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Variet ` a di Grassmann in Geometria Algebrica Scuola di Dottorato, Gargnano 10-14 Aprile 2007 Giorgio Ottaviani [email protected] www.math.unifi.it/ottavian Universit ` a di Firenze Grassmanniane come variet ` a proiettive – p. 1/47

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Varieta di Grassmann in GeometriaAlgebrica

Scuola di Dottorato, Gargnano

10-14 Aprile 2007

Giorgio [email protected]

www.math.unifi.it/ottavian

Universita di FirenzeGrassmanniane come varieta proiettive – p. 1/47

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Presentazione

Studiamo punti di vista diversi sulleGrassmanniane

• 1) Tensori e Algebra commutativa

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 2/47

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Presentazione

Studiamo punti di vista diversi sulleGrassmanniane

• 1) Tensori e Algebra commutativa• 2) Topologia, Geometria enumerativa

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 2/47

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Presentazione

Studiamo punti di vista diversi sulleGrassmanniane

• 1) Tensori e Algebra commutativa• 2) Topologia, Geometria enumerativa• 3) Geometria Proiettiva

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 2/47

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Presentazione

Studiamo punti di vista diversi sulleGrassmanniane

• 1) Tensori e Algebra commutativa• 2) Topologia, Geometria enumerativa• 3) Geometria Proiettiva• 4) Azioni di gruppi, Teoria delle

rappresentazioni

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 2/47

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Presentazione

Studiamo punti di vista diversi sulleGrassmanniane

• 1) Tensori e Algebra commutativa• 2) Topologia, Geometria enumerativa• 3) Geometria Proiettiva• 4) Azioni di gruppi, Teoria delle

rappresentazioni• 5) Fibrati vettoriali

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 2/47

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Bibliografia

Bibliografia generale• J. Harris, Algebraic Geometry, A first course,

Springer• Ph. Griffiths, J. Harris, Principles of Algebraic

Geometry, Wiley cap. 1 §5,• W. Fulton, Young tableaux, LMS• G. Ottaviani, Rational Homogeneous

varieties, Cortona course 1995,available on the web

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 3/47

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Prima lezione

• Grassmanniane come varietà proiettive ecome schemi di Hilbert.

• Le relazioni di Plücker.• Il fibrato universale. Anello di coomologia e di

Chow.(struttura additiva)

• Il fibrato tangente.Grassmanniane come varieta proiettive – p. 4/47

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L’algebra esterna, I

• Sia V uno spazio vettoriale complesso didimensione n + 1

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 5/47

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L’algebra esterna, I

• Sia V uno spazio vettoriale complesso didimensione n + 1

• P(V) è lo spazio proiettivo delle rette di V .

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 5/47

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L’algebra esterna, I

• Sia V uno spazio vettoriale complesso didimensione n + 1

• P(V) è lo spazio proiettivo delle rette di V .• ∧V è l’algebra esterna su V , definita come il

quoziente dell’algebra tensoriale T (V ) perl’ideale generato da x ⊗ y + y ⊗ x per ognix, y ∈ V

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 5/47

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L’algebra esterna, I

• Sia V uno spazio vettoriale complesso didimensione n + 1

• P(V) è lo spazio proiettivo delle rette di V .• ∧V è l’algebra esterna su V , definita come il

quoziente dell’algebra tensoriale T (V ) perl’ideale generato da x ⊗ y + y ⊗ x per ognix, y ∈ V

• ∧(V ) ha una graduazione

∧(V ) = ⊕n+1k=0 ∧

k V

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 5/47

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L’algebra esterna, II

Equivalentemente ∧kV è l’immaginedell’applicazione lineare

A:⊗kV → ⊗kV

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 6/47

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L’algebra esterna, II

Equivalentemente ∧kV è l’immaginedell’applicazione lineare

A:⊗kV → ⊗kV

definita da

A(v1 ⊗ . . . ⊗ vk) =1

k!

