รูปแบบโมดูลาร์
ในทฤษฎีจำนวนและการวิเคราะห์เชิงซ้อน รูป แบบมอดูลาร์ (Modular Form) คือ ฟังก์ชันชนิดหนึ่งของ ตัวแปร จำนวนเชิงซ้อนที่มีสมมาตรสูงในลักษณะเฉพาะ คล้ายกับฟังก์ชันคาบของตัวแปรจริง รูปแบบมอดูลาร์จะซ้ำหรือแปลงรูปในลักษณะใดลักษณะหนึ่งเมื่ออาร์กิวเมนต์ของมันถูกแปลงด้วยการแปลงแบบเฉพาะ แตกต่างจากฟังก์ชันคาบธรรมดา สมมาตรของมันรวมถึงการแปลง เช่น การแทนที่จำนวนเชิงซ้อนzด้วย−1/ zและกฎการแปลงไม่ใช่สมมาตรที่แน่นอนของฟังก์ชัน แต่คล้ายกับกฎการแปลงของฟังก์ชันกึ่งคาบ (Quasiperiodic Function ) กล่าวคือ ฟังก์ชันจะรับตัวประกอบเพิ่มเติมขึ้นอยู่กับการแปลง รูปแบบมอดูลาร์ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมที่สำคัญระหว่างการวิเคราะห์เชิงซ้อนทฤษฎีจำนวนและเรขาคณิตรูปแบบมอดูลาร์ยังปรากฏในสาขาอื่นๆ เช่นโทโพโลยีเชิงพีชคณิตการจัดเรียงทรงกลมและทฤษฎีสตริง
กล่าวให้แม่นยำยิ่งขึ้น รูปแบบโมดูลาร์คือฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกบนระนาบครึ่งบนเชิงซ้อนที่สอดคล้องกับสมการเชิงฟังก์ชัน โดยประมาณ โดยสัมพันธ์กับการกระทำของกลุ่มโมดูลาร์และเงื่อนไขการเติบโต รูปแบบโมดูลาร์เป็นกรณีพิเศษของรูปแบบออโตมอร์ฟิกซึ่งเป็นฟังก์ชันที่กำหนดบนกลุ่มลีที่แปลงได้อย่างดีโดยสัมพันธ์กับการกระทำของกลุ่มย่อยแบบไม่ต่อเนื่อง บางกลุ่ม โดย เป็นการขยายตัวอย่างของกลุ่มโมดูลาร์.
คำว่ารูปแบบโมดูลาร์ในฐานะคำอธิบายที่เป็นระบบ มักจะถูกยกให้เป็นผลงานของErich Heckeความสำคัญของรูปแบบโมดูลาร์ในหลายสาขาของคณิตศาสตร์ได้รับการนำเสนออย่างขบขันในคำพูดที่อาจเป็นเรื่องเล่าปรัมปราที่อ้างถึงMartin Eichlerซึ่งอธิบายว่ารูปแบบโมดูลาร์เป็นการดำเนินการพื้นฐานลำดับที่ห้าในคณิตศาสตร์ ต่อจากการบวก การลบ การคูณ และการหาร[ 1 ]
คำนิยาม
โดยทั่วไป[ 2 ]เมื่อกำหนดกลุ่มย่อยของดัชนีจำกัด (เรียกว่ากลุ่มเลขคณิต ) รูปแบบมอดูลาร์ของระดับและน้ำหนักเป็นฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกจากระนาบครึ่งบนโดยต้องเป็นไปตามเงื่อนไขสองข้อต่อไปนี้:
- สภาวะการเจริญเติบโต : สำหรับใดๆฟังก์ชันมีขอบเขตสำหรับ.
นอกจากนี้ รูปทรงโมดูลาร์จะเรียกว่ารูปทรงคัสป์หากตรงตามเงื่อนไขการเติบโตต่อไปนี้:
- ภาวะฟันเขี้ยว : สำหรับกรณีใดๆเรามีเช่น.
โปรดทราบว่าเป็นเมทริกซ์
ระบุด้วยฟังก์ชันการที่ฟังก์ชันระบุความสัมพันธ์กับเมทริกซ์ ทำให้การประกอบฟังก์ชันเทียบเท่ากับการคูณเมทริกซ์
รูปแบบโมดูลาร์สำหรับ SL(2, Z)
รูปแบบโมดูลาร์ของน้ำหนักสำหรับกลุ่มโมดูลาร์
เป็นฟังก์ชันบนระนาบครึ่งบนโดยต้องเป็นไปตามเงื่อนไขสามข้อต่อไปนี้:
- เป็นโฮโลมอร์ฟิกบน.
- สำหรับใดๆและเมทริกซ์ใดๆ ในเรามี
- .
- มีขอบเขตจำกัดดังนี้.
