¿Por qué Grothendieck eligió la palabra ‘Esquema’ para la idea correspondiente en geometría algebraica?

Desafortunadamente, ya no podrás preguntarle al respecto. Pero en términos generales, un “esquema” es una forma de considerar un objeto matemático descrito localmente por algunas ecuaciones polinómicas simultáneamente sobre varios anillos.

En general, una forma significativa de descripción de un objeto, digamos [math] X [/ math], en alguna categoría [math] \ mathcal {C} [/ math] es solo describir todos los conjuntos de morfismos [math] \ mathrm {Mor} _ {\ mathcal {C}} (Y, X) [/ math] a [math] X [/ math], donde [math] Y [/ math] corre sobre todos los objetos de [math] \ mathcal { C} [/ matemáticas]. Por lo tanto, describimos [math] X [/ math] en [math] \ mathcal {C} [/ math] por medio del functor de [math] \ mathcal {C} [/ math] a la categoría de conjuntos definidos por [matemática] Y \ mapsto \ mathrm {Mor} (Y, X) [/ math]. Si definió los morfismos entre tales functores como transformaciones naturales, podría describir los morfismos entre objetos en términos de la transformación natural de los functores.

Ahora vamos a bajar a la tierra. Consideremos un esquema afín [math] X = \ mathrm {Spec} ~ \ mathbf {Z} [x, y] / (x ^ 2 + y ^ {2} -1) [/ math].

Los elementos del anillo correspondiente son solo clases de residuos de polinomios con coeficientes enteros en [matemáticas] x, y [/ matemáticas], y los polinomios definen la misma clase de residuos si su diferencia es un múltiplo de [matemáticas] x ^ 2 + y ^ {2} -1 [/ matemáticas]. Por lo tanto, nos gustaría interpretar estas clases de residuos de alguna manera como funciones polinómicas en algún objeto geométrico descrito por la ecuación [matemáticas] x ^ 2 + y ^ {2} -1 = 0 [/ matemáticas]. Surge la pregunta natural: ¿Cuáles son los puntos de este objeto geométrico?

Volviendo a la parte abstracta, para describir este objeto geométrico necesitaremos decir cuáles son los conjuntos [math] \ mathrm {Mor} (Y, X) [/ math], donde [math] Y [/ math ] es un esquema arbitrario. En aras de la conveniencia [math] Y = \ mathrm {Spec} ~ B [/ math] donde [math] B [/ math] es algún anillo. La forma natural es solo decir:
[matemática] Mor (Y, X) = Hom (A, B) [/ matemática], es decir, simplemente establece todos los homomorfismos del anillo desde [matemática] A [/ matemática] a [matemática] B [/ matemática].
Observe, es al revés ([matemática] Y [/ matemática] corresponde a [matemática] B [/ matemática] y [matemática] X [/ matemática] corresponde [matemática] A [/ matemática]). Esto se debe simplemente al hecho común de que si tiene un mapa “regular” entre algunos espacios, induce un mapa entre las funciones “regulares” en ellos en la otra dirección.

Así que ahora estamos listos para describir qué es [math] X = \ mathrm {Spec} ~ \ mathbf {Z} [x, y] / (x ^ 2 + y ^ {2} -1) [/ math]. Tome [math] Y = \ mathrm {Spec} ~ \ mathbf {Z} [/ math].

Entonces, los llamados puntos de [math] X [/ math] denotados por [math] X (\ mathbf {Z}) = \ mathrm {Hom} (A, B) ) [/ math] = [math] \ mathrm {Hom} (\ mathbf {Z} [x, y] / (x ^ 2 + y ^ {2} -1), \ mathbf {Z}) [/ math] .
El último es un conjunto de homomorfismo de anillos, cada uno de ellos se describe por los dos enteros [matemática] a, b [/ matemática] a la que se asignan [matemática] x, y [/ matemática]. Además, estos dos enteros deben satisfacer [matemáticas] a ^ 2 + b ^ 2 = 1 [/ matemáticas]. Así que tenemos solo los puntos enteros en el círculo unitario, que son [matemáticas] (\ pm 1,0), (0, \ pm 1) [/ matemáticas]. Es bastante aburrido y proporciona muy poca información sobre [matemáticas] X [/ matemáticas].

Ahora deje que [math] Y ‘= \ mathrm {Spec ~} R’ = \ mathrm {Spec ~} \ mathbf {Z} / p \ mathbf {Z} [/ math], donde [math] p [/ math] es una prima (pero no es necesario). Como en el caso anterior, obtenemos que [matemática] X (R ‘) [/ matemática] consiste en todos los enteros [matemática] \ mod p [/ matemática] que satisface [matemática] a ^ 2 + b ^ 2 = 1 [/ matemática ] Es mucho más interesante, y necesitas algunos conocimientos básicos de álgebra o teoría de números para describirlos.

Finalmente, deje que [math] Y ” = \ mathrm {Spec ~} R ” = \ mathrm {Spec ~} \ mathbf {R} [/ math]. En este caso, [math] X (\ mathbf {R}) [/ math] son ​​todos los puntos reales del círculo unitario que conoce de la escuela.

De hecho, esta información geométrica no está separada. Dado que tiene los homomorfismos naturales del anillo [math] \ mathbf {Z} \ to \ mathbf {Z} / p \ mathbf {Z} [/ math] y [math] \ mathbf {Z} \ hookrightarrow \ mathbf {R} [ / math], obtienes los mapas correspondientes entre conjuntos de sus puntos valorados en anillo [math] X (\ mathbf {Z}) \ to X (\ mathbf {Z} / p \ mathbf {Z}) [/ math] y [ matemática] X (\ mathbf {Z}) \ a X (\ mathbf {R}) [/ math].

En general, creo que un esquema de palabras es una buena elección de palabras para dicha estructura.

No estoy seguro de dónde proviene la terminología, pero lo que sí sé es que Grothendieck no fue el primero en usar el término, ni fue el primero en tener la idea. Él fue el primero en desarrollarlo, y vaya que hizo eso. Chevalley dio una charla con la palabra “esquema” en su título antes de EGA, SGA y todo lo demás, y parece razonable que lo haya escuchado de Cartier.