# correspondenceScroll -- Union of planes joining points of rational normal curves according to a given correspondence

## Synopsis

• Usage:
G = correspondenceScroll(I,scroll)
• Inputs:
• scroll, a list, list of positive integers, the degrees of disjoint rational normal curves
• I, an ideal, ideal of a correspondence; an arbitrary subscheme of (P^1)^(#scroll)
• Outputs:
• G, an ideal, ideal of the generalized scroll

## Description

Let L = {a_0,..a_{(m-1)}}, and let P = P^{(#L-1+ sum L)}. Just as the ordinary scroll S(L) is the union of planes joining rational normal curves C_i of degree a_i according to some chosen isomorphism among them (a (1,1,..,1) correspondence), the generalized Scroll is the union of planes joining the points that correspond under an arbitrary correspondence, specified by I.

Thus if I is the ideal of the small diagonal of (P^1)^m, then generalized Scroll(I,L) is equal to S(L). If #L = 2, and I is the square of the ideal of the diagonal, we get a K3 carpet:

 i1 : L = {3,4} o1 = {3, 4} o1 : List i2 : x = symbol x; i3 : S = productOfProjectiveSpaces(#L,x) --creates the multi-graded ring of (P^1)^(#L) o3 = S o3 : PolynomialRing i4 : Delta = smallDiagonal S -- the ideal of the small diagonal of (P^1)^(#L) o4 = ideal(- x x + x x ) 1,0 0,1 0,0 1,1 o4 : Ideal of S i5 : G = correspondenceScroll(Delta, L) 2 o5 = ideal (y - y y , y y - y y , y y - y y , 1,3 1,2 1,4 1,2 1,3 1,1 1,4 1,1 1,3 1,0 1,4 ------------------------------------------------------------------------ 2 y y - y y , y y - y y , y y - y y , y - 0,3 1,3 0,2 1,4 0,2 1,3 0,1 1,4 0,1 1,3 0,0 1,4 1,2 ------------------------------------------------------------------------ y y , y y - y y , y y - y y , y y - y y , 1,0 1,4 1,1 1,2 1,0 1,3 0,3 1,2 0,1 1,4 0,2 1,2 0,0 1,4 ------------------------------------------------------------------------ 2 y y - y y , y - y y , y y - y y , y y - 0,1 1,2 0,0 1,3 1,1 1,0 1,2 0,3 1,1 0,0 1,4 0,2 1,1 ------------------------------------------------------------------------ y y , y y - y y , y y - y y , y y - y y , 0,0 1,3 0,1 1,1 0,0 1,2 0,3 1,0 0,0 1,3 0,2 1,0 0,0 1,2 ------------------------------------------------------------------------ 2 2 y y - y y , y - y y , y y - y y , y - 0,1 1,0 0,0 1,1 0,2 0,1 0,3 0,1 0,2 0,0 0,3 0,1 ------------------------------------------------------------------------ y y ) 0,0 0,2 ZZ o5 : Ideal of -----[y ..y , y ..y ] 32003 0,0 0,3 1,0 1,4 i6 : minimalBetti G 0 1 2 3 4 5 6 o6 = total: 1 21 70 105 84 35 6 0: 1 . . . . . . 1: . 21 70 105 84 35 6 o6 : BettiTally i7 : G = correspondenceScroll(Delta^2, L) 2 2 o7 = ideal (y - y y , y y - y y , y y - y y , y - 1,3 1,2 1,4 1,2 1,3 1,1 1,4 1,1 1,3 1,0 1,4 1,2 ------------------------------------------------------------------------ y y , y y - y y , y y - 2y y + y y , y y 1,0 1,4 1,1 1,2 1,0 1,3 0,3 1,2 0,2 1,3 0,1 1,4 0,2 1,2 ------------------------------------------------------------------------ 2 - 2y y + y y , y - y y , y y - 3y y + 0,1 1,3 0,0 1,4 1,1 1,0 1,2 0,3 1,1 0,1 1,3 ------------------------------------------------------------------------ 2y y , y y - 2y y + y y , y y - 3y y + 0,0 1,4 0,2 1,1 0,1 1,2 0,0 1,3 0,3 1,0 0,1 1,2 ------------------------------------------------------------------------ 2 2y y , y y - 2y y + y y , y - y y , y y - 0,0 1,3 0,2 1,0 0,1 1,1 0,0 1,2 0,2 0,1 0,3 0,1 0,2 ------------------------------------------------------------------------ 2 y y , y - y y ) 0,0 0,3 0,1 0,0 0,2 ZZ o7 : Ideal of -----[y ..y , y ..y ] 32003 0,0 0,3 1,0 1,4 i8 : minimalBetti G 0 1 2 3 4 5 6 o8 = total: 1 15 35 42 35 15 1 0: 1 . . . . . . 1: . 15 35 21 . . . 2: . . . 21 35 15 . 3: . . . . . . 1 o8 : BettiTally

