Это глоссарий арифметики и диофантовой геометрии в математике , областях, выросших из традиционного изучения диофантовых уравнений , чтобы охватить большие части теории чисел и алгебраической геометрии . Большая часть теории представлена в форме предлагаемых гипотез , которые могут быть связаны на различных уровнях общности.
Арифметическую геометрию можно более широко определить как изучение схем конечного типа над спектром кольца целых чисел . [1] Арифметическая геометрия также определяется как применение методов алгебраической геометрии к задачам теории чисел . [2]
Гипотеза abc Массера и Эстерле пытается как можно больше сказать о повторяющихся простых множителях в уравнении a + b = c . Например, 3 + 125 = 128, но степени простых чисел здесь исключительны .
Делитель Аракелова (или полный делитель [4] ) на глобальном поле является расширением понятия делителя или дробного идеала . Это формальная линейная комбинация мест поля с конечными местами , имеющими целые коэффициенты, и бесконечными местами, имеющими действительные коэффициенты. [3] [5] [6]
Метод Шаботи , основанный на p -адических аналитических функциях, является специальным приложением, но способным доказать случаи гипотезы Морделла для кривых, ранг якобиана которых меньше его размерности. Он развивал идеи метода Торальфа Сколема для алгебраического тора . (Другие старые методы для диофантовых задач включают метод Рунге .)
Диофантова размерность поля — это наименьшее натуральное число k , если оно существует, такое, что поле принадлежит классу C k : то есть такое, что любой однородный многочлен степени d от N переменных имеет нетривиальный ноль всякий раз, когда N > d k . Алгебраически замкнутые поля имеют диофантову размерность 0; квазиалгебраически замкнутые поля имеют размерность 1. [11]
Дискриминант точки
Дискриминант точки относится к двум связанным понятиям относительно точки P на алгебраическом многообразии V, определенном над числовым полем K : геометрический (логарифмический) дискриминант [12] d ( P ) и арифметический дискриминант , определенный Войтой. [13] Разницу между ними можно сравнить с разницей между арифметическим родом особой кривой и геометрическим родом десингуляризации . [ 13] Арифметический род больше геометрического рода, и высота точки может быть ограничена в терминах арифметического рода. Получение подобных границ с участием геометрического рода имело бы существенные последствия. [13]
Высота Фалтингса эллиптической кривой или абелева многообразия, определенного над числовым полем, является мерой его сложности, введенной Фалтингсом в его доказательстве гипотезы Морделла . [14] [15]
В девятнадцатом веке было осознано, что кольцо целых чисел числового поля имеет аналогии с аффинным координатным кольцом алгебраической кривой или компактной римановой поверхности, с удаленной точкой или более, соответствующей «бесконечным местам» числового поля. Эта идея более точно закодирована в теории, что все глобальные поля должны рассматриваться на одной и той же основе. Идея идет дальше. Таким образом, эллиптические поверхности над комплексными числами также имеют некоторые довольно строгие аналогии с эллиптическими кривыми над числовыми полями.
Распространение результатов в стиле теории полей классов на абелевы покрытия на многообразия размерности не менее двух часто называют геометрической теорией полей классов.
Принцип Хассе утверждает, что разрешимость для глобального поля такая же, как и разрешимость во всех соответствующих локальных полях . Одной из основных целей диофантовой геометрии является классификация случаев, когда принцип Хассе выполняется. Как правило, это касается большого числа переменных, когда степень уравнения сохраняется фиксированной. Принцип Хассе часто ассоциируется с успехом метода круга Харди–Литтлвуда . Когда метод круга работает, он может предоставить дополнительную количественную информацию, такую как асимптотическое число решений. Уменьшение числа переменных усложняет метод круга; поэтому неудачи принципа Хассе, например, для кубических форм с малым числом переменных (и в частности для эллиптических кривых как кубических кривых ), на общем уровне связаны с ограничениями аналитического подхода.
L-функция Хассе–Вейля
L-функция Хассе –Вейля , иногда называемая глобальной L-функцией, является произведением Эйлера, образованным из локальных дзета-функций. Свойства таких L-функций остаются в значительной степени в области предположений, а доказательство гипотезы Таниямы–Шимуры является прорывом. Философия Ленглендса во многом дополняет теорию глобальных L-функций.