หมายเหตุ:
- น้ำหนักโดยทั่วไปจะเป็นจำนวนเต็มบวก
- สำหรับเรื่องแปลกมีเพียงฟังก์ชันศูนย์เท่านั้นที่ตรงตามเงื่อนไขข้อที่สอง
- เงื่อนไขข้อที่สามนั้นกล่าวไว้เช่นกันว่าคือ "โฮโลมอร์ฟิกที่จุดยอด" ซึ่งเป็นศัพท์เฉพาะที่จะอธิบายต่อไปด้านล่าง โดยชัดเจนแล้ว เงื่อนไขนี้หมายความว่ามีอยู่บางอย่างโดยที่, ความหมายถูกจำกัดอยู่เหนือเส้นแนวนอนบางเส้น
- เงื่อนไขที่สองสำหรับ
- อ่าน
- ตามลำดับ เนื่องจากและสร้างกลุ่มเงื่อนไขข้อที่สองข้างต้นเทียบเท่ากับสมการทั้งสองนี้
- เนื่องจากรูปแบบมอดูลาร์เป็นฟังก์ชันคาบที่มีคาบ1และดังนั้นจึงมีอนุกรมฟูริเยร์
การตีความโครงตาข่ายและเส้นโค้งวงรี
รูปแบบมอดูลาร์สามารถนิยามได้อย่างเทียบเท่าว่าเป็นฟังก์ชันFจากเซตของแลตทิซในCไปยังเซตของจำนวนเชิงซ้อนซึ่งตรงตามเงื่อนไขบางประการ:
- ถ้าเราพิจารณาแลตทิซΛ = Z α + Z z ที่ สร้างขึ้นโดยค่าคงที่αและตัวแปรzแล้วF (Λ)จะเป็นฟังก์ชันวิเคราะห์ของz
- ถ้าαเป็นจำนวนเชิงซ้อนที่ไม่เป็นศูนย์ และα Λคือแลตทิซที่ได้จากการคูณแต่ละองค์ประกอบของΛด้วยαแล้วF ( α Λ) = α − k F (Λ)โดยที่kเป็นค่าคงที่ (โดยทั่วไปเป็นจำนวนเต็มบวก) ที่เรียกว่าน้ำหนักของรูปแบบ
- ค่าสัมบูรณ์ของF (Λ) จะยังคงมีค่าจำกัดด้านบน ตราบใดที่ค่าสัมบูรณ์ขององค์ประกอบที่ไม่เป็นศูนย์ที่เล็กที่สุดในΛมีค่าจำกัดห่างจาก 0
แนวคิดหลักในการ พิสูจน์ความเท่าเทียมกันของนิยามทั้งสองคือ ฟังก์ชันF ดังกล่าวถูกกำหนดโดยค่าของมันบนแลตทิซในรูปแบบ Z + Z τโดยที่τ ∈ Hเนื่องจากเงื่อนไขที่สอง
ตัวอย่าง
ซีรีส์ไอเซนสไตน์
ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดจากมุมมองนี้คืออนุกรมไอเซนสไตน์ สำหรับจำนวนเต็มคู่ k > 2แต่ละตัวเรากำหนดG (Λ)ให้เป็นผลรวมของλ − k เหนือเวกเตอร์ λที่ไม่ใช่ศูนย์ทั้งหมดของΛ :
ดังนั้นG จึงเป็นรูปแบบโมดูลาร์ของน้ำหนักkสำหรับΛ = Z + Z τ เรามี
และ
เงื่อนไขk > 2จำเป็นสำหรับการลู่เข้าสำหรับk ที่เป็นเลขคี่ จะมีการหักล้างกันระหว่างλ − kและ(− λ ) − kดังนั้นอนุกรมดังกล่าวจึงเป็นศูนย์โดยสมบูรณ์
II. ฟังก์ชันทีตาของแลตทิซเอกโมดูลาร์คู่
แลตทิซเอกมิติคู่LในR nคือแลตทิซที่สร้างขึ้นจาก เวกเตอร์ nตัวที่ประกอบเป็นคอลัมน์ของเมทริกซ์ที่มีดีเทอร์มิแนนต์เท่ากับ 1 และเป็นไปตามเงื่อนไขที่ว่ากำลังสองของความยาวของแต่ละเวกเตอร์ในLเป็นจำนวนเต็มคู่ เรียกอีกอย่างว่าฟังก์ชันทีตา
ลู่เข้าเมื่อ Im(z) > 0 และเป็นผลสืบเนื่องมาจากสูตรการรวมแบบปัวซงสามารถแสดงได้ว่าเป็นรูปแบบมอดูลาร์ที่มีน้ำหนักn /2การสร้างแลตทิซแบบยูนิมอดูลาร์นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย แต่มีวิธีหนึ่งดังนี้: ให้nเป็นจำนวนเต็มที่หารด้วย 8 ลงตัว และพิจารณาเวกเตอร์ v ทั้งหมดใน Rn โดยที่vมีพิกัดเป็นจำนวนเต็ม ไม่ว่าจะเป็นเลขคู่ทั้งหมดหรือเลขคี่ทั้งหมด และผลรวมของพิกัดของvเป็นจำนวนเต็มคู่ เราเรียกแลตทิซนี้ว่า n = 8นี่คือแลตทิซที่สร้างขึ้นโดยรากในระบบรากที่เรียกว่าE8เนื่องจากมีเพียงรูปแบบมอดูลาร์เดียวที่มีน้ำหนัก 8 จนถึงการคูณด้วยสเกลาร์