Here is how to make the generalized scroll corresponding to a general elliptic curve in (P^1)^3. First, the general elliptic curve, as a plane cubic through three given points:

 i9 : T = ZZ/32003[y_0,y_1,y_2] o9 = T o9 : PolynomialRing i10 : threepoints = gens intersect(ideal(y_0,y_1),ideal(y_0,y_2),ideal(y_1,y_2)) o10 = | y_1y_2 y_0y_2 y_0y_1 | 1 3 o10 : Matrix T <--- T i11 : f = threepoints*random(source threepoints, T^{-3}); -- general cubic through the three points 1 1 o11 : Matrix T <--- T i12 : L = {2,2,2} o12 = {2, 2, 2} o12 : List i13 : x = symbol x; i14 : S = productOfProjectiveSpaces(#L,x) --creates the multi-graded ring of (P^1)^(#L) o14 = S o14 : PolynomialRing i15 : ST = (flattenRing(T**S))_0 o15 = ST o15 : PolynomialRing i16 : irrel = irrelevantIdeal ST; o16 : Ideal of ST

Here the irrelevant ideal is the intersection of the 4 ideals of coordinates (P^2 and the three copies of P^1). Next, define the pairs of sections on the curve giving the three projections:

 i17 : ff = entries sub(transpose matrix {{y_0,y_1},{y_0,y_2},{y_1,y_2}}, ST) -- projections from the three points o17 = {{y , y , y }, {y , y , y }} 0 0 1 1 2 2 o17 : List

And create the equations of the incidence variety

 i18 : D1 = det matrix{{x_(0,0),ff_1_0},{x_(1,0),ff_0_0}} o18 = y x - y x 0 0,0 1 1,0 o18 : ST i19 : D2 = det matrix{{x_(0,1),ff_1_1},{x_(1,1),ff_0_1}} o19 = y x - y x 0 0,1 2 1,1 o19 : ST i20 : D3 = det matrix{{x_(0,2),ff_1_2},{x_(1,2),ff_0_2}} o20 = y x - y x 1 0,2 2 1,2 o20 : ST i21 : J = sub(ideal f, ST)+ideal(D1,D2,D3) 2 2 2 2 o21 = ideal (8570y y - 15344y y + 3187y y + 12334y y y + 4376y y - 0 1 0 1 0 2 0 1 2 1 2 ----------------------------------------------------------------------- 2 2 5307y y - 5570y y , y x - y x , y x - y x , y x - y x ) 0 2 1 2 0 0,0 1 1,0 0 0,1 2 1,1 1 0,2 2 1,2 o21 : Ideal of ST

This must be saturated with respect to the irrelevant ideal, and then the y variables are eliminated, to get the curve in (P^1)^3.

 i22 : Js = saturate(J, irrel); o22 : Ideal of ST i23 : I = eliminate({y_0,y_1,y_2}, Js); o23 : Ideal of ST i24 : IS = (map(S,ST))I; o24 : Ideal of S i25 : codim I o25 = 2

Finally, we compute the ideal of the generalized Scroll:

 i26 : g = correspondenceScroll(IS, L); ZZ o26 : Ideal of -----[y ..y ] 32003 0,0 2,2 i27 : minimalBetti g 0 1 2 3 4 5 6 o27 = total: 1 30 120 196 160 66 11 0: 1 . . . . . . 1: . 3 . . . . . 2: . 9 27 24 7 . . 3: . 18 93 172 153 66 11 o27 : BettiTally

## Caveat

The script currently uses an elimination method, but could be speeded up by replacing that with the easy direct description of the equations that come from the correspondence I.