Μετάβαση στο περιεχόμενο

Αριθμητική γεωμετρία

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Η υπερελλειπτική καμπύλη που ορίζεται από την έχει μόνο πεπερασμένα πολλά ρητά σημεία (όπως τα σημεία και ) σύμφωνα με το θεώρημα του Φάλτινγκς.

Στα μαθηματικά, η αριθμητική γεωμετρία είναι κατά βάση η εφαρμογή των τεχνικών της αλγεβρικής γεωμετρίας σε προβλήματα της θεωρίας των αριθμών [1]. Η αριθμητική γεωμετρία επικεντρώνεται στη διοφαντική γεωμετρία[2], τη μελέτη των ρητών σημείων των αλγεβρικών ποικιλιών.[3][4]

Με πιο αφηρημένους όρους, η αριθμητική γεωμετρία μπορεί να οριστεί ως η μελέτη σχημάτων πεπερασμένου τύπου στο φάσμα του δακτυλίου των ακεραίων[5].

Επισκόπηση

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα κλασικά αντικείμενα ενδιαφέροντος της αριθμητικής γεωμετρίας είναι τα ρητά σημεία: τα σύνολα των λύσεων ενός συστήματος πολυωνυμικών εξισώσεων πάνω σε αριθμητικά πεδία, πεπερασμένα πεδία, p-adic πεδία ή πεδία συναρτήσεων, δηλαδή πεδία που δεν είναι αλγεβρικά κλειστά εξαιρουμένων των πραγματικών αριθμών. Τα ρητά σημεία μπορούν να χαρακτηριστούν άμεσα από συναρτήσεις ύψους που μετρούν την αριθμητική τους πολυπλοκότητα[6].

Η δομή των αλγεβρικών ποικιλιών που ορίζονται πάνω σε μη αλγεβρικά κλειστά πεδία κατέστη μια κεντρική περιοχή ενδιαφέροντος που προέκυψε με τη σύγχρονη αφηρημένη ανάπτυξη της αλγεβρικής γεωμετρίας. Στα πεπερασμένα πεδία, η συνομολογία étale παρέχει τοπολογικές αναλλοίωτες που σχετίζονται με τις αλγεβρικές ποικιλίες[7]. Η p-adic θεωρία Χοτζ παρέχει εργαλεία για να εξεταστεί πότε οι συνομολογικές ιδιότητες των ποικιλιών πάνω από μιγαδικούς αριθμούς επεκτείνονται σε εκείνες πάνω από p-adic πεδία [8].

Ιστορία

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

19ος αιώνας: οι απαρχές της αριθμητικής γεωμετρίας

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στις αρχές του 19ου αιώνα, ο Καρλ Φρίντριχ Γκάους παρατήρησε ότι μη μηδενικές ακέραιες λύσεις σε ομογενείς πολυωνυμικές εξισώσεις με ρητούς συντελεστές υπάρχουν αν υπάρχουν μη μηδενικές ακέραιες λύσεις [9].

Στη δεκαετία του 1850, ο Λεοπόλντ Κρόνεκερ διατύπωσε το θεώρημα Κρόνεκερ-Βέμπερ, εισήγαγε τη θεωρία των διαιρετών και δημιούργησε πολλούς άλλους δεσμούς μεταξύ της θεωρίας αριθμών και της άλγεβρας. Εν συνεχεία διατύπωσε την εικασία του "liebster Jugendtraum" ("αγαπημένο όνειρο της νεολαίας"), μια γενίκευση που αργότερα παρουσιάστηκε από τον Χίλμπερτ σε τροποποιημένη μορφή ως το δωδέκατο πρόβλημά του, το οποίο περιγράφει τον στόχο ότι η θεωρία αριθμών θα πρέπει να λειτουργεί μόνο με δακτυλίους που είναι πηλίκα πολυωνυμικών δακτυλίων πάνω σε ακέραιους αριθμούς[10].

Αρχές-μέσα του 20ού αιώνα: αλγεβρικές εξελίξεις και οι εικασίες Βάιλ

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στα τέλη της δεκαετίας του 1920, ο Αντρέ Βάιλ κατέδειξε βαθιές συνδέσεις μεταξύ της αλγεβρικής γεωμετρίας και της θεωρίας αριθμών με τη διδακτορική του εργασία που οδήγησε στο θεώρημα Μορντέλ-Βάιλ, το οποίο αποδεικνύει ότι το σύνολο των λογικών σημείων μιας αβελιανής ποικιλίας είναι μια πεπερασμένης παραγωγής αβελιανή ομάδα[11].

