Bourbaki

§ 2. Ánh xạ étale

1. Ánh xạ tách

Mệnh đề 1 01MH

Cho X và Y là các không gian tôpô và cho f:X→f: X\rightarrow Y là một ánh xạ liên tục. Các tính chất sau là tương đương:

(i) Đường chéo ΔX\Delta_X của tích thớ X×YXX\times_YX là một không gian con đóng;

(ii) Với mọi không gian tôpô W và mọi cặp ánh xạ liên tục (g1,g2)(g_1, g_2) từ W vào X sao cho f∘g1=f∘g2f\circ g_1=f\circ g_2, tập hợp các điểm w∈Ww\in W sao cho g1(w)=g2(w)g_1(w) =g_2(w) là đóng trong W;

(iii) Với mọi cặp (x1,x2)(x_1, x_2) các điểm của X sao cho x1≠x2x_1=\not x_2 và f(x1)=f(x2)f(x_1) =f(x_2), tồn tại một lân cận V1V_1 của x1x_1 trong X và một lân cận V2V_2 của x2x_2 trong X sao cho V1∩V2=∅V_1\cap V_2=\emptyset.

(i)⇒\Rightarrow(ii) : Cho g1,g2g_1,g_2 là các ánh xạ liên tục từ W vào X sao cho f∘g1=f∘g2f\circ g_1=f\circ g_2, và cho g:W→X×YXg: W\rightarrow X\times_YX là ánh xạ suy ra từ g1g_1 và g2g_2. Tập hợp các điểm w∈Ww\in W sao cho g1(w)=g2(w)g_1(w) =g_2(w) là g−1(ΔX)\overset{-1}{g}(\Delta_X). Vì gg liên tục, do đó nó là đóng nếu đường chéo ΔX\Delta_X là đóng.

(ii)⇒\Rightarrow(i) : Đường chéo ΔX\Delta_X là tập hợp các điểm z∈X×YXz\in X\times_YX sao cho pr1(z)=_1(z) = pr2(z)_2(z). Suy ra từ (ii) áp dụng cho W=X×YXW = X\times_YX và cho cặp ánh xạ (pr1_1, pr2_2) rằng đường chéo ΔX\Delta_X là đóng trong X×YXX\times_YX.

(i)⇔\Leftrightarrow(iii) : Cho (x1,x2)(x_1, x_2) là một điểm của X×YXX\times_YX và cho V1V_1 và V2V_2 lần lượt là các lân cận của x1x_1 và x2x_2. Điều kiện V1∩V2=∅V_1\cap V_2=\emptyset tương đương với điều kiện (V1×V2)∩ΔX=∅(V_1\times V_2)\cap \Delta_X=\emptyset, tức là, với (V1×V2)∩(V_1\times V_2)\cap (X×YX)∩ΔX=∅(X\times_YX)\cap \Delta_X=\emptyset. Vì các tập hợp (V1×V2)∩(X×YX)(V_1\times V_2)\cap (X\times_YX) tạo thành một cơ sở các lân cận của (x1,x2)(x_1, x_2) trong X×YXX\times_YX, điều này chứng minh tính tương đương của (i) và (iii).

Định nghĩa 1 01MI

Cho X và Y là các không gian tôpô. Một ánh xạ liên tục f:X→Yf: X\rightarrow Y được gọi là tách nếu nó thỏa mãn các điều kiện tương đương của mệnh đề 1.

Mệnh đề 2 01MJ

Cho X, Y, Z là các không gian tôpô và cho f:X→Yf: X\rightarrow Y và g:Y→Zg: Y\rightarrow Z là các ánh xạ liên tục.

a) Nếu ff và gg là tách, thì g∘fg\circ f là tách.

b) Nếu g∘fg\circ f là tách, thì ff là tách.

c) Hơn nữa, giả sử ánh xạ ff là thực sự và toàn ánh. Khi đó, nếu g∘fg\circ f là tách, thì gg là tách.

Xét, trong X×XX\times X, các không gian con ΔX\Delta_X (đường chéo), X×YXX\times_YX và X×ZXX\times_ZX. Chúng lần lượt là các tập hợp các điểm uu của X×XX\times X sao cho pr1(u)=_1(u) = pr2(u),f∘_2(u),f\circpr1(u)=f∘_1(u) =f\circpr2(u),g∘f∘_2(u),g\circ f\circpr1(u)=g∘f∘_1(u) =g\circ f\circpr2(u)_2(u). Nếu g∘fg\circ f là tách, thì ΔX\Delta_X đóng trong X×ZXX\times_ZX, do đó cũng đóng trong X×YXX\times_YX, do đó b).

Theo mệnh đề 1, (ii), áp dụng cho W=X×ZX,g1=f∘W = X\times_ZX,g_1=f\circ pr1_1 và g2=f∘g_2=f\circ pr2,X×YX_2,X\times_YX đóng trong X×ZXX\times_ZX nếu gg là tách. Hơn nữa, nếu ff là tách, thì ΔX\Delta_X đóng trong X×YXX\times_YX (mệnh đề 1, (i)), do đó trong X×ZXX\times_ZX, do đó a).

Cuối cùng, ta chứng minh c). Ánh xạ (f,f):X×X→Y×Y(f, f): X\times X\rightarrow Y\times Y là thực sự (TG, I, p. 73, mệnh đề 4). Không gian con X×ZXX\times_ZX là ảnh ngược của Y×ZYY\times_ZY qua (f,f)(f, f); theo TG, I, p. 72, mệnh đề 3, ánh xạ u:X×Zu: X\times_Z X→Y×ZYX\rightarrow Y\times_ZY suy ra từ (f,f)(f, f) là thực sự. Vì g∘fg\circ f là tách, đường chéo ΔX\Delta_X đóng trong X×ZXX\times_ZX. Do đó, u(ΔX)u(\Delta_X) đóng trong Y×ZYY\times_ZY. Vì ff toàn ánh, u(ΔX)u(\Delta_X) là đường chéo của Y×ZYY\times_ZY. Điều này chứng tỏ rằng gg là tách.

Nhận xét 1 01MK

Một ánh xạ liên tục đơn ánh là tách.

Nhận xét 2 01ML

Đối với một không gian tôpô X, để X là tách (TG, I, p. 52, định nghĩa 1), điều kiện cần và đủ là ánh xạ của X vào một không gian thu gọn về một điểm là tách. Trong trường hợp này, mọi ánh xạ liên tục từ X vào một không gian tôpô đều là tách (mệnh đề 1, (iii)).

Cho f:X→f: X\rightarrow Y là một ánh xạ liên tục và tách. Với mọi điểm yy của Y, thớ f−1(y)\overset{-1}{f}(y) là một không gian tôpô tách (loc. cit.). Tuy nhiên, tồn tại những ánh xạ liên tục không tách mà mọi thớ của chúng đều là những không gian tôpô tách (I, p. 140, bài tập 1).

Nhận xét 3 01MM

Cho f:X→Yf: X\rightarrow Y là một ánh xạ liên tục và tách. Nếu không gian Y là tách, thì không gian X là tách. Điều này suy ra từ nhận xét 2 và mệnh đề 2 được áp dụng với một không gian Z thu gọn về một điểm.

