Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

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Esquemas D´ ebilmente Completos y Estructuras Logar´ ıtmicas Revisando lo Expuesto Anteriormente J. Rogelio P´ erez Buend´ ıa Centro de Investigaci´on en Matem´ aticas (CIMAT) Seminario de Aritm´ etica: cohomolog´ ıa de De Rham padica 11 de febrero de 2016

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Page 1: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Esquemas Debilmente Completos y Estructuras

Logarıtmicas

Revisando lo Expuesto Anteriormente

J. Rogelio Perez Buendıa

Centro de Investigacion en Matematicas (CIMAT)

Seminario de Aritmetica: cohomologıa de De Rham p-adica

11 de febrero de 2016

Page 2: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Objetivo

Retomamos el seminario con un resumen del lo que se ha trabajado hasta

ahora: esquemas debilmente completos, levantamiento de morfismos

suaves en esquemas †adicos, esquemas logarıtmicos, esquemas

logarıtmicos formales, estructuras logarıtmicas en esquemas †-adicos,

morfismos log-suaves. Si el tiempo lo permite se abordara el problema de

levantamiento de morfismos log-suaves para esquemas debilmente

completos.

Page 3: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Estructuras Pre-Logarıtmicas

I X = (X ,OX ) un espacio anillado.

I Una estructura pre-logarıtmica es un par (P,α) en donde P es una

gavilla de monoides (conmutativos con uno) y

α : P→ OX

es un morfismo de gavillas de monoides (con la estructura

multiplicativa en OX ).

Page 4: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Estructuras Pre-Logarıtmicas

I X = (X ,OX ) un espacio anillado.

I Una estructura pre-logarıtmica es un par (P,α) en donde P es una

gavilla de monoides (conmutativos con uno) y

α : P→ OX

es un morfismo de gavillas de monoides (con la estructura

multiplicativa en OX ).

Page 5: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Morfismos de Estructuras pre-logarıtmicas

I Un morfismo φ : (P,α)→ (Q,β) consiste de un morfismo de

gavillas f : P→ Q tal que:

P

α

f // Q

β~~OX

conmuta.

I Una estructura pre-logarıtmica (P,α) es llamada idealizada si esta

dotada de una gavilla de ideales I ⊂ P con la propiedad de que

α(I) = 0.

I Un morfismo de estructuras logarıtmicas idealizadas (id-pre-log-st)

φ : (P,α, I)→ (Q,β, J)

es un morfismo de pre-log-st tal que f (I) ⊂ J.

Page 6: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Morfismos de Estructuras pre-logarıtmicas

I Un morfismo φ : (P,α)→ (Q,β) consiste de un morfismo de

gavillas f : P→ Q tal que:

P

α

f // Q

β~~OX

conmuta.

I Una estructura pre-logarıtmica (P,α) es llamada idealizada si esta

dotada de una gavilla de ideales I ⊂ P con la propiedad de que

α(I) = 0.

I Un morfismo de estructuras logarıtmicas idealizadas (id-pre-log-st)

φ : (P,α, I)→ (Q,β, J)

es un morfismo de pre-log-st tal que f (I) ⊂ J.

Page 7: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Morfismos de Estructuras pre-logarıtmicas

I Un morfismo φ : (P,α)→ (Q,β) consiste de un morfismo de

gavillas f : P→ Q tal que:

P

α

f // Q

β~~OX

conmuta.

I Una estructura pre-logarıtmica (P,α) es llamada idealizada si esta

dotada de una gavilla de ideales I ⊂ P con la propiedad de que

α(I) = 0.

I Un morfismo de estructuras logarıtmicas idealizadas (id-pre-log-st)

φ : (P,α, I)→ (Q,β, J)

es un morfismo de pre-log-st tal que f (I) ⊂ J.

Page 8: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Categorıas de Estructuras Logarıtmicas

Denotamos por PreLogSt(X ) y por IdPreLogSt(X ) a las categorıas de

estructuras pre-logarıtmicas y de estructuras pre-logarıtmicas idealizadas

en el espacio anillado (X ,OX ).

A cada pre-log-st le podemos asociar una id-pre-log-st simplemente

considerando el ideal vacıo: (P,α)→ (P,α, ∅).

Esta asociacion nos da un funtor que es adjunto izquierdo de el funtor de

la desidealizacıon.

Page 9: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Categorıas de Estructuras Logarıtmicas

Denotamos por PreLogSt(X ) y por IdPreLogSt(X ) a las categorıas de

estructuras pre-logarıtmicas y de estructuras pre-logarıtmicas idealizadas

en el espacio anillado (X ,OX ).

A cada pre-log-st le podemos asociar una id-pre-log-st simplemente

considerando el ideal vacıo: (P,α)→ (P,α, ∅).

Esta asociacion nos da un funtor que es adjunto izquierdo de el funtor de

la desidealizacıon.

Page 10: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Categorıas de Estructuras Logarıtmicas

Denotamos por PreLogSt(X ) y por IdPreLogSt(X ) a las categorıas de

estructuras pre-logarıtmicas y de estructuras pre-logarıtmicas idealizadas

en el espacio anillado (X ,OX ).