Функция высоты
Функция высоты в диофантовой геометрии количественно определяет размер решений диофантовых уравнений. [17]
Бесконечный спуск был классическим методом Пьера де Ферма для диофантовых уравнений. Он стал одной половиной стандартного доказательства теоремы Морделла–Вейля, а другая — аргументом с функциями высоты (qv). Спуск — это что-то вроде деления на два в группе главных однородных пространств (часто называемых «спусками», когда они записаны уравнениями); в более современных терминах в группе когомологий Галуа , конечность которой должна быть доказана. См. группу Сельмера .
Энрико Бомбьери (размерность 2), Серж Ланг и Пол Войта (случай целых точек) и Петр Бласс предположили, что алгебраические многообразия общего типа не имеют плотных по Зарискому подмножеств K -рациональных точек, поскольку K - конечно-порожденное поле. Этот круг идей включает понимание аналитической гиперболичности и гипотезы Ланга об этом, а также гипотезы Войты. Аналитически гиперболическое алгебраическое многообразие V над комплексными числами - это такое, что не существует голоморфного отображения из всей комплексной плоскости в него, которое не является константой. Примерами являются компактные римановы поверхности рода g > 1. Ланг предположил, что V является аналитически гиперболическим тогда и только тогда, когда все подмногообразия имеют общий тип. [19]
Линейный тор
Линейный тор — это геометрически неприводимая замкнутая по Зарискому подгруппа аффинного тора (произведения мультипликативных групп). [20]
Гипотеза Манина –Мамфорда , теперь доказанная Мишелем Рейно , утверждает, что кривая C в ее якобиевом многообразии J может содержать только конечное число точек, имеющих конечный порядок в J , если только C = J. [21] [22 ]
гипотеза Морделла
Гипотеза Морделла теперь называется теоремой Фалтингса и утверждает, что кривая рода не менее двух имеет только конечное число рациональных точек. Гипотеза однородности утверждает, что должна быть равномерная граница для числа таких точек, зависящая только от рода и поля определения.
Теорема Морделла–Вейля является основополагающим результатом, утверждающим, что для абелева многообразия A над числовым полем K группа A ( K ) является конечно-порожденной абелевой группой . Это было доказано первоначально для числовых полей K , но распространяется на все конечно-порожденные поля.
Морделлик сорт
Морделлово многообразие — это алгебраическое многообразие, которое имеет лишь конечное число точек в любом конечно порождённом поле. [25]
Н
Наивная высота
Наивная высота или классическая высота вектора рациональных чисел — это максимальное абсолютное значение вектора взаимно простых целых чисел, полученного умножением на наименьший общий знаменатель . Это может быть использовано для определения высоты в точке проективного пространства над Q , или многочлена, рассматриваемого как вектор коэффициентов, или алгебраического числа, по высоте его минимального многочлена. [26]
символ Нерона
Символ Нерона — это бимультипликативное спаривание между делителями и алгебраическими циклами на абелевом многообразии , используемое в формулировке Нерона высоты Нерона–Тейта как суммы локальных вкладов. [27] [28] [29] Глобальный символ Нерона, который является суммой локальных символов, — это просто отрицательное спаривание высоты. [30]
Рост Нерона–Тейта
Высота Нерона –Тейта (также часто называемая канонической высотой ) на абелевом многообразии A — это функция высоты (qv), которая по сути является внутренней и точной квадратичной формой , а не приблизительно квадратичной относительно сложения на A , как предусмотрено общей теорией высот. Она может быть определена из общей высоты с помощью предельного процесса; существуют также формулы, в том смысле, что она является суммой локальных вкладов. [30]
Неванлинна инвариант
Инвариант Неванлинны обильного дивизора D на нормальном проективном многообразии X — это действительное число, которое описывает скорость роста числа рациональных точек на многообразии относительно вложения, определяемого дивизором. [31] Он имеет схожие формальные свойства с абсциссой сходимости дзета-функции высоты , и предполагается, что они по сути одинаковы. [32]
О
Обычное сокращение
Абелево многообразие A размерности d имеет обычную редукцию в простом числе p, если оно имеет хорошую редукцию в p и, кроме того, p -кручение имеет ранг d . [33]