Τα σύγχρονα θεμέλια της αλγεβρικής γεωμετρίας αναπτύχθηκαν με βάση τη σύγχρονη αντιμεταθετική άλγεβρα, συμπεριλαμβανομένης της θεωρίας αποτίμησης και της θεωρίας των ιδανικών από τον Όσκαρ Ζαρίσκι και άλλους στις δεκαετίες του 1930 και 1940[12].

Το 1949, ο Αντρέ Βάιλ διατύπωσε τις εικασίες του Βάιλ για τις τοπικές συναρτήσεις ζήτα των αλγεβρικών ποικιλιών πάνω από πεπερασμένα σώματα[13]. Αυτές οι εικασίες προσέφεραν ένα πλαίσιο μεταξύ αλγεβρικής γεωμετρίας και θεωρίας αριθμών που ώθησε τον Αλεξάντερ Γκροτέντιεκ να επαναδιατυπώσει τα θεμέλια χρησιμοποιώντας τη θεωρία δεσμών (με τον Ζαν-Πιερ Σερ) και αργότερα τη θεωρία σχημάτων, στις δεκαετίες του 1950 και 1960[14]. Το 1960, ο Μπερνάρ Ντουόρκ απέδειξε μία από τις τέσσερις εικασίες του Βάιλ (ορθολογικότητα της τοπικής συνάρτησης ζήτα)[15]. Το 1965, ο Γκρόθεντιεκ ανέπτυξε τη θεωρία της etale κοχομολογίας για να αποδείξει δύο από τις εικασίες του Βάιλ (μαζί με τους Μίκαελ Άρτιν και Ζαν-Λουί Βερντιέ) μέχρι το 1965 [7][16]. Η τελευταία εικασία του Βάιλ (ένα ανάλογο της υπόθεσης του Ρίμαν) αποδείχθηκε τελικά το 1974 από τον Πιερ Ντελίν [17].

Μέσα και τέλη του 20ού αιώνα: εξελίξεις στη σπονδυλωτότητα, τις p-adic μεθόδους και πέραν αυτών

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μεταξύ 1956 και 1957, οι Γιούτακα Τανιγιάμα και Γκόρο Σιμούρα παρουσίασαν την εικασία Σιμούρα-Τανιγιάμα (σήμερα γνωστή ως Modularity theorem) που συνδέει τις ελλειπτικές καμπύλες με τις αρθρωτές μορφές.[18][19] Αυτή η σύνδεση τελικά οδήγησε στην πρώτη απόδειξη του τελευταίου θεωρήματος του Φερμά στη θεωρία αριθμών μέσω των τεχνικών αλγεβρικής γεωμετρίας της άρσης της αρθρωτότητας που ανέπτυξε ο Άντριου Γουάιλς το 1995[20].

Στη δεκαετία του 1960, ο Γκόρο Σιμούρα εισήγαγε τις ποικιλίες Σιμούρα ως γενικεύσεις των σπονδυλωτών καμπυλών[21] Από το 1979, οι ποικιλίες Σιμούρα έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στο πρόγραμμα Λάνγκλαντς ως ένα φυσικό πεδίο παραδειγμάτων για τον έλεγχο εικασιών[22].

Σε εργασίες που δημοσιεύθηκαν το 1977 και το 1978, ο Μπάρι Μαζούρ απέδειξε την εικασία της στρέψης δίνοντας έναν πλήρη κατάλογο των πιθανών υποομάδων στρέψης ελλειπτικών καμπυλών πάνω σε ρητούς αριθμούς. Η πρώτη απόδειξη αυτού του θεωρήματος από τον Μαζούρ εξαρτήθηκε από μια πλήρη ανάλυση των ρητών σημείων σε ορισμένες σπονδυλωτές καμπύλες[23][24]. Το 1996, η απόδειξη της εικασίας της στρέψης επεκτάθηκε σε όλα τα πεδία αριθμών από τον Λόικ Μερέλ [25]

Το 1983, ο Γκερντ Φάλτινγκς απέδειξε την εικασία Μόρντελ, αποδεικνύοντας ότι μια καμπύλη γένους μεγαλύτερου του 1 έχει μόνο πεπερασμένο αριθμό ρητών σημείων (ενώ το θεώρημα Μόρντελ-Βάιλ αποδεικνύει μόνο την πεπερασμένη γένεση του συνόλου των ρητών σημείων, σε αντίθεση με την πεπερασμένη)[26][27].