A cada pre-log-st le podemos asociar una id-pre-log-st simplemente

considerando el ideal vacıo: (P,α)→ (P,α, ∅).

Esta asociacion nos da un funtor que es adjunto izquierdo de el funtor de

la desidealizacıon.

Page 11: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Estructuras Logarıtmicas

Definicion

Una estructura pre logarıtmica (P,α) es una estructura logarıtmica

(log-st) si

α−1(O∗X ) ' O∗X .

Es decir si P contiene a O∗X vıa α.

Un morfismo entre (idealizadas) estructuras logarıtmicas, es un morfismo

de (idealizadas) pre-log-st.

Page 12: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Estructuras Logarıtmicas

Definicion

Una estructura pre logarıtmica (P,α) es una estructura logarıtmica

(log-st) si

α−1(O∗X ) ' O∗X .

Es decir si P contiene a O∗X vıa α.

Un morfismo entre (idealizadas) estructuras logarıtmicas, es un morfismo

de (idealizadas) pre-log-st.

Page 13: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

A toda Pre-Log-St le corresponde una unica Log-St

El funtor de olvido:

LogSt −→ PreLogSt

tiene un adjunto izquierdo de tal manera que a cada pre-log-st (P,α) le

corresponde una unica log-st (Pa,αa) con al propiedad de que cualquier

morfismo de pre-log-st:

(P,α) −→ (Q,β)

con (Q,β) una log-st se factoriza por αa:

(P,α) //

$$

(Q,β)

(Pa,αa)

OO

Page 14: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

−a : PreLogSt→ LogSt

Pa esta definido por el producto amalgamado:

Pa := P⊕α−1(O∗X )O∗X

y αa esta dado por el diagrama cartesiano:

α−1(O∗X )//

α

��

P

��

α

O∗X

// Paαa// OX

Page 15: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Adjuncion en IdPreLogSt y en IdLogSt

Podemos extender la adjuncion para pre-log-st:

Dotamos a (Pa,αa) del ideal Ia generado en Pa por la imagen de I por el

morfismo P→ Pa.

La (id) log-st Pa asociada es la la (id) log-st asociada a P.

Page 16: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Adjuncion en IdPreLogSt y en IdLogSt

Podemos extender la adjuncion para pre-log-st:

Dotamos a (Pa,αa) del ideal Ia generado en Pa por la imagen de I por el

morfismo P→ Pa.

La (id) log-st Pa asociada es la la (id) log-st asociada a P.

Page 17: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Ejemplos:

I La categorıa LogSt(X ) de estructuras logarıtmicas en X tiene un

objeto inicial, llamada la estructura logarıtmica trivial y esta dada

por la inclusion O∗X → O∗X .

I La categorıa (st.logX) tambien tiene un objeto final dado por la

aplicacion OX → OX .

I De hecho tenemos que la categorıa de esquemas es una subcategorıa

plena de la categorıa de esquemas con estructura logarıtmica (a

definir mas adelante), simplemente dotando a un esquema con su

estructura logarıtmica trivial.

Page 18: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Ejemplos:

I La categorıa LogSt(X ) de estructuras logarıtmicas en X tiene un

objeto inicial, llamada la estructura logarıtmica trivial y esta dada

por la inclusion O∗X → O∗X .

I La categorıa (st.logX) tambien tiene un objeto final dado por la

aplicacion OX → OX .

I De hecho tenemos que la categorıa de esquemas es una subcategorıa

plena de la categorıa de esquemas con estructura logarıtmica (a

definir mas adelante), simplemente dotando a un esquema con su

estructura logarıtmica trivial.

Page 19: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Ejemplos:

I La categorıa LogSt(X ) de estructuras logarıtmicas en X tiene un

objeto inicial, llamada la estructura logarıtmica trivial y esta dada

por la inclusion O∗X → O∗X .

I La categorıa (st.logX) tambien tiene un objeto final dado por la

aplicacion OX → OX .

I De hecho tenemos que la categorıa de esquemas es una subcategorıa

plena de la categorıa de esquemas con estructura logarıtmica (a

definir mas adelante), simplemente dotando a un esquema con su

estructura logarıtmica trivial.

Page 20: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Divisor Con Cruzamientos Normales

la estructura logarıtmica MD en X asociada al divisor D como:

MD(U) :={g ∈ OX (U) : g |U\D∈ O∗X (U \ D)

}⊂ OX (U).

El morfismo estructural esta dado por la inclusion, lo que hace de M una

estructuras pre-logarıtmicas. Para ver que es en efecto una estructura

logarıtmica basta notar que toda g ∈ O∗X esta trivialmente incluida en

MD .

El caso en que D sea un divisor con cruzamientos normales es especial.

Mas adelante veremos que en este caso el esquema logarıtmico es

log-suave. De hecho, la razon por la que es conveniente usar la

cohomologıa etale (en vez de la de Zariski) es porque el concepto de

cruzamientos normales es en la topologıa etale.

Page 21: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Divisor Con Cruzamientos Normales

la estructura logarıtmica MD en X asociada al divisor D como:

MD(U) :={g ∈ OX (U) : g |U\D∈ O∗X (U \ D)

}⊂ OX (U).