Nhận xét 4 01MN

Cho f:X→Yf: X\rightarrow Y là một ánh xạ liên tục và tách, yy một điểm

của Y và A là một tập con hữu hạn của f−1(y)\overset{-1}{f}(y). Ta hãy chỉ ra rằng tồn tại một họ (Va)a∈A(V_a)_{a\in A} gồm các tập rời nhau từng đôi một sao cho với mỗi a∈Aa\in A, tập VaV_a là một lân cận của aa trong X. Vì vậy, với mỗi tập con {a,b}\{a, b\} của A có hai phần tử, ta chọn một lân cận V(a,b)V_{(a,b)} của aa và một lân cận V(b,a)V_{(b,a)} của bb trong X sao cho V(a,b)∩V(b,a)=∅V_{(a,b)}\cap V_{(b,a)}=\emptyset (mđ. 1, (iii)). Gọi VaV_a là giao của họ gồm X và các tập V(a,b)V_{(a,b)} với b∈A,b=a̸b\in A,b=\not a. Tập VaV_a là một lân cận của aa trong X, và nếu a,ba,b là hai phần tử phân biệt của A, tập Va∩VbV_a\cap V_b được chứa trong V(a,b)∩V(b,a)V_{(a,b)}\cap V_{(b,a)}, do đó là rỗng.

Nhận xét 5 01MO

Cho Y là một không gian tôpô. Cho (Ai)i∈I(A_i)_{i\in I} là một họ các tập con của Y và X là không gian tổng của họ (Ai)i∈I(A_i)_{i\in I}. Ánh xạ chính tắc của X vào Y là tách được.

Mệnh đề 3 01MP

Cho f:X→Yf: X\rightarrow Y là một ánh xạ liên tục và tách được. Mọi tiết diện liên tục của ff cảm sinh một phép đồng phôi của Y lên một tập con đóng của X.

Cho s:Y→Xs: Y\rightarrow X là một tiết diện liên tục của ff. Ánh xạ ss cảm sinh một phép đồng phôi của Y lên không gian con s(Y)s(Y) của X (TG, I, p. 22, mđ. 9). Ánh xạ đồng nhất của X và ánh xạ s∘fs\circ f là liên tục và ta có f∘f\circ IdX=f∘(s∘f)_X=f\circ (s\circ f). Vì ánh xạ ff là tách được, tập s(Y)s(Y), là tập các điểm xx của X sao cho x=s∘f(x)x=s\circ f(x), là đóng trong X (mđ. 1, (ii)).

Mệnh đề 4 01MQ

Cho

X′f′{X'}^{f'} X

p′pp'p

B′f{B'}^f B

là một bình phương Descartes. Nếu ánh xạ pp là tách được, điều tương tự cũng đúng với p′p'. Ngược lại, nếu p′p' là tách được và nếu ff là ngặt phổ quát và toàn ánh, thì pp là tách được.

Xét bình phương

X′×B′X′φX×BX X'\times_{B'}{X'}^{\varphi}X\times_BX
q′qq'q

B′f{B'}^f B

trong đó ánh xạ φ\varphi được cảm sinh bởi ánh xạ f′×f′:X′×X′→X×Xf'\times f': X'\times X'\rightarrow X\times X. Nhắc lại (I, p. 13, ví dụ 1) rằng bình phương này là Descartes và ta có φ−1(ΔX)=ΔX′\overset{-1}{\varphi}(\Delta_X) = \Delta_{X'}.

Nếu ánh xạ pp là tách được, tập ΔX\Delta_X là đóng trong X×BXX\times_BX; do đó, ΔX′\Delta_{X'} là một tập con đóng của X′×B′X′X'\times_{B'}X', điều này chứng minh rằng ánh xạ p′p' là tách được.

Nếu ánh xạ ff là toàn ánh, ánh xạ φ\varphi là toàn ánh (I, p. 10, cor.) ; nếu ff là ngặt phổ quát, φ\varphi là ngặt (I, p. 20, def. 6). Giả sử ánh xạ p′p' tách được. Khi đó ΔX′\Delta_{X'} là đóng trong X′×B′X′X'\times_{B'}X'. Vì ΔX′=φ−1(ΔX)\Delta_{X'}=\overset{-1}{\varphi}(\Delta_X) và vì φ\varphi là toàn ánh và ngặt, ΔX\Delta_X là đóng trong X×BXX\times_BX, điều này chứng minh rằng ánh xạ pp tách được.

Mệnh đề 5 01MR

Cho X, Y, Z là các không gian tôpô và f:X→Y,g:Y→Zf: X\rightarrow Y,g: Y\rightarrow Z là các ánh xạ liên tục. Giả sử ánh xạ gg tách được và ánh xạ g∘fg\circ f là thực sự. Khi đó ánh xạ ff là thực sự.

Xét bình phương Descartes sau:

X×ZYpr2X\times_ZY^{pr_2} Y

pr1g_1g

X g∘fZ^{g\circ f}Z.

Gọi s:X→X×ZYs: X\rightarrow X\times_ZY là ánh xạ x↦(x,f(x))x\mapsto (x, f(x)). Nó là một tiết diện liên tục của pr1:X×ZY→X_1: X\times_ZY\rightarrow X. Theo mệnh đề 4, ánh xạ pr1_1 tách được; suy ra ánh xạ ss là thực sự (I, p. 27, prop. 3 và TG, I, p. 72, prop. 2). Mặt khác, ánh xạ pr2_2 là thực sự (I, p. 17, prop. 8). Do đó ánh xạ ff, bằng pr2∘s_2\circ s, là thực sự (TG, I, p. 73, prop. 5).

2. Các ánh xạ étale

Định nghĩa 2 01MS

Cho E và B là các không gian tôpô, cho p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ và xx là một điểm của E. Ta nói rằng ánh xạ pp là étale tôpô tại xx nếu tồn tại một lân cận U của xx trong E và một lân cận V của p(x)p(x) trong B sao cho pp cảm sinh một phép đồng phôi từ U lên V.

Ta nói rằng ánh xạ pp là étale tôpô nếu nó étale tôpô tại mọi điểm xx của E.

Khi không thể có nhầm lẫn, cf. ví dụ 3 dưới đây, ta sẽ nói étale thay cho étale tôpô. Thay vì nói rằng p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ étale, người ta cũng nói rằng B-không gian (E,p)(E, p) là một B-không gian étale, hoặc đơn giản E là một không gian trải trên B, khi không có nghi ngờ nào về ánh xạ pp.

Nhận xét 1 01MT

Tập hợp các điểm của E tại đó một ánh xạ p:E→Bp: E\rightarrow B là étale là một tập mở U của E, và hạn chế của pp lên U là một ánh xạ étale từ U vào B.

Nhận xét 2 01MU

Một ánh xạ étale là liên tục và mở (TG, I, p. 33, prop. 5) ; đặc biệt, ảnh của một ánh xạ étale là mở. Ngược lại, nếu p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ liên tục và mở, và nếu mọi điểm xx của E có một lân cận V sao cho ánh xạ p∣Vp|V là đơn ánh, thì ánh xạ pp là étale. Các thớ của một ánh xạ étale là rời rạc.

Ví dụ 1 01MV

Cho B là một không gian tôpô và (Ui)i∈I(U_i)_{i\in I} là một họ các tập con của B. Gọi E là không gian tổng của họ (Ui)i∈I(U_i)_{i\in I} và p:E→Bp: E\rightarrow B là ánh xạ suy ra từ các phép nhúng chính tắc của các UiU_i vào B. Để ánh xạ pp là étale, điều kiện cần và đủ là các Ui,i∈IU_i,i\in I, đều mở.

Ví dụ 2 01MW

Cho U là một tập mở của C\mathbf{C}. Để một hàm chỉnh hình f:U→Cf: U\rightarrow \mathbf{C} là một ánh xạ étale, điều kiện cần và đủ là đạo hàm của nó không triệt tiêu ở đâu cả.

