A NNALI DELLA
S CUOLA N ORMALE S UPERIORE DI P ISA Classe di Scienze
C ARMELO M AMMANA
Determinazione dei tipi di omografie di cui una data omografia si puo’ considerare come limite
Annali della Scuola Normale Superiore di Pisa, Classe di Scienze 3
esérie, tome 11, n
o3-4 (1957), p. 249-263
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DI OMOGRAFIE DI CUI UNA DATA OMOGRAFIA
SI PUO’ CONSIDERARE COME LIMITE
di CARMELO MAMMANA
(Catania)
t
noto(1)
che unaomografia particolare
diSn
di caratteristica di PRE- DELLA :si
può
considerare come limite diomografie generali
diSn
di caratteristica di PREDELLA :Per
esempio
in83
unaomologia speciale [(2, 0)~
è limite diomologie
generali ~(2) (o)] ;
una biassialespeciale [(1 , 1)] è
limite di biassialigenerali (1)1;
g ecc.Ma si verifica facilmente che una
omologia speciale
è limite anche di biassialispeciali ;
una biassialespeciale
è limite anche diomografie
ditipo [(1 O 0)] ;
ecc.In
questo
lavoro ciproponiamo
di determinare tutti itipi
diomografie
di
8n
di cui una dataomografia
co di8n
sipuò
considerare come limite.Considereremo sempre
omografie
nondegeneri,
y e, per comodità di ra-gionamento,
ci riferiremo costantemente alla classificazione di C. SEGRE me-diante
gli esponenti
e dei divisori elementari. Tuttavia i risultati ottenuti(1) Cfr. PREDELLA : Le omogi-afio di uno spazio ad un numero qualunque di dimensioni.
Annali di Matematica, 17 (2) 1889-90. BERTINI: Introduzione alla geometria proiettiva degli iperspazi. Principato, Messina, 1923, pag. 94. ENRIQUES-CHISINI : Teoria
geometricà delle
equa- zioni e dalle funzioni algebi-iche; Zanichelli, Bologna, 1918, Voi. II, pag. 681.saranno anche enunciati mediante
gli
interi della caratteristica diLA, cioè mediante le dimensioni
degli spazi
fondamentali dipunti
uniti(sem- plici
omultipli).
Nei nn.2, 3,
4 dimostreremo che :-
Condizione neoessaria e
sufficiente affinchè uitlomografia
co diSn
di carat-terísticac di PREDELLÀ ò
si _possa otteneí-e co7rie lirraite di
omografie
di Sn di caratteristica di PREDELLAcon è che detto
d!,.,
il numerodegli
interiche sono i- e
dr
il numerodegli
interihi(J)
che sono>
r , si abbia :Nel n. 6 estenderemo
questo
risultato al casogenerale
dimostrando che : Condizioiie necessaria esufficie tte affinchè
una dataomografia
co di8n
con una certa ca>.attei.istica di PREDELLA a,
formata
da pgruppi,
si possa co siderare come limite diomografie
di8n
aventi una certa caratteristica di PREDELLA a,formata
da qgruppi,
è che i qgruppi
di a si possano distri- buire in p classi incorrispondenza
biunivoca con i pgruppi
di a e in mo-do
che :
1)
La sommadegli
h diogni
gruppo di a siauguale
alla somma de-gli
h di tutti igruppi
di a che stanno nella classecorrispondente.
2)
Fragli
h diogni
gruppo di a egli
h deigruppi
di a che stannonella classe
corrispondente valgano
le relazionianaloghe
alle(+).
1. - Sia co una
omografia (non degenere)
di unospazio 8n (proiettivo, complesso,
ad ndimensioni)
insè,
diequazioni
Chiameremo la matrice A = modulo
dell’omografia
(J). Indicheremo con :(e)
ildeterniinaiite i
A -i
delprimo
membrodell’equazione
ca-ratteristica ; (e) )
la totalità dei minori di ordine n estratti dal determi- nante la totalità dei minori di ordine n -1 estratti dal determinante y ecc. Talinotazioni,
edanaloghe, adopereremo
per tutte le
omografie
che considereremo nelseguito.