แม้ว่าแลตทิซL × L และL จะไม่เหมือนกัน ก็ตาม จอห์น มิลเนอร์ สังเกตว่า ทอรัส 16 มิติที่ได้จากการหารR 16ด้วยแลตทิซทั้งสองนี้ จึงเป็นตัวอย่างของแมนิโฟลด์รีมันน์แบบกะทัดรัด ซึ่งมีสเปกตรัมเหมือน กัน แต่ไม่มีสมมาตร (ดูHearing the shape of a drum )
III. ตัวแยกแยะแบบโมดูลาร์
ฟังก์ชันDedekind etaถูกกำหนดดังนี้
โดยที่qคือกำลังสองของโนมจากนั้นตัวแยกแยะแบบโมดูลาร์ ที่ทำให้เป็นมาตรฐาน
เป็นรูปทรงคัสป์ที่มีน้ำหนัก 12 การมีอยู่ของ 24 เกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าแลตทิซของลีชมี 24 มิติข้อสันนิษฐานที่มีชื่อเสียงของรามานุจันกล่าวว่า เมื่อΔ( z )ถูกขยายเป็นอนุกรมกำลังใน q สัมประสิทธิ์ของqp สำหรับจำนวนเฉพาะp ใด ๆ จะมีค่าสัมบูรณ์≤ 2p 11/2 สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยงานของไอช์เลอร์ชิมูระคูกะอิฮาระและปิแอร์ เดลิญซึ่งเป็นผลมาจากการพิสูจน์ข้อสันนิษฐานของไวล์ โดยเดลิญ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าบ่งชี้ถึงข้อสันนิษฐานของรามานุจัน
ตัวอย่างที่สองและสามให้เบาะแสบางอย่างเกี่ยวกับความเชื่อมโยงระหว่างรูปแบบมอดูลาร์กับคำถามคลาสสิกในทฤษฎีจำนวน เช่น การแทนจำนวนเต็มด้วยรูปแบบกำลังสองและฟังก์ชันการแบ่งส่วน ความเชื่อมโยงเชิงแนวคิดที่สำคัญระหว่างรูปแบบมอดูลาร์กับทฤษฎีจำนวนนั้นมาจากทฤษฎีตัวดำเนินการของเฮคเคซึ่งยังให้ความเชื่อมโยงระหว่างทฤษฎีรูปแบบมอดูลาร์กับทฤษฎีการแทนอีก ด้วย
ฟังก์ชันแบบโมดูลาร์
ฟังก์ชันมอดูลาร์คือฟังก์ชันที่ไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเทียบกับกลุ่มมอดูลาร์ แต่ไม่มีเงื่อนไขว่าต้องเป็นฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกในระนาบครึ่งบน (และข้อกำหนดอื่นๆ) กล่าวคือ ฟังก์ชันมอดูลาร์สำหรับกลุ่มย่อยที่มีดัชนีจำกัดของกลุ่มโมดูลาร์คือฟังก์ชันเมโรเมอร์ฟิกบนระนาบครึ่งบนซึ่งไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การกระทำของและเป็นเมโรเมอร์ฟิกที่จุดยอดแหลม กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ เป็นฟังก์ชันเมโรเมอร์ฟิกบนเส้นโค้งโมดูลาร์แบบกระชับที่เกี่ยวข้องกับ.
สำหรับกลุ่มมอดูลาร์แบบสมบูรณ์ ฟังก์ชันมอดูลาร์จะไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การแปลงของกลุ่มมอดูลาร์ และมีการขยายแบบเมโรเมอร์ฟิกที่จุดยอดแหลมในแง่ของซึ่งหมายความว่า การขยาย q ของมัน มีพจน์กำลังลบเพียงจำนวนจำกัดเท่านั้น
เมื่อน้ำหนักkเป็นศูนย์ สามารถแสดงได้โดยใช้ทฤษฎีบทของ Liouvilleว่ารูปแบบมอดูลาร์เพียงอย่างเดียวคือฟังก์ชันคงที่ อย่างไรก็ตาม การผ่อนปรนข้อกำหนดที่ว่าfต้องเป็นฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกนำไปสู่แนวคิดของฟังก์ชันมอดูลาร์ฟังก์ชันf : H → Cเรียกว่ามอดูลาร์ถ้ามันมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:
- fเป็นเมโรเมอร์ฟิกในระนาบครึ่งบน เปิด H
- สำหรับเมทริกซ์จำนวนเต็มทุกเมทริกซ์ในกลุ่มโมดูลาร์Γ ,.
