Kurs:Singularitätentheorie (Osnabrück 2019)/Vorlesung 30/latex

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\zwischenueberschrift{Einfache Singularitäten in höherer Dimension}

Wir möchten die Klassifikation der einfachen Singularitäten vom Kurvenfall auf höhere Dimensionen verallgemeinern.


\inputfakt{Homogenes Polynom/Zumindest drei Variablen/Grad 3/Nicht einfach/Fakt}{Lemma}{} {

\faktsituation {Es sei $f$ ein \definitionsverweis {homogenes Polynom}{}{} vom Grad $3$ in zumindest $3$ Variablen, das eine \definitionsverweis {isolierte Singularität}{}{} definiere.}
\faktfolgerung {Dann liegt keine \definitionsverweis {einfache Singularität}{}{} vor.}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}





\inputfaktbeweis
{Holomorphe Funktion/Isolierte Singularität/Einfach/Rangbedingung/Fakt}
{Lemma}
{}
{

\faktsituation {Es sei \maabb {f} {U} { {\mathbb C} } {,}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{0 }
{ \in }{U }
{ \subseteq }{ {\mathbb C}^n }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {offen}{}{,} eine \definitionsverweis {holomorphe Funktion}{}{}}
\faktvoraussetzung {mit einer \definitionsverweis {einfachen}{}{} \definitionsverweis {isolierten Singularität}{}{} im Nullpunkt.}
\faktfolgerung {Dann ist der Rang der \definitionsverweis {Hesse-Matrix}{}{} zu $f$ zumindest $n-2$.}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Es sei $k$ der Rang der Hesse-Matrix von $f$ und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{k }
{ \leq }{n-3 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} angenommen. Dann ist $f$ nach Satz 28.6 \definitionsverweis {rechtsäquivalent}{}{} zu
\mathl{x_1^2 + \cdots + x_k^2 + h(x_{k+1} , \ldots , x_n)}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{h }
{ \in }{ {\mathfrak m}^3 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und wobei $h$ von zumindest drei Variablen abhängt und das ebenfalls eine isolierte Singularität besitzt. Dieses ist nach Lemma 30.1 nicht einfach. Aus Satz 28.7 folgt, dass dann auch
\mathl{x_1^2 + \cdots + x_k^2 + h(x_{k+1} , \ldots , x_n)}{} nicht einfach ist.

}


Die Klassifikation der einfachen Singularitäten in höheren Dimension ergibt sich aus dem ebenen Fall also aus Satz 29.2, indem man die dortigen Funktionen um Summe von Quadraten ergänzt.




\inputfaktbeweis
{Holomorphe Funktion/Singularitäten/Einfachheit/Klassifikation/ADE/Fakt}
{Satz}
{}
{