Το 2001, η απόδειξη των τοπικών εικασιών Λάνγκλαντς για το GLn βασίστηκε στη γεωμετρία ορισμένων ποικιλιών Σιμούρα[28].

Στη δεκαετία του 2010, ο Πέτερ Σόλζε ανέπτυξε τελειοειδείς χώρους και νέες θεωρίες κοχομολογίας στην αριθμητική γεωμετρία ως προς τα p-adic πεδία με εφαρμογή στις αναπαραστάσεις Γκαλουά και σε ορισμένες περιπτώσεις της εικασίας της μονοδρομίας βάρους[29][30] .

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Βιβλιογραφία

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παραπομπές

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
  1. ↑ Sutherland, Andrew V. (5 Σεπτεμβρίου 2013). «Introduction to Arithmetic Geometry» (PDF). Ανακτήθηκε στις 22 Μαρτίου 2019. 
  2. ↑ «Diophantine geometry - Encyclopedia of Mathematics». encyclopediaofmath.org. Ανακτήθηκε στις 11 Απριλίου 2024. 
  3. ↑ Klarreich, Erica (28 Ιουνίου 2016). «Peter Scholze and the Future of Arithmetic Geometry». Ανακτήθηκε στις 22 Μαρτίου 2019. 
  4. ↑ Poonen, Bjorn (2009). «Introduction to Arithmetic Geometry» (PDF). Ανακτήθηκε στις 22 Μαρτίου 2019. 
  5. ↑ «arithmetic geometry in nLab». ncatlab.org. Ανακτήθηκε στις 11 Απριλίου 2024. 
  6. ↑ Lang, Serge (1997). Survey of Diophantine Geometry. Springer-Verlag. σελίδες 43–67. ISBN 3-540-61223-8. Zbl 0869.11051. 
  7. ↑ 7,0 7,1 Grothendieck, Alexander (1960). «The cohomology theory of abstract algebraic varieties». Proc. Internat. Congress Math. (Edinburgh, 1958). Cambridge University Press. σελίδες 103–118. MR 0130879. 
  8. ↑ Serre, Jean-Pierre (1967). «Résumé des cours, 1965–66». Annuaire du Collège de France (Paris): 49–58. 
  9. ↑ Mordell, Louis J. (1969). Diophantine Equations. Academic Press. σελ. 1. ISBN 978-0125062503. 
  10. ↑ Gowers, Timothy· Barrow-Green, June· Leader, Imre (2008). The Princeton companion to mathematics. Princeton University Press. σελίδες 773–774. ISBN 978-0-691-11880-2. 
  11. ↑ A. Weil, L'arithmétique sur les courbes algébriques, Acta Math 52, (1929) p. 281-315, reprinted in vol 1 of his collected papers ISBN 0-387-90330-5.
  12. ↑ Zariski, Oscar (2004) [1935]. Abhyankar, Shreeram S.· Lipman, Joseph· Mumford, David, επιμ. Algebraic surfaces. Classics in mathematics (second supplemented έκδοση). Berlin, New York: Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-58658-6. MR 0469915. 
  13. ↑ Weil, André (1949). «Numbers of solutions of equations in finite fields». Bulletin of the American Mathematical Society 55 (5): 497–508. doi:10.1090/S0002-9904-1949-09219-4. ISSN 0002-9904.
    MR 0029393
    .      Reprinted in Oeuvres Scientifiques/Collected Papers by André Weil ISBN 0-387-90330-5
  14. ↑ Serre, Jean-Pierre (1955). «Faisceaux Algebriques Coherents». The Annals of Mathematics 61 (2): 197–278. doi:10.2307/1969915. https://archive.org/details/sim_annals-of-mathematics_1955-03_61_2/page/197. 
  15. ↑ Dwork, Bernard (1960). «On the rationality of the zeta function of an algebraic variety». American Journal of Mathematics (American Journal of Mathematics, Vol. 82, No. 3) 82 (3): 631–648. doi:10.2307/2372974. ISSN 0002-9327.
    MR 0140494
    .     
