Workshop über Kompaktifizierungen von Modulräumen und tropische Geometrie. Einführung. Termine WS 2007/08

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1 WS 2007/08 Workshop über Kompaktifizierungen von Modulräumen und tropische Geometrie Termine Der Workshop findet an drei Samstagen im Wintersemester stattfinden: 10. November, 1. Dezember, 19. Januar. Über den Ort (der jeweils wechseln sollte) ist noch zu entscheiden. Einführung Sei M 0,n der Modulraum glatter projektiver Kurven vom Geschlecht 0 mit n markierten Punkten (mit anderen Worten: der Raum von n-tupeln von Punkten auf P 1 k ). (Wir arbeiten über einem algebraisch abgeschlossenen Körper k der Charakteristik 0.) Der Raum M 0,n der n-punktierten stabilen Kurven vom Geschlecht 0, die Grothendieck- Knudsen-Kompaktifizierung von M 0,n besitzt eine Reihe schöner Eigenschaften. Beispielsweise kann man M 0,n neben der Interpretation als Modulraum auch als die logkanonische Kompaktifizierung charakterisieren. Das zentrale Objekt im Workshop wird der Modulraum X(r, n) von n-tupeln von Hyperebenen in P r 1 in allgemeiner Lage sein. Dies ist offenbar eine Verallgemeinerung von M 0,n : es ist X(2, n) = M 0,n. Wir wollen für diese Verallgemeinerung die Kompaktifizierung durch den Hilbert-Quotienten studieren, insbesondere in Hinsicht auf eine Interpretation als Modulraum, die Beschreibung der 1-Parameter-Degenerationen, und auf die Mori-theoretische Bedeutung. Diese Kompaktifizierung ist von Kapranov in [K1] (und in [K2] im Fall M 0,n ) studiert worden. Die Varietäten, die Lafforgue in [L] betrachtet, hängen eng damit zusammen. Wir richten uns im wesentlichen nach den neueren Arbeiten von Hacking, Keel und Tevelev [HKT1], [KT], [T]. Die Beziehung zum Mori-Programm und zur logarithmischen Geometrie ist oben schon angeklungen, und auch im Programm an vielen Stellen präsent. Die tropische Geometrie taucht zwar ganz prominent im Titel des Workshops auf, aber nicht ganz so sichtbar im Programm; daher hier noch ein Satz dazu, was wir unter dem tropischen Aspekt verstehen. Wir interessieren uns für Kompaktifizierungen sehr affiner Varietäten, d. h. abgeschlossener Untervarietäten X G N m. Die Bewertung auf dem Körper K der Puiseux-Reihen über k liefert eine Abbildung deg: T (K) X,Q = Q N. Das Bild A von X(K) unter dieser Abbildung bezeichnet man als die nichtarchimedische Amöbe von X. Es gibt Fächer mit zugrundeliegender Menge A, und man kann X durch Abschlussbildung in der zugehörigen torischen Varietät kompaktifizieren. Siehe [T] 2. In loc. cit. wird diese Methode sowohl für Komplemente von Hyperebenenarrangements, als auch für X(r, n) diskutiert. Im Workshop ist vor allem der erste Fall von Interesse. In [KT], Thm werden die Membranen, gewisse

2 Teilmenge des Bruhat-Tits-Gebäudes der P GL r, mit nichtarchimedischen Amöben identifiziert; siehe Vortrag 3.1. Für eine detailliertere Einführung verweisen wir (neben dem genauen Programm unten) auf die Einleitungen von [K1], [KT] und [HKT2]. Einige interessante Aspekte, die nahe an diesem Thema liegen, können wir aus Zeitgründen nicht behandeln. Zu nennen ist etwa die Arbeit [HKT2], in der Modulräume von del-pezzo-flächen kompaktifiziert werden. Ein anderes interessantes Thema wäre die Kompaktifizierung des Konfigurationsraums von n-tupeln verschiedener Punkte in einer Varietät X, wo die Isomorphismen nicht herausgeteilt werden, siehe etwa die Arbeiten von Fulton und MacPherson [FM], Totaro [To], Ulyanov [U]. Organisatorisches An jedem Termin sollte