Inoltre, quando
diremo che unaomografia co
di moduloCaik] è limite,
per t -~
0 ,
9 di unaomografia
co(t) dipendente
da unparametro
t(2),
y intende-remo dire che
il
fattore diproporzionalità
a meno delquale
sono determi-nati i coemcienti di
ogni omografia
co(t)
si possascegliere
in modoche,
pert -~
0 ,
9 i detti coefficienti tendano aicorrispondenti
coefficienti di co . Nelseguito
supporremo sempre di avere scelto inquesto
modo il detto fattoredi
proporzionalità. Pertanto,
se è lim co(t)
= (JJ, allora detti aik(t)
i coeffi-t--0
cienti delle
equazioni
di(t) (col
fattore diproporzionalità
scelto nel modo dettosopra), s~
ha:2. - Consideriamo
l’’omografia
ó(non degenere)
disè,
diequazioni
e
supponiamo
che la suaequazione
caratteristica(e) =
0 abbia unasola radice e, e che
sia la sua caratteristica
(3).
I numeri :
parametro t può variare con continuità oppure prendere solo una successione (tendente e zero) di valori. In quest’ultimo caso avremo una successione di omografie che tende ad co.
(3) Qui ed in seguito intenderemo parlare di caratteristica di C. SEGRE di una omo-
grafia. I numeri ei sono gli esponenti dei divisori elementari (di WEIESTRASS) di
Dy~+1
(p)considerati in ordine non crescente.
saranno (4) rispettivamente: ul
lamolteplicità
dellaradice e
per ilD,,+, (e),
,u2 la
molteplicità
dellaradice e
per il massimo comune divisore deipolinomi
la
molteplicità
dellaradice O
per il massimo comune divisore deipolinomi (~)}y
ecc.Potremo
quindi
scrivere :dove
indica l’insieme delle
uguaglianze :
e è una
costante,
sonopolinomi
in eprimi
fraloro,
comepure sono
primi
fra loro ipolinomi
in e di ciascunodegli n - 1 gruppi :
Supponiamo
ora che la suddettaomografia
co diequazioni (1)
si possa considerare comelimite,
per t -~0 ,
di unaomografia Co (t) (5), dipendente
daun
parametro t,
diequazioni
e di
caratteristico,
per t=1= 0,
sempre(4) Cfr. BEItTINh Loc. cit. in (i), pag. 82.
(5) Intenderemo sempre che la co (t) sia definita per valori di t # 0 e in un opportuno
intorno di t = 0 ,
con
Essendo lim co
(t)
= m , perquanto
abbiamo detto nel n.1, possiamo
sup-t--.o
porre che sia
Da
queste
segue intanto che le v radicidell’equazione
caratteristica(e)
= 0 della co(t)
tendono tutte a e , per t - 0 .Inoltre, essendo i numeri :
rispettivamente
i valori dellemolteplicità
della radiceO2 (t)
per il determi- nanteDn+i (~O)
relativo alla co(t),
per il massimo comune divisore dei minori(e)
di ordine n estratti dal(e),
ecc.,potremo
scrivere :dove una
costante, {
sonopolinomi in 9 primi
fra diloro,
(6) Qui ed in seguito intenderemo = 0
come pure sono
primi
fra di loro ipolinomi
di ciascunodegli n -1 gruppi :
Per le
(7)
si ha sempre :cioè
ogni
minore estratto dal(e) tende,
per t -~0,
yall’analogo
minoreestratto dal
(e).
Ne segueche, passando
allimite,
per t -~0 ,
le(9)
diventano :
dove i
polinomi
in p di ciascunodegli
- 1gruppi (
possono non essere
primi
fra di loro.Da ciò segue intanto che è
perchè
ipolinomi
di ciascunodegli n-h+1 gruppi {
...,
sonoprimi
fra di loro.Inoltre,
dalle(4)
e dalle(10),
ricordandoche i
polinomi
di ciascuno deigruppi
sono
primi
fra diloro,
segue che èDa
queste,
tenendopresente
le(3)
e le(8)
e ricordando che è =, segue :
Concludendo si ha che :
’
Se una
oayzogra,, fia
w di~Sn
di caratteristicasi
può
ottenere come limite diomogra, fie
diSn
di caratteristicacon 9 allora, è
3. -
Vogliamo
ora invertire il risultatoprecedente,
cioèvogliamo
di-mostrare che se
valgono
le relazioni(13)
alloraogni omografia
co diSn di
caratteristica
(11)
sipuò
ottenere come limite di unaomografia
di8n
di ca-ratteristica
(12).