El morfismo estructural esta dado por la inclusion, lo que hace de M una

estructuras pre-logarıtmicas. Para ver que es en efecto una estructura

logarıtmica basta notar que toda g ∈ O∗X esta trivialmente incluida en

MD .

El caso en que D sea un divisor con cruzamientos normales es especial.

Mas adelante veremos que en este caso el esquema logarıtmico es

log-suave. De hecho, la razon por la que es conveniente usar la

cohomologıa etale (en vez de la de Zariski) es porque el concepto de

cruzamientos normales es en la topologıa etale.

Page 22: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Divisor Con Cruzamientos Normales

la estructura logarıtmica MD en X asociada al divisor D como:

MD(U) :={g ∈ OX (U) : g |U\D∈ O∗X (U \ D)

}⊂ OX (U).

El morfismo estructural esta dado por la inclusion, lo que hace de M una

estructuras pre-logarıtmicas. Para ver que es en efecto una estructura

logarıtmica basta notar que toda g ∈ O∗X esta trivialmente incluida en

MD .

El caso en que D sea un divisor con cruzamientos normales es especial.

Mas adelante veremos que en este caso el esquema logarıtmico es

log-suave. De hecho, la razon por la que es conveniente usar la

cohomologıa etale (en vez de la de Zariski) es porque el concepto de

cruzamientos normales es en la topologıa etale.

Page 23: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Imagen inversa

Sea f : X → Y un morfismo de espacios anillados. Si MY es una

estructura logarıtmica en Y , podemos definir una estructura logarıtmica

en X como la estructura logarıtmica asociada a la estructura

pre-logarıtmica:

f −1(MY )→ f −1(OY )→ OX

Esta es llamada la estructura logarıtmica imagen inversa de MY bajo f y

es denotada por f ∗(MY ) = f ∗MY .

Page 24: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Morfismos de Esquemas Logarıtmicos

Definicion

Un morfismo de log-esquemas (de esquemas con una estructura

logarıtmica) X → Y consiste de un morfismo de los respectivos esquemas

f : X → Y

y un morfismo

f b : f ∗MY →MX

de estructuras logarıtmicas en X .

Denotamos por LogSch a la categorıa de esquemas con estructura

logarıtmica y son llamados log-sch o esquemas logarıtmicos.

Page 25: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Morfismos de Esquemas Logarıtmicos

Definicion

Un morfismo de log-esquemas (de esquemas con una estructura

logarıtmica) X → Y consiste de un morfismo de los respectivos esquemas

f : X → Y

y un morfismo

f b : f ∗MY →MX

de estructuras logarıtmicas en X .

Denotamos por LogSch a la categorıa de esquemas con estructura

logarıtmica y son llamados log-sch o esquemas logarıtmicos.

Page 26: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

El caso Idealizado

Si iniciamos con una estructura logarıtmica idealizada en Y, tambien

podemos definir la imagen inversa bajo f : X → Y esta de manera

analoga, simplemente defendiendo el la imagen inversa del ideal J.

Tambien se puede definir la imagen directa de una (id) log-st y estas dos

cumplen la propiedad de adjuncion usual entre la imagen directa y la

imagen inversa de gavillas.

En este caso denotamos por IdLogSch a la categorıa e esquemas

logarıtmicos idealizados (con estructura logarıtmica idealizada).

Page 27: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

El caso Idealizado

Si iniciamos con una estructura logarıtmica idealizada en Y, tambien

podemos definir la imagen inversa bajo f : X → Y esta de manera

analoga, simplemente defendiendo el la imagen inversa del ideal J.

Tambien se puede definir la imagen directa de una (id) log-st y estas dos

cumplen la propiedad de adjuncion usual entre la imagen directa y la

imagen inversa de gavillas.

En este caso denotamos por IdLogSch a la categorıa e esquemas

logarıtmicos idealizados (con estructura logarıtmica idealizada).

Page 28: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Resultados Utiles

Sea f : X → Y un morfismo de espacios anillados

I La imagen inversa de la estructura logarıtmica trivial, es trivial:

f −1(O∗Y ) ' O∗X

I Si PY es pre-log-st en Y tal que PaY 'MY , entonces

f ∗(MY ) ' (f −1(PY ))a.

Page 29: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Resultados Utiles

Sea f : X → Y un morfismo de espacios anillados

I La imagen inversa de la estructura logarıtmica trivial, es trivial:

f −1(O∗Y ) ' O∗X

I Si PY es pre-log-st en Y tal que PaY 'MY , entonces

f ∗(MY ) ' (f −1(PY ))a.

Page 30: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Estructura Canonica Asociada a un Monoide

Sea P un monoide y R un anillo. Denotamos por R[P] al algebra

monomial.

Sea X = Spec(R[P]). Entonces X tiene una estructura logarıtmica

canonica asociada al morfismo de monoides P → R[P] (la inclusion

canonica de grado uno).

En efecto la gavilla constante P asociada a P tiene el morfismo canonico

inducido por P → R[P] definiendo ası una estructura pre-logarıtmica en

X , entonces a esta le asociamos la estructura logarıtmica (P)a inducida.

