¿Cuáles son algunos buenos ejemplos ilustrativos de la idea de que ‘el álgebra es dual a la geometría’?

Éstos son dos de mis favoritos:

  1. La categoría de esquemas afines es equivalente al opuesto de la categoría de anillos. Sin entrar en demasiados detalles, esto significa lo siguiente. Los espacios geométricos definidos por los loci cero de conjuntos de polinomios se denominan variedades afines . Una variedad afín está determinada por el álgebra de las funciones polinómicas definidas en ella, pero hay anillos que no corresponden a ninguna variedad afín. No hay variedades “suficientes”. Al generalizar la noción de variedad a la de un esquema , tenemos suficientes espacios para corresponder con todos los anillos. Sin embargo, no es solo una biyección. Es una equivalencia de categorías, lo que significa que los morfismos de esquemas afines se corresponden perfectamente con los homomorfismos de los anillos.
  2. Deje que [math] M [/ math] sea una variedad suave con álgebra [math] C ^ \ infty (M) [/ math] de funciones suaves. Si [math] V \ to M [/ math] es un paquete de vectores liso, entonces el espacio [math] \ Gamma (V) [/ math] de las vecciones suaves de [math] V [/ math] es un [math] C ^ \ infty (M) [/ math] -módulo. De hecho, el Teorema de Swan establece que [math] \ Gamma (V) [/ math] está finitamente generado y proyectivo, y que la categoría de módulos proyectivos [math] C ^ \ infty (M) [/ math] generados finitamente y la categoría de paquetes de vectores lisos en [matemática] M [/ matemática] es equivalente a través del functor [matemática] V \ mapsto \ Gamma (V) [/ matemática]. Hay un análogo algebraico de este teorema debido a Serre también. Tenga en cuenta que esta equivalencia, a diferencia de la anterior, es covariante.

Acabo de comenzar a estudiar Geometría Algebraica este semestre en la escuela de posgrado, así que solo puedo señalar un ejemplo muy simple que realmente me gusta: la estructura grupal en un círculo (por F. Lemmermeyer), encuentro esta idea al ver este video de Youtube.

La idea básica es tener un círculo y un punto [matemáticas] O [/ matemáticas] en ese círculo.

Elija los puntos [matemática] A [/ matemática] y [matemática] B [/ matemática] en el círculo, de modo que [matemática] A, B [/ matemática] y [matemática] O [/ matemática] no estén en el mismo colocar en el círculo. Luego, dibuje una línea que pase por [matemática] A [/ matemática] y B. Desde [matemática] O [/ matemática] dibuje una segunda línea paralela a la línea recién creada [matemática] AB [/ matemática]. El punto donde la segunda línea se cruza con el círculo se define como [matemáticas] A \ cdot B [/ matemáticas].

[math] A \ cdot B [/ math] es una operación arbitraria definida como anteriormente. Lo llamé [math] A [/ math] -dot- [math] B [/ math] o [math] A [/ math] -times- [math] B [/ math].

A partir de esta definición, tenemos una conexión muy interesante entre la representación algebraica y la geometría. Por ejemplo, en este grupo, para cada punto [matemática] A [/ matemática] en el círculo, siempre hay algún punto [matemático] (iA) [/ matemático] que se considera inverso al punto [matemático] A [/ matemáticas]:

[matemática] A \ cdot (iA) = (iA) \ cdot A = O <- O [/ math] aquí está el punto de origen, no el número cero.

Para construir el punto [math] (iA) [/ math], dibujamos la tangente del círculo que pasa [math] O [/ math], luego dibujamos una línea (púrpura) que pasa por [math] A [/ math] paralela a la tangente La intersección (verde) entre la línea (púrpura) y el círculo es [matemática] (iA) [/ matemática].

Ahora, ¿puedes construir inverso de [matemáticas] B [/ matemáticas], inverso de [matemáticas] O [/ matemáticas] o [matemáticas] A \ cdot A [/ matemáticas], o probar la ley asociativa en este grupo? ¡Creo que esto es asombroso! ¡Mira el video de Youtube que mencioné anteriormente para la increíble conferencia!