Кіріспе
Алгебралық геометрияның сандар теориясы мәселелеріне қатысты саласы. Математикада арифметикалық геометрия – алгебралық геометрия әдістерін сандар теориясы мәселелерін шешу үшін қолдану болып табылады. Арифметикалық геометрияның негізгі пәні – Диофантиан геометриясы, алгебралық сорттардың рационалдық нүктелерін зерттеу. Көбірек абстрактілі тұрғыдан алғанда, арифметикалық геометрияны бүтін сандар сақинасы спектріндегі шекті типтегі схемаларды зерттеу деп анықтауға болады.
In mathematics, arithmetic geometry is roughly the application of techniques from algebraic geometry to problems in number theory. Arithmetic geometry is centered around Diophantine geometry, the study of rational points of algebraic varieties. In more abstract terms, arithmetic geometry can be defined as the study of schemes of finite type over the spectrum of the ring of integers.
Шолу
Арифметикалық геометриядағы қызығушылықтың классикалық объектілері – рационалды нүктелер: сандық өрістерде, шекті өрістерде, p-адық өрістерде немесе функциялық өрістерде полиномдық теңдеулер жүйесінің шешімдері жиынтығы, яғни алгебралық жабылмаған өрістер (нақты сандарды қоспағанда). Рационалды нүктелер олардың арифметикалық күрделілігін өлшейтін биіктік функциялары арқылы тікелей сипатталады. Алгебралық жабылмаған өрістерде анықталған алгебралық сорттардың құрылымы алгебралық геометрияның қазіргі заманғы абстрактілік дамуымен туындаған маңызды зерттеу саласы болып табылады. Шекті өрістерде этальдік когомология алгебралық сорттармен байланысты топологиялық инварианттарды ұсынады.
19 ғасыр: ерте арифметикалық геометрия
19 ғасырдың басында Карл Фридрих Гаусс рационалды коэффициенттері бар гомогенді полиномиялық теңдеулерге нөлдік емес бүтін сандық шешімдердің болуы, нөлдік емес рационалды шешімдердің болуымен байланысты екенін байқады. 1850 жылдары Леопольд Кронекер Кронекер-Вебер теоремасын қалыптастырды, бөлгіштер теориясын енгізді және сандар теориясы мен алгебра арасында көптеген басқа да байланыстар жасады. Одан кейін ол өзінің "liebster Jugendtraum" ("жастық шақтың ең сүйікті арманы") деп аталатын болжамын ұсынды, бұл кейін Хилберт тарапынан өзгертілген түрінде, оның он екінші мәселесі ретінде қойылды. Бұл мәселе сандар теориясын бүтін сандардағы полиномдық сақиналардың бөлінділері болатын сақиналармен ғана жұмыс істеуге бағытталған мақсатты белгілейді.
20 ғасырдың басында-ортасында: алгебралық даму және Вейльдік болжамдар
1920-ші жылдардың аяғында Андре Вейль алгебралық геометрия мен сандар теориясы арасындағы терең байланыстарды докторлық диссертациясы арқылы көрсетті, осының нәтижесінде Морделл-Вейль теоремасы туды. Бұл теорема абельдік сорттың рационалдық нүктелерінің жиынтығы шекті түрде туындаған абельдік топ екенін көрсетеді. Алгебралық геометрияның қазіргі заманғы негіздері 1930-1940 жылдары Оскар Зариски және басқалардың жұмыстары негізінде, заманауи коммутативтік алгебраға, оның ішінде бағалау теориясы мен идеалдар теориясына сүйене отырып дамыды. 1949 жылы Андре Вейль шекті өрістердегі алгебралық сорттардың жергілікті зетта-функциялары туралы маңызды Вейльдік болжамдарды қойды. Бұл болжамдар алгебралық геометрия мен сандар теориясы арасындағы жаңа бағытты ұсынды, бұл Александр Гротендикті 1950-1960 жылдары қаптар теориясын (Жан-Пьер Серрмен бірге) және кейіннен схемалар теориясын қолдана отырып, негіздерді қайта құруға жетеледі. Бернард Дворк 1960 жылы төрт Вейльдік болжамның біреуін – жергілікті зетта-функцияның рационалдылығын дәлелдеді. Гротендик 1965 жылы Вейльдің екі болжамын (Майкл Артин мен Жан-Луи Вердьемен бірге) дәлелдеу үшін этальдік когомология теориясын жасады. Вейльдік болжамдардың соңғысы (Риман гипотезасының аналогы) 1974 жылы Пьер Делинье тарапынан толыққанды дәлелденді.
20-ғасырдың ортасы мен аяғы: модульдік, p-адикалық әдістердің дамуы және одан әрі
1956 және 1957 жылдар аралығында Ютака Танияма мен Горо Шимура Танияма-Шимура жорамалын (қазір модульділік теоремасы деп аталады) ұсынды, ол эллиптік қисықтарды модульдік формалармен байланыстырды. Осы байланыс 1995 жылы Эндрю Уайлс дамытқан модульділікті көтерудің алгебралық геометрия әдістері арқылы сандар теориясындағы Ферманың соңғы теоремасының алғашқы дәлеліне әкелді. 1960 жылдары Горо Шимура модульдік қисықтардың обобщениесі ретінде Шимура сорттарын енгізді. 1979 жылдан бері Шимура сорттары Лэнглендс бағдарламасында болжамдарды тексеру үшін мысалдардың табиғи саласы ретінде маңызды рөл атқарып келеді. 1977 және 1978 жылдары Барри Мазур эллиптік қисықтардың рационал сандардағы мүмкін торсиялық кіші топтарының толық тізімін беріп, торсиялық болжамды дәлелдеді. Мазурдың осы теореманың алғашқы дәлелі белгілі бір модульдік қисықтардағы рационал нүктелерді толық талдауға негізделді. 1996 жылы Лоик Мерел торсиялық болжамның дәлелін барлық сандық өрістерге кеңейтті. 1983 жылы Герд Фальтингс Морделл болжамын дәлелдеп, 1-ден үлкен туындысы бар қисық тек шекті рационал нүктелерге ие екенін көрсетті (ал Морделл-Вейль теоремасы рационал нүктелер жиынының шекті генерациясын ғана көрсетеді, шектілігін емес). 2001 жылы GLn үшін жергілікті Лэнглендс болжамдарының дәлелі белгілі бір Шимура сорттарының геометриясына негізделді. 2010 жылдары Питер Шолзе перфектоидты кеңістіктерді және p-адилік өрістеріндегі арифметикалық геометриядағы жаңа когомология теориясын Галуа бейнелеулеріне және салмақ монодромиясының кейбір жағдайларына қолданды.