Ví dụ 3 01MX

Một cấu xạ étale của các đa tạp (VAR, R, 5.7.8) là một ánh xạ étale tôpô, nhưng tồn tại các cấu xạ của các đa tạp thực là étale tôpô nhưng không phải là các cấu xạ étale. Chẳng hạn, đây là trường hợp của ánh xạ x↦x3x\mapsto x^3 từ R\mathbf{R} vào R\mathbf{R}. Tuy nhiên, một cấu xạ của các đa tạp giải tích phức mà étale tôpô thì là một cấu xạ étale (I, p. 141, exerc. 6).

Mệnh đề 6 01MY

Cho X, Y, Z là các không gian tôpô và f:X→Y,g:Y→Zf: X\rightarrow Y,g: Y\rightarrow Z là các ánh xạ.

a) Giả sử rằng ff và gg là étale; khi đó g∘fg\circ f là étale.

b) Giả sử rằng gg là étalé, ff liên tục và g∘fg\circ f là mở. Khi đó ff là mở.

c) Giả sử rằng g∘fg\circ f và gg là étalé và ff liên tục. Khi đó ánh xạ ff là étalé.

d) Giả sử rằng g∘fg\circ f là étalé và ánh xạ ff liên tục và mở; khi đó ff là étalé và gg là étalé tại mọi điểm của f(X)f(X).

Ta chứng minh a). Giả sử các ánh xạ ff và gg là étalé. Khi đó chúng liên tục và mở, do đó ánh xạ g∘fg\circ f liên tục và mở. Cho xx là một điểm của X. Tồn tại một lân cận W của f(x)f(x) trong Y sao cho ánh xạ g∣Wg|W đơn ánh, và một lân cận V của xx

trong X, được chứa trong f−1(W)\overset{-1}{f}(W), sao cho ánh xạ f∣Vf|V đơn ánh; khi đó ánh xạ (g∘f)∣V(g\circ f)|V đơn ánh. Điều này chứng minh rằng ánh xạ g∘fg\circ f là étalé (nhận xét 2).

Ta chứng minh b). Cho xx là một điểm của X và W là một lân cận mở của f(x)f(x) sao cho gg cảm sinh một phép đồng phôi từ W lên tập mở g(W)g(W). Cho V là một lân cận của xx sao cho f(V)f(V) được chứa trong W; khi đó g∘f(V)g\circ f(V) là một lân cận của g∘f(x)g\circ f(x), do đó f(V)f(V) là một lân cận của f(x)f(x) trong tập mở W, và cũng trong Y. Điều này chứng minh rằng ánh xạ ff là mở (TG, I, p. 33, mệnh đề 5).

Ta chứng minh c). Theo b),f),f là mở. Cho xx là một điểm của X. Vì g∘fg\circ f là étalé, tồn tại một lân cận V của xx trong X sao cho g∘f∣Vg\circ f|V đơn ánh. Do đó, f∣Vf|V đơn ánh và ff là étalé (I, p. 29, nhận xét 2).

Ta chứng minh d). Cho xx là một điểm của X và đặt y=f(x)y=f(x). Tồn tại một lân cận mở V của xx sao cho g∘fg\circ f cảm sinh một phép đồng phôi từ V lên tập mở g∘f(V)g\circ f(V). Vì ánh xạ ff là mở, f(V)f(V) là một lân cận mở của yy. Ánh xạ f∣V:V→f(V)f|V: V\rightarrow f(V) suy ra từ ff bằng cách chuyển qua các không gian con là liên tục, mở và song ánh; do đó nó là một phép đồng phôi, vậy ff là étalé tại xx. Hơn nữa, ánh xạ gg cảm sinh một phép đồng phôi từ f(V)f(V) lên g∘f(V)g\circ f(V), do đó là étalé tại yy.

Hệ quả 1 01MZ

Cho B là một không gian tôpô. Một B-cấu xạ từ một B-không gian étalé vào một B-không gian étalé khác là étalé.

Điều này suy ra từ mệnh đề c) của mệnh đề 6.

Hệ quả 2 01N0

Cho B là một không gian tôpô; một B-cấu xạ song ánh từ một B-không gian étalé vào một B-không gian étalé khác là một B-đẳng cấu.

Theo hệ quả 1, cấu xạ như vậy là étalé; do đó nó là mở (I, p. 29, nhận xét 2). Nếu nó song ánh, thì nó là một B-đẳng cấu.

Hệ quả 3 01N1

Cho p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ étalé. Mọi tiết diện liên tục của pp đều cảm sinh một phép đồng phôi từ B lên một tập con mở của E.

Thật vậy, một tiết diện như vậy là étalé (hệ quả 1), do đó là mở.

Hệ quả 4 01N2

Cho p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ étale và tách. Giả sử E liên thông và pp có một tiết diện. Khi đó pp là một đồng phôi.

Cho ss là một tiết diện của pp; vì pp là étale, ảnh của ss là mở trong E (Hệ quả 3); nó cũng đóng, vì pp là tách (I, p. 27, Mệnh đề 3). Vì E liên thông, ta có s(B)=Es(B) = E và pp là một đồng phôi.

Mệnh đề 7 01N3

Cho p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ liên tục. Để ánh xạ pp là étale, điều kiện cần và đủ là nó mở và đường chéo ΔE\Delta_E của E×BEE\times_BE mở trong E×BEE\times_BE.

Trước hết, giả sử ánh xạ pp là étale. Khi đó nó mở và mọi điểm của E đều có một lân cận V sao cho p∣Vp|V là đơn ánh, điều này tương đương với việc nói rằng ta có (V×V)∩(E×BE)⊂ΔE(V\times V)\cap (E\times_BE)\subset \Delta_E. Do đó ΔE\Delta_E là một tập con mở của E×BEE\times_BE.

Ngược lại, giả sử pp là một ánh xạ mở và ΔE\Delta_E là một tập con mở của E×BEE\times_BE. Cho xx là một điểm của E. Cho V là một lân cận mở của xx trong E sao cho (V×V)∩(E×BE)(V\times V)\cap (E\times_BE) được chứa trong ΔE\Delta_E. Khi đó p∣Vp|V là đơn ánh. Theo Nhận xét 2, I, p. 29, ánh xạ pp là étale.

Mệnh đề 8 01N4

Cho

E′f′{E'}^{f'} E

p′pp'p

B′f{B'}^f B

là một bình phương Descartes. Nếu ánh xạ pp là étale, thì ánh xạ p′p' là étale. Ngược lại, nếu ánh xạ p′p' là étale và ánh xạ ff là ngặt phổ dụng và toàn ánh, thì ánh xạ pp là étale.

Giả sử ánh xạ pp là étale. Khi đó, đặc biệt, nó mở và p′p' mở (I, p. 17, Mệnh đề 8). Xét bình phương Descartes (I, p. 13, Ví dụ 1)

E′×B′E′φE×BE E'\times_{B'}{E'}^{\varphi}E\times_BE
q′qq'q

B′fB{B'}^fB. Ta có ΔE′=φ−1(ΔE)\Delta_{E'}=\overset{-1}{\varphi}(\Delta_E) (loc. cit.). Hơn nữa, đường chéo ΔE\Delta_E mở trong E×BEE\times_BE (Mệnh đề 7), do đó đường chéo ΔE′\Delta_{E'} mở trong E′×B′E′E'\times_{B'}E'. Điều này chứng minh rằng ánh xạ p′p' là étale (loc. cit.).

Bây giờ giả sử ánh xạ ff là toàn ánh và ngặt phổ dụng và ánh xạ p′p' là étale. Khi đó p′p' mở, do đó pp mở (I, p. 21, Mệnh đề 11, a)). Mặt khác ΔE′\Delta_{E'} là một tập con mở của E′×B′E′E'\times_{B'}E'. Vì ΔE′=φ−1(ΔE)\Delta_{E'}=\overset{-1}{\varphi}(\Delta_E) và ánh xạ φ\varphi là toàn ánh và ngặt (I, p. 20, Định nghĩa 6), ΔE\Delta_E mở trong E×BEE\times_BE. Theo Mệnh đề 7, ánh xạ pp là étale.

