The global Torelli theorem for K3 surfaces | K3 surfaces with involutions

K3 surfaces with involutions

Local and global Torelli theorems for complex K3 surfaces, periods of K3 surfaces, non-symplectic holomorphic involutions, anti-holomorphic involutions, Hilbert schemes of K3 surfaces, Nikulin's lattice theory, lattice-polarized K3 surfaces. . .

参考文献:

宝石紫[BHPV] 第8章 K3 surfaces and Enriques surfaces (p.332)

宝石紫金銅誠之 「二次形式とK3曲面・Enriques曲面」,数学 42-4 (1990). 定理3.3 (Torelli型定理)


-------------------------------------------------------

記号の定義 (この記事 に書いたことを再掲)

XをK3曲面,ω_Xをa nowhere vanishing holomorphic 2-form on X とする.


 PicX = S_X = (ω_X)^⊥ ∩ H^2(X, Z)  (Picard lattice)

 T_X = (S_X)^⊥ ∩ H^2(X, Z)       (超越lattice)


とおく.


      Δ(X) = {δ∈S_X | δ^2 = -2 }   (Xの"ルート"たちの集合)

とおく.


       H^{1,1}(X)_R :=  H^{1,1}(X) ∩ H^2(X, R)

とおく.


       { x ∈ H^{1,1}(X)_R | <x, x> > 0 }


は,2つの連結成分(cones)からなるが,XのKaehler classたちは,そのconvex subcone をなし,2つの連結成分の片方に含まれる.そちらを,

            C_X

と表し,Xのthe positive cone と呼ぶ. ([BHPV], p.307を参照)


     Δ(X) = Δ^+(X)-Δ^+(X)  (disjoint union),

       ここで,Δ^+(X) = { δ | δはeffective divisorで代表される }


という分解ができる. ([BHPV], p.311~p.312参照)


       C^+_X = {x ∈ C_X | <x, Δ^+(X)> > 0 }

とおく.

これは,Xのthe Kaehler cone に一致する.([BHPV], p.312,Coro3.9参照)


Δ^+(X)の元で決まる鏡映 s_d (Picard-Lefschetz reflections) で生成される群を

W(X) とおくと,その基本領域 (⊂C_X) は,C^+_XのC_Xにおける閉包となっている.




------------------------------------------------------------

Theorem 11.1

(The global Torelli theorem for K3 surfaces,

Pjateckii-Shapiro and Shafarevich,

Burns and Rapoport)


X, X' をK3 surfaces とし,effective Hodge-isometry

φ: H^2(X',Z) → H^2(X,Z)


つまり,φは,isometry H^2(X',Z)→H^2(X,Z)で,

C-linear extension φ_C が Hodge分解を保ち,

   (これは,K3曲面の場合はH^{2,0}(X') を H^{2,0}(X) に写すこと,すなわち,

   [ω_X'] を [ω_X] に写すことと同値である.)

   (ここまでなら,Hodge-isometry )

● φ_R が positive coneをpositive coneに移し,かつ,

   the sets of effective classesの間のa bijectionを誘導する.

    (このことは,Prop.3.11 より,φ_R

     X' のthe Kaehler cone を X のthe Kaehler cone に写すことと同値である!)


が存在するとする.

このとき,

φ= f^* となるbiholomophic map f : X → X' が存在する.

----------------------------------------------------------



Corollary 11.2 (Weak Torelli theorem)

X, X' をK3 surfaces とし,Hodge-isometry H^2(X',Z) → H^2(X,Z),


すなわち,isometry H^2(X',Z)→H^2(X,Z)で,

C-linear extension が Hodge分解を保つ,


が存在すれば,X, X' は複素解析的に同型である.



Proposition 11.3

X をK3曲面とする.X上の自己同型で,H^2(X,Z)上identityであるものは,

それ自身,identtityである.


Colollary 11.4

Theorem 11.1 において,φ= f^* となるbiholomophic map f は一意的である.



---------------------------------------------

コメント:

Theorem 11.1 (The global Torelli theorem) よりわかること:


(X_1, ψ_1), (X_2, ψ_2) を2つのmarked K3曲面とする.

 (つまり,

 ψ_1: H^2(X_1, Z) → L,

 ψ_2: H^2(X_2, Z) → L を isometry とする)

このとき,

(i) (ψ_1)_C ([ω_{X_1}]) = (ψ_2)_C ([ω_{X_2}])  (周期が同じ).

(ii) (ψ_1)_R (X_1 のKaehler cone) = (ψ_2)_R (X_2 のKaehler cone).

ならば,

(ψ_2)^{-1} o ψ_1 = f^*

すなわち,

ψ_1 = ψ_2 o f^*

となる複素解析的同型写像 f : X_2 → X_1

が存在する,

すなわち,marked K3曲面として,

(X_1, ψ_1), (X_2, ψ_2) がisomorphicであることになる!

-------------------------------------------


以前の記事 で述べたように,

K3曲面 X 上の複素解析的同型写像(自己同型) r : X → X があるとき,

r^* : H^2(X, Z) → H^2(X, Z) を考え,

Lの自己同型 φ o r^* oφ^{-1} により,(X, φ)のmarkingを替えると,

marked K3 surface (X, φ) は,別のmarked K3 surface (X, φo r^*) に変化する

ところが,これらに対し,(従来の)「周期」を考えると,

   φ([ω_X]) = φo r^*([ω_X])  (同じ)


となってしまうのでした.


そこで,marked K3 surfacesを区別するために,

上の定理11.1のeffective Hodge isometryの考えに基づいて改良された周期が,

the Burns-Rapoport period
です.

=============================================

以下は,

Shimada氏によるK3曲面の研究 より(勝手に)引用させていただきます(Shimadaさんに感謝)


こちらの原稿によると,

定義:

標準束が自明となる,滑らか,完備な代数曲面は,その不正則数が0であるとき,K3曲面と呼ばれる.(これは,スキームで「代数曲面」であるものたちの中でK3曲面とは何か?という定義ですね)




K3曲面はアーベル多様体とはちがって,もはや代数群としての構造をもちません.それだけに複雑かつ微妙な幾何学的構造をもっています.


複素K3曲面

複素K3曲面の理論でもっとも重要なのは,次の (弱)トレリ型定理です.


定理

2つの複素K3曲面が与えられたとする.

両者の整数係数2次コホモロジー群のあいだに,

交叉形式を保ち(isometry),かつ周期を周期に移す同型が存在するならば,

2つの複素K3曲面は(複素解析的に)同型である.


したがって,周期が与えられればそこからもとのK3曲面の幾何学的構造を再構成することが原理的には可能です.近年の計算機の著しい発達により,この再構成が理論の上だけでなく実際に可能となってきました.


--------------------------------------------

2009年8月12日のShimadaさんの講演より

ADE特異点を持つ6次曲線で分岐するP^2の2重被覆の多くの例.

Picard群のランクが20であるようなK3曲面を,(非特異K3曲面であっても) singular K3曲面という.

ある種のK3曲面の特徴づけが,数論でも使える用語で述べられた場合,

その性質をもって,その種のK3曲面の「数論的バージョン」の定義する.

  証明の道具・・・・「class field theory」など(?)

任意の有限アーベル群を与えて,それを被覆変換群とするP^2のエタール被覆.

(2009/8/15 追加)