Denotamos por

Spec(P→ R[P])

a el esquema logarıtmico con espacio X y estructura logarıtmica su

estructura logarıtmica canonica inducida.

Page 31: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Estructura Canonica Asociada a un Monoide

Sea P un monoide y R un anillo. Denotamos por R[P] al algebra

monomial.

Sea X = Spec(R[P]). Entonces X tiene una estructura logarıtmica

canonica asociada al morfismo de monoides P → R[P] (la inclusion

canonica de grado uno).

En efecto la gavilla constante P asociada a P tiene el morfismo canonico

inducido por P → R[P] definiendo ası una estructura pre-logarıtmica en

X , entonces a esta le asociamos la estructura logarıtmica (P)a inducida.

Denotamos por

Spec(P→ R[P])

a el esquema logarıtmico con espacio X y estructura logarıtmica su

estructura logarıtmica canonica inducida.

Page 32: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Estructura Canonica Asociada a un Monoide

Sea P un monoide y R un anillo. Denotamos por R[P] al algebra

monomial.

Sea X = Spec(R[P]). Entonces X tiene una estructura logarıtmica

canonica asociada al morfismo de monoides P → R[P] (la inclusion

canonica de grado uno).

En efecto la gavilla constante P asociada a P tiene el morfismo canonico

inducido por P → R[P] definiendo ası una estructura pre-logarıtmica en

X , entonces a esta le asociamos la estructura logarıtmica (P)a inducida.

Denotamos por

Spec(P→ R[P])

a el esquema logarıtmico con espacio X y estructura logarıtmica su

estructura logarıtmica canonica inducida.

Page 33: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Estructura Canonica Asociada a un Monoide

Sea P un monoide y R un anillo. Denotamos por R[P] al algebra

monomial.

Sea X = Spec(R[P]). Entonces X tiene una estructura logarıtmica

canonica asociada al morfismo de monoides P → R[P] (la inclusion

canonica de grado uno).

En efecto la gavilla constante P asociada a P tiene el morfismo canonico

inducido por P → R[P] definiendo ası una estructura pre-logarıtmica en

X , entonces a esta le asociamos la estructura logarıtmica (P)a inducida.

Denotamos por

Spec(P→ R[P])

a el esquema logarıtmico con espacio X y estructura logarıtmica su

estructura logarıtmica canonica inducida.

Page 34: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Ejemplos:

I La estructura logarıtmica en Spec(P→ R[P]) puede entenderse

como la imagen inversa de la estructura logarıtmica en

Spec(P→ Z[P]) vıa el morfismo canonico Z[P]→ R[P].

I Sea k un campo y sa Y = Ank = Spec(k[x1, . . . , xn]). Sea

D = V (x1 · · · xr ).MD puede interpretarse como el submonoide de OY generado por

O∗Y y {x1, . . . , xn}.

Page 35: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Ejemplos:

I La estructura logarıtmica en Spec(P→ R[P]) puede entenderse

como la imagen inversa de la estructura logarıtmica en

Spec(P→ Z[P]) vıa el morfismo canonico Z[P]→ R[P].

I Sea k un campo y sa Y = Ank = Spec(k[x1, . . . , xn]). Sea

D = V (x1 · · · xr ).

MD puede interpretarse como el submonoide de OY generado por

O∗Y y {x1, . . . , xn}.

Page 36: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Ejemplos:

I La estructura logarıtmica en Spec(P→ R[P]) puede entenderse

como la imagen inversa de la estructura logarıtmica en

Spec(P→ Z[P]) vıa el morfismo canonico Z[P]→ R[P].

I Sea k un campo y sa Y = Ank = Spec(k[x1, . . . , xn]). Sea

D = V (x1 · · · xr ).MD puede interpretarse como el submonoide de OY generado por

O∗Y y {x1, . . . , xn}.

Page 37: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Ejemplo: Punto Logarıtmico

Si ahora considero la inclusion Spec(k)→ Y que manda el punto al

origen de Y , entonces la imagen inversa de MD es k∗Nr . El morfismo

estructural esta dado por

(a, n1, . . . , nr ) 7→ a · 0n1+n2+···+nr . aquı convenimos que 00 = 1.

Al punto Spec(k) con la estructura logarıtmica anterior (para cualquier r)

lo llamamos punto logarıtmico. Cuando r = 1 decimos que este es el

punto logarıtmico estandar.

Page 38: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Ejemplo: Punto Logarıtmico

Si ahora considero la inclusion Spec(k)→ Y que manda el punto al

origen de Y , entonces la imagen inversa de MD es k∗Nr . El morfismo

estructural esta dado por

(a, n1, . . . , nr ) 7→ a · 0n1+n2+···+nr . aquı convenimos que 00 = 1.

Al punto Spec(k) con la estructura logarıtmica anterior (para cualquier r)

lo llamamos punto logarıtmico. Cuando r = 1 decimos que este es el

punto logarıtmico estandar.

