Kurs:Singularitätentheorie (Osnabrück 2019)/Arbeitsblatt 8/latex

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\setcounter{section}{8}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass der Quotient
\mathdisp {{ \frac{ 1-x_3 }{ x_1+x_2 { \mathrm i} } }} { }
für
\mathl{x_1,x_2 \to 0}{} und
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ x_3 }
{ =} { \pm \sqrt{1-x_1^2-x_2^2} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gegen $0$ \definitionsverweis {konvergiert}{}{.}

}
{} {}


Es sei $R$ ein \definitionsverweis {kommutativer Ring}{}{,} $D$ eine \definitionsverweis {kommutative Gruppe}{}{} und
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{A }
{ =} { \bigoplus_{d\in D} A_d }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} eine $D$-\definitionsverweis {graduierte}{}{} $R$-\definitionsverweis {Algebra}{}{.} Ein \definitionsverweis {Ideal}{}{}
\mathl{{\mathfrak a} \subseteq A}{} heißt \definitionswort {homogen}{,} wenn zu
\mathl{f \in {\mathfrak a}}{} auch die \definitionsverweis {homogenen Komponenten}{}{}
\mathl{f_d \in {\mathfrak a}}{} sind.





\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {kommutativer Ring}{}{,} $D$ eine \definitionsverweis {kommutative Gruppe}{}{} und $A$ eine $D$-\definitionsverweis {graduierte}{}{} kommutative $R$-\definitionsverweis {Algebra}{}{.} Es sei ${\mathfrak a} \subseteq A$ ein \definitionsverweis {homogenes Ideal}{}{.} Zeige, dass der \definitionsverweis {Restklassenring}{}{}
\mathl{R/ {\mathfrak a}}{} ebenfalls $D$-graduiert ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ H }
{ \in }{ K[X_1 , \ldots , X_n] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \zusatzklammer {in der \definitionsverweis {Standardgraduierung}{}{}} {} {} \definitionsverweis {homogenes Polynom}{}{} vom Grad $e$. Zeige die Beziehung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{e H }
{ =} { X_1 { \frac{ \partial H }{ \partial X_1 } } + \cdots + X_n { \frac{ \partial H }{ \partial X_n } } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}

In den meisten der folgenden Aufgaben kann man statt mit einem Grundkörper mit einem beliebigen kommutativen Grundring arbeiten. Vor der nächsten Aufgabe erwähnen wir die folgende Definition.

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{,} $D$ eine \definitionsverweis {kommutative Gruppe}{}{} und $A$ eine $D$-\definitionsverweis {graduierte}{}{} $K$-\definitionsverweis {Algebra}{}{.} Ein $K$-\definitionsverweis {Automorphismus}{}{} \maabbdisp {\varphi} {A} {A } {} heißt \definitionswort {homogen}{,} wenn für jedes \definitionsverweis {homogene Element}{}{}
\mathl{a \in A_d}{} gilt
\mathl{\varphi(a ) \in A_d}{.}





