Algebraïsche meetkunde. Jaap Top

Vergelijkbare documenten
Meetkunde met b2 4ac. Jaap Top

Vectoranalyse voor TG

Achtergronden van Schillings modellen. Jaap Top

Eigenwaarden en Diagonaliseerbaarheid

1 WAAM - Differentiaalvergelijkingen

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Uitwerkingen tentamen Algebra 3 8 juni 2017, 14:00 17:00

eerste en laatste cijfers Jaap Top

FLIPIT 5. (a i,j + a j,i )d i d j = d j + 0 = e d. i<j

Diophantische vergelijkingen

Elliptische krommen en hun topologische aspecten

Polynomen. + 5x + 5 \ 3 x 1 = S(x) 2x x. 3x x 3x 2 + 2

Uitwerkingen tentamen Lineaire Algebra 2 16 januari, en B =

In dit college bekijken we een aantal technieken om integralen te bepalen van trigonometrische functies en van rationale functies.

Lineaire dv van orde 2 met constante coefficienten

Lineaire Algebra voor ST

Oefenopgaven Grondslagen van de Wiskunde A

Ringen en Galoistheorie, 1e deel, 19 april 2012

Algebra groep 2 & 3: Standaardtechnieken kwadratische functies

Discrete Wiskunde 2WC15, Lente Jan Draisma

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Tentamen Lineaire Algebra voor ST (2DS06) op , uur.

Actief gedeelte - Maken van oefeningen

Tentamenopgaven over hfdst. 1 t/m 4

Hertentamen WISN102 Wiskundige Technieken 2 Di 17 april 13:30 16:30

Radboud Universiteit Nijmegen Tentamen Calculus 1 NWI-NP003B 4 januari 2013,

Examenvragen Meetkunde en lineaire algebra Eerste examenperiode

Tentamen Ringen en Galoistheorie, , uur

Diophantische vergelijkingen

Het karakteristieke polynoom

Definitie: Een functie f heeft een absoluut maximum f(x 0 ) in het punt. x 1 Domein(f) als voor alle x Domein(f) geldt:

Imaginary - singulariteiten

Hoofdstuk 9: Niet-lineaire differentiaalvergelijkingen en stabiliteit

Voorstel voor de inhoud van de cursus Algebra in het programma: Bachelor Wiskunde

Opmerking. TI1300 Redeneren en Logica. Met voorbeelden kun je niks bewijzen. Directe en indirecte bewijzen

Rationale tetraëders.

Erik Weitenberg Johann Bernoulli Instituut Rijksuniversiteit Groningen Postbus 407, 9700 AK Groningen Schoute herschijnt

TW2040: Complexe Functietheorie

Functies van één veranderlijke

Discrete Wiskunde 2WC15, Lente Jan Draisma

Tentamen lineaire algebra voor BWI maandag 15 december 2008, uur.

Velduitbreidingen. Hector Mommaerts

1 Tropische Meetkunde In Perspectief, 21 maart 2014 Jan Draisma, TU Eindhoven

Jordan normaalvorm. Hoofdstuk 7

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Lineaire Algebra voor ST

Inleiding Wiskundige Systeemtheorie

Discrete Wiskunde 2WC15, Lente Jan Draisma

1 Eigenwaarden en eigenvectoren

UITWERKINGEN 1 2 C : 2 =

Rationale Punten op Elliptische Krommen

Uitgewerkte oefeningen

Krommen tellen: van de Griekse Oudheid tot snaartheorie

WI1708TH Analyse 2. College 5 24 november Challenge the future

Lineaire Algebra voor ST

Classificatie van algebraïsche oppervlakken die invariant zijn onder S 3. door Ruben Meuwese

Lineaire Algebra voor W 2Y650

(x x 1 ) + y 1. x x k+1 x k x k+1

Discrete Wiskunde, College 6. Han Hoogeveen, Utrecht University

Tentamen lineaire algebra 2 18 januari 2019, 10:00 13:00 Uitwerkingen (schets)

Lineaire afbeeldingen

Tentamen Modellen en Simulatie (WISB134)