σ

ǫ(σ)vσ(1) ⊗ . . . ⊗ vσ(k)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 6/47

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L’algebra esterna, III

• Si pone

v1 ∧ . . . ∧ vk := A(v1 ⊗ . . . ⊗ vk)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 7/47

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L’algebra esterna, III

• Si pone

v1 ∧ . . . ∧ vk := A(v1 ⊗ . . . ⊗ vk)

• Quindi in particolare

v1 ∧ v2 = −v2 ∧ v1

(anticommutatività)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 7/47

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Esempio:∧C4

• ∧C4 ha i seguenti generatori

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 8/47

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Esempio:∧C4

• ∧C4 ha i seguenti generatori

• ∧0C

4 =< 1 >

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 8/47

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Esempio:∧C4

• ∧C4 ha i seguenti generatori

• ∧0C

4 =< 1 >

• ∧1C

4 =< e1, e2, e3, e4 >

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 8/47

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Esempio:∧C4

• ∧C4 ha i seguenti generatori

• ∧0C

4 =< 1 >

• ∧1C

4 =< e1, e2, e3, e4 >

• ∧2C

4 =< e1 ∧ e2, e1 ∧ e3, e1 ∧ e4, e2 ∧ e3, e2 ∧ e4, e3 ∧ e4 >

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 8/47

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Esempio:∧C4

• ∧C4 ha i seguenti generatori

• ∧0C

4 =< 1 >

• ∧1C

4 =< e1, e2, e3, e4 >

• ∧2C

4 =< e1 ∧ e2, e1 ∧ e3, e1 ∧ e4, e2 ∧ e3, e2 ∧ e4, e3 ∧ e4 >

• ∧3C

4 =< e1∧e2∧e3, e1∧e2∧e4, e1∧e3∧e4, e2∧e3∧e4 >

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 8/47

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Esempio:∧C4

• ∧C4 ha i seguenti generatori

• ∧0C

4 =< 1 >

• ∧1C

4 =< e1, e2, e3, e4 >

• ∧2C

4 =< e1 ∧ e2, e1 ∧ e3, e1 ∧ e4, e2 ∧ e3, e2 ∧ e4, e3 ∧ e4 >

• ∧3C

4 =< e1∧e2∧e3, e1∧e2∧e4, e1∧e3∧e4, e2∧e3∧e4 >

• ∧4C

4 =< e1 ∧ e2 ∧ e3 ∧ e4 >

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 8/47

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Dimensioni

• dim∧k(V ) =(n+1k

)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 9/47

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Dimensioni

• dim∧k(V ) =(n+1k

)

• dim∧(V ) =∑n+1

k=0

(n+1k

)= 2n+1

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 9/47

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Applicazioni multilineari alternanti

• Lo spazio vettoriale ∧kV è isomorfo allospazio delle applicazioni multilineari alternanti

V ∗ × . . . × V ∗︸ ︷︷ ︸

k volte

f−→C

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 10/47

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I tensori decomponibili, I

• Un tensore φ ∈ ∧k+1V si dice decomponibile se esistonov0, . . . , vk tali che

φ = v0 ∧ . . . ∧ vk

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 11/47

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I tensori decomponibili, I

• Un tensore φ ∈ ∧k+1V si dice decomponibile se esistonov0, . . . , vk tali che

φ = v0 ∧ . . . ∧ vk

• v0 ∧ . . . ∧ vk = 0 se e solo se v0, . . . , vk sono dipendenti.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 11/47

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I tensori decomponibili, II

• Lo stesso tensore decomponibile ha tanterappresentazioni. Vale

< v0, . . . , vk >=< w0, . . . , wk >

e hanno dimensione proiettiva k se e solo se

< v0 ∧ . . . ∧ vk >=< w0 ∧ . . . ∧ wk >

e sono non nulli

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 12/47

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I tensori decomponibili, II

• Lo stesso tensore decomponibile ha tanterappresentazioni. Vale

< v0, . . . , vk >=< w0, . . . , wk >

e hanno dimensione proiettiva k se e solo se

< v0 ∧ . . . ∧ vk >=< w0 ∧ . . . ∧ wk >

e sono non nulli

• Precisamente v0 ∧ . . . ∧ vk = Aw0 ∧ . . . ∧ wk dove A è ildeterminante di passaggio.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 12/47

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I tensori decomponibili, III

• I tensori decomponibili (non nulli) in ∧k+1Vcorrispondono quindi ai sottospazi didimensione k + 1 di V , ovvero ai sottospaziproiettivi di dimensione k di P(V ).

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 13/47

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La varietà di Grassmann

• L’insieme dei tensori decomponibili in ∧k+1V èquindi un cono. La varietà proiettiva associatain P(∧k+1V ) si dice varieta di GrassmannGr(k,P(V )) = Gr(k, n).

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 14/47

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La varietà di Grassmann

• L’insieme dei tensori decomponibili in ∧k+1V èquindi un cono. La varietà proiettiva associatain P(∧k+1V ) si dice varieta di GrassmannGr(k,P(V )) = Gr(k, n).