\faktsituation {Es sei \maabb {f} { U} { {\mathbb C} } {} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{0 }
{ \in }{ U }
{ \subseteq }{ {\mathbb C}^n }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {offen}{}{,}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{n }
{ \geq }{2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} eine \definitionsverweis {holomorphe Funktion}{}{}}
\faktvoraussetzung {mit einer \definitionsverweis {einfachen Singularität}{}{} im Nullpunkt.}
\faktfolgerung {Dann ist $f$ \definitionsverweis {rechtsäquivalent}{}{} zu einer der folgenden Funktionen. \aufzaehlungfuenf{
\mathdisp {x^{k+1} +y^2 + z_1^2 + \cdots + z_{n-2}^2 \text{ mit } \, k \geq 1 ,\, \text{ Typ } A_k} { . }
}{
\mathdisp {x^2y +y^{k-1} + z_1^2 + \cdots + z_{n-2}^2 \text{ mit } \, k \geq 4 ,\, \text{ Typ } D_k} { . }
}{
\mathdisp {x^{3} +y^4 + z_1^2 + \cdots + z_{n-2}^2 ,\, \text{ Typ } E_6} { . }
}{
\mathdisp {x^{3} +xy^3 + z_1^2 + \cdots + z_{n-2}^2 ,\, \text{ Typ } E_7} { . }
}{
\mathdisp {x^{3} +y^5+ z_1^2 + \cdots + z_{n-2}^2 ,\, \text{ Typ } E_8} { . }
}}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Da es sich um eine einfache isolierte Singularität im Nullpunkt handeln soll, verschwinden alle partiellen Ableitungen von $f$ im Nullpunkt. Der Rang $k$ der Hesse-Matrix ist nach Lemma 30.2 zumindest
\mathl{n-2}{.} Nach Satz 28.6 ist $f$ rechtsäquivalent zu einer Funktion der Form
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{g }
{ =} {x_1^2 + \cdots + x_k^2 +h }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{h }
{ \in }{ {\mathfrak m}^3 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und wobei $h$ nur von den Variablen
\mathl{x_{n-1}, x_n}{} abhängt. Bei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{}
{ n-1,n }{}
{ }{}
{ }{}
{ }{}
} {}{}{} hängt $h$ sogar von weniger Variablen ab. In jedem Fall kann man $h$ in den beiden letzten Variablen und mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{h }
{ \in }{ {\mathfrak m}^2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} schreiben. Jede \definitionsverweis {Entfaltung}{}{} $h_t$ von $h$ ergibt unmittelbar eine Entfaltung von $g$. Die dabei entstehenden \zusatzklammer {deformierten} {} {} Funktionen haben die Form
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{\tilde{E} (-,t) }
{ = }{ x_1^2 + \cdots + x_k^2 + h_t(x_{n-1}, x_n) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Wegen der Einfachheit von $g$ treten dabei nur endlich viele Singularitätsklassen \zusatzklammer {im Sinne der Rechtsäquivalenz} {} {} auf, sagen wir
\mathbed {x_1^2 + \cdots + x_k^2 + h_i(x_{n-1}, x_n)} {}
{i \in I} {}
{} {} {} {,} mit einer endlichen Indexmenge $I$. Für jedes $h_t(x_{n-1}, x_n)$ gibt es somit ein
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{i }
{ \in }{I }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} derart, dass \mathkor {} {x_1^2 + \cdots + x_k^2 + h_t(x_{n-1}, x_n)} {und} {x_1^2 + \cdots + x_k^2 + h_i(x_{n-1}, x_n)} {} zueinander rechtsäquivalent sind. Nach Satz 28.7 sind dann \mathkor {} {h_t(x_{n-1}, x_n)} {und} {h_i(x_{n-1}, x_n)} {} zueinander rechtsäquivalent. Dies bedeutet, dass
\mathl{h(x_{n-1}, x_n)}{} ein einfacher Funktionskeim in zwei Variablen ist. Deren Rechtsäquivalenzklassen wurden in Satz 29.2 klassifiziert.

Wir müssen noch zeigen, dass die angegebenen Möglichkeiten wirklich einfach sind.

}

Für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{n }
{ \geq }{3 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} handelt es sich dabei um irreduzible normale Singularitäten \zusatzklammer {bei
\mavergleichskettek
{\vergleichskettek
{n }
{ = }{2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} sind $A_k$ für $k$ ungerade, $D_k$ und $E_7$ reduzibel} {} {.}


\inputfaktbeweis
{ADE-Singularität/Zweidimensional/Einfach und spezielle Quotientensingularität/Fakt}
{Satz}
{}
{

\faktsituation {Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{0 }
{ \in }{V(f) }
{ \subseteq }{ {\mathbb C}^3 }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine}
\faktvoraussetzung {zweidimensionale isolierte Hyperflächensingularität.}
\faktfolgerung {Dann ist die Singularität genau dann \definitionsverweis {einfach}{}{,} wenn es sich um eine \definitionsverweis {spezielle Quotientensingularität}{}{} handelt.}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{Dies folgt aus Satz 30.3 einerseits und Satz 7.14

in Zusammenhang mit den Berechnungen aus der achten Vorlesung andererseits.}