Deeltentamen I, Ringen en Galoistheorie, , 9-12 uur

n 2 + 3n + 6 4n 3 3 n + 8n n + 3n + 16 n=1 Indien convergent, bepaal dan ook de waarde van de reeks.

priemrecords? Jaap Top

Leeswijzer bij het college Functies en Reeksen

Definitie van raaklijn aan cirkel: Stelling van raaklijn aan cirkel:

ENKELE VOORBEELDEN UIT TE WERKEN MET ICT

Aanwijzingen bij vraagstukken distributies

Lineaire Algebra voor W 2Y650

Algebra. Oefeningen op hoofdstuk Groepentheorie Cayleytabellen van groepen van orde Cyclische groepen

Tentamen Gewone Differentiaal Vergelijkingen II

Complexe eigenwaarden

Lineaire Algebra voor ST

Uitwerkingen tentamen Lineaire Algebra 2 16 januari, en B =

Hoofdstuk 1: Inleiding

Uitwerkingen tentamen lineaire algebra 2 13 januari 2017, 10:00 13:00

Eigenwaarden en eigenvectoren in R n

5.2.4 Varia in groepentheorie

HERTENTAMEN WISKUNDIGE BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN

Lineaire Algebra C 2WF09

Uitwerkingen Tentamen Gewone Differentiaalvergelijkingen

Aanvullingen bij Hoofdstuk 8

168 HOOFDSTUK 5. REEKSONTWIKKELINGEN

E.T.G. Schlebusch. Het Hasse-principe. Bachelorscriptie, 20 juni Scriptiebegeleider: dr. R.M. van Luijk

Je hebt twee uur de tijd voor het oplossen van de vraagstukken. µkw uitwerkingen. 12 juni 2015

Inleiding Wiskundige Systeemtheorie

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Technische Universiteit Delft Uitwerking Tentamen Analyse 3, WI 2601 Maandag 11 januari 2010,

TENTAMEN LINEAIRE ALGEBRA 2 dinsdag 3 april 2007,

Moduliruimten van krommen en hun cohomologie

Stelsels van lineaire DVen met constante coëfficiënten

(re)creatieve wiskunde. Jaap Top

Vectoranalyse voor TG

cyclotomische polynomen

Notatie Voor een functie y = y(t) schrijven we. Definitie Een differentiaalvergelijking is een vergelijking van de vorm

Radboud Universiteit Nijmegen

6 Ringen, lichamen, velden

12. Uitwerkingen van de opgaven

Vectoranalyse voor TG

Het tellen van krommen op het product van twee projectieve lijnen over een eindig lichaam

Transcriptie:

Algebraïsche meetkunde Jaap Top JBI-RuG & DIAMANT j.top@rug.nl 21 maart 2014 (DESDA symposium, Nijmegen) 1

Een definitie (wikipedia): 2

Vandaag drie voorbeelden van toepassingen. 3

Voorbeeld 1: (meetkunde van) n-de graads vergelijkingen. J.J. Sylvester F. Klein P.H. Schoute (1814 1897) (1849 1925) (1846 1925) 4

Sylvester s idee, voor vergelijkingen p(t) := f(t) + xg(t) + y = 0, bij vaste polynomen f, g met graad(f) >graad(g) > 0: Elke vergelijking is een punt (x, y) in het vlak. Die met een dubbel nulpunt t = α: dan p(α) = p (α) = 0. De discriminantkromme is per definitie de kromme in het vlak corresponderend met alle vergelijkingen die een dubbel nulpunt hebben. 5

De punten/polynomen met een gegeven nulpunt t = α leveren een lijn: f(α) + xg(α) + y = 0. Die lijn snijdt de discriminantkromme in het punt gegeven door p(α) = p (α) = 0 met multipliciteit minstens 2. 6

1907, uit dictaat van Felix Klein 7

Nu hiermee vergelijkingen oplossen. Voorbeeld: t 2 + t 1 = 0. Plaatje: 8

(t 2 + t 1 = 0, vervolg) We zoeken een oplossing t = α. Onze vergelijking (1, 1) ligt dan op de lijn van alle vergelijkingen die α als nulpunt hebben. Maar welke lijn door (1, 1) is het? 9

(t 2 + t 1 = 0, vervolg) De goede lijn door (1, 1) snijdt de discriminantkromme ergens met multipliciteit minstens twee! 10