  16. ↑ Grothendieck, Alexander (1995) [1965]. «Formule de Lefschetz et rationalité des fonctions L». Séminaire Bourbaki. 9. Paris: Société Mathématique de France. σελίδες 41–55. MR 1608788. 
  17. ↑ Deligne, Pierre (1974). «La conjecture de Weil. I». Publications Mathématiques de l'IHÉS 43 (1): 273–307. doi:10.1007/BF02684373. ISSN 1618-1913.
    MR 0340258
    . http://www.numdam.org/item?id=PMIHES_1974__43__273_0.     
  18. ↑ Taniyama, Yutaka (1956). «Problem 12» (στα ja). Sugaku 7: 269. 
  19. ↑ Shimura, Goro (1989). «Yutaka Taniyama and his time. Very personal recollections». The Bulletin of the London Mathematical Society 21 (2): 186–196. doi:10.1112/blms/21.2.186. ISSN 0024-6093.
    MR 976064
    .     
  20. ↑ Wiles, Andrew (1995). «Modular elliptic curves and Fermat's Last Theorem». Annals of Mathematics 141 (3): 443–551. doi:10.2307/2118559. OCLC 37032255. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2011-05-10. https://web.archive.org/web/20110510062158/http://math.stanford.edu/%7Elekheng/flt/wiles.pdf. Ανακτήθηκε στις 2019-03-22. 
  21. ↑ Shimura, Goro (2003). The Collected Works of Goro Shimura. Springer Nature. ISBN 978-0387954158. 
  22. ↑ Langlands, Robert (1979). «Automorphic Representations, Shimura Varieties, and Motives. Ein Märchen» (PDF). Στο: Borel, Armand· Casselman, William. Automorphic Forms, Representations, and L-Functions: Symposium in Pure Mathematics. XXXIII Part 1. Chelsea Publishing Company. σελίδες 205–246. 
  23. ↑ Mazur, Barry (1977). «Modular curves and the Eisenstein ideal». Publications Mathématiques de l'IHÉS 47 (1): 33–186. doi:10.1007/BF02684339.
    MR 0488287
    . http://www.numdam.org/item/PMIHES_1977__47__33_0/.     
  24. ↑ Mazur, Barry (1978). with appendix by Dorian Goldfeld. «Rational isogenies of prime degree». Inventiones Mathematicae 44 (2): 129–162. doi:10.1007/BF01390348. Bibcode: 1978InMat..44..129M.
    MR 0482230
    .     
  25. ↑ Merel, Loïc (1996). «Bornes pour la torsion des courbes elliptiques sur les corps de nombres» (στα γαλλικά). Inventiones Mathematica 124 (1): 437–449. doi:10.1007/s002220050059. Bibcode: 1996InMat.124..437M.
    MR 1369424
    .     
  26. ↑ Faltings, Gerd (1983). «Endlichkeitssätze für abelsche Varietäten über Zahlkörpern» (στα γερμανικά). Inventiones Mathematica 73 (3): 349–366. doi:10.1007/BF01388432. Bibcode: 1983InMat..73..349F.
    MR 0718935
    .     
  27. ↑ Faltings, Gerd (1984). «Erratum: Endlichkeitssätze für abelsche Varietäten über Zahlkörpern» (στα γερμανικά). Inventiones Mathematica 75 (2): 381. doi:10.1007/BF01388572.
    MR 0732554
    .     
  28. ↑ Harris, Michael· Taylor, Richard (2001). The geometry and cohomology of some simple Shimura varieties. Annals of Mathematics Studies. 151. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-09090-0. MR 1876802. 
  29. ↑ «Fields Medals 2018». International Mathematical Union. Ανακτήθηκε στις 2 Αυγούστου 2018. 
  30. ↑ Scholze, Peter. «Perfectoid spaces: A survey» (PDF). University of Bonn. Ανακτήθηκε στις 4 Νοεμβρίου 2018. 
Ανακτήθηκε από "https://el.wikipedia.org/w/index.php?title=Αριθμητική_γεωμετρία&oldid=10533674"