- เงื่อนไขที่สองบ่งชี้ว่าfเป็นฟังก์ชันคาบ และดังนั้นจึงมีอนุกรมฟูริเยร์เงื่อนไขที่สามคืออนุกรมนี้อยู่ในรูปแบบ
มักเขียนในแง่ของ(จัตุรัสของเขตปกครอง ) ดังนี้:
สิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่าการขยายqของfสัมประสิทธิ์เรียกว่าสัมประสิทธิ์ฟูริเยร์ของfและจำนวนmเรียกว่าอันดับของขั้วของfที่i ∞เงื่อนไขนี้เรียกว่า "เมโรเมอร์ฟิกที่จุดยอดแหลม" หมายความว่ามีเพียงสัมประสิทธิ์ลบn จำนวนจำกัดเท่านั้น ที่ไม่เป็นศูนย์ ดังนั้น การขยาย qจึงมีขอบเขตล่าง รับประกันว่ามันเป็นเมโรเมอร์ฟิกที่q = 0 [หมายเหตุ 2 ]
สำหรับกลุ่มย่อยที่มีดัชนีจำกัด แนวคิดเดียวกันนี้แสดงออกมาโดยการกำหนดให้ต้องมีเมโรมอร์ฟิกที่จุดยอดแต่ละจุดของกลุ่มย่อย เงื่อนไขนี้ทำให้สามารถพิจารณาฟังก์ชันเป็นเมโรมอร์ฟิกบนเส้นโค้งโมดูลาร์แบบกระชับที่สอดคล้องกันได้[ 3 ]
อีกวิธีหนึ่งในการอธิบายความหมายของฟังก์ชันมอดูลาร์คือการใช้เส้นโค้งวงรี : แลตทิซ Λ ทุกตัว กำหนดเส้นโค้งวงรีC /ΛบนC ; แลตทิซสองตัวกำหนด เส้นโค้งวงรี ที่สม isomorphic กันได้ ก็ต่อเมื่อเส้นโค้งหนึ่งได้มาจากอีกเส้นโค้งหนึ่งโดยการคูณด้วยจำนวนเชิงซ้อน αที่ไม่ใช่ศูนย์ดังนั้น ฟังก์ชันมอดูลาร์จึงสามารถมองได้ว่าเป็นฟังก์ชันเมโรเมอร์ฟิกบนเซตของชั้น isomorphism ของเส้นโค้งวงรี ตัวอย่างเช่นj-invariant j ( z )ของเส้นโค้งวงรี ซึ่งถือว่าเป็นฟังก์ชันบนเซตของเส้นโค้งวงรีทั้งหมด เป็นฟังก์ชันมอดูลาร์ ในเชิงแนวคิดแล้วฟังก์ชัน มอดูลาร์สามารถคิดได้ว่าเป็นฟังก์ชันบนปริภูมิ โมดูลัส ของ ชั้น isomorphism ของเส้นโค้งวงรีเชิงซ้อน
สำหรับกลุ่มมอดูลาร์ทั้งหมด รูปแบบมอดูลาร์f ที่ เป็นศูนย์ที่q = 0 (หรือเทียบเท่ากับa = 0หรือเขียนอีกแบบได้ว่าz = i ∞ ) เรียกว่ารูปแบบคัสป์ ( Spitzenformในภาษาเยอรมัน ) สำหรับกลุ่มย่อยที่มีดัชนีจำกัดของกลุ่มมอดูลาร์ รูปแบบคัสป์คือรูปแบบมอดูลาร์ที่เป็นศูนย์ที่ทุกจุดคัสป์ของกลุ่มย่อยนั้น
หน่วยโมดูลาร์คือฟังก์ชันโมดูลาร์ที่มีขั้วและศูนย์จำกัดอยู่ที่จุดยอด[ 4 ]
แบบฟอร์มโมดูลาร์สำหรับกลุ่มทั่วไป
สมการเชิงฟังก์ชัน กล่าวคือ พฤติกรรมของfเทียบกับสามารถผ่อนปรนได้โดยกำหนดให้ใช้เฉพาะกับเมทริกซ์ในกลุ่มขนาดเล็กเท่านั้น
รูปแบบโมดูลาร์สำหรับGที่มีน้ำหนักkคือฟังก์ชันบนHที่สอดคล้องกับสมการเชิงฟังก์ชันข้างต้นสำหรับเมทริกซ์ทั้งหมดในGซึ่งเป็นฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกบนHและที่จุดยอดแหลมทั้งหมดของGนอกจากนี้ รูปแบบโมดูลาร์ที่หายไปที่จุดยอดแหลมทั้งหมดเรียกว่ารูปแบบจุดยอดแหลมสำหรับG ปริภูมิเวกเตอร์ Cของรูปแบบโมดูลาร์และรูปแบบจุดยอดแหลมที่มีน้ำหนักkจะถูกแทนด้วยM ( G )และS ( G )ตามลำดับ ในทำนองเดียวกัน ฟังก์ชันเมโรเมอร์ฟิกบนG \ H ∗เรียกว่าฟังก์ชันโมดูลาร์สำหรับGในกรณีที่G = Γ ( N ) พวกมันจะถูกเรียกว่ารูปแบบโมดูลาร์/จุดยอดแหลมและฟังก์ชันระดับN ด้วย สำหรับG = Γ(1) = SL(2, Z )สิ่งนี้จะให้คำจำกัดความที่กล่าวถึงข้างต้นกลับคืนมา