Page 39: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Layout

Esquemas Logarıtmicos

Esquemas Debilmente Completos Logarıtmicos

Esquemas Formales logarıtmicos

Esquemas Debilmente Completos

log-Diferenciales y Log-Suavidad

Cartas en Estructuras Logarıtmicas

Estructuras Logarıtmicas Finas

Diferenciales logarıtmicas y Morfismos log-suaves

Page 40: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Completacion de un Anillo

A un anillo conmutativo con uno I ⊂ A un ideal.

Definicion

La completacion de A respecto al ideal I es el anillo

A := lim←−n>1

A/I n ⊂∏n>1

A/I n

Tambien decimos que A es la completacion I -adica de A.

Tenemos un morfismo canonico de anillos A→ A inducido por las

proyecciones A→ A/I n.

Page 41: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Completacion Formal

Sea X un esquema noetheriano y sea Y → X una inmersion cerrada

definida por la gavilla de ideales I.

Definicion

La completacion formal de X respecto a Y es el espacio anillado:

X := (X ,OX )

tal que:

I X = Y como espacio topologico.

I OX := lim←−OX/In considerada como gavilla en Y .

Decimos que el anillo A es completo respecto a la topologıa I -adica si

A ' A. En particular A es completo.

Page 42: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Completacion Formal

Sea X un esquema noetheriano y sea Y → X una inmersion cerrada

definida por la gavilla de ideales I.

Definicion

La completacion formal de X respecto a Y es el espacio anillado:

X := (X ,OX )

tal que:

I X = Y como espacio topologico.

I OX := lim←−OX/In considerada como gavilla en Y .

Decimos que el anillo A es completo respecto a la topologıa I -adica si

A ' A. En particular A es completo.

Page 43: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

El caso afın

Si X = Spec(A) es un esquema afın y si Y = Spec(A/I) es un

subesquema cerrado afın, entonces tenemos que:

Γ(OX , X ) = A

es la completacion I -adica de A.

I X es de hecho un espacio localmente anillado

I Los anillos locales de X no son completos en general.

Page 44: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

El caso afın

Si X = Spec(A) es un esquema afın y si Y = Spec(A/I) es un

subesquema cerrado afın, entonces tenemos que:

Γ(OX , X ) = A

es la completacion I -adica de A.

I X es de hecho un espacio localmente anillado

I Los anillos locales de X no son completos en general.

Page 45: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

La categorıa de esquemas formales noetherianos

Definicion

Un Esquema Formal Noetheriano es un espacio localmente anillado

(X,OX) que tiene una cubierta abierta finita {Ui } de tal manera que para

cada i el par (Ui ,OUi) es isomorfo, como espacio localmente anillado, a

la completacion de un esquema Xi respecto a una inmersion cerrada Yi .

Un Morfismo de esquemas formales noetherianos es un morfismo de

espacios localmente anillados.

Page 46: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

La categorıa de esquemas formales noetherianos

Definicion

Un Esquema Formal Noetheriano es un espacio localmente anillado

(X,OX) que tiene una cubierta abierta finita {Ui } de tal manera que para

cada i el par (Ui ,OUi) es isomorfo, como espacio localmente anillado, a

la completacion de un esquema Xi respecto a una inmersion cerrada Yi .

Un Morfismo de esquemas formales noetherianos es un morfismo de

espacios localmente anillados.

Page 47: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Layout

Esquemas Logarıtmicos

Esquemas Debilmente Completos Logarıtmicos

Esquemas Formales logarıtmicos

Esquemas Debilmente Completos

log-Diferenciales y Log-Suavidad

Cartas en Estructuras Logarıtmicas

Estructuras Logarıtmicas Finas

Diferenciales logarıtmicas y Morfismos log-suaves

Page 48: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Definicion

Una R-algebra A† es Debilmente completa si se cumple que:

I A† es Hausdorff respecto a la topologıa m-adica. Es decir si

∩mn = (0).

I Si f =∑

|i |>0 aiXi ∈ R[[X ]] es una serie de potencias con

coeficientes en R tal que para alguna constante c y para toda

n-tupla i :

c [ordm(ai )] > |i |

es decir si f esta en la completacion m-adica de R[X ]; entonces para

toda n-tupla a ∈ A†n

se tiene que f (a) ∈ A†.

Page 49: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Definicion

Una R-algebra A† es Debilmente completa si se cumple que:

I A† es Hausdorff respecto a la topologıa m-adica. Es decir si

∩mn = (0).

I Si f =∑

|i |>0 aiXi ∈ R[[X ]] es una serie de potencias con

coeficientes en R tal que para alguna constante c y para toda

n-tupla i :

c [ordm(ai )] > |i |

es decir si f esta en la completacion m-adica de R[X ]; entonces para

toda n-tupla a ∈ A†n

se tiene que f (a) ∈ A†.

Page 50: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Completacion debil

Definicion

La completacion debil de una R-algebra A, es el algebra debilmente

completa mas pequena A† ⊂ A tal que contiene a A.

Es decir, que satisface la propiedad universal:

Page 51: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Debilmente completa finitamente generada

Definicion

Una algebra A† debilmente completa es llamada (dcfg) debil completa

finitamente generada si existe una coleccion finita de elementos

a1, a2, . . . , ak ∈ A† tal que para todo a ∈ A† existe una serie de potencias

f en n-variables tal que:

a = f (a1, . . . , an)

Claramente la completacion debil de una algebra R finitamente generada

es una dcfg algebra.