Hệ quả 01N5

Cho B là một không gian tôpô. Tích sợi của hai B-không gian étale là một B-không gian étale.

Cho (E,p)(E, p) và (E′,p′)(E', p') là các B-không gian étale. Ánh xạ pr1:E×B_1: E\times_B E′→EE'\rightarrow E là étale (mệnh đề 8), do đó ánh xạ p∘p\circ pr1:E×BE′→B_1: E\times_BE'\rightarrow B là étale (mệnh đề 6, a)).

Nhận xét 3 01N6

Cho

E′f′{E'}^{f'} E

p′pp'p

B′f{B'}^f B

là một bình phương Descartes. Nếu ánh xạ pp là étale và ánh xạ ff là ngặt, thì ánh xạ f′f' là ngặt. Thật vậy, dưới các giả thiết này, mọi điểm của E đều có một lân cận mở U sao cho pp cảm sinh một phép đồng phôi của U lên tập mở p(U)p(U). Khi đó ánh xạ p′p' cảm sinh

một phép đồng phôi của (f−1′)(U)(\overset{-1}{f}')(U) lên f−1(p(U))\overset{-1}{f}(p(U)). Ánh xạ ff cảm sinh

một ánh xạ ngặt từ f−1(p(U))\overset{-1}{f}(p(U)) lên p(U)p(U) (I, p. 20) và ánh xạ

f′f' do đó cảm sinh một ánh xạ ngặt từ (f−1′)(U)(\overset{-1}{f}')(U) vào U. Suy ra ánh xạ f′f' là ngặt ( I, p. 23, hệ quả 2).

3. Tiết diện địa phương của các ánh xạ étale

Cho E và B là các tập hợp, A là một tập con của B và p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ. Một tiết diện của pp trên A (hoặc trên A) là một ánh xạ s:A→Es: A\rightarrow E sao cho p∘sp\circ s là đơn ánh chính tắc của A vào B. Cho một tiết diện ss của pp trên A tương đương với việc cho một tiết diện của ánh xạ pA:p−1(A)→Ap_A:\overset{-1}{p}(A)\rightarrow A suy ra từ pp. Nếu ss là một tiết diện của pp trên A và A′A' là một tập con của A, hạn chế s′s' của ss trên A′A' là một tiết diện của pp trên A′A'. Khi đó người ta nói rằng ss là một mở rộng của s′s' lên A.

Khi E và B là các không gian tôpô và p:E→p: E\rightarrow B là một ánh xạ liên tục, tập hợp CB(A;E)\mathscr{C}_B(A; E) (I, p. 2) các tiết diện liên tục của pp trên A cũng được ký hiệu là S(A;p)\mathscr{S}(A;p) hoặc S(A;E)\mathscr{S}(A; E). Cho ss là một tiết diện liên tục của pp trên A. Ánh xạ ss cảm sinh một phép đồng phôi của A lên s(A)s(A), và pp cảm sinh phép đồng phôi ngược lại. Theo định nghĩa 2, I, p. 28, do đó ta có:

Mệnh đề 9 01N7

Cho p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ liên tục. Để ánh xạ pp là étale, điều kiện cần và đủ là mọi điểm của E đều có một lân cận mở là ảnh của một tiết diện liên tục của pp trên một tập con mở của B.

Nhận xét 1 01N8

Cho p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ liên tục và mở. Để một tập mở U của E là ảnh của một tiết diện liên tục của pp trên một tập mở của B, điều kiện cần và đủ là hạn chế của pp trên U là đơn ánh.

Nhận xét 2 01N9

Cho p:E→p: E\rightarrow B là một ánh xạ liên tục. Giả sử mọi điểm của B đều có một lân cận mở V sao cho tồn tại một tiết diện liên tục của pp trên V. Một ánh xạ pp như vậy không nhất thiết là étale, thậm chí không nhất thiết là mở. Tuy nhiên, nó là toàn ánh và ngặt phổ quát (I, p. 20, hệ quả).

4. Các nâng liên tục của các ánh xạ étale

Cho p:E→Bp: E\rightarrow B và f:Z→Bf: Z\rightarrow B là các ánh xạ liên tục. Một nâng liên tục của ff lên E là một ánh xạ liên tục g:Z→Eg: Z\rightarrow E sao cho p∘g=fp\circ g=f. Tập hợp các nâng liên tục của ff lên E không gì khác hơn là CB(Z;E)\mathscr{C}_B(Z; E). Nó cũng được đồng nhất với tập hợp S(Z;Z×BE)\mathscr{S}(Z; Z\times_BE) các tiết diện liên tục của phép chiếu của không gian Z (Z×BE(Z\times_BE, pr1)_1).

Nếu T là một tập con của Z, một nâng liên tục của ff lên E xác định trên T là một nâng liên tục của f∣Tf|T lên E:

E↗↓pT⊂Z→ f B. \begin{array}{ccc} & & E\\ & \nearrow & \Big\downarrow{\scriptstyle p}\\ T\subset Z & \xrightarrow{\ f\ } & B. \end{array}

Mệnh đề 10 01NA

Cho E, B và Z là các không gian tôpô, p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ étale và f:Z→Bf: Z\rightarrow B là một ánh xạ liên tục.

Cho z∈Zz\in Z và x∈Ex\in E là các điểm sao cho f(z)=p(x)f(z) =p(x). Tồn tại một lân cận W của zz trong Z và một nâng liên tục gg của ff lên E, xác định trên W, sao cho g(z)=xg(z) =x.

Tồn tại một lân cận mở V của p(x)p(x) trong B và một tiết diện liên tục ss của pp trên V sao cho s(p(x))=xs(p(x)) =x (mệnh đề 9). Tập hợp

W=f−1(V)W =\overset{-1}{f}(V) là một lân cận mở của zz và ánh xạ g=s∘(f∣W)g=s\circ (f|W) là một nâng liên tục của ff lên E, xác định trên W và sao cho g(z)=xg(z) =x.

Mệnh đề 11 01NB

Cho E, B và Z là các không gian tôpô, p:E→Bp: E\rightarrow B và f:Z→Bf: Z\rightarrow B là các ánh xạ liên tục. Cho gg và g′g' là các nâng liên tục của ff lên E. Gọi W là tập hợp các điểm của Z tại đó gg và g′g' trùng nhau.

a) Nếu ánh xạ pp là tách, W đóng.

b) Nếu ánh xạ pp là étale, W mở.

Ta ký hiệu hh là ánh xạ liên tục (g,g′):Z→E×E(g, g'): Z\rightarrow E\times E. Ảnh của hh được chứa trong E×BEE\times_BE vì p∘g=f=p∘g′p\circ g=f=p\circ g' và tập hợp W các điểm của Z tại đó gg và g′g' trùng nhau là ảnh ngược qua hh của đường chéo ΔE\Delta_E.

Nếu ánh xạ pp là étale, đường chéo ΔE\Delta_E mở trong E×BEE\times_BE (I, p. 31, mệnh đề 7), do đó tập hợp W mở trong Z.

Nếu ánh xạ pp là tách, đường chéo ΔE\Delta_E đóng trong E×BEE\times_BE (I, p. 25, định nghĩa 1) và tập hợp W đóng trong Z.

Hệ quả 1 01NC

Nếu không gian Z liên thông và nếu ánh xạ pp là étale và tách, các nâng liên tục của ff lên E trùng nhau tại một điểm thì bằng nhau.

Hệ quả 2 01ND

Cho p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ étale và tách. Nếu không gian E liên thông, nhóm AutB(E)_B(E) tác động tự do trên E.

