행렬식 다양체

대수 기하학에서 행렬식 다양체(영어: determinantal variety)는 계수에 주어진 상한이 있는 행렬들의 공간이다. 이 다양체의 중요성은 사영 공간 두 개의 곱의 세그레 매장과 같은 대수 기하학의 많은 예가 이러한 형식이라는 사실에서 비롯된다. 주어진 m , n {\displaystyle m,n} 과 r < min { m , n } {\displaystyle r<\min\{m,n\}} 에 대해 행렬식 다양체 Y r {\displaystyle Y_{r}} 은 체 k {\displaystyle \mathbb {k} } 의 원소를 성분으로 갖는 계수 r {\displaystyle r} 이하의 모든 m × n {\displaystyle m\times n} 행렬들의 집합이다. 이것은 행렬이 계수 r {\displaystyle r} 이하를 갖는 조건으로서 ( r + 1 ) × ( r + 1 ) {\displaystyle (r+1)\times (r+1)} 부분 행렬식들의 근들로 자연스럽게 주어지는 대수다양체이다. 성분들이 대수적 독립인 변수 x i , j {\displaystyle x_{i,j}} 들인 m × n {\displaystyle m\times n} 행렬을 고려하면, 이 행렬의 부분행렬식들은 r + 1 {\displaystyle r+1} 차 다항식이다. 이러한 다항식들에 의해 생성된 k [ x i , j ] {\displaystyle \mathbb {k} [x_{i,j}]} 의 이데알은 행렬식 이데알이다. 부분행렬식을 정의하는 방정식이 동차이기 때문에 Y r {\displaystyle Y_{r}} 를 m n {\displaystyle mn} 차원 아핀 공간에서 아핀 다양체, 또는 m n − 1 {\displaystyle mn-1} 차원 사영 공간에서 사영 다양체로 볼 수 있다. 행렬식 다양체를 정의하는 반소 이데알은 ( r + 1 ) × ( r + 1 ) {\displaystyle (r+1)\times (r+1)} 부분행렬식들로 생성된다.(Bruns-Vetter, Theorem 2.10). Y r {\displaystyle Y_{r}} 를 아핀 다양체로 고려한다고 가정하면, 그 차원은 r ( m + n − r ) {\displaystyle r(m+n-r)} 이다. 이를 확인하는 한 가지 방법은 다음과 같다. A m n {\displaystyle \mathbf {A} ^{mn}} 위에 곱 공간 A m n × G r ( r , m ) {\displaystyle \mathbf {A} ^{mn}\times \mathbf {Gr} (r,m)} 을 형성한다. 여기서 G r ( r , m ) {\displaystyle \mathbf {Gr} (r,m)} 는 m {\displaystyle m} 차원 선형 공간에서 r {\displaystyle r} 차원 평면들의 그라스만 다양체이고 Y r {\displaystyle Y_{r}} 의 비특이화인 부분 공간 Z r = { ( A , W ) ∣ A ( k n ) ⊆ W } {\displaystyle Z_{r}=\{(A,W)\mid A(k^{n})\subseteq W\}} 을 고려한다. (계수가 정확히 r {\displaystyle r} 인 행렬들의 열린 집합에 대해 이 사상은 동형사상이다.) Z r {\displaystyle Z_{r}} 는 H o m ( k n , R ) {\displaystyle \mathrm {Hom} (k^{n},{\mathcal {R}})} 과 동형인 G r ( r , m ) {\displaystyle \mathbf {Gr} (r,m)} 위의 선형 다발이다. 여기서 R {\displaystyle {\mathcal {R}}} 은 그라스만 다양체에 대한 tautological 다발이다. 그들은 쌍유리적 동치이기 때문에 dim ⁡ Y r = dim ⁡ Z r {\displaystyle \dim Y_{r}=\dim Z_{r}} 이고, H o m ( k n , R ) {\displaystyle \mathrm {Hom} (k^{n},{\mathcal {R}})} 의 올의 차원이 n r {\displaystyle nr} 이기 때문에 dim ⁡ Z r = dim ⁡ G r ( r , m ) + n r = r ( m − r ) + n r {\displaystyle \dim Z_{r}=\dim \mathbf {Gr} (r,m)+nr=r(m-r)+nr} 이다.. 위는 계수 r {\displaystyle r} 이하인 행렬이 Y r {\displaystyle Y_{r}} 의 특이 영점들을 포함함을 보여준다. 사실 둘은 같다. 이 사실은 비특이성에 대한 야코비 판별과 함께 부분행렬식에 의해 반소 이데알이 주어짐을 통해 확인할 수 있다. 다양체 Y r {\displaystyle Y_{r}} 은 자연스럽게 일반 선형 군의 곱 G = G L ( m ) × G L ( n ) {\displaystyle G=\mathbf {GL} (m)\times \mathbf {GL} (n)} 의 군 작용을 가진다. 체의 표수가 0일 때 Y r {\displaystyle Y_{r}} 의 syzygies를 결정하는 문제를 알랭라스코가 G {\displaystyle G} 의 자연 군 작용을 사용하여 해결했다. 대수적 다양체에서 두 선형 다발 사이의 선형 사상 공간을 고려하여 결정적 다양체의 개념을 "전역화"할 수 있다. 그러면 행렬식 다양체는 축퇴 영점의 일반적인 연구에 속한다. 이들 축퇴 영점의 코호몰로지류에 대한 표현은 Thom-Porteous 공식으로 주어진다(Fulton-Pragacz). Bruns, Winfried; Vetter, Udo (1988). 《Determinantal rings》. Lecture Notes in Mathematics 1327. Springer-Verlag. doi:10.1007/BFb0080378. ISBN 978-3-540-39274-3.  Fulton, William; Pragacz, Piotr (1998). 《Schubert varieties and degeneracy loci》. Lecture Notes in Mathematics 1689. Springer-Verlag. doi:10.1007/BFb0096380. ISBN 978-3-540-69804-3.  Lascoux, Alain (1978). “Syzygies des variétés déterminantales”. 《Advances in Mathematics》 30 (3): 202–237. doi:10.1016/0001-8708(78)90037-3.  Miller, Ezra; Sturmfels, Bernd (2005). 《Combinatorial Commutative Algebra》. Graduate Texts in Mathematics 227. Springer. ISBN 978-0-387-23707-7.  Weyman, Jerzy (2003). 《Cohomology of Vector Bundles and Syzygies》. Cambridge Tracts in Mathematics 149. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-62197-7.