• Vediamola come varietà omogenea. Il gruppoSL(V ) agisce in modo naturale su P(∧k+1V ).Ricordiamo che SL(V ) è (n + 2)-transitivo suP(V ). In particolare dati < v0, . . . , vk > e< w0, . . . , wk > esiste g ∈ SL(V ) tale che

< v0, . . . , vk >=< g · w0, . . . , g · wk >

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 14/47

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Gr(k, n) è algebrica

• Abbiamo quindi un’azione (algebrica)SL(V ) × P(∧k+1V ) → P(∧k+1V )

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 15/47

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Gr(k, n) è algebrica

• Abbiamo quindi un’azione (algebrica)SL(V ) × P(∧k+1V ) → P(∧k+1V )

• La varietà di Grassmann Gr(k, n) è l’orbita diun qualunque tensore decomponibile.Pertanto Gr(k, n) è una varietà algebricaomogenea.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 15/47

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La dimensione

• Il sottogruppo di isotropia di < e0, . . . ek > èformato da

∗ ∗ ∗ ∗ ∗

∗ ∗ ∗ ∗ ∗

0 0 ∗ ∗ ∗

0 0 ∗ ∗ ∗

0 0 ∗ ∗ ∗

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 16/47

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La dimensione

• Il sottogruppo di isotropia di < e0, . . . ek > èformato da

∗ ∗ ∗ ∗ ∗

∗ ∗ ∗ ∗ ∗

0 0 ∗ ∗ ∗

0 0 ∗ ∗ ∗

0 0 ∗ ∗ ∗

• Quindi dim Gr(k, n) = (k + 1)(n − k)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 16/47

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Dualità

• I sottospazi di dimensione k + 1 in Vcorrispondono ai sottospazi di dimensionen − k in V ∗.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 17/47

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Dualità

• I sottospazi di dimensione k + 1 in Vcorrispondono ai sottospazi di dimensionen − k in V ∗.

• Quindi Gr(k, n) = Gr(n − k − 1, n)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 17/47

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Dualità

• I sottospazi di dimensione k + 1 in Vcorrispondono ai sottospazi di dimensionen − k in V ∗.

• Quindi Gr(k, n) = Gr(n − k − 1, n)

• Gr(0, n) = Gr(n − 1, n) = Pn

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 17/47

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Coordinate di Plücker

• I minori della matrice (k + 1) × (n + 1) che definiscem ∈ Gr(k, n) danno le sue coordinate pluckerianepi0,...,ik .

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 18/47

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Coordinate di Plücker

• I minori della matrice (k + 1) × (n + 1) che definiscem ∈ Gr(k, n) danno le sue coordinate pluckerianepi0,...,ik .

• Se il primo minore a sinistra è non nullo abbiamo ilrappresentante

1 0 . . . 0 x1,1 . . . x1,n−k

0 1 0 x2,1 . . . x2,n−k

. . ....

...

0... 0 1 xk+1,1 . . . xk+1,n−k

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 18/47

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Coordinate di Plücker

• I minori della matrice (k + 1) × (n + 1) che definiscem ∈ Gr(k, n) danno le sue coordinate pluckerianepi0,...,ik .

• Se il primo minore a sinistra è non nullo abbiamo ilrappresentante

1 0 . . . 0 x1,1 . . . x1,n−k

0 1 0 x2,1 . . . x2,n−k

. . ....

...

0... 0 1 xk+1,1 . . . xk+1,n−k

• xi,j sono coord. locali su questo aperto di Gr(k, n)Grassmanniane come varieta proiettive – p. 18/47

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L’atlante

• Gli aperti dove un minore pI è non nulloricoprono la Grassmanniana e definiscono unatlante.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 19/47

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L’atlante

• Gli aperti dove un minore pI è non nulloricoprono la Grassmanniana e definiscono unatlante.

• Questo atlante permette di definire laGrassmanniana in geometria differenziale.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 19/47

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L’atlante

• Gli aperti dove un minore pI è non nulloricoprono la Grassmanniana e definiscono unatlante.

• Questo atlante permette di definire laGrassmanniana in geometria differenziale.

