Введение

В математике арифметика абелевых многообразий — это изучение теории чисел абелевых многообразий или семейства абелевых многообразий. Она берет начало в исследованиях Пьера де Ферма того, что сейчас известно как эллиптические кривые, и стала обширной областью арифметической геометрии как по количеству полученных результатов, так и по числу нерешенных вопросов. Большинство из этих вопросов можно сформулировать для абелева многообразия A над числовым полем K, или в более общем случае (для глобальных полей или более общих конечно порожденных колец или полей).

Целые числа на абелевых разновидностях

Здесь существует определенное противоречие между понятиями: целочисленная точка в некотором смысле принадлежит аффинной геометрии, тогда как абелево многообразие по своей сути определяется в проективной геометрии. Основные результаты, такие как теорема Сигеля об интегральных точках, берут начало в теории диофантовых приближений.

Рациональные точки на абелевых сортах

Основной результат, теорема Морделла — Вейля в диофантовой геометрии, утверждает, что A(K), группа точек на A над K, является конечно порожденной абелевой группой. О возможных подгруппах кручения известно много информации, по крайней мере, когда A — эллиптическая кривая. Считается, что вопрос о ранге связан с L-функциями (см. ниже). Теория торсоров здесь приводит к группе Сельмера и группе Тате — Шафаревича, последняя (предположительно конечная) является сложной для изучения.

Высоты

Теория высот играет заметную роль в арифметике абелевых многообразий. Например, каноническая высота Нерона — Тейта является квадратичной формой с замечательными свойствами, которые фигурируют в формулировке гипотезы Бирча и Суиннертона-Дайера.

Модуль снижения p

Сокращение абелева многообразия A по простому идеалу (целых чисел) K — скажем, простому числу p — для получения абелева многообразия Ap над конечным полем возможно почти для всех p. "Плохие" простые числа, для которых редукция вырождается, приобретая особые точки, как известно, содержат очень интересную информацию. Как часто бывает в теории чисел, "плохие" простые числа играют довольно активную роль в теории. Здесь усовершенствованная теория (по сути) правого сопряжения к редукции по модулю p — модель Нерона — не всегда может быть избегнута. Для эллиптической кривой существует алгоритм Джона Тейта, описывающий её.

Функции L

Для абелевых многообразий, таких как Ap, существует определение локальной дзета-функции. Чтобы получить L-функцию для самого A, берут подходящее произведение Эйлера таких локальных функций; для понимания конечного числа факторов для "плохих" простых чисел необходимо обратиться к модулю Тата для A, который является (дуальным) к группе этальной когомологии H¹(A), и к действию группы Галуа на него. Таким образом, получается обоснованное определение L-функции Хассе — Вейля для A. В общем случае её свойства, такие как функциональное уравнение, остаются гипотетическими – гипотеза Таниямы — Шимуры (которая была доказана в 2001 году) была лишь частным случаем, что неудивительно. Именно в терминах этой L-функции сформулирована гипотеза Бирча и Суиннертона-Дайера. Это лишь один особенно интересный аспект общей теории о значениях L-функций L(s) в целых значениях s, и существует множество эмпирических данных, подтверждающих её.

Комплексное умножение

Со времен Карла Фридриха Гаусса (который был знаком со случаем лемнискатной функции) известно о особой роли абелевых многообразий с дополнительными автоморфизмами, и в более общем случае – эндоморфизмами. В терминах кольца существует определение абелева многообразия типа CM, выделяющее наиболее богатый класс. Они обладают особыми арифметическими свойствами. Это проявляется в их L-функциях в весьма благоприятном виде – необходимый гармонический анализ сводится к дуальности Понтрягина, а не требует использования более общих автоморфных представлений. Это отражает хорошее понимание их модулей Тейта как модулей Галуа. Это также усложняет их изучение с точки зрения предполагаемой алгебраической геометрии (гипотезы Ходжа и Тейта). В этих задачах частный случай оказывается более сложным, чем общий. В случае эллиптических кривых, программа "Кронекеровский юношеский сон" (Kronecker Jugendtraum) была предложена Леопольдом Кронекером с целью использования эллиптических кривых типа CM для явного построения теории классовых полей для мнимых квадратичных полей – подобно тому, как корни из единицы позволяют сделать это для поля рациональных чисел. Это обобщается, но в некотором смысле с потерей конкретной информации (что типично для многомерного комплексного анализа).

Предположение Манина и Мэмфорда

Предположение Манина — Мамфорда, сформулированное Юрием Маниным и Дэвидом Мамфордом и доказанное Мишелем Рейно, утверждает, что кривая C в её якобиане J может содержать лишь конечное число точек, являющихся точками кручения в J, если только C = J. Существуют и более общие варианты, такие как гипотеза Богомолова, которая обобщает это утверждение на точки, не являющиеся точками кручения.