การตีความทางเรขาคณิต
พื้นผิวรีมันน์
ให้Gเป็นกลุ่มย่อยของSL(2, Z )ที่มีดัชนี จำกัด กลุ่มG ดังกล่าว จะกระทำต่อHในลักษณะเดียวกับSL(2, Z )ปริภูมิเชิงทอพอโลยีผลหารG \ Hสามารถแสดงได้ว่าเป็นปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟโดยทั่วไปแล้วมันจะไม่กะทัดรัด แต่สามารถทำให้กะทัดรัดได้โดยการเพิ่มจุดจำนวนจำกัดที่เรียกว่าจุดยอดแหลม จุด เหล่านี้อยู่ที่ขอบของHกล่าวคือในQ ∪{∞} [หมายเหตุ 3 ]ซึ่งมีองค์ประกอบพาราโบลิกของG (เมทริกซ์ที่มีร่องรอย ±2) ที่ตรึงจุดนั้นไว้ สิ่งนี้ทำให้ได้ปริภูมิเชิงทอพอโลยีที่กะทัดรัดG \ H ∗ยิ่งไปกว่านั้น มันยังสามารถมีโครงสร้างของพื้นผิวรีมันน์ซึ่งทำให้สามารถพูดถึงฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกและเมโรเมอร์ฟิกได้
ตัวอย่างที่สำคัญคือ สำหรับจำนวนเต็มบวกN ใดๆ กลุ่มย่อยความสอดคล้องกลุ่มใดกลุ่มหนึ่ง
สำหรับG = Γ ( N ) หรือΓ( N )พื้นที่G \ HและG \ H ∗จะถูกแทนด้วยY ( N ) และX ( N ) และY ( N ), X ( N ) ตามลำดับ
เรขาคณิตของG \ H ∗สามารถเข้าใจได้โดยการศึกษาโดเมนพื้นฐานสำหรับGกล่าวคือ เซตย่อยD ⊂ Hโดยที่Dตัดกับวงโคจรแต่ละวงของ การกระทำ GบนHเพียงครั้งเดียว และการปิดของDพบกับวงโคจรทั้งหมด ตัวอย่างเช่นสามารถคำนวณจีนัสของG \ H ∗ ได้ [ 5 ]
ทฤษฎีพื้นผิวรีมันน์สามารถนำไปใช้กับG \ H ∗เพื่อให้ได้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับรูปแบบและฟังก์ชันโมดูลาร์ ตัวอย่างเช่น พื้นที่M ( G )และS ( G )มีมิติจำกัด และสามารถคำนวณมิติของพื้นที่เหล่านี้ได้ด้วยทฤษฎีบทรีมันน์-รอชในแง่ของเรขาคณิตของ การกระทำ GบนH [ 6 ] ตัวอย่างเช่น
ที่ไหนหมายถึงฟังก์ชันพื้นและเท่ากัน
ฟังก์ชันโมดูลาร์ประกอบเป็นฟิลด์ของฟังก์ชันของพื้นผิวรีมันน์ และด้วยเหตุนี้จึงสร้างฟิลด์ที่มีระดับการเคลื่อนย้ายหนึ่ง (เหนือC ) หากฟังก์ชันโมดูลาร์fไม่ใช่ 0 โดยสมบูรณ์ ก็สามารถแสดงได้ว่าจำนวนศูนย์ของfเท่ากับจำนวนขั้วของfในการปิดของบริเวณพื้นฐานR สำหรับกลุ่มย่อยความสอดคล้องΓ ( N )ฟิลด์ของฟังก์ชันโมดูลาร์บนX 0 N )ถูกสร้างขึ้นโดยฟังก์ชันj ( z )และj ( Nz ) [ 7 ]
มัดสาย
รูปแบบโมดูลาร์ยังสามารถตีความในเชิงเรขาคณิตได้ว่าเป็นส่วนตัดของมัดเส้นบนเส้นโค้งโมดูลาร์หรือบนสแต็กโมดูลัสของเส้นโค้งวงรีในการตีความนี้ มัดเส้นที่เกี่ยวข้องคือมัดฮอดจ์ซึ่งมักใช้สัญลักษณ์ωและรูปแบบโมดูลาร์ที่มีน้ำหนักkคือส่วนตัดของω ⊗ kที่มีเงื่อนไขโฮโลมอร์ฟีที่เหมาะสม ณ จุดยอดแหลม
