J-інваріант

З Вікіпедії, вільної енциклопедії

J-інваріант

j-інваріант Кляйна або j-функція Кляйна — функція комплексної змінної τ, що є модулярною функцією для групи SL(2, Z) визначеною на верхній комплексній півплощині. Вона є єдиною такою голоморфною на півплощині функцією, що має простий полюс в каспі на безмежності й значення

Thumb
j-інваріант

Раціональні функції від j теж є модулярними функціями й всі модулярні функції можуть бути записані в такий спосіб. Історично j-інваріант вивчався як параметризація еліптичних кривих над полем C, але також він має несподіваний зв'язок з симетріями групи Монстр.

Означення

Узагальнити
Перспектива

Мотивацією для означення j-інваріанта є вивчення класів ізоморфності еліптичних кривих. Кожна еліптична крива E над полем C є комплексним тором і тому її можна ідентифікувати з ґраткою порядку 2, тобто двовимірною ґраткою в C. Як виявляється множення ґратки на комплексне число, що відповідає повороту і розтягуванню ґратки, не змінює клас ізоморфності еліптичних кривих і тому можна розглядати лише ґратки породжені 1 і деяким τ в H (де Hверхня комплексна півплощина). Навпаки, якщо визначити

то ця ґратка визначає еліптичну криву над C задану рівнянням y2 = 4x3g2x - g3.

j-інваріант за означенням рівний

де модулярний дискримінант Δ рівний

Δ є модулярною формою ваги, g2модулярною формою ваги 4, тож її 3-й степінь теж є модулярною формою ваги 12. Тому їх частка, а відповідно і функція j, є модулярною функцією інваріантною щодо дії групи SL(2, Z). j є бієкцією між класами ізоморфності еліптичних кривих над C і комплексними числами.

Фундаментальний регіон

Узагальнити
Перспектива
Thumb
Фундаментальний регіон модулярної групи на верхній півплощині.

Перетворення ττ + 1 і τ → -τ−1 разом породжують групу, що називається модулярною групою. Вибравши необхідне перетворення з цієї групи,

для будь-якого τ можна знайти значення змінної з тим самим значенням функції j, що лежить в фундаментальному регіоні для j, тобто підмножини комплексних чисел, що задовольняють умови:

Функція j(τ) на цьому регіоні приймає кожне значення з C точно один раз. Тобто для кожного c в C, є єдине число τ в фундаментальному регіоні для якого c = j(τ).

Як поверхня Рімана, фундаментальний регіон має рід 0, і всі множина модулярних функцій рівна множині раціональних функцій від j(τ) тобто C(j).

Ряди Фур'є

Узагальнити
Перспектива

Багато важливих властивостей j пов'язані з q-розкладом (рядом Фур'є), тобто розкладом в ряд Лорана щодо змінної q = exp(2πiτ), що починається як:

Зокрема звідси видно, що оскільки j має простий полюс в каспі, то q-розклад не має членів степенів нижчих, ніж q−1.

Асимптотично коефіцієнти біля qn рівні

,

що випливає з використання методу Харді — Літлвуда.[1][2]

Альтернативні означення

Узагальнити
Перспектива

Справедливою є формула

де x = λ(1−λ) і λ є модулярною ламбда-функцією

часткою тета-функцій Якобі , і квадратом еліптичного модуля .[3] Значення j не змінюється коли λ замінити на якісь значення з множини:[4]

Означення за допомогою ета-функцій

Узагальнити
Перспектива

Нехай і тета-функція Якобі визначена як

і подібно інші тета-функції Якобі. Нехай:

Тоді і можна записати

де η(τ) — ета функція Дедекінда. Тоді j(τ) можна записати у формі зручній для обчислень через швидку збіжність:

Алгебраїчне означення[5]

Узагальнити
Перспектива

Вище j означалася як функція комплексної змінної. Проте як інваріант класів ізоморфності еліптичних кривих, її можна визначити алгебраїчно. Нехай

є еліптичною кривою над довільним полем. Позначимо

і

позначення для дискримінпіпіанта

Якщо поле над яким визначена крива має характеристику не рівну 2 чи 3,означення можна переписати як

Окремі значення

Узагальнити
Перспектива

Нижче наведені значення в окремих точках функції

Кілька спеціальних значень були розраховані у 2014 році:[6]

для значень нижче використані позначення,

Ще чотири спеціальні значення наведені у вигляді двох комплексно-сполучених пар:[7]

Див. також

Примітки

Література

Wikiwand - on

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.