• Segue che Gr(k, n) è una varieta razionale.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 19/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), I

• Per ogni ω ∈ ∧k+1V definiamo

Aω: V → ∧k+2V

v 7→ ω ∧ v

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 20/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), I

• Per ogni ω ∈ ∧k+1V definiamo

Aω: V → ∧k+2V

v 7→ ω ∧ v

• Abbiamo che vi ∈ KerAv0∧...∧vkper

i = 0, . . . , k

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 20/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), I

• Per ogni ω ∈ ∧k+1V definiamo

Aω: V → ∧k+2V

v 7→ ω ∧ v

• Abbiamo che vi ∈ KerAv0∧...∧vkper

i = 0, . . . , k

• Siano v0, . . . , vk indipendenti. Vale in più

< v0, . . . , vk >= KerAv0∧...∧vk

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 20/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), II

• Perciò se ω ∈ CGr(k, n) allora

rankAω = n + 1 − k

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 21/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), II

• Perciò se ω ∈ CGr(k, n) allora

rankAω = n + 1 − k

• Per provare il viceversa dobbiamo scambiareil ruolo tra v e ω

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 21/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), II

• Perciò se ω ∈ CGr(k, n) allora

rankAω = n + 1 − k

• Per provare il viceversa dobbiamo scambiareil ruolo tra v e ω

• Scambiando il ruolo otteniamo il complesso diKoszul.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 21/47

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Il complesso di Koszul (locale)

• v ∈ V definisce un’applicazione

Kv,k+1: ∧k+1V → ∧k+2V

ω 7→ ω ∧ v

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 22/47

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Il complesso di Koszul (locale)

• v ∈ V definisce un’applicazione

Kv,k+1: ∧k+1V → ∧k+2V

ω 7→ ω ∧ v

• le applicazioni Kv,k definiscono un complesso

0 → C−→VKv,1

−→∧2 VKv,2

−→ . . .−→∧n+1 V → 0

detto complesso di Koszul

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 22/47

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Il complesso di Koszul (locale)

• v ∈ V definisce un’applicazione

Kv,k+1: ∧k+1V → ∧k+2V

ω 7→ ω ∧ v

• le applicazioni Kv,k definiscono un complesso

0 → C−→VKv,1

−→∧2 VKv,2

−→ . . .−→∧n+1 V → 0

detto complesso di Koszul

• Il complesso di Koszul è esatto.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 22/47

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Il complesso di Koszul (locale)

• v ∈ V definisce un’applicazione

Kv,k+1: ∧k+1V → ∧k+2V

ω 7→ ω ∧ v

• le applicazioni Kv,k definiscono un complesso

0 → C−→VKv,1

−→∧2 VKv,2

−→ . . .−→∧n+1 V → 0

detto complesso di Koszul

• Il complesso di Koszul è esatto.

• Per la dimostrazione, completa v a una base di V .Grassmanniane come varieta proiettive – p. 22/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), III

• Torniamo a

Aω: V → ∧k+2V

v 7→ ω ∧ v

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 23/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), III

• Torniamo a

Aω: V → ∧k+2V

v 7→ ω ∧ v

• L’esattezza del complesso di Koszul ciassicura che v ∈ KerAω se e solo se esisteω′ ∈ ∧kV tale che ω = v ∧ ω′.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 23/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), III

• Torniamo a

Aω: V → ∧k+2V

v 7→ ω ∧ v

• L’esattezza del complesso di Koszul ciassicura che v ∈ KerAω se e solo se esisteω′ ∈ ∧kV tale che ω = v ∧ ω′.

• Iterando, v1, v2 ∈ KerAω (indipendenti) se esolo se ω = v1 ∧ ω′ = v2 ∧ ω′′, da cui,completando v1, v2 a una base:

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 23/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), III

• Torniamo a

Aω: V → ∧k+2V

v 7→ ω ∧ v

• L’esattezza del complesso di Koszul ciassicura che v ∈ KerAω se e solo se esisteω′ ∈ ∧kV tale che ω = v ∧ ω′.

• Iterando, v1, v2 ∈ KerAω (indipendenti) se esolo se ω = v1 ∧ ω′ = v2 ∧ ω′′, da cui,completando v1, v2 a una base:

• ω = v1 ∧ v2 ∧ ω′′′Grassmanniane come varieta proiettive – p. 23/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), IV

• Concludendo < v0, . . . vk >⊆ KerAω se e solose ω = v0 ∧ . . . ∧ vk da cui segue che

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 24/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), IV

• Concludendo < v0, . . . vk >⊆ KerAω se e solose ω = v0 ∧ . . . ∧ vk da cui segue che

• ω ∈ CGr(k, n)V \ 0 se e solo se

rankAω = n + 1 − k

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 24/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), IV

• Concludendo < v0, . . . vk >⊆ KerAω se e solose ω = v0 ∧ . . . ∧ vk da cui segue che