ein Team vier oder fünf Vorträge bestreiten, dessen Mitglieder idealerweise auch im Vorfeld Gelegenheit haben, diese Vorträge miteinander zu diskutieren, d.h. am gleichen oder an nahe beisammenliegenden Standorten arbeiten. Die Angaben zur Vortragsdauer unten sind als Vorschläge zu verstehen. Die Teams können in dieser Hinsicht in eigener Regie umdisponieren. Allerdings sollte die Gesamtvortragsdauer von vier Stunden pro Treffen festbleiben. Sprache Zu der Frage, ob die Vorträge auf Deutsch oder auf Englisch gehalten werden sollten ist unser Vorschlag (der natürlich diskutiert werden kann): jeder Vortragende entscheidet selbst unter Berücksichtigung seiner eigenen Sprachkenntnisse und der seiner Zuhörer, mit welcher Sprache er die beste Kommunikation herstellen kann. 1 Chow-Quotienten von Grassmannschen 1.1 Chow-Quotient und Hilbert-Quotient (60 Min.) Wir beginnen mit der allgemeinen Definition des Chow-Quotienten und des Hilbert- Quotienten; siehe [K1] 0. (Die Definition von Chow- und Hilbert-Schema sollte vielleicht kurz wiederholt werden; ihre Existenz nehmen wir hin.) Den Chow-Quotienten des projektiven Raums nach einer Torus-Operation kann man recht konkret beschreiben, siehe loc. cit. 0.2, [KSZ], [KT] 2.1. Wir wollen dies nun anwenden auf die Konstruktion des Quotienten der Grassmannschen Gr(r, n) der r-dimensionalen Unterräume von k n nach der Operation des Torus G n m, der in natürlicher Weise auf k n und damit auf Gr(r, n) operiert. In [K1], Thm wird gezeigt, dass in diesem Fall Chow- und Hilbert-Quotient übereinstimmen.

3 Die Gelfand-MacPherson-Korrespondenz stellt dann den Zusammenhang her zum Modulraum von n-tupeln von Hyperebenen in P r 1 (in allgemeiner Lage): [K1], Thm , siehe auch [HKT1] Lafforgues torische Varietät der Pflasterungen eines Matroidpolytops (60 Min.) Neben dem Hilbert-Quotienten spielt insbesondere die Kompaktifizierung von Lafforgue im folgenden eine Rolle. (Beide Kompaktifizierungen haben dieselbe Normalisierung.) In diesem Vortrag sollen die Abschnitte [KT] behandelt werden, und, soweit möglich, die Teile aus [L] bewiesen werden, die dort benötiget werden. Sofern es Erleichterungen mit sich bringt, kann man sich stets auf den in [KT] betrachteten Fall einschränken. Wo es sich anbietet, sollte man als Beispiel auf den Fall r = 2 (wo X(2, n) = M 0,n ) eingehen. 1.3 Der Modulraum von Paaren (60 Min.) In diesem Vortrag konstruieren wir mit Hilfe des multi-graduierten Hilbert-Schemas ein weiteres kompaktes Schema M X(r, n), das X(r, n) enthält (und das wir in Vortrag 2.1 als Modulraum sehr stabiler Paare beschreiben werden). Wir folgen [HKT1] 3. Die Räume X(r, n), M, und Lafforgues Kompaktifizierung X L (r, n) sollen dann verglichen werden. Siehe [HKT1], Cor. 3.9, [KT] Familie der sichtbaren Konturen (60 Min.) Zum Abschluss des ersten Treffens definieren und untersuchen wir die Familie der sichtbaren Konturen auf dem Modulraum X(r, n) bzw. M. Insgesamt sollten die Ergebnisse aus [KT] und [HKT1] 4 (die sich zu einem guten Teil überschneiden), besprochen werden. Vergleiche auch [HKT1], 2, und [T], insbesondere Thm. 1.4, Modulare Beschreibung und die Singularitäten von (X(r, n), B) Bei diesem Treffen werden einige Begriffe aus der logarithmischen Geometrie benötigt. Uns scheint es am sinnvollsten, darauf keinen eigenen Vortrag zu verwenden, sondern die benötigten Begriffe jeweils an Ort und Stelle zu behandeln. In jedem Fall sollten sie kurz wiederholt werden. Referenzen sind zum Beispiel [KMM], [Ka], [O1], [O2].