(t 2 + t 1 = 0, vervolg) Hier is zo n goede lijn: 11

Hoeveel oplossingen heeft t 2 + bt + c = 0? Antwoord: evenveel als het aantal raaklijnen door (b, c) aan de discriminantkromme. Felix Klein maakte daar in 1907 een plaatje van: 12

13

Deze methode werkt voor willekeurige graad 2. Het kan ook met meer parameters: families veeltermen p(t) = f 0 (t) + x 1 f 1 (t) +... + x n f n (t) met graad(f j ) > graad(f j+1 ) voor alle j. Dat levert discriminanthyperoppervlakken. Met name de oppervlakken (dimensie 2 in een 3-dimensionale ruimte) zijn daarbij bestudeerd, door o.a. Klein, Kerschensteiner, Schoute, Bolza, Hartenstein, Sinclair,.... 14

Klein, 1907, veeltermen t 3 + xt + y. 15

Schoute, 1892, t 6 15t 4 + xt 2 + yt + z 0 for some fixed z 0. 16

Mary Emily Sinclair, 1910, t 5 + xt 3 + yt + z 17

Schoute, 1893, t6 15t4 + xt2 + yt + z 18

Voorbeeld 2: Flipit op een torus Het spel: gegeven is een rechthoekig grid van n m punten. Dit zien we als een torusgraaf: elk punt heeft als buren de beide punten links en rechts ervan, en de beide punten er direct onder en direct boven. En een punt helemaal boven heeft een bovenbuur helemaal onderaan, enzovoort. 19

Ieder punt in de torusgraaf kan twee kleuren hebben: zwart. wit of Gedurende het spel wijs je achtereenvolgend punten aan, met als effect dat dit punt, plus alle buren ervan, van kleur veranderen. 20

Probleem: is het mogelijk, uitgaande van een willekeurige beginsituatie, zetten te doen zodat de eindsituatie waarbij alles wit is, ontstaat? 21

Vertaling naar wiskunde: Een toestand van de torusgraaf zien we als een element ci,j x i y j F 2 [x, y]/(x n 1, y m 1). Hier 0 i n 1 en 0 j m 1, en c i,j = 1 punt (i, j) in de graaf is zwart. 22

Voorbeeld: stelt het element voor. x + y + x 2 y + xy 2 F 2 [x, y]/(x 3 1, y 3 1) 23

Wordt op enig moment de toestand van de graaf weergegeven door f F 2 [x, y]/(x n 1, y m 1), en wijzen we dan punt (a, b) aan, dan is de nieuwe toestand f + x a y b (1 + x + x 1 + y + y 1 ). En na elkaar (a 1, b 1 ), (a 2, b 2 ),..., (a t, b t ) aanwijzen, voert f over in f + ( x a j y b j) ( 1 + x + x 1 + y + y 1). 24

De vraag naar een eindsituatie waarbij alles wit is, is dus dezelfde als: bestaat er voor elke f F 2 [x, y]/(x n 1, y m 1) een g F 2 [x, y]/(x n 1, y m 1) zodat geldt f = ( 1 + x + x 1 + y + y 1) g? Anders gezegd: is ( 1 + x + x 1 + y + y 1) een eenheid in de ring F 2 [x, y]/(x n 1, y m 1)? 25

Definieer M n,m := { (a, b) F 2 F 2 : a n = 1 = b m}. De ring F 2 [x, y]/(x n 1, y m 1) = F 2 [M n,m ] kan worden opgevat als ring van functies (gegeven door polynomen over F 2 in twee variabelen) op M n,m. Dan geldt: u(x, y) := 1 + x + x 1 + y + y 1 F 2 [M n,m ] is een eenheid voor alle (a, b) M n,m geldt u(a, b) 0. 26

