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定理証明済み

ベズーの定理

内容

代数的閉体kk上の射影平面P2(k)\mathbb{P}^2(k)内の二つの射影平面曲線C1C_1とC2C_2の次数をdeg⁡(C1)\deg(C_1)およびdeg⁡(C2)\deg(C_2)とし、共通の既約成分を持たないとする。交点重複度を込めて数えると、それらはちょうど∣C1∩C2∣=deg⁡(C1)⋅deg⁡(C2)\left| C_1 \cap C_2 \right| = \deg(C_1) \cdot \deg(C_2)個の点で交わる。

なぜ正しいのか?

通常の実平面では、根が複素数になったり交点が無限遠に逃げたりすると、二つの曲線は交わらないことがある。代数的閉体kk上の射影空間P2(k)\mathbb{P}^2(k)で考え、接点を自然な代数的重複度で数えると完全な一様性が回復し、交点の総数は次数deg⁡(C1)\deg(C_1)とdeg⁡(C2)\deg(C_2)だけで決まる。

証明の概略

C1C_1とC2C_2を定める次数d1=deg⁡(C1)d_1 = \deg(C_1)とd2=deg⁡(C2)d_2 = \deg(C_2)の斉次多項式をF(x,y,z)F(x,y,z)とG(x,y,z)G(x,y,z)とする。点[0:1:0][0:1:0]がいずれの曲線上にもなく、またどの二つの交点も[0:1:0][0:1:0]を通る同じ[x:z][x:z]直線上にないように射影座標を選ぶ。

FFとGGを、(x,z)(x,z)の斉次多項式を係数とする一変数yyの多項式とみなす。それらのシルベスター終結式R(x,z)=Res⁡y(F,G)R(x,z) = \operatorname{Res}_y(F, G)は(x,z)(x,z)の非零斉次多項式であり(FFとGGが共通因子を持たないため非零)、シルベスター行列の斉次性を計算するとR(x,z)R(x,z)の次数はちょうどd1d2d_1 d_2になる。

代数的閉体kk上では、次数d1d2d_1 d_2の二変数斉次多項式は重複度を込めてd1d2d_1 d_2個の一次形式に完全に分解する。各一次因子はFFとGGの共通零点を含む[0:1:0][0:1:0]を通る直線に対応し、その因子の重複度はその点での局所交点重複度dim⁡kOP(C1∩C2)\dim_k \mathcal{O}_{P}(C_1 \cap C_2)と一致するため、合計∣C1∩C2∣=deg⁡(C1)⋅deg⁡(C2)\left| C_1 \cap C_2 \right| = \deg(C_1) \cdot \deg(C_2)が得られる。

この定理を使うトピック

ステップごとの証明

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参考文献

  1. Robin Hartshorne (1977). Algebraic Geometry (Graduate Texts in Mathematics, Vol. 52) · DOI:10.1007/978-1-4757-3849-0
  2. David Mumford (1999). The Red Book of Varieties and Schemes (Lecture Notes in Mathematics, Vol. 1358) · DOI:10.1007/b62130