4 2.1 Modulare Beschreibung (75 Min.) Nun geht es um die Beschreibung des Raums M aus Vortrag 1.3 als feiner Modulraum, [HKT1], 5 7. Sicherlich lässt sich nicht alles im Detail besprechen; wir überlassen die Gewichtung dem Vortragenden. Das Beispiel in 7 sollte aber nach Möglichkeit behandelt werden. 2.2 Log-Struktur (45 Min.) Wir diskutieren einige Eigenschaften von X(r, n) im Sinne der logarithmischen Geometrie: [KT], Abschnitt X(r, n) ist nicht log-kanonisch I (45 Min.) Nach den im vorhergehenden Vortrag behandelten Ergebnissen (insbesondere [KT], Prop. 2.18) und allgemeinen Vermutungen aus der Mori-Theorie erwartet man, dass X(r, n) eine log-kanonische Kompaktifizierung besitzt. Das wesentliche Ergebnis dieses Vortrags ist, dass aber die Kompaktifizierung durch (die Normalisierung des) Hilbert- Quotienten nicht die gesuchte ist: [KT] Thm Der Ansatz, um zu zeigen, dass die Kompaktifizierung X(r, n) X(r, n) (abgesehen von den wenigen ausgeschlossenen Fällen) nicht log-kanonisch ist, ist ganz einfach: wäre sie es, so müssten die Durchschnitte der Divisoren im Rand die erwarteten Dimensionen haben (siehe [KT], Prop. 3.18). Dass das nicht der Fall ist, lässt sich durch kombinatorische Argumente zeigen. Wir folgen [KT], X(r, n) ist nicht log-kanonisch II (30 Min.) In diesem Vortrag soll [KT], Thm behandelt werden. (Natürlich kann der Stoff der Vorträge 2.3 und 2.4 auch anders aufgeteilt werden.) 2.5 Mnëvs Theorem (45 Min.) Wir zeigen hier, dass die Singularitäten im Rand von X(3, n) beliebig schlecht sind, [KT] 1.8, Thm Das ist eine Variante von Mnëvs Theorem, siehe [L], Thm Parameter-Degenerationen 3.1 Grundlagen über das Bruhat-Tits-Gebäude, die Membran (45 Min.) In diesem Vortrag soll [KT] 4 behandelt werden. Zur Erleichterung des Verständnisses und mit Blick auf Vortrag 3.3 sollte der Fall der P GL 2 stets als Beispiel mitgeführt werden; siehe auch [K2], p Vergleiche auch [JSY], wo ein kombinatorischer Beweis von [KT] Thm gegeben wird.