โดยไอโซมอร์ฟิซึมของ Kodaira–Spencerกำลังสองของบันเดิล Hodge จะถูกระบุว่าเป็นบันเดิลแคนอนิกเชิงลอการิทึมของเส้นโค้งมอดูลาร์ กล่าวคือ บัน เดิลแคนอนิกที่ บิดด้วยตัวหารแบบ คัส พิดั ล ใน เชิงสัญลักษณ์ บนเส้นโค้งมอดูลาร์แบบกระชับXที่มีตัวหารแบบคัสพิดัลDความสัมพันธ์นี้เขียนได้ดังนี้
แนวคิดก็คือ สำหรับฟอร์มมอดูลาร์fที่มีน้ำหนักสอง ฟอร์มหนึ่งf(z)dzจะไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การกระทำของกลุ่มมอดูลาร์ ที่จุดคัสป์จะให้ค่าอนุพันธ์ลอการิทึม ในขณะที่ฟอร์มคัสป์จะให้ค่าอนุพันธ์โฮโลมอร์ฟิก
มิติของพื้นที่ของรูปแบบโมดูลาร์สามารถคำนวณได้โดยใช้ทฤษฎีบทRiemann–Roch [ 8 ]
การตีความนี้คล้ายคลึงกับบทบาทของพหุนามเอกพันธุ์บนปริภูมิเชิงโปรเจกทีฟพหุนามดังกล่าวไม่ใช่ฟังก์ชันธรรมดาบนปริภูมิเชิงโปรเจกทีฟ เพราะมันเปลี่ยนแปลงไปตามตัวประกอบสเกลาร์เมื่อเวกเตอร์พื้นฐานถูกปรับขนาด ในทางเรขาคณิต มันถูกตีความว่าเป็นส่วนของมัดเส้นตรง รูปแบบมอดูลาร์มีพฤติกรรมคล้ายกัน ยกเว้นในกรณีที่น้ำหนักเป็นศูนย์ กฎการแปลงของมันป้องกันไม่ให้มันเป็นฟังก์ชันธรรมดาบนเส้นโค้งมอดูลาร์ แต่ทำให้สามารถตีความได้ว่าเป็นส่วนของกำลังของมัดฮอดจ์
วงแหวนของรูปทรงโมดูลาร์
สำหรับกลุ่มย่อยΓของSL(2, Z )วงแหวนของฟอร์มมอดูลาร์คือวงแหวนแบบแบ่งระดับที่สร้างขึ้นโดยฟอร์มมอดูลาร์ของΓกล่าวอีกนัยหนึ่ง ถ้าM (Γ)คือปริภูมิเวกเตอร์ของฟอร์มมอดูลาร์ที่มีน้ำหนักkแล้ววงแหวนของฟอร์มมอดูลาร์ของΓคือวงแหวนแบบแบ่งระดับ.
วงแหวนของรูปแบบมอดูลาร์ของกลุ่มย่อยคอนกรุเอนซ์ของSL(2, Z )ถูกสร้างขึ้นอย่างจำกัดเนื่องจากผลลัพธ์ของPierre DeligneและMichael Rapoportวงแหวนของรูปแบบมอดูลาร์ดังกล่าวถูกสร้างขึ้นด้วยน้ำหนักไม่เกิน 6 และความสัมพันธ์ถูกสร้างขึ้นด้วยน้ำหนักไม่เกิน 12 เมื่อกลุ่มย่อยคอนกรุเอนซ์มีรูปแบบมอดูลาร์ที่มีน้ำหนักคี่ไม่เป็นศูนย์ และขอบเขตที่สอดคล้องกันคือ 5 และ 10 เมื่อไม่มีรูปแบบมอดูลาร์ที่มีน้ำหนักคี่ไม่เป็นศูนย์
โดยทั่วไปแล้ว จะมีสูตรสำหรับกำหนดขอบเขตของน้ำหนักของตัวสร้างของวงแหวนของรูปแบบมอดูลาร์และความสัมพันธ์ของมันสำหรับกลุ่มฟุค เซียนใด ๆ
ประเภท
รูปแบบใหม่
รูปแบบใหม่เป็นพื้นที่ย่อยของรูปแบบโมดูลาร์[ 9 ]ของระดับคงที่ซึ่งไม่สามารถสร้างจากรูปแบบโมดูลาร์ของชั้นล่างได้การแบ่งรูปแบบอื่นๆ เรียกว่ารูปแบบเก่ารูปแบบเก่าเหล่านี้สามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้ข้อสังเกตต่อไปนี้: ถ้าแล้วโดยการรวมรูปแบบโมดูลาร์แบบย้อนกลับ.