Полный идеал в числовом поле K — это формальное произведение дробного идеала K и вектора положительных действительных чисел с компонентами , индексированными бесконечными позициями K. [34] Полный делитель — это делитель Аракелова . [4]
Специальное множество в алгебраическом многообразии — это подмножество, в котором можно было бы ожидать найти много рациональных точек. Точное определение меняется в зависимости от контекста. Одно определение — это замыкание по Зарисскому объединения образов алгебраических групп при нетривиальных рациональных отображениях; в качестве альтернативы можно взять образы абелевых многообразий; [36] другое определение — это объединение всех подмногообразий, которые не являются подтипами общего типа. [19] Для абелевых многообразий определение будет заключаться в объединении всех трансляций собственных абелевых подмногообразий. [37] Для комплексного многообразия голоморфное специальное множество — это замыкание по Зарисскому образов всех непостоянных голоморфных отображений из C. Лэнг предположил, что аналитические и алгебраические специальные множества равны. [38]
Теорема о подпространстве
Теорема Шмидта о подпространстве показывает, что точки малой высоты в проективном пространстве лежат в конечном числе гиперплоскостей. Количественная форма теоремы, в которой число подпространств, содержащих все решения, также была получена Шмидтом, и теорема была обобщена Шликкевеем (1977), чтобы разрешить более общие абсолютные значения в числовых полях . Теорема может быть использована для получения результатов по диофантовым уравнениям , таким как теорема Зигеля о целых точках и решение уравнения S-единицы . [39]
Гипотеза Тейта ( Джон Тейт , 1963) предоставила аналог гипотезы Ходжа , также на алгебраических циклах , но в пределах арифметической геометрии. Она также дала для эллиптических поверхностей аналог гипотезы Бирча–Суиннертона–Дайера (см.), что быстро привело к прояснению последней и признанию ее важности.
кривая Тейта
Кривая Тейта — это частная эллиптическая кривая над p-адическими числами, введенная Джоном Тейтом для изучения плохой редукции (см. хорошую редукцию ).
Ранг Цен
Ранг Цена поля, названный в честь CC Tsen , который представил их исследование в 1936 году, [40] является наименьшим натуральным числом i , если оно существует, таким, что поле принадлежит классу T i : то есть таким, что любая система многочленов без постоянного члена степени d j от n переменных имеет нетривиальный ноль, когда n > Σ d j i . Алгебраически замкнутые поля имеют ранг Цена нуль. Ранг Цена больше или равен диофантовой размерности , но неизвестно, равны ли они, за исключением случая ранга ноль. [41]
У
Гипотеза однородности
Гипотеза равномерности утверждает, что для любого числового поля K и g > 2 существует равномерная граница B ( g , K ) числа K -рациональных точек на любой кривой рода g . Гипотеза вытекает из гипотезы Бомбьери–Лэнга . [42]
Маловероятное пересечение
Маловероятное пересечение — это алгебраическая подгруппа, пересекающая подмногообразие тора или абелева многообразия в множестве необычно большой размерности, таком как задействованное в гипотезе Морделла–Лэнга . [43]
Гипотезы Вейля были тремя весьма влиятельными гипотезами Андре Вейля , обнародованными около 1949 года, о локальных дзета-функциях. Доказательство было завершено в 1973 году. После того, как они были доказаны, остаются расширения сравнения теоремы Шевалле–Уорнинга , которые исходят из элементарного метода, и улучшения границ Вейля, например, лучшие оценки для кривых числа точек, чем те, что исходят из основной теоремы Вейля 1940 года. Последние оказываются интересными для кодов алгебраической геометрии .
Распределения Вейля на алгебраических многообразиях
Андре Вейль предложил теорию в 1920-х и 1930-х годах о разложении алгебраических чисел по координатам точек на алгебраических многообразиях на простые идеалы . Она осталась несколько недоработанной.
Функция Вейля
Функция Вейля на алгебраическом многообразии — это действительнозначная функция, определенная на некотором дивизоре Картье , которая обобщает концепцию функции Грина в теории Аракелова . [45] Они используются при построении локальных компонент высоты Нерона–Тейта . [46]
Машина для измерения высоты Weil
Машина высоты Вейля — это эффективная процедура для назначения функции высоты любому дивизору на гладком проективном многообразии над числовым полем (или дивизорам Картье на негладких многообразиях). [47]
^ Сазерленд, Эндрю В. (5 сентября 2013 г.). «Введение в арифметическую геометрию» (PDF) . Получено 22 марта 2019 г.