(7) Qui ed in seguito intenderemo
eji)
- 0 per j >Proviamo anzitutto che :
a) Un-lomografia
Q) diSn
di caratteristica> e2 >
1 si ottenere come limite diomografie
di8,,
di caratteristicaInfatti,
con unaopportuna
scelta del sistema di riferimento inSn
ilmodulo della
omografia
co sipuò
scrivere nella forma(canonica
diJORDAN) :
dove
[Je, ,
indica la matrice somma diretta delle matriciJel ed Je2 ,
e Jeè una matrice
quadrata
di ordine e e deltipo
,Consideriamo la
onografia ro (t)
che ha per modulodove A è una~ matrice ad e1
righe
ed e2colonne,
avente tuttigli
elementinulli tranne
quello
di posto(1,1)
che èuguale
a t.Tale
omogl’afia
w(t)
risulta di caratteristica(15)
per t=1=
0(8),
e si halim (o (t) = (o.
’
t-.o
(8) Infatti posto :
i í I I i
dove
Ir
indica la matrice identica di ordine r, si ha: K (t) 1~ = HK’.Dalla
proprietà a)
segue subito che :a’) Ogni onografia
ro diSn
di caratteristicasi
può
ottenere come limite diomografie
diSn
di caratteristica :b)
Dimostriamo ora che :Ogni omogra,fia
w di811
di caratteristicasi
può
ottenere come limite diomografie
diSn
di caratteristicacon
Se le due caratteristiche
(yo)
e(y’) coincidono,
laproprietà
è immediata.Se sono
distinte, allora,
essendo , almeno uno dei nu- meri ei èmaggiore
delcorrispondente ei,
y e almeno unodegli
stessi numeri ei è minore delcorrispondente ei .
Sia et
l’ultimo deinumeri ei ,
e2 , ..., eh , y che èmaggiore
del corri-spondente
e’. Si ha :e, se è t
h,
dalla definizionedi et,
dalle(16),
edalla
segue
Inoltre,
essendo si ha ancheSia ora 6s 1’ultimo dei
numeri ei ,
e~ ~ ... , eh che è minore del corri-spondente
e’. Si hae, se si ha anche :
Sia infine e’t’ il
primo
dei numeri e1 e2 , ... , eh, che èuguale
Dalle ei ¿ seguee, se è r >
1,
si haInoltre,
essendo , sarà ancheDalle segue che la successione
è non crescente ed ha per somma n
+
1perchè
. Da ciò èda
a’)
segue che unaomografia
(1) di caratteristica(70)
sipuò
ottenere comelimite di una
omografia
ail)(t)
di caratteristicaProviamo ora che fra
gli
interi checompaiono
inquesta
caratteristicaquelli
checompaiono
nella(Y’) valgono
le relazionianaloghe
alle(16),
e cioè la sonma dei
primi k
numeri della caratteristica è minore oduguale
alla deiprimi
numeri della caratteristica(y’),
e ciò perk =
1, 2, ... , h - 1.
Ciò è veroper lc = 1, 2.... , s
per le(16)
e per le(18).
Se è s = h - 1 la nostraproprietà
èquindi
vera. Se è sh - 1,
y. allora la
proprietà
è vera anche per i rimanenti va,lori di15,
9 e cioè perk = s
-+- 1,
... ,h
- 1 ; ciòperchè
dalle(17)
segue che la sommadegli
in-teri di
(1’1)
diposto
k-~- 1,
... ,h
èmaggiore
oduguale
aquella degli
in-teri
corrispondenti e~+1 ~ ... , eh
della(Y’),
mentre la somma di tuttigli
in-teri della
(y1)
èuguale
alla somma di tuttigli
interi della(y’).
Dopo ciò,
se la caratteristica(71)
non coincide con la(y’), ripetiamo
ilprocedimento
apartire
da invece che dalla(yo)~
e cos continuiamo. Tro-veremo in tal modo un numero finito di caratteristiche ;,O,;’1~72~ ... =
7’
tali che
ogni onografia
diSN
dicaratteristica yj
è limite diomografie
didi caratteristica yj+1, e
quindi ogni omografia
yo è limite diomografie
di caratteris’tica
1".