รูปทรงปลายแหลม
รูปแบบคัสป์ ( cusp form)คือรูปแบบมอดูลาร์ (modular form) ที่มีค่าเป็นศูนย์ที่จุดคัสป์ทั้งหมด สำหรับกลุ่มมอดูลาร์เต็ม (full modular group) ซึ่งมีจุดคัสป์เพียงจุดเดียว นี่เทียบเท่ากับการกล่าวว่าค่าสัมประสิทธิ์คงที่ในอนุกรมฟูริเยร์ของกลุ่มนั้นเป็นศูนย์
การสรุปโดยทั่วไป
นอกจากความหมายแบบดั้งเดิมแล้ว คำว่า "ฟังก์ชันโมดูลาร์" ยังมีการใช้งานอื่นๆ อีกหลายอย่าง เช่น ในทฤษฎีการวัดแบบฮาร์ ฟังก์ชันโมดูลาร์คือฟังก์ชันΔ( g )ที่กำหนดโดยการกระทำของการผันแปร
รูปแบบมาสส์เป็นฟังก์ชันไอเกนเชิงวิเคราะห์จริง ของตัวดำเนินการลาปลาเซียนแต่ไม่จำเป็นต้องเป็นฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิก ส่วนโฮโลมอร์ฟิกของรูปแบบคลื่นมาสส์แบบอ่อนบางรูปแบบนั้นโดยพื้นฐานแล้วคือฟังก์ชันม็อกทีตา ของรามานุจัน กลุ่มที่ไม่ใช่กลุ่มย่อยของSL(2, Z )สามารถนำมาพิจารณาได้
รูปแบบมอดูลาร์ของฮิลเบิร์ตคือฟังก์ชันใน ตัวแปร nตัว โดยแต่ละตัวเป็นจำนวนเชิงซ้อนในระนาบครึ่งบน ซึ่งสอดคล้องกับความสัมพันธ์มอดูลาร์สำหรับเมทริกซ์ 2 × 2 ที่มีสมาชิกอยู่ในฟิลด์จำนวนจริงทั้งหมด
รูปแบบมอดูลาร์ของซีเกลมีความสัมพันธ์กับกลุ่มซิมเพล็กติก ขนาดใหญ่ ในลักษณะเดียวกับที่รูปแบบมอดูลาร์แบบคลาสสิกมีความสัมพันธ์กับSL(2, R )กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ มีความสัมพันธ์กับวาไรตี้อาเบเลียนในความหมายเดียวกับที่รูปแบบมอดูลาร์แบบคลาสสิก (ซึ่งบางครั้งเรียกว่ารูปแบบมอดูลาร์เชิงวงรีเพื่อเน้นย้ำประเด็นนี้) มีความสัมพันธ์กับเส้นโค้งเชิงวงรี
รูปแบบจาโคบีเป็นการผสมผสานระหว่างรูปแบบมอดูลาร์และฟังก์ชันเชิงวงรี ตัวอย่างของฟังก์ชันดังกล่าวเป็นแบบคลาสสิกมาก เช่น ฟังก์ชันทีตาของจาโคบีและสัมประสิทธิ์ฟูริเยร์ของรูปแบบมอดูลาร์ของซีเกลที่มีจีนัสสอง แต่การสังเกตว่ารูปแบบจาโคบีมีทฤษฎีทางเลขคณิตที่คล้ายคลึงกับทฤษฎีรูปแบบมอดูลาร์ทั่วไปนั้นเป็นเรื่องที่ค่อนข้างใหม่
รูปแบบอัตโนมัติขยายแนวคิดของรูปแบบโมดูลาร์ไปสู่กลุ่มลี ทั่วไป
อินทิก รัลมอดูลาร์ที่มีน้ำหนักkคือฟังก์ชันเมโรเมอร์ฟิกบนระนาบครึ่งบนที่มีการเติบโตปานกลางที่อนันต์ ซึ่งไม่สามารถเป็นมอดูลาร์ที่มีน้ำหนักkโดยฟังก์ชันตรรกยะได้
ปัจจัยออโตมอร์ฟิกเป็นฟังก์ชันในรูปแบบซึ่งใช้ในการสรุปความสัมพันธ์ของโมดูลาร์ที่กำหนดรูปแบบโมดูลาร์ เพื่อให้
ฟังก์ชันเรียกว่าเนเบนไทปัสของรูปแบบมอดูลาร์ ฟังก์ชันต่างๆ เช่นฟังก์ชันอีตาของเดเดคินด์ซึ่งเป็นรูปแบบมอดูลาร์ที่มีน้ำหนัก 1/2 อาจถูกครอบคลุมโดยทฤษฎีนี้ได้โดยการอนุญาตให้มีตัวประกอบอัตโนมัติ
ประวัติศาสตร์
ทฤษฎีรูปแบบโมดูลาร์ได้รับการพัฒนาขึ้นในสี่ช่วงเวลา:
- ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีฟังก์ชันเชิงวงรีในช่วงต้นศตวรรษที่สิบเก้า
- โดยเฟลิกซ์ ไคลน์และคนอื่นๆ ในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้า เมื่อแนวคิดเรื่องรูปแบบอัตโนมัติเริ่มเป็นที่เข้าใจ (สำหรับตัวแปรหนึ่งตัว)
- โดยเอริช เฮคเค่ประมาณปี 1925
- ในช่วงทศวรรษ 1960 ความต้องการของทฤษฎีจำนวนและการกำหนดทฤษฎีบทมอดูลาร์โดยเฉพาะ ทำให้เห็นได้อย่างชัดเจนว่ารูปแบบมอดูลาร์มีความเกี่ยวข้องอย่างลึกซึ้ง