• ω ∈ CGr(k, n)V \ 0 se e solo se

rankAω = n + 1 − k

• e quindi ω ∈ CGr(k, n) se e solo se

rankAω ≤ n + 1 − k

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 24/47

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Esercizio: equazioni diGr(k, n), IV

• Concludendo < v0, . . . vk >⊆ KerAω se e solose ω = v0 ∧ . . . ∧ vk da cui segue che

• ω ∈ CGr(k, n)V \ 0 se e solo se

rankAω = n + 1 − k

• e quindi ω ∈ CGr(k, n) se e solo se

rankAω ≤ n + 1 − k

• I minori (n + 2 − k) × (n + 2 − k) danno leequazioni di Gr(k, n)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 24/47

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Esempi: Gr(1, 3)

• Sia ω =∑

pijei ∧ ej. Qui V = C4 e la matrice di Aω è

0 p23 −p13 p12

−p23 0 p03 −p02

p13 −p03 0 p01

−p12 p02 −p01 0

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 25/47

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Esempi: Gr(1, 3)

• Sia ω =∑

pijei ∧ ej. Qui V = C4 e la matrice di Aω è

0 p23 −p13 p12

−p23 0 p03 −p02

p13 −p03 0 p01

−p12 p02 −p01 0

• La Grassmanniana è definita insiemisticamente daldeterminante.Qui Gr(1, 3) è la quadrica

p01p23 − p02p13 + p03p12 = 0

che è lo pfaffiano.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 25/47

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Grassmanniane di rette

• 0 6= ω =∑

pijei ∧ ej ∈ ∧2V è decomponibilese e solo se la matrice antisimmetrica [pij] harango 2.Le sue equazioni sono gli pfaffiani (principali)4 × 4 (vedi esercizi), quindi sono quadriche,dette quadriche di Plücker.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 26/47

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Gr(1, 4)

• Il secondo esempio fondamentale è Gr(1, 4), definitada 5 quadriche. Gr(1, 4) ha codimensione tre, lerelazioni tra le cinque quadriche sono lineari.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 27/47

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Gr(1, 4)

• Il secondo esempio fondamentale è Gr(1, 4), definitada 5 quadriche. Gr(1, 4) ha codimensione tre, lerelazioni tra le cinque quadriche sono lineari.

• 0−→O(−3)−→O(−1)5−→O5−→IG(2)−→0 o innotazione computazionale

1 0

0 5 5 0

0 1

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 27/47

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Gr(1, 4)

• Il secondo esempio fondamentale è Gr(1, 4), definitada 5 quadriche. Gr(1, 4) ha codimensione tre, lerelazioni tra le cinque quadriche sono lineari.

• 0−→O(−3)−→O(−1)5−→O5−→IG(2)−→0 o innotazione computazionale

1 0

0 5 5 0

0 1

• La dimostrazione segue da proprieta’ dello pfaffiano(vedi esercizi).

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 27/47

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La risoluzione minimale

• La risoluzione minimale di Gr(1, n) è statacalcolata da Lascoux, Jozefiak, Pragacz,Weyman. Gioca che è una varietàdeterminantale.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 28/47

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La risoluzione minimale

• La risoluzione minimale di Gr(1, n) è statacalcolata da Lascoux, Jozefiak, Pragacz,Weyman. Gioca che è una varietàdeterminantale.

• J. Weyman, Cohomology of Vector Bundlesand Syzygies, Cambridge

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 28/47

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La risoluzione minimale

• La risoluzione minimale di Gr(1, n) è statacalcolata da Lascoux, Jozefiak, Pragacz,Weyman. Gioca che è una varietàdeterminantale.

• J. Weyman, Cohomology of Vector Bundlesand Syzygies, Cambridge

• La risoluzione minimale di Gr(k, n) non èancora nota. Si congettura che le relazioni trale quadriche di Plücker siano lineari. È notoche le relazioni delle relazioni non sono piùlineari.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 28/47

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Risoluzioni autoduali, I

• È facile verificare che le risoluzioni minimaliper le Grassmanniane sono tutte autoduali.Ad esempio per Gr(1, 5)

1 0

0 15 35 21

21 35 15 0

0 1

I numeri che appaiono sono dimensioni dirappresentazioni

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 29/47

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Risoluzioni autoduali, II

• Riportiamo metà della risoluzione per Gr(2, 5)

