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Grothendieck 1. Introduction 1.1. Galois 1.2. 2. Grothendieck 3. 4. 5. 1

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Grothendieck

1. Introduction

1.1.Galois

1.2.

2. Grothendieck

3.

4.

5.

1

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1. Introduction

Grothendieck

K Q

/K�→ + Galois

·||·

[ ] [ ]

←−−−−−−−−

2

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1.1.Galois

X /C

x ∈ X

� πtop1 (X, x)

‖πtop

1 (X)

X

(f : Y → X) �→ f−1(x)� �

( /X) ∼→(

πtop1 (X, x) -

)∪ ∪(/X

)∼→

(πtop

1 (X, x) -)

3

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profinite

π1(X) def= πtop1 (X)

Γ

Γ def= lim←−(Γ )

Γ → Γ(Γ -

)=

(Γ -

)

(/X

)∼→

(π1(X) -

)

4

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Galois

X K(⊂ C)

Aut(C/K) � X

X

Aut(C/K) � πtop1 (X)

Riemann

X i.e.∀ f : Y → X∃1 Ys.t. f

5

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σ ∈ Aut(C/K)

σ(f : Y → X) = (fσ : Y σ → Xσ = X)

Aut(C/K) � ( /X)‖(

π1(X) -)

� Aut(C/K) � π1(X)

π1(X, x)σ∼→π1(X, σ(x)) � π1(X, x)

6

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Aut(C/K) → Out(π1(X))‖

Aut(π1(X))/ Inn(π1(X))

Aut(C/K)� Gal(K) def= Gal(K/K)

RiemannK

7

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1.2.

KX /K

finite etaleX

8

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X = A1K − {0} = Spec(K[T, T−1])

1 A1K − {0} → A1

K − {0} = XK[S, S−1] ← K[T, T−1]

K = KSN ←� T

2 A1K − {0} → A1

K − {0} = XK[S, S−1] ← K[T, T−1]

K = KaSN ←� T

(a ∈ K×)

3 A1K′ − {0} → A1

K − {0} = XK ′[T, T−1] ← K[T, T−1]

K ′ ⊃ KT ←� T

K ′ K

4

9

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π1(X) profinite s.t.

(finite etale

/X

)∼→

(π1(X) -

)

X

Gal(K(X))� π1(X)

Gal(K) = π1(Spec(K))

10

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X → Spec(K)fiber homotopy

1 → π1(XK) → π1(X)prX→ Gal(K) → 1

π1(X)π1(XK)

� ρX : Gal(K) → Out(π1(XK))

1 K ⊂ C π1(XK) = π1(XC)ρX 1.1

2 π1(XK)

(π1(X), prX)� (π1(XK), ρX)

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pro-l l

(pro-l ) = lim←−( l - )

Π profinite

� Πl Π pro-ldef= lim←−(Π l )

π(l)1 (XK) def= π1(XK)l

π(l)1 (X) def=

π1(X)/ Ker(π1(XK) → π(l)1 (XK))

1 → π(l)1 (XK) → π

(l)1 (X)

pr(l)X→ Gal(K) → 1

ρ(l)X : Gal(K) → Out(π(l)

1 (XK))

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2. Grothendieck

K QC /KS smooth /K

HomdomK (S, C)

∼→HomextopenGal(K)(π1(S), π1(C))

C∗ C , g C∗

Σ = C∗ − C, ν = �(Σ(K))

C ⇐⇒ χ(C) def= 2 − 2g − ν < 0

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⎛⎜⎝

S → C dominant�

↘ ↙Spec(K)

⎞⎟⎠

↓ �⎛⎜⎝

π1(S) → π1(C)�

↘ ↙Gal(K)

⎞⎟⎠

modulo Inn(π1(CK))

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K

(1) S = C ′

(/K

)domπ1→

(profinite/ Gal(K)

)open

ext

K

(2) = C S -

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(i) Tate Faltings

HomK(A′, A) ⊗Z Z∼→HomGal(K)(π1(A′

K), π1(AK))

(ii)

anabelian

“anabelian”abelian

successive fibration

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(iii) Section

C ⇐⇒ C = C∗

HomK(S, C)∼→HomextGal(K)(π1(S), π1(C))

S = Spec(K)

C(K) ∼→ {prC : π1(C) → Gal(K)sections}ext

Σ �= ∅ “tangential sections”

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3.