ยูทากะ ทานิยามะและโกโร ชิมูระค้นพบความสัมพันธ์แบบหนึ่งต่อหนึ่งระหว่างรูปแบบมอดูลาร์บางรูปแบบกับเส้นโค้งวงรีโรเบิร์ต แลงแลนด์สได้ต่อยอดแนวคิดนี้ในการสร้างโครงการแลงแลนด์ส อันกว้างขวางของเขา ซึ่งกลายเป็นหนึ่งในโครงการวิจัยที่มีผลกระทบและมีอิทธิพลมากที่สุดในคณิตศาสตร์
ในปี 1994 แอนดรูว์ ไวลส์ใช้รูปแบบมอดูลาร์เพื่อพิสูจน์ทฤษฎีบทสุดท้ายของแฟร์มาต์ในปี 2001 เส้นโค้งวงรีทั้งหมดได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นมอดูลาร์เหนือจำนวนตรรกยะ ในปี 2013 เส้นโค้งวงรีได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นมอดูลาร์เหนือฟิลด์กำลัง สองจริง ในปี 2023 เส้นโค้งวงรีได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นมอดูลาร์เหนือฟิลด์กำลังสองจินตนาการประมาณครึ่งหนึ่ง รวมถึงฟิลด์ที่เกิดจากการรวมจำนวนตรรกยะกับรากที่สองของจำนวนเต็มลงไปจนถึง −5 [ 10 ]
ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
- ↑ผู้เขียนบางท่านใช้ข้อกำหนดที่แตกต่างกัน โดยอนุญาตให้มีค่าคงที่เพิ่มเติมขึ้นอยู่กับเท่านั้นดูตัวอย่างเช่น"DLMF: §23.15 คำจำกัดความ ‣ ฟังก์ชันมอดูลาร์ ‣ บทที่ 23 ฟังก์ชันวงรีและมอดูลาร์ของไวเออร์สตรัส " dlmf.nist.gov สืบค้นเมื่อ2023-07-07
- ↑ฟังก์ชันเมโรเมอร์ฟิกจะมีพจน์เลขชี้กำลังลบในอนุกรมลอเรนต์หรือ การขยาย qได้ เพียงจำนวนจำกัดเท่านั้น และจะมี ขั้วได้มากที่สุดเพียงที่ q = 0 เท่านั้น ไม่ใช่ภาวะเอกฐานที่สำคัญเหมือนกับ exp(1/ q )
- ↑นี่คือเมทริกซ์ส่งค่า ∞ ไปยังa / c
การอ้างอิง
- ↑ Cepelewicz, Jordana (2023-09-21). "ดูสิ ฟอร์มโมดูลาร์ 'การดำเนินการพื้นฐานที่ห้า' ของคณิตศาสตร์"นิตยสารQuanta สืบค้นเมื่อ2025-02-25
- ↑ Lan, Kai-Wen. "Cohomology of Automorphic Bundles" (PDF) . เก็บถาวร(PDF)จากต้นฉบับเมื่อวันที่ 1 สิงหาคม 2020
- ↑ Chandrasekharan, K. (1985). ฟังก์ชันเชิงวงรี . Springer-Verlag. หน้า15. ISBN 3-540-15295-4.
- ↑ คูเบิร์ต, แดเนียล เอส. ; Lang, Serge (1981), หน่วยโมดูลาร์ , Grundlehren der Mathematischen Wissenschaften [หลักการพื้นฐานของวิทยาศาสตร์คณิตศาสตร์] เล่ม 1 244, เบอร์ลิน, นิวยอร์ก: Springer-Verlag , p. 24, ไอเอสบีเอ็น 978-0-387-90517-4, MR 0648603 , Zbl 0492.12002
- ↑ Gunning, Robert C. (1962), Lectures on modular forms , Annals of Mathematics Studies , vol. 48, Princeton University Press หน้า 13
- ↑ Shimura, Goro (1971), บทนำสู่ทฤษฎีเลขคณิตของฟังก์ชันอัตโนมัติ , สิ่งพิมพ์ของสมาคมคณิตศาสตร์แห่งญี่ปุ่น, เล่มที่11, โตเกียว: Iwanami Shoten ทฤษฎีบท 2.33, ข้อเสนอ 2.26
- ↑ Milne, James (2010), ฟังก์ชันโมดูลาร์และรูปแบบโมดูลาร์ (PDF) , หน้า88 ทฤษฎีบท 6.1
- ↑ Milne, James (2017). "ฟังก์ชันโมดูลาร์และรูปแบบโมดูลาร์"หน้า51.
- ↑โมคานู, แอนเดรีย. “ทฤษฎีแอตคิน-เลห์เนอร์”-แบบฟอร์มโมดูลาร์" (PDF)เก็บถาวร(PDF)จากต้นฉบับเมื่อวันที่ 31 กรกฎาคม 2563
- ↑ Van Wyk, Gerhard (กรกฎาคม 2023). "เส้นโค้งวงรีเผยความลับในระบบตัวเลขใหม่" . Quanta .