. . . 735 1080 735 112

189 140 35 0

0 1

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 30/47

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Le quadriche di Plücker, I

• Se w1 ∈ V ∗ abbiamo la contrazione iw1:∧jV → ∧j−1V

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 31/47

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Le quadriche di Plücker, I

• Se w1 ∈ V ∗ abbiamo la contrazione iw1:∧jV → ∧j−1V

• Se Ω = w1 ∧ . . . ∧ wk abbiamo

iΩ = iw1 . . . iwk

:∧jV → ∧j−kV

che si estende a ogni Ω ∈ ∧kV ∗ per linearità.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 31/47

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Le quadriche di Plücker, I

• Se w1 ∈ V ∗ abbiamo la contrazione iw1:∧jV → ∧j−1V

• Se Ω = w1 ∧ . . . ∧ wk abbiamo

iΩ = iw1 . . . iwk

:∧jV → ∧j−kV

che si estende a ogni Ω ∈ ∧kV ∗ per linearità.

• Abbiamo che R ∈ ∧k+1V è decomponibile se e solo se

(iΩR) ∧ R = 0 ∀Ω ∈ ∧kV ∗

(quadriche di Plücker)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 31/47

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Le quadriche di Plücker, I

• Se w1 ∈ V ∗ abbiamo la contrazione iw1:∧jV → ∧j−1V

• Se Ω = w1 ∧ . . . ∧ wk abbiamo

iΩ = iw1 . . . iwk

:∧jV → ∧j−kV

che si estende a ogni Ω ∈ ∧kV ∗ per linearità.

• Abbiamo che R ∈ ∧k+1V è decomponibile se e solo se

(iΩR) ∧ R = 0 ∀Ω ∈ ∧kV ∗

(quadriche di Plücker)

• Dimostrazione: [Griffiths-Harris]Grassmanniane come varieta proiettive – p. 31/47

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Le quadriche di Plücker, II

• Teorema L’ideale di Gr(k, n) è generato dallequadriche di Plücker

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 32/47

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Le quadriche di Plücker, II

• Teorema L’ideale di Gr(k, n) è generato dallequadriche di Plücker

• Dimostrazione: teoria delle rappresentazionidi SL, vedi lezione 4 e 5.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 32/47

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I cicli di Schubert, I

• Consideriamo l’aperto M0 delle matrici(k + 1) × (n + 1) di rango massimo.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 33/47

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I cicli di Schubert, I

• Consideriamo l’aperto M0 delle matrici(k + 1) × (n + 1) di rango massimo.

• Su M0 agisce GL(k + 1) per moltiplicazionesinistra (eliminazione di Gauss).

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 33/47

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I cicli di Schubert, I

• Consideriamo l’aperto M0 delle matrici(k + 1) × (n + 1) di rango massimo.

• Su M0 agisce GL(k + 1) per moltiplicazionesinistra (eliminazione di Gauss).

• Le orbite di questa azione sono infinite mahanno un rappresentante descritto da unaforma a scalini, e quindi da successioni diinteri λ con λ1 ≥ λ2 ≥ . . . ≥ λk+1.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 33/47

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I cicli di Schubert, I

• Consideriamo l’aperto M0 delle matrici(k + 1) × (n + 1) di rango massimo.

• Su M0 agisce GL(k + 1) per moltiplicazionesinistra (eliminazione di Gauss).

• Le orbite di questa azione sono infinite mahanno un rappresentante descritto da unaforma a scalini, e quindi da successioni diinteri λ con λ1 ≥ λ2 ≥ . . . ≥ λk+1.

• Conviene rappresentare λ con un diagrammadi Young.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 33/47

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I cicli di Schubert, II

• Definizione La chiusura in Gr(k, n) di ciascunaforma a scalini si dice un ciclo di SchubertXλ.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 34/47

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I cicli di Schubert, II

• Definizione La chiusura in Gr(k, n) di ciascunaforma a scalini si dice un ciclo di Schubert Xλ.

• I cicli di Schubert hanno una interpretazioneenumerativa. Precisamente:

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 34/47

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I cicli di Schubert, II

• Definizione La chiusura in Gr(k, n) di ciascunaforma a scalini si dice un ciclo di Schubert Xλ.

• I cicli di Schubert hanno una interpretazioneenumerativa. Precisamente:

• Sia Vi =< e0, . . . , ei >. Identifichiamo m ∈ M0

con il sottospazio corrispondente di Cn+1.Vale che m ∈ Xλ se e solo sedim m ∩ Vn−k+i−λi

≥ i per 1 ≤ i ≤ k + 1.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 34/47

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I cicli di Schubert, II

• Definizione La chiusura in Gr(k, n) di ciascunaforma a scalini si dice un ciclo di Schubert Xλ.

