표준 선다발

대수기하학에서 **표준 선다발**(標準線다발, canonical line bundle) 또는 **표준 선속**(標準線束)은 켈러 미분의 층의 최고차 외부 거듭제곱이다.
# 정의
대수적으로 닫힌 체 위의 n차원 비특이 대수다양체 X의 **표준 선다발** \omega_X은 다음과 같은 가역층이다.180–181 :\omega_X=\bigwedge^n\Omega_{X/k} 여기서 \Omega_{X/k}는 켈러 미분층이다. 표준 선다발에 대응하는 인자류를 **표준류**(標準類, canonical class)라고 하고, 표준류에 속하는 인자를 **표준 인자**(標準因子, canonical divisor) K_X라고 한다. 만약 X가 특이점을 가지지만 정규 대수다양체인 경우, 매끄러운 궤적(smooth locus) U\subset X가 존재한다. 이 경우, X의 표준 인자는 U의 표준 인자로 정의한다. 보다 일반적으로, X가 S2 조건(여차원 2까지 코언-매콜리 조건이 성립)을 만족시키며 고런스틴 스킴이라면, 위와 같이 표준 인자를 정의할 수 있다. 표준 선다발의 역을 **반표준 선다발**(反標準線다발, anticanonical line bundle) \omega_X^{-1}이라고 한다. **반표준류**(反標準類, anticanonical class) 및 **반표준 인자**(反標準因子, anticanonical divisor)는 이에 대응하는 인자(류)이다.
# 첨가 공식
**첨가 공식**(添加公式, adjunction formula)은 어떤 부분 대수다양체의 표준 선다발과 전체 공간의 표준 선다발 사이의 관계를 나타내는 공식이다. 비특이 대수다양체 X 위의 인자 D에 대하여, 다음과 같은 **첨가 공식**이 성립한다. :K_D = (K_X+D)|_D 즉, 선다발로는 다음과 같다. D로 정의되는 부분다양체를 Y, 매장 사상을 \iota\colon Y\hookrightarrow X라고 하면, 다음과 같다. :\mathcal K_Y=\iota^*(\mathcal K_X\otimes\mathcal O(D)) 여차원이 2 이상일 경우에도 유사한 첨가 공식이 성립한다. 비특이 대수다양체 X의 닫힌 비특이 부분 대수다양체 \iota\colon Y\hookrightarrow X가 주어졌고, 이에 대응하는 아이디얼 층이 \mathcal I라고 하자. 이 경우, \mathcal I/\mathcal I^2는 Y의 자리스키 쌍대법다발이다. 이 경우, 다음과 같은 아벨 군 층의 짧은 완전열이 존재한다.182 :0\to\mathcal I/\mathcal I^2\to\iota^*T^*X\to T^*Y\to 0 여기서 T^*는 공변접다발이다. 완전열의 모든 항에 최고차 외부 거듭제곱을 취하면, 다음을 얻는다.언어=en146–147182, Proposition II.8.20 :\mathcal K_Y=\iota^*\mathcal K_X\otimes\left(\det(\mathcal I/\mathcal I^2)\right)^\vee 여기서 (-)^\vee는 쌍대 다발을 뜻한다.
# 예
복소수체 위의 n차원 비특이 대수다양체의 경우, 표준 선다발은 **행렬식 다발**(determinant bundle)이라고 하며, n차 정칙 미분 형식들의 선다발이다. (단일 연결) 칼라비-야우 다양체의 경우, 표준 선다발은 자명하다. 파노 다양체의 경우, 반표준 선다발은 풍부한 선다발이다.