’b’)
Con lo stessoragionamento
fatto inb)
si prova cheOgni -omografia
co diSn,
di caratteristicasi
può
ottenere come limite diomografie
diSn
di caratteristicacon
’
Basta porre
~(1)~1 = ~’
=O,
... ,eh
=ripetere
ilragiona-
mento fatto in
b).
c)
Proviamo ora che :omografia
co di Su di caratteristicasi
può
ottenere come limite diomografie
diSn
di ca1ratteristica:con ~(2) > ... ¿ ed = O per r
> ~ .
Poniamo
. v v v
e ricordiamo che con una
opportuna
scelta del sistema di riferinento inSn,
il
modulo k
dellac~
sipuò
scrivere come somma diretta delle matricic7~ ~... ~
Indichiamo conHr (t)
la matrice somma diretta delle matricie con H
(t)
la matrice somma diretta delle matrici.~1 (t), .ff2 (t),..., (t).
Consideriamo
Pornografia
o)(t)
di Sn che ha per modulo la matrice K-~- H(t).
Si ha subito lim o)
(t)
= Inoltre per t# 0 ,
e1 + (i -1) t =~=
0 lat-o ,
w (t)
ha la caratteristica(20) perchè Jer + H,. (t)
è simile alla matrice sommadiretta delle matrici
in
quanto
le dette due matrici hannogli
stessi divisori elementari.Da
b’)
ec)
segue laproprietà
enunciata alprincipio
diquesto
n.3,
ecioè se
valgono
le relazioni(13)
alloraogni omografia
co diSu
di caratteri- stica(11)
sipuò
ottenere come limite di unaomografia
ev(t)
di S,~ di carat- teristica(12).
Infatti,
sevalgono
le(13)
allora perb’) ogni omografia m
di Sn di ca- ratteristica(11)
sipuò
ottenere come limite diomografie
diSu
di caratte- ristica(19),
epér c) ogni omografia
di caratteristica(19)
sipuò
ottenere comelimite di
omografie
di caratteristica(12).
4. - Rinnendo i risultati finali dei nn.
2,
3 si ha :a)
Condixione necessaria esufficiente affinchè un’omografia
co dib~n
dicaratteristica
(11)
si possa ottenere come limite dioniografle
diS,,
di caratte- ristica(12)
è chevalgano
le relazioni(13).
Le condizioni
(13)
si traducono subito in relazioni fra le dimensioni de-gli spazi
fondamentali dipunti
uniti(distinti
ono),
cioè fragli
interi checompaiono
nella caretteristica di PREDELLAcorrispondente
alla(11)
e inquella corrispondente
alla(12).
Basta ricordare
(9)
che see il gruppo di PREDELLA
corrispondente
al gruppo di SEGREallora è h =
ki
ed er èuguale
al numerodegli
interi 15 che sono~ r (r =1~
22,
...,h)
i inparticolare
è e, = t .Da ciò segue che il teorema
a)
sipuò
enunciare nellaseguente
forma :b)
Condizione necessaria esufficiente affinchè un’omografia
co diSn
di caratteristica di PREDELLA(9) BERTINI, loc. cit. in (i) pag. 112.
si possa ottenere come limite di
omogra, fie
diSn
di caratteristica di PREDELLAi è che detto d,. il numero
degli
interih1~ h27... ht
che sono > r e
dr
il numerodegli
interi che sono ~ r , si abbia5. - Osserviamo che le condizioni
(23)
nondipendono
dal modo comesono
raggi-u ppatí
i numeri nella(22).
Pertanto,
come immediata conseguenza del teoremab)
del n.4,
si ha ilteorema di PRDELLA, : .
Un’omografia
co diSyt
con un solo gruppo caratteristico è limite di omo-grafie generali
di8,,
aventigli
stessi interi caratteristici(di PREDELLA)
della 0).E si ha anche che:
Se
oniografia
w di cara,tteristica di PREDELLA(21)
è liinite di oino-grafie
di caratteristica di PREDELLA(22),
allora essa è anche li1uite di omo-grafie
la cui caratteristica di PREDELLAdifferisce
dalla(22)
solo per il modocome sono
raggruppa,ti gli hz’~ .
Per
esempio
in83 un’omologia speciale [(2, 0)]
è limite di biassiali ge- nerali[(1) (1)]
ed è anche limite di biassia,lispeciali [(1, 1)] ;
una biassialespeciale ~(l, 1)]
è limite diomografie generali
ditipo [(0) (0) (0) (0)]
ed è an-che limite di
omografie particolari
ditipo [(09 0, 0) (0)].