• I cicli di Schubert hanno una interpretazioneenumerativa. Precisamente:

• Sia Vi =< e0, . . . , ei >. Identifichiamo m ∈ M0

con il sottospazio corrispondente di Cn+1.Vale che m ∈ Xλ se e solo sedim m ∩ Vn−k+i−λi

≥ i per 1 ≤ i ≤ k + 1.• λi = 0 ⇐⇒ condizione vuota

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 34/47

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I cicli di Schubert, III

• codimXλ = |λ| =∑

λi

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 35/47

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I cicli di Schubert, III

• codimXλ = |λ| =∑

λi

• I cicli di Schubert definiscono delle classi inH∗(Gr(k, n)) = A∗(Gr(k, n)).

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 35/47

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I cicli di Schubert, III

• codimXλ = |λ| =∑

λi

• I cicli di Schubert definiscono delle classi inH∗(Gr(k, n)) = A∗(Gr(k, n)).

• Teorema I cicli di Schubert formano una baseadditiva (come spazio vettoriale) diH∗(Gr(k, n)) oppure di A∗(Gr(k, n)).

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 35/47

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I cicli di Schubert generano, I

• L’approccio topologico ai cicli di Schubert èbasato sui seguenti fatti:

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 36/47

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I cicli di Schubert generano, I

• L’approccio topologico ai cicli di Schubert èbasato sui seguenti fatti:

• Ogni sottovarietà irriducibile Z ⊆ X dicodimensione d determina una classe dicoomologia [Z] ∈ H2d(X,Z)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 36/47

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I cicli di Schubert generano, I

• L’approccio topologico ai cicli di Schubert èbasato sui seguenti fatti:

• Ogni sottovarietà irriducibile Z ⊆ X dicodimensione d determina una classe dicoomologia [Z] ∈ H2d(X,Z)

• Se abbiamo una filtrazione

X = X0 ⊇ X1 ⊇ . . . ⊇ Xs = ∅

tale che Xi \ Xi+1 è unione disgiunta di celleaffini Cni,j allora [Cni,j ] formano una baseadditiva di H2d(X,Z)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 36/47

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I cicli di Schubert generano, II

• Le celle X0λ sono definite da

m| dim(m∩Vk) = i per n+i−λi ≤ k ≤ n+i−λi+1

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 37/47

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H∗(Gr(1, 3))

• X0 = G, X1 = l|l ∩ l0 6= ∅

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 38/47

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H∗(Gr(1, 3))

• X0 = G, X1 = l|l ∩ l0 6= ∅

• X2 = l|p0 ∈ l, X11 = l|l ⊂ π

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 38/47

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H∗(Gr(1, 3))

• X0 = G, X1 = l|l ∩ l0 6= ∅

• X2 = l|p0 ∈ l, X11 = l|l ⊂ π

• X21 = l|p0 ∈ l ⊂ π, X22 = [l0]

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 38/47

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La famiglia universale

• Consideriamo la varietà di incidenza

W ⊆ Gr(k, n) × Pn

W = (m, x)|m ∋ x

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 39/47

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La famiglia universale

• Consideriamo la varietà di incidenza

W ⊆ Gr(k, n) × Pn

W = (m, x)|m ∋ x

• La proiezione W−→Gr(k, n) definisce P(U)(quindi è piatta) ed è la famiglia universale.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 39/47

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Gr come schema di Hilbert, I

• Il polinomio di Hilbert di m ≃ Pk ⊂ P

n valeHm(t) = χ(Om(t)) =

(k+tk

). Se Y ⊂ P

n è taleche HY (t) =

(k+tk

)allora Y ≃ P

k.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 40/47

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Gr come schema di Hilbert, I

• Il polinomio di Hilbert di m ≃ Pk ⊂ P

n valeHm(t) = χ(Om(t)) =

(k+tk

). Se Y ⊂ P

n è taleche HY (t) =

(k+tk

)allora Y ≃ P

k.

• Sia F ⊂ Z × Pn uno schema tale che la

proiezione Fπ

−→Z è piatta eHπ−1(z)(t) =

(k+tk

)∀z ∈ Z.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 40/47

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Gr come schema di Hilbert, I

• Il polinomio di Hilbert di m ≃ Pk ⊂ P

n valeHm(t) = χ(Om(t)) =

(k+tk

). Se Y ⊂ P

n è taleche HY (t) =

(k+tk

)allora Y ≃ P

k.