## 리만 곡면의 표준 선다발
리만 곡면(=1차원 복소수 비특이 대수다양체) C 위의 표준 선다발은 정칙 공변접다발 \Omega_C와 같으며, 그 차수는 다음과 같다. :\deg\omega_C=2g-2=-\chi(C) 특히, g\ge2인 경우 이는 효과적 인자를 이룬다. 이 경우, \omega_C의 g개의 단면들은 유리 사상 C\to\mathbb{P}_{\mathbb C}^{g-1}을 정의한다. 이 유리 사상의 상은 사영 곡선을 이루며, 이를 **표준 곡선**(canonical curve)이라고 한다. 만약 C가 초타원 곡선일 경우, 그 표준 곡선은 유리 곡선이며, 유리 사상은 두 겹 피복 공간을 이룬다. 예를 들어, C의 종수가 2이며, C가 다음과 같은 (아핀) 방정식으로 정의된다고 하자. :y^2=P(x) 여기서 P는 6차 다항식이다. 그렇다면, 이 위의 제1종 미분(=(1,0)차 복소수 미분 형식)은 다음과 같이 두 개가 있다. :\frac1{\sqrt{P(x)\,dx,\;\frac x{\sqrt{P(x)\,dx 이에 따라서, 표준 곡선은 :(x,y)\mapsto x\in\mathbb{P}_{\mathbb C}^1 임을 알 수 있다. 이는 물론 두 겹 피복 공간이다. 만약 C가 초타원 곡선이 아닌 종수 3 이상의 곡선일 경우, C의 표준 곡선은 C와 동형이다. 예를 들어, 다음과 같다. * 종수 3인 경우, 표준 곡선은 4차 평면 곡선이다. * 종수 4인 경우, 표준 곡선은 2차 곡면과 3차 곡면의 교집합이다. * 종수 5인 경우, 표준 곡선은 세 개의 2차 초곡면의 교집합이다.
## 사영 공간
대수적으로 닫힌 체 K 위의 사영 공간 \mathbb P_K^n에 대하여, 다음과 같은 짧은 완전열이 존재한다.176, Theorem II.8.13 이를 **오일러 완전열**이라고 한다. :0\to\Omega_{\mathbb P_K^n}^1\to\mathcal O_{\mathbb P_K^n}(-1)^{\oplus(n+1)}\to\mathcal O_{\mathbb P_K^n}(0)\to0 모든 항에 최고차 외부 거듭제곱을 취하면, 다음을 얻는다.182, Example II.8.20.1 :\omega_{\mathbb P_K^n}=\mathcal O_{\mathbb P_K^n}(-n-1)
## 사영 공간 속의 초곡면
n차원 사영 공간 \mathbb P^n 속에서, 동차다항식들 P_i으로 정의되는 초곡면 Y_i\hookrightarrow\mathbb P^n들의 완전 교차(complete intersection) :Y=\bigcap_{i=1}^{\operatorname{codim}Y}Y_i 를 생각하자. 이 경우, :\omega_{\mathbb P^n}=\mathcal O(-n-1) :\mathcal O(Y_i)=\deg P_i 이므로, 첨가 공식에 따라서 Y의 표준 선다발은 다음과 같다. :\omega_Y=\mathcal O\left(\sum_i\deg P_i-n-1\right) 만약 :\sum_i\deg P_i=n+1 이라면 표준 선다발은 자명하며, 이 경우 (비특이 대수다양체라면) Y는 칼라비-야우 다양체를 이룬다. 특히, 사영 평면 속의 d차 대수 곡선 C\subset\mathbb P^2의 표준 선다발은 다음과 같다.361, Example V.1.5.1; 183, Example II.8.20.3 :\omega_C=\mathcal O(d-3) d차 평면 대수 곡선의 경우 :\deg\mathcal O(1)=d 이므로, :\deg\omega_C=d(d-3) 이다. 리만-로흐 정리에 따라서 :\deg\omega_C=2g-2=-\chi(\Sigma) 이므로, 다음과 같은 **종수-차수 공식**(種數次數公式, genus–degree formula)을 얻는다. :g=\frac12(d-1)(d-2)
## 이차 곡면 위의 곡선의 종수
첨가 공식을 사용하여 이차 곡면 \mathbb P^1\times\mathbb P^1 속의 곡선의 종수를 계산할 수 있다.issn=0072-5285362, Example V.1.5.2 곡선 C의 차수가 (d_1,d_2)라고 하자. \mathbb P^1\times\mathbb P^1의 표준 선다발의 차수는 (-2,-2)이다. 즉, C의 차수는 (d_1-2,d_2-2)와 (d_1,d_2)의 교차곱이다. 이차 평면 위의 교차곱은 다음과 같다.361, Example V.1.4.3 :(a,b).(c,d)=ad+bc 따라서, 다음이 성립한다. :2g-2=d_1(d_2-2)+d_2(d_1-2) 즉, :g=d_1d_2-d_1-d_2+1 이다.