Nikulinの定理3.10.1 の証明の概要 | 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. . .

文献:

V.V. Nikulin,
Integral symmetric bilinear forms and some of their applications,
Izv. Akad. Nauk SSSR Ser Mat. 43-1 (1979), 111--177.
= Math. USSR Izv. 14-1 (1980), 103--167.


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定理3.10.1

Μ_{n,k}(R)連結成分は,

polarized integral involution (偏極対合付き格子) (L,φ, h)

(ここで,φは,lattice L上のformを保つhomomorphismであるようなinvolution,

h ∈L) で,L が even unimodular lattice of signature (3,19) (つまり,K3格子),

φ(h)=-h, h はLの中でprimitivet_(+) = 1, h^2 =n であるものの同型類

bijectiveに対応する.

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ここで,φのfixed part E_+ 上のsignatureを (t_(+), t_(-)) とする.


この定理(定式化はこちら )の証明の概要は以下のとおり:


注意事項

[1] Μ_{n,k}(R)は,ヒルベルトスキームH_{n,k}(R)をPGL(N+1, R)で割ったものであった.

[2] H_{n,k}(R)の各連結成分に対し,そこに属する実代数的偏極K3曲面

「associated polarized integral involution(L,φ, h)」の同型類は決まる.

Μ_{n,k}(R)に対してもそうである.

また,そのようなpolarized integral involution (L,φ, h) は,

φがlattice L上のformを保つhomomorphismであるようなinvolution,

h ∈L,L は even unimodular lattice of signature (3,19) (つまり,K3格子),

φ(h)=-h, h はLの中でprimitivet_(+) = 1, h^2 =n  という性質を持つ.

[3] Pijateckii-Shapiro and Shafarevichによる代数的K3曲面に対する大域的トレリ定理

  の主張においては,

  2次元コホモロジー上のisometryからK3曲面間の複素解析的同型が決まるということも重要である.

  これにより,K3曲面上の反正則対合の存在(実K3曲面であること)もいえる.

[4] (L,φ, h)のautomorphismで移りあうような周期を「equivalentな周期」という.

  [3]により,ある周期に対応する偏極実K3曲面が存在すれば,

  それにequivalentな周期に対応する偏極実K3曲面が存在する.

  特に,ルートにおける鏡映も, (L,φ, h)のautomorphismである.

  Kulikovによる周期写像の全射性

   V. S. Kulikov,“Surjectivity of the period mapping for $K3$ surfaces”,

   UMN, 32:4(196) (1977), 257–258.

  は,(L,h)のautomorphismsの,周期領域への作用に関する商空間への全射性を言っている.

  しかし,代数的K3曲面に対応する周期については,こちら を参照!

[5] 周期を実部と虚部に分け,その対として,「代数的K3曲面の周期」を考えていく.

[6] n=2, n=4 の場合は特別扱いを要する.

[7] polarized integral involution (L,φ, h) のひとつの同型類を固定すると,それに対し,

  周期領域のある部分集合 Ω_{φ, h, k}  が定義される.この集合は連結である.

  この各点に対して,Kulikovによる周期写像の全射性を用いて,

  ある代数的偏極K3曲面が対応するが,

  それらのK3曲面は,P^N(R)の可逆実線形変換を除いて一意的である.

  この,」の部分の主張は,Kharlamov(1976)の論法をまねている.

  P^Nへの埋め込みについては,Saint-Donatの結果を用いている.

  周期写像によりΩ_{φ, h, k} の点に対応するような実代数的偏極K3曲面に対して,

  そのassociated polarized integral involutionの同型類は(L,φ, h)である.

[8] H_{n,k}(R) のいくつかの連結成分が,周期写像により,

  ひとつのΩ_{φ, h, k} のopen coveringをなしているが,Ω_{φ, h, k} の連結性により,

  それらの各連結成分は,それぞれ,Ω_{φ, h, k} 全体上に写る.

  また,[7]前半により,Ω_{φ, h, k} に写るようなH_{n,k}(R) の連結成分たちは,

  projectively equivalentである.