• Sia F ⊂ Z × Pn uno schema tale che la

proiezione Fπ

−→Z è piatta eHπ−1(z)(t) =

(k+tk

)∀z ∈ Z.

• Allora esiste unica f : Z → Gr(k, n) tale che

F = Z ×Gr(k,n) W

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 40/47

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Gr come schema di Hilbert, II

• Il diagramma

F −→ Wyπ

y

Zf

−→ Gr(k, n)

è un prodotto fibrato.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 41/47

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Gr come schema di Hilbert, II

• Il diagramma

F −→ Wyπ

y

Zf

−→ Gr(k, n)

è un prodotto fibrato.• Grass(k + 1,−) è un funtore dai fibrati su S

negli schemi su S.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 41/47

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Il fibrato tangente, I

0−→U−→V ⊗O−→Q−→0

dove U è il fibrato universale e Q è il fibratoquoziente.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 42/47

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Il fibrato tangente, I

0−→U−→V ⊗O−→Q−→0

dove U è il fibrato universale e Q è il fibratoquoziente.

• Il risultato fondamentale è

TG = Hom(U, Q)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 42/47

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Il fibrato tangente, I

0−→U−→V ⊗O−→Q−→0

dove U è il fibrato universale e Q è il fibratoquoziente.

• Il risultato fondamentale è

TG = Hom(U, Q)

• Si considera l’azione di GL(V ) su Gr(k, n)Fissiamo m ∈ Gr(k, n), abbiamo la derivatanell’identità

End(V ) → TmGr(k, n) Grassmanniane come varieta proiettive – p. 42/47

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Il fibrato tangente, II

TmGr(k, n) ≃ End(V )/g|g · m ⊆ m

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 43/47

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Il fibrato tangente, II

TmGr(k, n) ≃ End(V )/g|g · m ⊆ m

End(V )/g|g · m ⊆ m ≃ Hom(m, V/m)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 43/47

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Il fibrato tangente, III

• Un modo alternativo è pensare a Gr(k, n)come schema di Hilbert. AlloraTmGr(k, n) ≃ H0

(Nm,P(V )

)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 44/47

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Il fibrato canonico

• Corollario

KGr(k,n) = O(−n − 1)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 45/47

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Il fibrato canonico

• Corollario

KGr(k,n) = O(−n − 1)

• Analogamente si ricava ξi = ci(U∗)

c1(G) = (n + 1)ξ1

c2(G) =

((n + 1

2

)

+ k

)

ξ21 + (n − 2k − 1)ξ2

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 45/47

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Campi vettoriali

• H0(U ∗) = V ∗, H0(Q) = V induconoEnd(V ) = V ∗ ⊗ V → H0(TG).

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 46/47

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Campi vettoriali

• H0(U ∗) = V ∗, H0(Q) = V induconoEnd(V ) = V ∗ ⊗ V → H0(TG).

• Esplicitamente A ∈ End(V ) induce il campovettoriale vA che su m valem−→V

A−→V → V/m

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 46/47

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Campi vettoriali

• H0(U ∗) = V ∗, H0(Q) = V induconoEnd(V ) = V ∗ ⊗ V → H0(TG).

• Esplicitamente A ∈ End(V ) induce il campovettoriale vA che su m valem−→V

A−→V → V/m

• vA(m) = 0 se e solo se m è A-invariante.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 46/47

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Campi vettoriali

• H0(U ∗) = V ∗, H0(Q) = V induconoEnd(V ) = V ∗ ⊗ V → H0(TG).

• Esplicitamente A ∈ End(V ) induce il campovettoriale vA che su m valem−→V

A−→V → V/m

• vA(m) = 0 se e solo se m è A-invariante.

• Quindi A generica si annulla in(n+1k+1

)punti.

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 46/47

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Gauss-Bonnet

χ(X,Z) = cm(TX)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 47/47

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Gauss-Bonnet

χ(X,Z) = cm(TX)

• Applicazione:

χ(X,Z) =

(n + 1

k + 1

)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 47/47

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Gauss-Bonnet

χ(X,Z) = cm(TX)

• Applicazione:

χ(X,Z) =

(n + 1

k + 1

)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 47/47

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Gauss-Bonnet

χ(X,Z) = cm(TX)

• Applicazione:

χ(X,Z) =

(n + 1

k + 1

)

Grassmanniane come varieta proiettive – p. 47/47