Thực vậy, nếu f:E→Ef: E\rightarrow E là một B-cấu xạ, tập hợp các điểm tại đó ff và IdE_E trùng nhau bằng E hoặc tập rỗng theo Hệ quả 1.

Hệ quả 3 01NE

Cho E, B và Z là các không gian tôpô, cho p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ étale và tách được, và cho f:Z→Bf: Z\rightarrow B là một ánh xạ liên tục. Với i=1i= 1, 2, cho UiU_i là một tập con mở ( resp. tập con đóng) của Z và gi:Ui→Eg_i: U_i\rightarrow E là một nâng liên tục của ff xác định trên UiU_i. Giả sử giao U1∩U2U_1\cap U_2 là liên thông và tồn tại một điểm zz của U1∩U2U_1\cap U_2 sao cho g1(z)=g2(z)g_1(z) =g_2(z). Khi đó tồn tại một nâng liên tục của ff xác định trên U1∪U2U_1\cup U_2 mở rộng g1g_1 và g2g_2.

Theo Hệ quả 1, các hạn chế của g1g_1 và g2g_2 lên U1∩U2U_1\cap U_2 bằng nhau. Ánh xạ g:U1∪U2→Eg: U_1\cup U_2\rightarrow E xác định bởi g(z)=gi(z)g(z) =g_i(z) với z∈Ui(i=1z\in U_i(i= 1, 2) là một nâng liên tục của ff xác định trên U1∪U2U_1\cup U_2 (TG, I, p. 19, Mệnh đề 4).

Trong các kết quả trên, trường hợp riêng trong đó Z = B và f=f= IdB_B là quan trọng: khi đó các nâng liên tục của ff là các tiết diện liên tục của pp.

Mệnh đề 12 01NF

Cho p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ étale. Để ánh xạ pp tách được, điều kiện cần và đủ là với mọi tập con mở V của B và mọi cặp (s,s′)(s, s') các tiết diện liên tục của pp trên V, tập hợp các điểm tại đó ss và s′s' trùng nhau là đóng trong V.

Điều kiện này là cần thiết (Mệnh đề 11, I, p. 34). Ta hãy chứng minh rằng nó là đủ. Cho bb là một điểm của B, cho xx và x′x' là hai điểm phân biệt của E sao cho p(x)=p(x′)=bp(x) =p(x') =b. Cho V là một lân cận mở của bb và s,s′s,s' là các tiết diện liên tục của pp trên V sao cho s(V)s(V) và s′(V)s'(V) lần lượt là các lân cận mở của xx và x′x' (Mệnh đề 9). Theo giả thiết, tập hợp W các điểm x∈Vx\in V sao cho s(x)≠s′(x)s(x)=\not s'(x) là mở trong V, do đó trong B. Các tập hợp s(W)s(W) và s′(W)s'(W) lần lượt là các lân cận mở của xx và x′x'; chúng rời nhau theo phép dựng. Điều này chứng minh rằng ánh xạ pp tách được (I, p. 25, Định nghĩa 1).

5. Phép dựng các tiết diện liên tục của các ánh xạ étale

Định lý 1 01NG

Cho XX, YY, ZZ là các không gian tôpô, cho f:Z→f: Z\rightarrow X×YX\times Y là một ánh xạ étale và tách, và cho y0y_0 là một điểm của YY. Cho s:X×Y→Zs: X\times Y\rightarrow Z là một tiết diện của ff. Giả sử rằng hạn chế của ss lên X×{y0}X\times \{y_0\} là liên tục, và tương tự các hạn chế của ss lên {x}×Y\{x\} \times Y với mọi x∈Xx\in X cũng vậy. Nếu không gian YY liên thông và liên thông địa phương (TG, I, p. 84, định nghĩa 4), ánh xạ ss là liên tục.

Bổ đề 01NH

Cho UU là một tập hợp mở của XX, cho VV là một tập hợp mở liên thông của YY, và cho (x1,y1)∈U×V(x_1, y_1)\in U\times V. Giả sử rằng hạn chế của ss lên U×{y1}U\times \{y_1\} là liên tục. Cho σ\sigma là một tiết diện liên tục của ff trên U×VU\times V sao cho σ(x1,y1)=s(x1,y1)\sigma (x_1, y_1) =s(x_1, y_1). Tồn tại một lân cận U′U' của x1x_1 sao cho s=σs=\sigma trên U′×VU'\times V. Đặc biệt, ss liên tục trong một lân cận của (x1,y1)(x_1, y_1).

Vì hạn chế của ss lên U×{y1}U\times \{y_1\} là liên tục và ánh xạ ff là étale, tồn tại một lân cận U′U' của x1x_1 sao cho s(x,y1)=σ(x,y1)s(x, y_1) =\sigma (x, y_1) với mọi x∈U′(x\in U'(I, p. 34, prop. 11, b)). Cho x∈U′x\in U'; vì hạn chế của ss lên {x}×V\{x\} \times V là liên tục và ánh xạ ff là étale và tách, theo Hệ quả 1, I, p. 34, ta có σ(x,y)=s(x,y)\sigma (x, y) =s(x, y) với mọi y∈Vy\in V. Do đó ss và σ\sigma trùng nhau trên U′×VU'\times V.

Bây giờ chứng minh định lý. Trước hết, hãy chứng minh rằng ánh xạ ss liên tục trong một lân cận của mọi điểm của X×{y0}X\times \{y_0\}. Cho x0∈x_0\in X; ta có thể chọn một lân cận mở UU của x0x_0 trong XX, một lân cận mở liên thông VV của y0y_0 trong YY, và một tiết diện liên tục σ:U×V→Z\sigma : U\times V\rightarrow Z của ff sao cho σ(x0,y0)=s(x0,y0)\sigma (x_0, y_0) =s(x_0, y_0). Theo bổ đề trên, ss liên tục trong một lân cận của (x0,y0)(x_0, y_0).

Bây giờ hãy chứng minh rằng ánh xạ ss liên tục tại mọi điểm của X×YX\times Y. Với x0∈Xx_0\in X, ký hiệu C(x0)C(x_0) là tập hợp các điểm y∈y\in Y sao cho ss liên tục trong một lân cận của (x0,y)(x_0, y). Theo định nghĩa, tập hợp C(x0)C(x_0) là mở trong YY, và chứa y0y_0 theo điều đã chứng minh ở trên.

Ta chứng minh rằng nó đóng trong Y. Xét một điểm y1y_1 của Y dính với C(x0)C(x_0), một lân cận mở U của x0x_0 trong X, một lân cận mở V của y1y_1 trong Y, và một tiết diện liên tục σ:U×V→Z\sigma : U\times V\rightarrow Z của ff sao cho σ(x0,y1)=s(x0,y1)\sigma (x_0, y_1) =s(x_0, y_1). Vì hạn chế của ss lên {x0}×V\{x_0\} \times V là liên tục và ff là étale, tồn tại một lân cận mở V′V' của y1y_1 trong Y sao cho σ(x0,y)=s(x0,y)\sigma (x_0, y) =s(x_0, y) với mọi y∈V′y\in V' (mệnh đề 11 của I, p. 34). Vì Y liên thông địa phương, ta có thể giả sử rằng V′V' liên thông. Vì y1y_1 dính với C(x0)C(x_0), tập hợp C(x0)∩V′C(x_0)\cap V' không rỗng; lấy y2y_2 là một điểm của C(x0)∩V′C(x_0)\cap V'. Theo bổ đề áp dụng cho (x0,y2)(x_0, y_2), tồn tại một lân cận U′U' của x0x_0 được chứa trong U sao cho s=σs=\sigma trên U′×V′U'\times V'. Điều này chứng minh rằng C(x0)C(x_0) đóng, vì U′×V′U'\times V' là một lân cận của (x0,y1)(x_0, y_1). Vì Y liên thông, ta có C(x0)=YC(x_0) = Y, và điều này đúng với mọi x0∈Xx_0\in X, do đó định lý.