説明:

H_{n,k}(R)のひとつの連結成分C上の点(実代数的偏極K3曲面)を,周期写像により周期領域に写すとき,その実代数的偏極K3曲面のassociated polarized integral involutionの同型類を(L,φ, h)とすると,周期点はΩ_{φ, h, k}に含まれるはずである.[2]より,H_{n,k}(R)の各連結成分に対し,そこに属する実代数的偏極K3曲面のassociated polarized integral involutionの同型類は決まるので,さきほどの連結成分C上のすべての点は,周期写像により,Ω_{φ, h, k}の中に写ることになる.

周期写像はΜ_{n,k}(R)上の局所解析的同型写像である(Pijateckii-Shapiro and Shafarevich参照)ことから,さきほどの連結成分Cの像は,Ω_{φ, h, k}の中の開集合である.

仮に,その開集合がΩ_{φ, h, k}全体に一致しないとしよう.

その開集合に属さないΩ_{φ, h, k}の点を考えると,[7]より,それに対応する実代数的偏極K3曲面を考えると,そのassociated polarized integral involutionの同型類は(L,φ, h)なので,その実代数的偏極K3曲面は,やはり,H_{n,k}(R)に属することになる.それを含むH_{n,k}(R)連結成分C'(これはCではない)を考えると,さきほどと同様に,連結成分C'上のすべての点は,周期写像により,Ω_{φ, h, k}の中に写る.このようにして,Ω_{φ, h, k}は,H_{n,k}(R)のいくつかの連結成分により,周期写像によりopen coverされていることがわかる.さきほども述べたように,それらの連結成分の像はΩ_{φ, h, k}開集合である.もし,2つの連結成分の像が交わるとすれば,[7]により,それらの2つの連結成分は,PGL(N+1, R)の作用で写りあい,像は完全に一致するはずである.このようにして,Ω_{φ, h, k}は,周期写像により,H_{n,k}(R)のいくつかの連結成分により,open coverされ,しかも,それらのopen setたちはdisjointであることになる.ところが,Ω_{φ, h, k}連結なので,結局,

さきほどのH_{n,k}(R)の連結成分Cの周期写像による像はΩ_{φ, h, k}全体であることがわかった.

そして,H_{n,k}(R)の別の連結成分'もΩ_{φ, h, k}に写るとすれば,これらの2つの連結成分は,PGL(N+1, R)の作用で写りあい(すなわち,Μ_{n,k}(R)においては同じ連結成分),後者の連結成分の像もΩ_{φ, h, k}全体であることがわかった.




証明の完結:

まず,Μ_{n,k}(R)各連結成分に対し,

polarized integral involution (L,φ, h) (ここで,φは,lattice L上のformを保つhomomorphismであるようなinvolution,h ∈L) で,L が even unimodular lattice of signature (3,19) (つまり,K3格子),φ(h)=-h, h はLの中でprimitivet_(+) = 1, h^2 =n であるものの同型類

がただひとつ対応するのであった.(ここまでは,対応がwell-definedであること)

逆に,上のような性質を持つpolarized integral involution (L,φ, h)の同型類(ここでは,φが重要!)を与えると,それに対し,Ω_{φ, h, k}を考えると,[7]により,この各点に対して,ある代数的偏極K3曲面が周期写像で対応するが,そのassociated polarized integral involutionの同型類は(L,φ, h)であることから,その実代数的偏極K3曲面は,H_{n,k}(R)に属する.これで,対応の全射性が言えた.

次に,H_{n,k}(R)の2つの連結成分のassociated polarized integral involutionが同じ同型類(L,φ, h)だとする.すると,それらの連結成分を周期写像により周期領域に写すと,上記説明のとおり,像は,Ω_{φ, h, k}に含まれる.また,上記説明により,それぞれの連結成分の像はΩ_{φ, h, k}全体であり,これらの2つの連結成分は,PGL(N+1, R)の作用で写りあう.すなわち,Μ_{n,k}(R)においては同じ連結成分なのである.これで,単射性が言えた.




補足注意:

ロシア語からの英訳に少々誤訳があると思われる.記号の誤植も多い.