Page 52: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Esquema formal debil afın

Definicion

I un esquema formal debil afın es un espacio (X,OX) localmente

anillado tal que para alguna dcfg R-algebra A† el espacio topologico

asociado es:

X = Spec(A†/mA†)

I y la gavilla estructural OX esta descrita en sus abiertos basicos

principales (en terminos de la B-gavilla): Para [f ] ∈ A†/mA†

denotamos por Xf el abierto principal basico correspondiente.

Entonces:

Γ(Xf ,OX) := (A†f )†

la completacion debil de la localizacion A†f para cualquier

representante f de [f ] en A†.

Page 53: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Esquema formal debil afın

Definicion

I un esquema formal debil afın es un espacio (X,OX) localmente

anillado tal que para alguna dcfg R-algebra A† el espacio topologico

asociado es:

X = Spec(A†/mA†)

I y la gavilla estructural OX esta descrita en sus abiertos basicos

principales (en terminos de la B-gavilla): Para [f ] ∈ A†/mA†

denotamos por Xf el abierto principal basico correspondiente.

Entonces:

Γ(Xf ,OX) := (A†f )†

la completacion debil de la localizacion A†f para cualquier

representante f de [f ] en A†.

Page 54: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Esquema formal debil

Definicion

Un (pre)esquema formal debil es un espacio localmente anillado

(X,OX) que es localmente isomorfo a esquemas formales debiles afines.

Page 55: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Teoremas de Meredith

I Si R es un anillo de valuacion discreta completo y si (X,OX) es el

esquema formal debil asociado a una algebra A† debilmente

completa finitamente generada (dcfg), entonces:

Se tiene una equivalencia entre las categorıas:

{Gavillas coherentes de OX-modulos} ⇐⇒{A†-modulos f.g.

}

Page 56: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Teoremas de Meredith

I Si (X ,OX ) es un esquema (ordinario) de R-algebras propio sobre R

con completacion debil (X,OX) y si F es una gavilla coherente de

OX -modulos con completacion debil F, entonces el mapeo natural:

H i (X ,F ) −→ H i (X,F)

es biyectivo.

Page 57: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Teoremas de Meredith

Si R es un dominio de valuacion discreta completo y si (X ,OX ) es un

R-esquema proyectivo con completacion formal debil (X,OX) entonces el

funtor “Completacion debil” es una equivalencia entre la categorıa:

{OX -modulos coherentes} ⇐⇒ { OX-modulos coherentes }

Referencia: Meredith, D. (1971). Weak formal schemes. Nagoya Math J.

Page 58: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Teoremas de Meredith

Si R es un dominio de valuacion discreta completo y si (X ,OX ) es un

R-esquema proyectivo con completacion formal debil (X,OX) entonces el

funtor “Completacion debil” es una equivalencia entre la categorıa:

{OX -modulos coherentes} ⇐⇒ { OX-modulos coherentes }

Referencia: Meredith, D. (1971). Weak formal schemes. Nagoya Math J.

Page 59: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Notacion y Convencion

I Sea R un anillo conmutativo con uno, y sea I ⊂ R un ideal.

Denotamos por Rs : −R/I s para s > 1. En particular R1 = R/I .

I Llamaremos simplemente algebra †-adica a un algebra A† debilmente

completa.

I A un esquema formalmente debil (X,OX ) lo llamaremos

simplemente esquema †-adico y lo denotaremos por X†.

I Dado un esquema †-adico X† = (X,OX), definimos su reduccion

(modulo el ideal m ⊂ R) como el esquema:

(X,OX/m)

en donde OX/m := OX ⊗R R/m. Decimos que X† es un

levantamiento de su reduccion.

I Si X† es un esquema †-adico, entonces denotaremos a su gavilla

estructural por OX† .

Page 60: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Notacion y Convencion

I Sea R un anillo conmutativo con uno, y sea I ⊂ R un ideal.

Denotamos por Rs : −R/I s para s > 1. En particular R1 = R/I .

I Llamaremos simplemente algebra †-adica a un algebra A† debilmente

completa.

I A un esquema formalmente debil (X,OX ) lo llamaremos

simplemente esquema †-adico y lo denotaremos por X†.

I Dado un esquema †-adico X† = (X,OX), definimos su reduccion

(modulo el ideal m ⊂ R) como el esquema:

(X,OX/m)

en donde OX/m := OX ⊗R R/m. Decimos que X† es un

levantamiento de su reduccion.

I Si X† es un esquema †-adico, entonces denotaremos a su gavilla

estructural por OX† .

Page 61: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Notacion y Convencion

I Sea R un anillo conmutativo con uno, y sea I ⊂ R un ideal.

Denotamos por Rs : −R/I s para s > 1. En particular R1 = R/I .

I Llamaremos simplemente algebra †-adica a un algebra A† debilmente

completa.

I A un esquema formalmente debil (X,OX ) lo llamaremos

simplemente esquema †-adico y lo denotaremos por X†.