\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{,} $D$ eine \definitionsverweis {kommutative Gruppe}{}{} und $A$ eine $D$-\definitionsverweis {graduierte}{}{} \definitionsverweis {kommutative}{}{} $K$-\definitionsverweis {Algebra}{}{.} Zeige, dass der in Lemma 12.15 (Körper- und Galoistheorie (Osnabrück 2018-2019)) zu einem \definitionsverweis {Charakter}{}{}
\mathl{\chi \in D^{ \vee }}{} eingeführte Automorphismus \maabbdisp {\varphi_\chi} {A} {A } {} \definitionsverweis {homogen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{G}{} die Menge der \definitionsverweis {stetigen}{}{} \definitionsverweis {geraden Funktionen}{}{} und $U$ die Menge der stetigen \definitionsverweis {ungeraden Funktionen}{}{} von $\R$ nach $\R$. Zeige, dass
\mathdisp {\operatorname{C}^0 \, (\R, \R) = G \oplus U} { }
eine $\Z/(2)$-\definitionsverweis {graduierte}{}{} $\R$-\definitionsverweis {Algebra}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {kommutativer Ring}{}{} mit
\mathl{2 \in R^{\times}}{,} auf dem die Gruppe
\mathl{\Z/(2)}{} als Gruppe von \definitionsverweis {Ringautomorphismen}{}{} \definitionsverweis {operiere}{}{.} Zeige, dass man $R$ mit einer $\Z/(2)$-\definitionsverweis {Graduierung}{}{} versehen kann derart, dass die \definitionsverweis {neutrale Stufe}{}{} der \definitionsverweis {Invariantenring}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{,} $D$ eine \definitionsverweis {kommutative Gruppe}{}{} und $A$ eine $D$-\definitionsverweis {graduierte}{}{} \definitionsverweis {kommutative}{}{} $K$-\definitionsverweis {Algebra}{}{.} Es sei \maabbdisp {\varphi} {A} {A } {} ein \definitionsverweis {homogener Automorphismus}{}{.} Zeige, dass es einen \definitionsverweis {Charakter}{}{}
\mathl{\chi \in D^{ \vee }}{} mit
\mathl{\varphi=\varphi_\chi}{} gibt, wobei $\varphi_\chi$ der gemäß Lemma 12.15 (Körper- und Galoistheorie (Osnabrück 2018-2019)) zu $\chi$ gehörige Automorphismus ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{,} $D$ eine \definitionsverweis {kommutative Gruppe}{}{} und \maabb {\delta} {\Z^r} {D } {} ein \definitionsverweis {Gruppenhomomorphismus}{}{} mit der zugehörigen $D$-\definitionsverweis {Graduierung}{}{} auf dem \definitionsverweis {Polynomring}{}{}
\mathl{K[X_1 , \ldots , X_r]}{.} Zeige, dass der Unterring der neutralen Stufe ein \definitionsverweis {Monoidring}{}{} über $K$ ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und \maabbdisp {\delta} {\Z^2} {\Z } {} ein \definitionsverweis {Gruppenhomomorphismus}{}{.} Bestimme die \definitionsverweis {neutrale Stufe}{}{} von
\mathl{K[X,Y]}{} zur Graduierung, die durch
\mathl{\operatorname{grad} \, (X_1) = \delta(e_1)}{} und
\mathl{\operatorname{grad} \, (X_2) = \delta(e_2)}{} gegeben ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {Integritätsbereich}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{r }
{ \in }{R }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Element, das keine \definitionsverweis {Quadratwurzel}{}{} in $R$ besitze. Zeige, dass das \definitionsverweis {Polynom}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ X^2 -r }
{ \in }{ R[X] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {irreduzibel}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{n }
{ \in }{ \N }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass das \definitionsverweis {Polynom}{}{}
\mathdisp {XY-Z^n} { }
\definitionsverweis {irreduzibel}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass die Ringe
\mathl{K[X,Y,Z]/(XY-Z^n)}{} \zusatzklammer {mit \mathlk{n \geq 2}{}} {} {} genau in
\mathl{P=(0,0,0)}{} \definitionsverweis {singulär}{}{} sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass die Ringe
\mathl{K[X,Y,Z]/(X^2+YZ^2+Y^{m+1})}{} \zusatzklammer {mit \mathlk{m \geq 1}{}} {} {} genau in
\mathl{P=(0,0,0)}{} \definitionsverweis {singulär}{}{} sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass der Ring
\mathl{K[X,Y,Z]/ { \left( X^2+Y^3+Z^4 \right) }}{} genau in
\mathl{P=(0,0,0)}{} \definitionsverweis {singulär}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Bestimme den \definitionsverweis {singulären Ort}{}{} von
\mathl{K[X,Y,Z]/(X^2+YZ^2+Z^n)}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige explizit, dass der Ring
\mathl{{\mathbb C}[X,Y,Z]/ { \left( X^2+YZ^2+Y^{2} \right) }}{} \zusatzklammer {also die Diedersingularität zu \mathlk{m = 1}{}} {} {} \definitionsverweis {isomorph}{}{} zu
\mathl{{\mathbb C}[S,T,U]/ { \left( ST-U^4 \right) }}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige direkt, dass die Polynome
\mathdisp {U^{2m}+V^{2m}, \, U^2V^2 \text{ und } UV(U^{2m} - V^{2m})} { }
\definitionsverweis {invariant}{}{} zur Operation der \definitionsverweis {binären Diedergruppe}{}{}
\mathl{BD_m}{} auf
\mathl{{\mathbb C}[U,V]}{} sind, und bestimme eine \definitionsverweis {Relation}{}{} zwischen diesen Polynomen.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass der Ring
\mathl{K[X,Y,Z]/ { \left( X^2+Y^3+YZ^3 \right) }}{} genau in
\mathl{P=(0,0,0)}{} \definitionsverweis {singulär}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass der Ring
\mathl{K[X,Y,Z]/ { \left( X^2+Y^3+Z^5 \right) }}{} genau in
\mathl{P=(0,0,0)}{} \definitionsverweis {singulär}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass es auf den $A$- und den $D$-Singularitäten und auf der
\mathl{E_6}{} und der
\mathl{E_7}{-}Singularität glatte Kurven gibt, die durch den \definitionsverweis {singulären Punkt}{}{} laufen.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass es einen \definitionsverweis {injektiven}{}{} \definitionsverweis {Ringhomomorphismus}{}{} \maabbdisp {} {{\mathbb C}[X,Y,Z]/ { \left( X^2+Y^3+Z^5 \right) } } { {\mathbb C}[R,S,T]/ { \left( RS-T^2 \right) } } {} gibt.