5 3.2 Tropische Kompaktifizierungen (45 Min.) An dieser Stelle machen wir noch einen kleinen Exkurs über tropische Kompaktifizierungen, und behandeln so viel von [T] (insbesondere aus 5), wie möglich ist (d. h.: dem Vortragenden sinnvoll erscheint). Das ist damit abzustimmen, was in vorhergehenden Vorträgen (insbesondere 1.4) schon zu diesem Thema gesagt wurde. Eventuell ist es sinnvoll, die Reihenfolge der Vorträge 3.1 und 3.2 zu tauschen. 3.3 Der Fall von M 0,n (60 Min.) [K2] Thm. 0.1 (dabei Teil (c) ohne Beweis), 3. Siehe auch [K1], Thm , das zumindest zitiert werden sollte: darin wird gezeigt, dass der Hilbert-Quotient X(2, n) gerade die Grothendieck-Knudsen-Kompaktifizierung von X(2, n) = M 0,n ist. 3.4 Deligne-Schemata und semistabile Auflösung (45 Min.) Wir betrachten nun einparametrige Degenerationen in X(r, n). Zu einem K = k((z))- wertigen Punkt von X(r, n), gegeben durch Elemente f 1,..., f n K r, (von denen je r linear unabhängig sind), suchen wir den zugehörigen R = k[[z]]-wertigen Punkt von X(r, n). Die f i beschreiben eine Membran im Bruhat-Tits-Gebäude, und die spezielle Faser der zugehörigen Familie lässt sich durch einen Mustafin-Join in Termen dieser Membran beschreiben, siehe [KT] Thm Insgesamt sollen loc. cit. 5, 6 behandelt (und damit Theorem 1.13 bewiesen) werden. Wenn die Zeit ausreicht, kann man auch noch etwas zum Übergang zum Limes sagen, wie in loc. cit Explizite Beschreibung der speziellen Faser (45 Min.) Schließlich betrachten wir die Frage, wie man die Faser in der Familie der sichtbaren Konturen über dem speziellen Punkt einer einparametrigen Familie explizit beschreiben kann: [KT], 8. Vielleicht muss man hier noch etwas zur Variation von GIT- Quotienten wiederholen, [DH]. Literatur [DH] [F] I. Dolgachev, Y. Hu, Variation of geometric invariant theory quotients, Inst. Hautes Études Sci. Publ. Math. 87 (1998), G. Faltings, Toroidal resolutions for some matrix singularities, in: Moduli of Abelian Varieties (Texel 1999), Prog. Math. 195, Birkhäuser 2001, O [FM] W. Fulton, R. MacPherson, A compactification of configuration spaces, Ann. Math. 139 (1994), [JSY] M. Joswig, B. Sturmfels, J. Yu, Affine Buildings and Tropical Convexity, ar- Xiv: v1

6 [K1] M. Kapranov, Chow quotients of Grassmannians, I, in: I. M. Gelfand Seminar, Adv. Soviet. Math. 16, Part 2, AMS 1993, [K2] M. Kapranov, Veronese curves and Grothendieck-Knudsen moduli space M 0,n, J. Alg. Geom. 2 (1993), [KSZ] M. Kapranov, B. Sturmfels, A. Zelevinsky, Quotients of toriv varieties, Math. Ann. 290 (1991), [Ka] K. Kato, Logarithmic structures of Fontaine-Illusie, in: Algebraic analysis, geometry, and number theory (Baltimore, 1988), Johns Hopkins Univ. Press (1989), [KMM] Y. Kawamata, K. Matsuda, K. Matsuki, Introduction to the minimal model program, in: Algebraic Geometry (Sendai, 1985), Adv. Stud. Pure Math. 10, North Holland (1987), [H] P. Hacking, Compact moduli of hyperplane arrangements, math.ag/ [HKT1] P. Hacking, S. Keel, J. Tevelev, Compactification of the moduli space of hyperplane arrangements, J. Alg. Geom. 15 (2006), no. 4, math.ag/ [HKT2] P. Hacking, S. Keel, J. Tevelev, Stable pair, tropical, and log canonical compact moduli of del Pezzo surfaces, math.ag/ [KT] S. Keel, J. Tevelev, Geometry of Chow quotients of Grassmannians, Duke Math. J. 134, no. 2 (2006), vgl. auch math.ag/ [L] L. Lafforgue, Chirurgie des grassmanniennes, CRM Monogr. Ser. 19, AMS [O1] M. Olsson, Logarithmic geometry and algebraic stacks, Ann. Sci. École Norm. Sup. (4) 36 (2003), [O2] M. Olsson, The logarithmic cotangent complex, Math. Ann. 333 (2005), [T] J. Tevelev, Compactifications of subvarieties of tori, Amer. J. Math. 129, no. 4 (2007), tevelev/trop70.pdf [To] B. Totaro, Configuration spaces of algebraic varieties, Topology 35 (1996), [U] A. Ulyanov, Polydiagonal compactification of configuration spaces, J. Alg. Geom. 11 (2002),