I Dado un esquema †-adico X† = (X,OX), definimos su reduccion

(modulo el ideal m ⊂ R) como el esquema:

(X,OX/m)

en donde OX/m := OX ⊗R R/m. Decimos que X† es un

levantamiento de su reduccion.

I Si X† es un esquema †-adico, entonces denotaremos a su gavilla

estructural por OX† .

Page 62: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Notacion y Convencion

I Sea R un anillo conmutativo con uno, y sea I ⊂ R un ideal.

Denotamos por Rs : −R/I s para s > 1. En particular R1 = R/I .

I Llamaremos simplemente algebra †-adica a un algebra A† debilmente

completa.

I A un esquema formalmente debil (X,OX ) lo llamaremos

simplemente esquema †-adico y lo denotaremos por X†.

I Dado un esquema †-adico X† = (X,OX), definimos su reduccion

(modulo el ideal m ⊂ R) como el esquema:

(X,OX/m)

en donde OX/m := OX ⊗R R/m. Decimos que X† es un

levantamiento de su reduccion.

I Si X† es un esquema †-adico, entonces denotaremos a su gavilla

estructural por OX† .

Page 63: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Notacion y Convencion

I Sea R un anillo conmutativo con uno, y sea I ⊂ R un ideal.

Denotamos por Rs : −R/I s para s > 1. En particular R1 = R/I .

I Llamaremos simplemente algebra †-adica a un algebra A† debilmente

completa.

I A un esquema formalmente debil (X,OX ) lo llamaremos

simplemente esquema †-adico y lo denotaremos por X†.

I Dado un esquema †-adico X† = (X,OX), definimos su reduccion

(modulo el ideal m ⊂ R) como el esquema:

(X,OX/m)

en donde OX/m := OX ⊗R R/m. Decimos que X† es un

levantamiento de su reduccion.

I Si X† es un esquema †-adico, entonces denotaremos a su gavilla

estructural por OX† .

Page 64: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Criterios de Afinidad

Teorema

Un esquema †-adico X† es afın si, y solo si su reduccion (esquema sobre

R1 := R/m) es afın.

Corolario

El espacio localmente anillado inducido sobre un abierto afın por un

esquema †-adico, es un esquema †-adico afın.

levantamiento

Page 65: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Criterios de Afinidad

Teorema

Un esquema †-adico X† es afın si, y solo si su reduccion (esquema sobre

R1 := R/m) es afın.

Corolario

El espacio localmente anillado inducido sobre un abierto afın por un

esquema †-adico, es un esquema †-adico afın.

levantamiento

Page 66: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Layout

Esquemas Logarıtmicos

Esquemas Debilmente Completos Logarıtmicos

Esquemas Formales logarıtmicos

Esquemas Debilmente Completos

log-Diferenciales y Log-Suavidad

Cartas en Estructuras Logarıtmicas

Estructuras Logarıtmicas Finas

Diferenciales logarıtmicas y Morfismos log-suaves

Page 67: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Cartas

Definicion

Sea (X ,MX ) un log-sch y P un monoide.

Consideremos a la gavilla constante PX en X inducida por P.

Una carta para MX es un morfismo

PX →MX

tal que el morfismo inducido de estructuras logarıtmicas

Pa →MX

es un isomorfismo

Recordemos que Pa es la estructura logarıtmica asociada a la estructura

pre-logarıtmica dada por PX →MX → OX

Page 68: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Otra forma de ver a las cartas:

Una carta para MX es equivalente a un morfismo de log-esquemas:

(X ,MX )→ Spec(P→ Z[P])

tal que f b es un isomorfismo.

En general tenemos lo siguiente:

Lema

El morfismo:

HomLogSch(X ,Spec(P→ Z[P]))→ HomMon(P,�(X,MX))

que asocia a f la composicion:

P → Γ(X ,PX )→ Γ(X ,MX )

es un isomorfismo.

Page 69: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Otra forma de ver a las cartas:

Una carta para MX es equivalente a un morfismo de log-esquemas:

(X ,MX )→ Spec(P→ Z[P])

tal que f b es un isomorfismo. En general tenemos lo siguiente:

Lema

El morfismo:

HomLogSch(X , Spec(P→ Z[P]))→ HomMon(P,�(X,MX))

que asocia a f la composicion:

P → Γ(X ,PX )→ Γ(X ,MX )

es un isomorfismo.

Page 70: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Cartas de log-morfismos

Definicion

Sea f : X → Y un morfismo de log-esquemas. Una carta para f es una

triplete

(PX →MX ,QY →MY ,Q → P)

en donde PX ,QY son gavillas constantes asociadas a los monoides P,Q

que satisfacen las siguientes condiciones:

I PX →MX y QY →MY son cartas de MX y MY respectivamente.

I El morfismo de monoides Q → P hace el siguiente diagrama de

gavillas en X conmutativo:

QX//

��

PX

��f ∗MY

// MX

Page 71: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Cartas de log-morfismos

Definicion

Sea f : X → Y un morfismo de log-esquemas. Una carta para f es una

triplete

(PX →MX ,QY →MY ,Q → P)

en donde PX ,QY son gavillas constantes asociadas a los monoides P,Q

que satisfacen las siguientes condiciones:

I PX →MX y QY →MY son cartas de MX y MY respectivamente.

