovada. O resultado é que os   cover  , e podemos verificar que   é uma imersão verificando que   é uma imersão para todos os  . Para isso, considere o morfismo.

O resultado é que os   cobrem  , e podemos verificar que   é uma imersão verificando que   é uma imersão para todos os  . Para isso, considere o morfismo

 

Como   é separado, o morfismo do grafo   é uma imersão fechada e o grafo   é um subesquema fechado de  ; se mostrarmos que   fatora através deste gráfico (onde consideramos   através da nossa observação de que   é um isomorfismo sobre   anterior), então o mapa de   também deve fatorar este gráfico pela construção do esquema- imagem teórica. Como a restrição de   a   é um isomorfismo de  , a restrição de   a   será uma imersão em  , e nossa afirmação será comprovada. Seja   a injeção canônica  ; temos que mostrar que existe um morfismo   tal que  . Pela definição do produto de fibra, basta provar que  , ou identificando   and  , que  . Entretanto   and  , então a conclusão desejada segue da definição de   e   é uma imersão. Como   é próprio, qualquer morfismo   de   é fechado e, logo,   é uma imersão fechada, então   é projetivo.  

Referências

  1. Hartshorne 1977, Ch II. Exercício 4.10.
  2. Grothendieck & Dieudonné 1961, 5.6.1.

Bibliografia

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