_6. - Estenderemo ora il teorema
a)
del n. 4 al caso in cuil’omografia
w abbia
più gruppi
caratteristici.Siano
(1)
leequa,zioni
di 0), sianole radici
dell’equazione
caratteristica di e siail gruppo caratteristico
corrispondente
allaradice (r
=1, 2,..., ~).
Supponiamo
che la w sialimite, per t - 0 ,
di unaonografia w (t)
la cuiequazione
caratteristicaDn+1 (9)
= 0abbia q
radici(per
t# 0).
10. Annali della Scuola Norm. Sup. - Pisa.
°
Poichè lim
(2)
=-DII+I (e),
avremoche,
per t --->0, delle q
radici del- _Inequazione (e)
= 0 un certo numero q1 tendono a 21 , un certo numeroq2 tendono a Q2 9 ...7un certo numero qp tendono a ep ; e se
sono le radici di
(e)
= o che tendono a esono le
i-nolteplicità,
saràessendo ,ur la
molteplicità
della radice On.nell’equazione (e)
=0,
cioèSiano
°
con >
h(rj+l) 9
iqr grnppi
caratteristici di co(t)
checórri- spondono
ordinatamente alle radici Qr2, ... , Qrqr -Ragionando
su e" e su orl, ~~2 ? - ’ ’ ?Q rqr in
modoanalogo
a come si èfatto nel n.
2,
si prova che fragli
interi del gruppo(24)
equelli
deigruppi
(25) valgono
le relazionianaloghe
alle(13),
e cioèConcludendo si ha che :
1
Se una
omografia
co diSu
con certi pgruppi
caratteristici è limite diuna
omografia
co(t)
diSn
concerti q gruppi caratteristici,
allorai q gruppi
di co
(t)
si possonoripartire
in p classi incorrispondenza
biunivoca con i pgruppi
della co 9 e inmodo
che:-
1)
La sommadegli
e diogni
gruppo caratteristico della w siauguale
alla somma
degli
e di tutti igruppi
della classecorrispondente.
2)
Fragli
e diogni
gruppo caratteristico di w egli
e deigruppi
ca-ratteristici di w
(t)
che stanno nella classecorrispondente valgono
le relazionianaloghe
alla(13).
Questo
risultato si invertefacilmente;
cioè affncbè unaomografia
wdi
Sn
con una certacaratteristica y
formatada p gruppi
si possa ottenerecome limite di
omografie
diSn
avente una certacaratteristica
7 formata da qgruppi,
basta chei q gruppi
di y si possano distribuire in p classi incorrispondenza
biunivoca con i pgruppi di 1
e in modo che siano verificate le condizioni1)
e2).
’
Infatti
scegliendo opportunamente
il sistema diriferimento,
il modulodi co si
può
scrivere come somma diretta di p matriciquadrate A 19 A2 ’9... A~
tali che Ar ha per caratteristica gruppo
di y (’i’ = 1, 2, ... , p). Dopo ciò,
essendo verificate le1)
e2),
perquanto
abbiamo visto nel n. 3 la ma-trice Ar si
può
considerare comelimite,
pert -~ 0 ,
di una matrice Ar(t)
avente per caratteristica i
gruppi
classe di y.tomografia
w(t)
cheha per modulo la somma diretta delle matrici
A, (t), ~(~
... ,A (t) ,
haper
caratteristica y
e si ha lim w(t)
= w .t-o -
Concludendo si ha:
Condizione necessaria
affinchè
una dataomografia
w diSu,
con- una certa y da p
grzcppi,
si possalimite di
oii ografle
diSu
aventi 2cna certa caratte>.istica yformata
qgruppi,
è
che i q gruppi
di y si possano distribuire in p classi incorrispondenza
biu-nivoca i p
gruppi
di * y e in modo che :1) La somma
degli
e diogni
gruppo cai,attai-istico di y siauguale
alladegli
e di tutti igruppi
della classecori-ispoitdeitte.
2)
Fragli
e diogni
gruppo cai-attei-ístico di y egli
e deigruppi
ca-ratteristici di y che stanno nella classe
coi-i-ispoiideitte valgono
le relazioni ana-loghe
alle(13).
Per enunciare
questo
teorema mediante i numeri h di bastacambiare e con h e in
2)
sostituire alle condizioni(13),
le condizioni(23).
OSSERVAZIONE. Da