Hệ quả 1 01NI

Cho X, Y, E, B là các không gian tôpô. Cho p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ étale và tách, cho h:X×Y→Bh: X\times Y\rightarrow B là một ánh xạ liên tục và cho y0y_0 là một điểm của Y. Cho g:X×Y→Eg: X\times Y\rightarrow E là một ánh xạ sao cho p∘g=hp\circ g=h. Giả sử rằng các hạn chế của gg lên X×{y0}X\times \{y_0\} một mặt và, với mọi x∈Xx\in X, lên {x}×Y\{x\} \times Y mặt khác, đều liên tục. Nếu không gian Y liên thông và liên thông địa phương, thì ánh xạ gg liên tục.

Ký hiệu Z là tích sợi (X×Y)×BE(X\times Y)\times_BE và f:Z→X×Y,h′:Z→Ef: Z\rightarrow X\times Y,h': Z\rightarrow E là các phép chiếu chính tắc. Ánh xạ ff là étale (I, p. 31, mệnh đề 8) và tách (I, p. 27, mệnh đề 4). Ánh xạ s:X×Y→s: X\times Y\rightarrow Z được xác định bởi s(x,y)=((x,y),g(x,y))s(x, y) = ((x, y), g(x, y)) là một tiết diện của ff thỏa mãn các giả thiết của định lý 1. Do đó nó liên tục, cũng như g=h′∘sg=h'\circ s.

Nhận xét 01NJ

Nếu trong định lý 1 không giả sử rằng không gian Y liên thông địa phương, thì kết luận của định lý không còn nhất thiết đúng (I, p. 141, bài tập 7).

Định lý 2 01NK

Cho B là một không gian tôpô và A là một không gian con của B. Đặt một trong các giả thiết sau:

(i) A có một hệ cơ bản các lân cận paracompact;

(ii) B là paracompact và A đóng;

(iii) B mêtric hóa được;

(iv) A compact và hai điểm phân biệt của A có các lân cận rời nhau trong B.

Khi đó mọi tiết diện liên tục trên A của một ánh xạ étale p:E→Bp: E\rightarrow B đều mở rộng thành một tiết diện liên tục của p trên một lân cận của A.

Xét tính chất sau đây (PCV) của cặp (B,A)(B,A):

(PCV) Với mọi phủ (Ui)i∈I(U_i)_{i\in I} của A bởi các tập con mở

của B, tồn tại một lân cận V của A và một họ

hữu hạn địa phương (Fj)j∈J(F_j)_{j\in J} các tập con đóng của V phủ V, sao cho

mỗi FjF_j được chứa trong một trong các UiU_i.

Định lý 2 suy ra từ các Bổ đề 1 và 3 dưới đây.

Bổ đề 1 01NL

Mỗi tính chất (i) đến (iv) của định lý 2 đều kéo theo tính chất (PCV).

Cho (Ui)i∈I(U_i)_{i\in I} là một phủ mở của A bởi các tập mở của B. Theo giả thiết (i), tồn tại một lân cận V của A có tính chất paracompact được chứa trong hợp của các UiU_i, một phủ mở (Uj′)j∈J(U'_j)_{j\in J} của không gian V, hữu hạn địa phương và mịn hơn phủ (V∩Ui)i∈I(V\cap U_i)_{i\in I}, và một phủ mở (Uj′′)j∈J(U''_j)_{j\in J} của không gian V sao cho với mọi j∈Jj\in J, bao đóng FjF_j của Uj′′U''_j trong V được chứa trong Uj′U'_j (TG, IX, p. 49, prop. 4 và p. 48, cor. 1 to th. 3). Do đó, trong trường hợp này có tính chất (PCV).

Điều kiện (ii) suy ra điều kiện (i) theo Hệ quả 2 của TG, IX, p. 50. Tương tự, điều kiện (iii) suy ra điều kiện (i): thật vậy, nếu B khả mêtric, mọi lân cận của A đều khả mêtric, do đó có tính chất paracompact (TG, IX, p. 51, th. 4).

Cuối cùng, giả sử điều kiện (iv) được thỏa mãn, và ta chứng minh rằng tính chất (PCV) được thỏa mãn. Vì A compact, chỉ cần xét trường hợp một phủ hữu hạn (Ui)0⩽i⩽n(U_i)_{0\leqslant i\leqslant n}. Khi đó ta xây dựng bằng quy nạp các tập mở V0,...,VnV_0, . . . ,V_n của B thỏa mãn các điều kiện sau với 0⩽i⩽n:0\leqslant i\leqslant n:

α)A⊂V0∪⋯∪Vi∪Ui+1∪⋯∪Un \alpha )A\subset V_0\cup \cdots \cup V_i\cup U_{i+1}\cup \cdots \cup U_n
β)Vi‾∩A⊂Ui \beta )\overline{V_i}\cap A\subset U_i

Giả sử rằng V0,...,Vr−1V_0, . . . ,V_{r-1} đã được xây dựng thỏa mãn các điều kiện trên với 0⩽i⩽r−10\leqslant i\leqslant r-1, và ta xây dựng VrV_r. Các tập K = A∩∁UrA\cap \complement U_r và L=A∩∁(V0∪⋯∪Vr−1∪Ur+1∪⋯∪Un)L = A\cap \complement (V_0\cup \cdots \cup V_{r-1}\cup U_{r+1}\cup \cdots \cup U_n) là đóng trong A, do đó compact. Theo (α)(\alpha ), chúng rời nhau. Theo giả thiết, với mọi điểm aa của L và mọi điểm bb của K, tồn tại các lân cận rời nhau của aa và bb trong B. Theo Bổ đề 2 dưới đây, tồn tại các tập mở rời nhau VrV_r và W trong B sao cho L⊂VrL\subset V_r và K⊂WK\subset W. Từ các bao hàm L⊂VrL\subset V_r và A⊂V0∪⋯∪Vr−1∪Ur∪⋯∪UnA\subset V_0\cup \cdots \cup V_{r-1}\cup U_r\cup \cdots \cup U_n và từ định nghĩa của L, suy ra (α)(\alpha ) đúng với i=ri=r. Mặt khác, ta có Vr‾∩K=∅\overline{V_r}\cap K =\emptyset, do đó Vr‾∩A⊂Ur\overline{V_r}\cap A\subset U_r.

Tập M=⋃0⩽i⩽n(Vi∩∁Ui)M =\bigcup_{0\leqslant i\leqslant n}(V_i\cap \complement U_i) là đóng và không gặp A theo (β)(\beta ). Theo (α)(\alpha ), tập V=((⋃0⩽i⩽nVi‾)−V =((\bigcup_{0\leqslant i\leqslant n}\overline{V_i})- M là một lân cận của A trong B. Với i=0,...,ni= 0, . . . , n, đặt Fi=V∩Vi‾:F_i= V\cap \overline{V_i}: đây là một tập con đóng của V, được chứa trong UiU_i. Họ (Fi)0⩽i⩽n(F_i)_{0\leqslant i\leqslant n} là một phủ của V, do đó có tính chất (PCV).

Bổ đề 2 01NM

Cho B là một không gian tôpô, và K và L là các tập con quasi-compact của B. Giả sử rằng với mọi điểm aa của K và mọi điểm bb của L, tồn tại các lân cận rời nhau của aa và bb trong B. Khi đó tồn tại hai tập mở rời nhau U và V trong B sao cho K⊂UK\subset U và L⊂VL\subset V.