^ ab Schoof, René (2008). "Вычисление групп классов Аракелова". В Buhler, JP; P., Stevenhagen (ред.). Алгоритмическая теория чисел: решетки, числовые поля, кривые и криптография. MSRI Publications. Том 44. Cambridge University Press . С. 447–495 . ISBN978-0-521-20833-8. MR 2467554. Zbl 1188.11076.
^ ab Neukirch (1999) стр.189
^ Ланг (1988) стр.74–75
^ ван дер Гир, Г.; Шуф, Р. (2000). «Эффективность делителей Аракелова и тэта-делителя числового поля». Селекта Математика . Новая серия. 6 (4): 377–398 . arXiv : math/9802121 . дои : 10.1007/PL00001393. S2CID 12089289. Збл 1030.11063.
^ Корнелл, Гэри; Сильверман, Джозеф Х. (1986). Арифметическая геометрия . Нью-Йорк: Springer. ISBN0-387-96311-1.→ Содержит английский перевод Faltings (1983)
^ Игуса, Дзюн-Ичи (1974). «Комплексные степени и асимптотические разложения. I. Функции некоторых типов». Журнал для королевы и математики . 1974 ( 268–269 ): 110–130 . doi :10.1515/crll.1974.268–269.110. S2CID 117772856. Збл 0287.43007.
^ ab Hindry & Silverman (2000) стр.479
^ Бомбьери и Гублер (2006), стр. 82–93.
^ Raynaud, Michel (1983). "Sous-variétés d'une variété abélienne et points de torsion". В Artin, Michael ; Tate, John (ред.). Арифметика и геометрия. Статьи, посвященные И. Р. Шафаревичу по случаю его шестидесятилетия. Том I: Арифметика . Progress in Mathematics (на французском языке). Том 35. Birkhauser-Boston. С. 327– 352. Zbl 0581.14031.
^ Рёсслер, Дамиан (2005). «Заметка о гипотезе Манина–Мамфорда». В ван дер Гир, Жерар; Мунен, Бен; Схоф, Рене (ред.). Числовые поля и функциональные поля — два параллельных мира . Прогресс в математике. Т. 239. Биркхойзер. С. 311– 318. ISBN0-8176-4397-4. Збл 1098.14030.
^ МакКуиллан, Майкл (1995). «Точки деления на полуабелевых многообразиях». Invent. Math . 120 (1): 143– 159. Bibcode :1995InMat.120..143M. doi :10.1007/BF01241125. S2CID 120053132.
↑ 2-страничное изложение гипотезы Морделла–Лэнга Б. Мазура, 3 ноября 2005 г.
^ Батырев, В.В.; Манин, Ю.И. (1990). «О числе рациональных точек ограниченной высоты на алгебраических многообразиях». Math. Ann . 286 : 27– 43. doi :10.1007/bf01453564. S2CID 119945673. Zbl 0679.14008.
^ Ланг (1997) стр.161–162
^ Нойкирх (1999) стр.185
↑ Упоминается в работе Дж. Тейта « Алгебраические циклы и полюса дзета-функций» в томе (редактор ОФГ Шиллинг), «Арифметическая алгебраическая геометрия» , страницы 93–110 (1965).
^ Ланг (1997) стр.17–23
^ Хайндри и Сильверман (2000) стр.480
^ Лэнг (1997) стр.179
^ Бомбьери и Гублер (2006), стр. 176–230.
^ Цен, К. (1936). «Zur Stufentheorie der Quasi-algebraisch-Abgeschlossenheit kommutativer Körper». Дж. Китайская математика. Соц . 171 : 81–92 . Збл 0015.38803.
^ Лоренц, Фалько (2008). Алгебра. Том II: Поля со структурой, алгебры и дополнительные темы . Springer. С. 109–126 . ISBN978-0-387-72487-4.
^ Zannier, Umberto (2012). Некоторые проблемы маловероятных пересечений в арифметике и геометрии . Annals of Mathematics Studies. Том 181. Princeton University Press . ISBN978-0-691-15371-1.
^ Пьер Делинь , Poids dans la когомологии алгебраических разновидностей , Actes ICM, Ванкувер, 1974, 79–85.