}
{} {}

Wir erinnern an einige weitere Graduierungsbegriffe.

Ein $\Z$-\definitionsverweis {graduierter Ring}{}{} $A$ heißt \definitionswort {positiv graduiert}{,} wenn
\mathl{A_d=0}{} für alle
\mathl{d \in \Z_-}{} ist.


Ein kommutativer $\N$-\definitionsverweis {graduierter Ring}{}{} $R$ heißt \definitionswort {standard-graduiert}{,} wenn er als $R_0$-\definitionsverweis {Algebra}{}{} von der ersten Stufe $R_1$ \definitionsverweis {endlich erzeugt}{}{} wird.


In einem $\N$-\definitionsverweis {graduierten Ring}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{R }
{ = }{ \bigoplus_{d \geq 0} R_d }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} nennt man
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{R_+ }
{ = }{ \bigoplus_{d \geq 1} R_d }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} das \definitionswort {irrelevante Ideal}{.}





\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass die Ringe der ADE-Singularitäten eine positive Graduierung besitzen. Man gebe diese jeweils an.

}
{} {}

Wir erinnern an folgende Definition.


Zu einer \definitionsverweis {Gruppe}{}{} $G$ heißt die von allen \definitionsverweis {Kommutatoren}{}{}
\mathbed {aba^{-1}b^{-1}} {}
{a,b \in G} {}
{} {} {} {,} \definitionsverweis {erzeugte Untergruppe}{}{} die \definitionswort {Kommutatorgruppe}{} von $G$. Sie wird mit
\mathl{K(G)}{} bezeichnet.


Die Kommutatorgruppe ist nach Lemma 21.5 (Körper- und Galoistheorie (Osnabrück 2018-2019)) ein Normalteiler, die Restklassengruppe
\mathl{G/K(G)}{} nennt man auch die \stichwort {Abelianisierung} {} von $G$.




\inputaufgabe
{}
{

Bestimme zu den endlichen Untergruppen
\mathl{G \subseteq \operatorname{SU}_{ 2 } \! { \left( {\mathbb C} \right) }}{} jeweils die \definitionsverweis {Kommutatoruntergruppe}{}{} und die \definitionsverweis {Abelianisierung}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{G }
{ \subseteq }{ \operatorname{GL}_{ n } \! { \left( K \right) } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {Untergruppe}{}{,} die zur \definitionsverweis {Operation}{}{} von $G$ auf dem \definitionsverweis {Polynomring}{}{}
\mathl{K[X_1 , \ldots , X_n ]}{} führt. Zeige, dass dies auch eine Operation von $G$ auf der \definitionsverweis {Lokalisierung}{}{}
\mathl{K[X_1 , \ldots , X_n ]_{ (X_1 , \ldots , X_n) }}{} induziert, und dass
\mathl{{ \left( K[X_1 , \ldots , X_n ]_{ (X_1 , \ldots , X_n ) } \right) }^G}{} \definitionsverweis {isomorph}{}{} zu
\mathl{{ \left( K[X_1 , \ldots , X_n ]^G \right) }_{ {\mathfrak n} }}{} ist, wobei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ {\mathfrak n} }
{ = }{ (X_1 , \ldots , X_n) \cap K[X_1 , \ldots , X_n ]^G }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} bezeichnet.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $G$ eine \definitionsverweis {Gruppe}{}{,} die auf einem kommutativen \definitionsverweis {lokalen Ring}{}{} als Gruppe von \definitionsverweis {Ringautomorphismen}{}{} \definitionsverweis {operiere}{}{.} Zeige, dass der \definitionsverweis {Fixring}{}{} $R^G$ ebenfalls lokal ist.

}
{} {}