I El morfismo de monoides Q → P hace el siguiente diagrama de

gavillas en X conmutativo:

QX//

��

PX

��f ∗MY

// MX

Page 72: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Cartas de log-morfismos

Definicion

Sea f : X → Y un morfismo de log-esquemas. Una carta para f es una

triplete

(PX →MX ,QY →MY ,Q → P)

en donde PX ,QY son gavillas constantes asociadas a los monoides P,Q

que satisfacen las siguientes condiciones:

I PX →MX y QY →MY son cartas de MX y MY respectivamente.

I El morfismo de monoides Q → P hace el siguiente diagrama de

gavillas en X conmutativo:

QX//

��

PX

��f ∗MY

// MX

Page 73: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Layout

Esquemas Logarıtmicos

Esquemas Debilmente Completos Logarıtmicos

Esquemas Formales logarıtmicos

Esquemas Debilmente Completos

log-Diferenciales y Log-Suavidad

Cartas en Estructuras Logarıtmicas

Estructuras Logarıtmicas Finas

Diferenciales logarıtmicas y Morfismos log-suaves

Page 74: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Grupo asociado a un Monoide

Recordemos que a todo monoide P le podemos asociar un grupo (el

grupo de Grothendieck) dado por:

Pgp := {(a, b)|(a, b) ' (c , d) si ∃ s ∈ P tal que s + a + d = s + b + c} ;

que satisface la propiedad universal de que todo morfismo de P a un

grupo se factoriza por Pgp de manera unica.

Page 75: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Definiciones

Definicion

Un monoide P es llamado integral si el morfismo canonico

P → Pgp

es inyectivo.

Es llamado saturado si este es integral y para cada p ∈ Pgp, se tiene que

si np ∈ P para algun entero n, entonces p ∈ P.

Definicion

Un esquema logarıtmico X es llamado fino, si en localmente- etale existe

una carta

P →MX

con P un monoide integral finitamente generado.

Si ademas P se puede elegir de tal manera que sea saturado, entonces X

es llamado un log-esquema fino y saturado (fs) (on un esquema con una

estructura logarıtmica fina y saturada). Si P ' Nk decimos que la

estructura logarıtmica es localmente libre.

Page 76: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Definiciones

Definicion

Un monoide P es llamado integral si el morfismo canonico

P → Pgp

es inyectivo.

Es llamado saturado si este es integral y para cada p ∈ Pgp, se tiene que

si np ∈ P para algun entero n, entonces p ∈ P.

Definicion

Un esquema logarıtmico X es llamado fino, si en localmente- etale existe

una carta

P →MX

con P un monoide integral finitamente generado.

Si ademas P se puede elegir de tal manera que sea saturado, entonces X

es llamado un log-esquema fino y saturado (fs) (on un esquema con una

estructura logarıtmica fina y saturada). Si P ' Nk decimos que la

estructura logarıtmica es localmente libre.

Page 77: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Definiciones

Definicion

Un monoide P es llamado integral si el morfismo canonico

P → Pgp

es inyectivo.

Es llamado saturado si este es integral y para cada p ∈ Pgp, se tiene que

si np ∈ P para algun entero n, entonces p ∈ P.

Definicion

Un esquema logarıtmico X es llamado fino, si en localmente- etale existe

una carta

P →MX

con P un monoide integral finitamente generado.

Si ademas P se puede elegir de tal manera que sea saturado, entonces X

es llamado un log-esquema fino y saturado (fs) (on un esquema con una

estructura logarıtmica fina y saturada). Si P ' Nk decimos que la

estructura logarıtmica es localmente libre.

Page 78: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Layout

Esquemas Logarıtmicos

Esquemas Debilmente Completos Logarıtmicos

Esquemas Formales logarıtmicos

Esquemas Debilmente Completos

log-Diferenciales y Log-Suavidad

Cartas en Estructuras Logarıtmicas

Estructuras Logarıtmicas Finas

Diferenciales logarıtmicas y Morfismos log-suaves

Page 79: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Morfismo Estricto e Inmersion cerrada estricta

Definicion

Un morfismo f : X → Y de log-equemas es llamado estricto si el

morfismo respectivo

f b : f ∗MY → MX

es un isomorfismo.

Es una inmersion cerrada estricta, si es estricto y el morfismo de

esquemas X → Y es una inmersion cerrada.

Page 80: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Morfismo Estricto e Inmersion cerrada estricta

Definicion

Un morfismo f : X → Y de log-equemas es llamado estricto si el

morfismo respectivo

f b : f ∗MY → MX

es un isomorfismo.

Es una inmersion cerrada estricta, si es estricto y el morfismo de

esquemas X → Y es una inmersion cerrada.

Page 81: Esquemas Débilmente Completos y Estructuras Logarítmicas

Nota:

Consideremos el siguiente diagrama conmutativo de log-esquemas:

T0Φ //

j

��

X

f

��T1

Φ// Y

con j una inmersion cerrada estricta definida por un ideal J tal que

J2 = 0.

Notemos que tanto T0, como T1 tienen al mismo espacio topologico

subyacente. Ademas ambos tienen al mismo sitio etale.