Cho aa là một điểm của K. Với mọi b∈Lb\in L, gọi Ua,bU_{a,b} và Va,bV_{a,b} là các lân cận mở rời nhau của aa và bb. Với aa cố định, họ (Va,b)b∈L(V_{a,b})_{b\in L} là một phủ mở của L. Vì không gian này là quasi-compact, tồn tại một họ hữu hạn Ta⊂LT_a\subset L sao cho hợp VbV_b của các Va,bV_{a,b} với b∈Tab\in T_a chứa L. Giao UaU_a của các Ua,bU_{a,b} với b∈Tab\in T_a là một lân cận mở của aa, vì TaT_a hữu hạn; hơn nữa, UaU_a và VaV_a rời nhau. Các (Ua)a∈A(U_a)_{a\in A} lập thành một phủ mở của K. Vì K là quasi-compact, tồn tại một họ hữu hạn S⊂KS\subset K sao cho U=⋃a∈SUaU =\bigcup_{a\in S}U_a chứa K. Khi đó V=⋂a∈SVaV =\bigcap_{a\in S}V_a là một tập con mở của B chứa L. Bổ đề được chứng minh.

Bổ đề 3 01NN

Cho B là một không gian tôpô và A là một không gian con của B sao cho cặp (B,A)(B,A) thỏa mãn tính chất (PCV) của I, p. 37. Khi đó mọi tiết diện liên tục trên A của một ánh xạ étalé p:E→Bp: E\rightarrow B đều mở rộng thành một tiết diện liên tục của pp trên một lân cận của A.

Cho p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ étalé và s:A→Es: A\rightarrow E là một tiết diện liên tục của pp trên A. Với mọi điểm aa của A, tồn tại một lân cận mở UaU_a của aa và một tiết diện liên tục sa:Ua→Es_a: U_a\rightarrow E trùng với ss trên Ua∩AU_a\cap A (I, p. 34, Mệnh đề 10 và I, p. 34, Mệnh đề 11). Họ (Ua)a∈A(U_a)_{a\in A} là một phủ của A bởi các tập con mở của B. Gọi V là một lân cận của A trong B, gọi (Fj)j∈J(F_j)_{j\in J} là một họ hữu hạn địa phương các tập con đóng của V phủ V, và gọi a:J→Aa: J\rightarrow A là một ánh xạ sao cho FjF_j được chứa trong Ua(j)U_{a(j)} với mọi j∈Jj\in J (tính chất (PCV)). Gọi sjs_j là hạn chế của sa(j)s_{a(j)} lên FjF_j. Gọi W là tập hợp các điểm b∈Vb\in V thỏa mãn sj(b)=sk(b)s_j(b) =s_k(b) với mọi cặp (j,k)∈J×J(j, k)\in J\times J sao cho b∈Fj∩Fkb\in F_j\cap F_k. Ta định nghĩa một tiết diện s′:W→Es': W\rightarrow E bởi s′(b)=sj(b)s'(b) =s_j(b) nếu b∈Fjb\in F_j. Ta có A⊂WA\subset W và s′∣A=ss'|A =s. Tiết diện s′s' liên tục theo Mệnh đề 4 của I, p. 19.

Còn phải chứng minh rằng W là một lân cận của A trong B. Với mỗi cặp (j,k)∈J×J(j, k)\in J\times J, ký hiệu TjkT_{jk} là tập hợp các điểm b∈Fj∩Fkb\in F_j\cap F_k sao cho sj(b)≠sk(b)s_j(b)=\not s_k(b). Tập hợp TjkT_{jk} là đóng trong Fj∩FkF_j\cap F_k (Mệnh đề 11, b) của I, p. 34), do đó trong V, và các tập hợp TjkT_{jk} lập thành một họ hữu hạn địa phương các tập con của V. Hợp T của họ (Tjk)(T_{jk}) do đó là một tập hợp đóng của V (TG, I, p. 6, Mệnh đề 4). Theo định nghĩa, W là phần bù của T trong V. Do đó nó là một lân cận của A trong V và do đó trong B.

6. Cận trên của lực lượng các thớ của một ánh xạ étale và tách

Định lý 3 01NO

Cho E và B là các không gian tôpô và cho p:E→Bp: E\rightarrow B là một ánh xạ étale và tách. Giả sử E liên thông và B liên thông địa phương. Cho W\mathscr{W} là một cơ sở của tôpô của B. Khi đó, với mọi điểm aa của B, ta có Card(Ea_a)⩽\leqslant sup(Card(W\mathscr{W}), Card(N\mathbf{N})).

Vì không gian B liên thông địa phương, tôpô của nó có một cơ sở W′\mathscr{W}' gồm các tập mở liên thông, chẳng hạn các thành phần liên thông của các tập mở của W\mathscr{W} (TG, I, p. 85, Mệnh đề 11). Theo Bổ đề 4 dưới đây, tồn tại một cơ sở V\mathscr{V} của tôpô của B gồm các tập mở liên thông và sao cho Card(V\mathscr{V})⩽\leqslant Card(W\mathscr{W})2^2.

Bổ đề 4 01NP

Cho B là một không gian tôpô, và cho W\mathscr{W} và W′\mathscr{W}' là các cơ sở của tôpô của B. Tồn tại một tập con V\mathscr{V} của W′\mathscr{W}' là một cơ sở của tôpô của B và sao cho Card(V\mathscr{V})⩽\leqslant Card(W\mathscr{W})2^2.

Cho A⊂W×W\mathscr{A}\subset \mathscr{W}\times \mathscr{W} là tập hợp các cặp (W1,W2)(W_1,W_2) sao cho tồn tại W′∈W′W'\in \mathscr{W}' thỏa mãn W1⊂W′⊂W2W_1\subset W'\subset W_2; cho φ:A→W′\varphi :\mathscr{A}\rightarrow \mathscr{W}' là một ánh xạ sao cho W1⊂φ(W1,W2)⊂W2W_1\subset \varphi (W_1,W_2)\subset W_2 với mọi cặp (W1,W2)∈A(W_1,W_2)\in \mathscr{A}, và cho V⊂W′\mathscr{V}\subset \mathscr{W}' là ảnh của φ\varphi. Ta có

Card(V\mathscr{V})⩽\leqslant Card(A\mathscr{A})⩽\leqslant Card(W×W\mathscr{W}\times \mathscr{W})

(E, III, p. 25, Mệnh đề 3). Hãy chứng minh rằng V\mathscr{V} là một cơ sở của tôpô của B. Cho x là một điểm của B và U là một lân cận của x. Theo giả thiết, x có một lân cận W2∈WW_2\in \mathscr{W} được chứa trong U, một lân cận W′∈W′W'\in \mathscr{W}' được chứa trong W2W_2 và một lân cận W1∈WW_1\in \mathscr{W} được chứa trong W′W'. Do đó W1⊂W′⊂W2⊂UW_1\subset W'\subset W_2\subset U. Khi đó (W1,W2)∈A(W_1,W_2)\in \mathscr{A} và φ(W1,W2)\varphi (W_1,W_2) là một lân cận của x được chứa trong U. Theo Mệnh đề 3 của TG, I, p. 5, tập hợp V\mathscr{V} là một cơ sở của tôpô của B.