De M n,m die hier gebruikt wordt, is een voorbeeld van wat in de algebraïsche meetkunde een eindig groepenschema heet. Speciaal geval: zijn n, m beide een macht van 2, dan is (1, 1) het enige punt van M n,m. Er geldt u(1, 1) = 1, dus in dit geval is inderdaad iedere toestand over te voeren naar de eindsituatie alles wit. Nog een geval: is n deelbaar door 3, dan is (ω, 1) M n,m met ω 1 een derde eenheidswortel. Er geldt u(ω, 1) = 0, dus hier is niet iedere toestand in de alles wit situatie over te voeren. Meer achtergronden: zie Josef Schicho en Jaap Top, Algebraic Approaches to FlipIt, Clay Mathematics Proceedings (2012 Clay Summer School on Resolution of Singularities, to appear). 27

Voorbeeld 3: differentiaalvergelijkingen (scalair, van orde 1, autonoom) Dit is onderdeel van gezamenlijk werk met Marius van der Put. Notaties: C is een algebraïsch afgesloten lichaam (bijvoorbeeld F p of Q of C). X is een algebraïsche kromme over C (geen singulariteiten, irreducibel, compleet). Voorbeeld: de nulpunten in P 2 van X 3 + axz 2 + bz 3 Y 2 Z, met a, b C zo dat 4a 3 + 27b 2 0 en C zo dat 1 + 1 0. 28

Verdere eis: op X bestaat een reguliere differentiaalvorm 0. (Anders geformuleerd: het geslacht van X is positief) Kies zo n differentiaalvorm, en schrijf deze als dx y. Het lichaam van alle rationale functies op X noteren we als C(X). In het voorbeeld is dat C(x)[y] waar C(x) het lichaam van alle rationale functies in x is, en y voldoet aan y 2 = x 3 + ax + b. De keuze van dx y levert op C(X) een C-lineaire derivatie, vastgelegd door (x) := y. 29

Lemma. Er bestaat een ξ C(X) zodat C(X) = C(ξ, (ξ)). Het minimumpolynoom van (ξ) over C(ξ) levert na noemers wegvermenigvuldigen een irreducibel polynoom F in twee variabelen over C, met F ( (ξ), ξ) = 0. En dat levert de differentiaalvergelijking: F (y, y) = 0. In het voorbeeld met y 2 = x 3 + ax + b en differentiaalvorm dx y : (y ) 2 = y 3 + ay + b. 30

Voor de eenvoud formuleren we het onderstaande alleen in het geval y 2 = x 3 + ax + b. Stelling. In positieve karakteristiek zijn equivalent: 1. F (y, y) = 0 heeft een separabele algebraïsche oplossing; 2. F (y, y) = 0 heeft oneindig veel separabele algebraïsche oplossingen; 3. De gegeven kromme is supersingulier. 31

Voorbeeld: In karakteristiek 3 heeft (y ) 2 = y 3 y dus separabele algebraïsche oplossingen. Zo is de uitbreiding van F 3 (t) gegeven door Z 3 Z = t 2 separabel. De gewone d dt uitbreiden naar F 3 (t, Z) levert dat Z een oplossing is zoals gevraagd: Immers, afgeleide nemen in Z 3 Z = t 2 laat zien: 0 Z = 2t, dus (Z ) 2 = t 2 = Z 3 Z. 32

Voor willekeurige G(y, y) = 0 geldt een stelling die het gemakkelijkst te formuleren is voor G Z[X, Y ] die irreducibel is in C[X, Y ]: Stelling. De volgende twee uitspraken zijn equivalent. 1. G(y, y) = 0 heeft oneindig veel oplossingen die algebraïsch zijn over C(t); 2. Voor bijna alle priemgetallen p heeft G(y, y) = 0 een separabele algebraïsche oplossing over F p (t). 33

Van der Put en ik vermoeden dat dezelfde stelling ook geldt voor niet-autonome vergelijkingen, dus voor een G Z[X, Y, t] die irreducibel is in Q(t)[X, Y ]. De implicatie 1. 2. geldt dan zeker, maar de omkering is een nog open probleem. Het probleem is een analogon voor niet-lineaire differentiaalvergelijkingen van een oud vermoeden van Grothendieck en Katz (1982), dat alleen over lineaire vergelijkingen (maar wel van willekeurige orde) gaat. 34

Al is het misschien uit de formulering niet direct evident: ook dit derde voorbeeld gaat voor het leeuwendeel over algebraïsche meetkunde. (x 2 + y 2 ) 3 z 2 = (x 3 3xy 2 ) 2 35