Кіріспе
Рационалды эллиптік қисықтарды модульдік формалармен байланыстырады. Модульділік теоремасы (бұрын Танияма-Шимура болжамы, Танияма-Шимура-Вейл болжамы немесе эллиптік қисықтар үшін модульділік болжамы деп аталатын) рационал сандар өрісіндегі эллиптік қисықтардың модульдік формалармен нақты белгілі бір тәсілде байланысты екенін көрсетеді. Эндрю Уайлс және Ричард Тейлор жартылай тұрақты эллиптік қисықтар үшін модульділік теоремасын дәлелдеді, бұл Ферманың соңғы теоремасын тұжырымдауға жеткілікті болды. Кейіннен Уайлстың бұрынғы студенттері Брайан Конрад, Фред Даймонд және Ричард Тейлордың бірқатар жұмыстары, Кристоф Брейльмен бірлескен жұмысымен аяқталып, 2001 жылы Уайлстың толық модульділік теоремасын дәлелдеу үшін қолданған әдістерін кеңейтті.
The modularity theorem (formerly called the Taniyama–Shimura conjecture, Taniyama Shimura Weil conjecture or modularity conjecture for elliptic curves) states that elliptic curves over the field of rational numbers are related to modular forms in a particular way. Andrew Wiles and Richard Taylor proved the modularity theorem for semistable elliptic curves, which was enough to imply Fermat's Last Theorem. Later, a series of papers by Wiles's former students Brian Conrad, Fred Diamond and Richard Taylor, culminating in a joint paper with Christophe Breuil, extended Wiles's techniques to prove the full modularity theorem in 2001.
Айтылым
Теорема былай гласиды: кез келген эллиптік қисық, белгілі бір бүтін сан үшін, классикалық модульдік қисықтан бүтін сандық коэффициенттері бар рационалдық карта арқылы алынуы мүмкін; бұл қисық нақты анықтамасы бар және бүтін сандық коэффициенттеріне ие. Бұл карталау деңгейдің модульдік параметрленуі деп аталады. Егер мұндай параметрленуді табуға болатын ең кіші бүтін сан болса (модульдік теорема бойынша бұл сан өткізгіш деп аталады), онда параметрлену екі салмақты және белгілі бір деңгейдегі модульдік форманың нақты түрімен құрылған карталау арқылы анықталуы мүмкін – бүтін сандық кеңейтуі бар қалыптандырылған жаңа форма, және қажет болған жағдайда изогенезбен толықтырылады.
Тарих
Ютака Танияма 1955 жылы Токио мен Никкода алгебралық сандар теориясы жөніндегі халықаралық симпозиумда болжамның алдын ала (сәл дұрыс емес) нұсқасын жариялады. Горо Шимура мен Танияма 1957 жылға дейін оның дәлдігін арттыруға тырысты. Андре Вейль бұл болжамды қайта ашты және 1967 жылы оның эллиптік қисықтың кейбір бұрылысқан қатарлары үшін (болжамдалған) функционалдық теңдеулерден шығатынын көрсетті; бұл болжамның дұрыс болуы мүмкін екендігіне байланысты алғашқы маңызды дәлел болды. Вейль сондай-ақ эллиптік қисықтың өткізгіші тиісті модульдік форманың деңгейімен сәйкес келуі керек екенін көрсетті. Танияма–Шимура–Вейль болжамы Лэнглендс бағдарламасының бір бөлігіне айналды. Бұл болжамға Герхард Фрей 1986 жылы Ферманың соңғы теоремасынан туындайтынын ұсынғанда үлкен қызығушылық туды. Ол бұл тұжырымды Ферманың соңғы теоремасына қайшы келетін кез келген мысал, кем дегенде бір модульді емес эллиптік қисықтың бар екенін көрсететінін көрсету арқылы дәлелдеуге тырысты. Бұл аргумент 1987 жылы Жан-Пьер Серр Фрейдің бастапқы жұмысындағы жоғалған буынды (қазір ε-болжам немесе Рибе теоремасы деп аталады) анықтағанда аяқталды, ал екі жылдан кейін Кен Рибе ε-болжамның дәлелін аяқтады. Бұл болжамға көп көңіл бөлінгеніне қарамастан, заманауи математиктер Танияма–Шимура–Вейль болжамын дәлелдеудің өте қиын, тіпті мүмкін емес деп қарады. Мысалы, Уайлстың ғылыми жетекшісі Джон Коутс оның «дәлелдеуге келмейтіндей» көрінетінін айтты, ал Кен Рибе өзін «[оған] қол жеткізу мүмкін емес деп сенген көпшіліктің бірі» деп есептеді. 1995 жылы Эндрю Уайлс, Ричард Тейлордың көмегімен, барлық жартылай тұрақты эллиптік қисықтар үшін Танияма–Шимура–Вейль болжамын дәлелдеді. Уайлс осыны Ферманың соңғы теоремасын дәлелдеу үшін пайдаланды, ал Танияма–Шимура–Вейль болжамының толық нұсқасын Даймонд, Конрад, Даймонд және Тейлор, сондай-ақ Брейль, Конрад, Даймонд және Тейлор ақыры дәлелдеді; олар Уайлстың жұмысына сүйене отырып, қалған жағдайларды бірте-бірте шешіп, 1999 жылы толық нәтиже дәлелденгенге дейін жеткізді. Толық дәлелденгеннен кейін бұл болжам модульдік теорема деп аталды. Сандар теориясындағы Ферманың соңғы теоремасына ұқсас бірнеше теоремалар модульдік теоремадан туындайды. Мысалы: ешбір куб екі өзара жай санның th дәрежесінің қосындысы ретінде жазыла алмайды.
Жалпылау
Модульділік теоремасы – Роберт Лэнглендс ұсынған, көбірек жалпылама болжамдардың ерекше жағдайы. Лэнгленд бағдарламасы арифметикалық алгебралық геометрияның көбірек жалпы нысандарына, мысалы, сан денесіндегі кез келген эллиптік қисыққа автоматты форманы немесе автоматты өкілдікті (модульдік форманың қолайлы жалпыламасы) қосуды мақсат етеді. Осы кеңейтілген болжамдардың көп бөлігі әлі дәлелденбеді. 2013 жылы Фрейтас, Ле Хунг және Сиксек нақты квадраттық денелерде анықталған эллиптік қисықтардың модульді екенін дәлелдеді.