Cho V\mathscr{V} là một cơ sở của tôpô của B gồm các tập mở liên thông khác rỗng và sao cho Card(V\mathscr{V})⩽\leqslant Card(W\mathscr{W})2^2. Cho U\mathscr{U} là tập hợp các tập mở U của E sao cho pp cảm sinh một phép đồng phôi từ U lên một tập mở V thuộc V\mathscr{V}. Mọi phần tử của U\mathscr{U} đều là một tập mở liên thông khác rỗng. Vì ánh xạ pp là étale, theo Định nghĩa 2 (I, p. 28) và Mệnh đề 3 của TG, I, p. 5, tập hợp U\mathscr{U} là một cơ sở của tôpô của E. Ta gọi một dãy sâu róm là một dãy hữu hạn (U0,...,Un)(U_0, . . . ,U_n) gồm các phần tử của U\mathscr{U} sao cho với 1⩽i⩽n,Ui−1∩Ui1\leqslant i\leqslant n,U_{i-1}\cap U_i khác rỗng và p(Ui−1)∩p(Ui)p(U_{i-1})\cap p(U_i) liên thông. Ký hiệu S là tập hợp các dãy hữu hạn gồm các phần tử của V\mathscr{V} và, với mỗi dãy sâu róm c=(U0,...,Un)c= (U_0, . . . ,U_n), ký hiệu p(c)p(c) là dãy (p(U0),...,p(Un))(p(U_0), . . . , p(U_n)).

Bổ đề 5 01NQ

a) Cho c=(U0,...,Un)c= (U_0, . . . ,U_n) và c′=(U0′,...,Um′)c'= (U'_0, . . . ,U'_m) là các dãy sâu róm sao cho U0=U0′U_0= U'_0 và p(c)=p(c′)p(c) =p(c'). Khi đó c=c′c=c'.

b) Cho U và U′U' là các phần tử của U\mathscr{U}. Khi đó tồn tại một dãy sâu róm c=(U0,...,Un)c= (U_0, . . . ,U_n) sao cho U0=UU_0= U và Un=U′U_n= U'.

a) Tất yếu, m=nm=n. Với mỗi số nguyên ii sao cho 0⩽i⩽n0\leqslant i\leqslant n, đặt Vi=p(Ui)V_i=p(U_i) và gọi sis_i và si′s'_i là các tiết diện liên tục của pp trên ViV_i có ảnh tương ứng là UiU_i và Ui′U'_i. Để chứng minh đẳng thức c=c′c=c', ta sẽ chứng minh, bằng quy nạp theo ii, đẳng thức si=si′s_i=s'_i với mọi số nguyên ii sao cho 0⩽i⩽n0\leqslant i\leqslant n. Theo giả thiết, ta có s0=s0′s_0=s'_0. Cho ii sao cho 1⩽i⩽n1\leqslant i\leqslant n và si−1=si−1′s_{i-1}=s'_{i-1}. Vì Ui−1∩UiU_{i-1}\cap U_i chứa một điểm xx, các tiết diện liên tục si−1s_{i-1} và sis_i trùng nhau tại p(x)p(x), do đó tại mọi điểm của Vi−1∩ViV_{i-1}\cap V_i, vì tập này liên thông (Hệ quả 1 của I, p. 34). Điều tương tự đúng đối với si−1′s'_{i-1} và si′s'_i. Vì cùng lý do, sis_i và si′s'_i, vốn trùng nhau trên Vi−1∩ViV_{i-1}\cap V_i, cũng trùng nhau trên ViV_i, do đó có kết quả.

b) Nếu xx và yy là các điểm của E, ta nói rằng một sâu đo c=(U0,...,Un)c= (U_0, . . . ,U_n) nối xx với yy nếu x∈U0x\in U_0 và y∈Uny\in U_n. Trong tập hợp E, gọi R là quan hệ “tồn tại một sâu đo nối xx với yy”. Quan hệ R phản xạ vì U\mathscr{U} là một phủ của E. Hiển nhiên nó đối xứng. Bây giờ chứng minh rằng nó bắc cầu: cho x,y,zx,y,z là ba điểm của E, (U0,...,Un)(U_0, . . . ,U_n) và (U0′,...,Um′)(U'_0, . . . ,U'_m) lần lượt là các sâu đo nối xx với yy và yy với zz. Cho U∈UU\in \mathscr{U} là một lân cận của yy được chứa trong Un∩U0′U_n\cap U'_0; ta có p(Un)∩p(U)=p(U0′)∩p(U)=p(U)p(U_n)\cap p(U) =p(U'_0)\cap p(U) =p(U), và vì U liên thông, dãy (U0,...,Un,U,U0′,...,Um′)(U_0, . . . ,U_n,U,U'_0, . . . ,U'_m) là một sâu đo nối xx với zz. Các lớp tương đương theo R là mở, do đó cũng đóng. Vì E liên thông, suy ra bất kỳ hai điểm nào của E cũng luôn được nối bởi một sâu đo.

Bây giờ cho U và U′U' là các phần tử của U\mathscr{U}, x là một điểm của U và x′x' là một điểm của U′U'. Tồn tại một sâu đo (U2,...,Un−2)(U_2, . . . ,U_{n-2}) nối xx với x′x'. Cho U1U_1 và Un−1U_{n-1} là các tập mở của U\mathscr{U} sao cho x∈U1,x′∈Un−1x\in U_1,x'\in U_{n-1}, U1⊂U∩U2,Un−1⊂U′∩Un−2U_1\subset U\cap U_2,U_{n-1}\subset U'\cap U_{n-2}. Đặt U0=UU_0= U, Un=U′U_n= U'. Khi đó dãy (U0,...,Un)(U_0, . . . ,U_n) là một sâu đo.

Bây giờ chứng minh định lý. Cho U là một phần tử của U\mathscr{U} và gọi C là tập hợp các sâu đo (U0,...,Un)(U_0, . . . ,U_n) sao cho U0=UU_0= U. Ánh xạ từ C vào S, ánh xạ mỗi sâu đo c=(U0,...,Un)c= (U_0, . . . ,U_n) của C vào dãy p(c)=(p(U0),...,p(Un))p(c) = (p(U_0), . . . , p(U_n)), là đơn ánh (Bổ đề 5, a)), do đó

(1) Card(C) ⩽\leqslant Card(S).

Ánh xạ từ C vào U\mathscr{U}, ánh xạ c=(U0,...,Un)∈Cc= (U_0, . . . ,U_n)\in C vào tập mở UnU_n, là toàn ánh theo phần thứ hai của Bổ đề 5, do đó (2) Card(U\mathscr{U})⩽\leqslant Card(C).

Với mỗi điểm xx của E, ta chọn một tập hợp mở UxU_x của U\mathscr{U} sao cho x∈Uxx\in U_x. Nếu xx và yy là các điểm phân biệt của cùng một sợi EaE_a của pp, ta có Ux=U̸yU_x= U\not_y vì p∣Uxp|U_x là đơn ánh. Do đó, với a∈Ba\in B, (3) Card(Ea_a)⩽\leqslant Card(U\mathscr{U}).

Cuối cùng, nếu V\mathscr{V} là một tập hợp hữu hạn, tập hợp S các dãy hữu hạn gồm các phần tử của V\mathscr{V} là đếm được (E, III, p. 49, prop. 1), do đó

(4) Card(S) ⩽\leqslant Card(N\mathbf{N}).

Nếu V\mathscr{V} là vô hạn, ta có

(5) Card(S) = Card(V\mathscr{V})⩽\leqslant Card(W\mathscr{W})2=^2= Card(W\mathscr{W})

theo hệ quả của E, III, p. 50 và Hệ quả 1 của E, III, p. 49. Định lý suy ra từ các hệ thức (1) đến (5) ở trên.

Nhận xét 01NR

Từ những điều trên, nếu tôpô của B có một cơ sở đếm được, thì điều tương tự cũng đúng đối với tôpô của E và các sợi của E đều đếm được (cf. TG, I, p. 88, định lý Poincaré-Volterra).

Bài tập

Xem các bài tập của § 2.

Machine translation of the English, by gpt-5-6-mini, gpt-5-6, against glossary version 34. Not checked by a person. That model is a cut down version of the one the rest of this language was written by.