K QC g = 0 ν ≥ 3

C = P1K − Σ, P1(K) ⊃ Σ ⊃ {0, 1,∞}Anderson -

ρ(l)C : Gal(K) → Out(π(l)

1 (CK))

K GaloisK

(l)C Σ l

K

Q(l)

P1Q−{0,1,2,∞} �= Q(l)

P1Q−{0,1,3,∞}(l �= 3)

ΣK C

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C g , x ∈ Σ

� π1(C) ⊃ Dx ⊃ Ix � Z

1→ Ix → Dx →Gal(κ(x))→1

∩ ∩ ∩open

1→π1(CK)→π1(C)prC→ Gal(K) →1

Dx = Nπ1(C)(Ix)

( )J ⊂ π1(CK)

J = Ix(∃x ∈ Σ) ⇐⇒∀H ⊂

openπ1(CK) J ∩ H Hab

‘ ’

Riemann-Weil

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C = P1K − {0, 1,∞, λ} λ ∈ K − {0, 1}

ν > 4 ν = 4

Step1 π1(C)� K(ζn, λ1n ) (n ∈ N)

0,∞ P1K(ζn) n

1, λ fibers

Step2 {K(ζn, λ1n )}n∈N � 〈λ〉

Kummer

Step3P1

K − {0, 1,∞, λ} � 〈λ〉| �

P1K − {0, 1,∞, 1 − λ}� 〈1 − λ〉

| �P1

K − {0, 1,∞, λλ−1}� 〈 λ

λ−1 〉

⎫⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪⎭� λ

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pro-l

AutK(C) ∼→Aut extGal(K)(π(l)1 (C))

pro-l ⊂ Out(π(l)1 (CK))

weight filtration pro-l GaloisGalois

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4.

Grothendieck /

kC /k, ν > 0

ν = 0

k(C) Gal(k(C))

Step1 C∗

Step2 k(C)×

Step3 k(C) = k(C)× ∪ {0}

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Step1

x ∈ C

{1}‖ αx���

1→ Ix → Dx∼→ Gal(κ(x))→1

∩ ∩ ∩open

1→π1(CK)→π1(C)prC→ Gal(k) →1

x ∈ C(k)αx : Gal(k) → π1(C), prC ◦ αx = idGal(k)

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α : Gal(k) → π1(C), prC ◦ α = idGal(k)

α = αx(∃x ∈ C(k))

⇐⇒ α(Gal(k)) C pro -k -

⇐⇒ α(Gal(k)) ⊂ ∀H ⊂open

π1(C)

H k -

Lefschetz

Step2 k(C)k(C)× = Artin

Step3

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πtame1 / Grothendieck

⇓π1/ /Q Grothendieck

C / 0=⇒ π1(C) (g, ν)

C/Fp, g = 0π1(C)

g

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5.

Grothendieck /p

K Qp

K QK Qp

K = ∪[K′:Q]≤N

K ′

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C /KS smooth /K

HomdomK (S, C)

∼→HomextopenGal(K)(π1(S), π1(C))

∼→HomextopenGal(K)(π

(p)1 (S), π(p)

1 (C))

L, M /K

HomK(M, L)∼→Homextopen

Gal(K)(Gal(L), Gal(M))

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(i) Tate p

(ii) K Q IsomPop

p Hodge[K : Qp] < ∞

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Grothendieck

←→

etaleGalois

p Hodgep

de Rham(crystalline)cohomology

←→ p etalecohomology

etaleGalois

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C = C∗, non-hyperelliptic

π(p)1 (CK)ab � Tp(JK)

J C Jacobi

� Hodge-Tate Cp = (K)π

(p)1 (CK)ab ⊗

Zp

Cp �

{Γ(C, Ω1C/K)⊗

KCp} ⊕ {H1(C,OC)⊗

KCp(1)}

(π(p)1 (CK)ab ⊗

Zp

Cp)Gal(K)

= Γ(C, Ω1C/K) = Kω1 ⊕ · · · ⊕ Kωg

� canonical embedding C ↪→ Pg−1K

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Key

L K pK

Gal(L) →Gal(K)

π1(C)

i.e.

Spec(L) →Spec(K)

C

mod pN p Hodge C

M/K→

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