莫德尔猜想
（重定向自法爾廷斯定理）
 格尔德·法尔廷斯 | |
| 領域 | 算術幾何 |
|---|---|
| 猜想提出者 | 路易·莫德爾 |
| 猜想提出年 | 1922 |
| 最初證明者 | 格尔德·法尔廷斯 |
| 最初證明年 | 1983 |
| 推廣 | 邦別里－朗猜想 莫德爾－朗猜想 |
| 可得結果 | 西葛爾的整數點定理 |
莫德爾猜想（Mordell conjecture），又稱法爾廷斯定理（Faltings's theorem），是一個由路易·莫德爾[1]提出的算術幾何猜想，這猜想認為，任何有理數域上虧格數大於一的曲線至多只有有限多個有理點。這猜想於1983年為格尔德·法尔廷斯所證明[2]，並從此改名為法爾廷斯定理，而之後這猜想被推廣至任何代數數域上。
背景
設C為一個非特異的、位於有理數域上且虧格數為g的代數曲線，則C上的有理點可由下列關係決定：
- 當g = 0時，C要不沒有有理點，要不有無限多的有理點，此情況下C可視為圓錐曲線。
- 當g = 1時，C沒有有理點，或者為一個有理點構成有限生成阿貝爾群的橢圓曲線（此即莫德爾定理，之後被推廣為莫德爾－韋伊定理）；此外，馬祖爾撓定理對相關的撓子群的結構做出限制。
- 當g > 1時，根據現在又稱法爾廷斯定理的莫德爾猜想，C只有有限多的有理點。
證明
伊戈尔·沙法列维奇曾猜想說在一個固定的數域上有著固定的維度與極化度（polarization degree）、且在固定的位構成的有限集合之外有著良好簡化（Good reduction）的交換簇之上，只有有限個同構類，而這即是沙法列维奇的有限猜想。[3]阿列克謝·帕辛使用現在稱為帕辛技巧的方法，指出說沙法列维奇的有限猜想可推出莫德爾猜想。[4]
格尔德·法尔廷斯利用了泰特猜想一個情況已知的簡化，以及包括內倫模型等源自代數幾何的工具，證明了沙法列维奇的有限猜想。[5]而這證明的主要想法，是利用西葛爾模簇來比較高度函數中的法爾廷斯高度及古典高度。[a]
後來的證明
- 保羅·波伊大給出一個基於丟番圖逼近的證明；[6]之後恩里科·邦別里找到了波伊大的證明中一個更加初等的版本。[7]
- 布萊恩·勞倫斯（Brian Lawrence）及阿克沙伊·文卡泰什給出一個基於p進數霍奇定理的證明，而這證明借鑿了法爾廷斯原始證明中一些較簡單的成分。[8]
可得結果
法爾廷斯在1983年的論文可推出一系列先前受猜想的內容：
法爾廷斯定裡的一個應用是費馬最後定理的弱形式：對於任意大於等於4的固定整數n，an + bn = cn至多只有有限的原始整數解（也就是彼此互質的解），而這是因為對於這樣的n而言，費馬曲線 xn + yn = 1的虧格數大於1之故。
推廣
由於莫德爾－韋伊定理之故，因此法爾廷斯定理可重述為一個關於帶有交換簇A的有限生成子群Γ的曲線C的交點的敘述，因此可透過將其中交換簇A改成半交換簇（semiabelian variety）、將C改成A的任意子簇，以及將Γ改成A的任意有限秩子集的作法，將之推廣為莫德爾－朗猜想，而這猜想由麥克·麥奎蘭[9]在洛朗（Laurent）、雷诺、辛追（Hindry）、波伊大以及法爾廷斯等人成就的基礎上，於1995年所證明。
法爾廷斯定理的另一個高維推廣是邦別里－朗猜想，也就是若X是一個在數域k上的偽典型簇（也就是「一般類型」的代數簇），那麼X(k)在扎里斯基拓扑的意義上並非稠密的。保羅·波伊大並提出了更加一般化的猜想。
函數域上的莫德爾猜想由尤里·马宁[10]以及漢斯·格勞爾特[11]所證明，在1990年，罗伯特·F·科尔曼找到並修補了马宁證明中的一個漏洞。[12]
註解
- ^ 「法爾廷斯藉由西葛爾模空間的方法比較了高度的兩種表記…這是證明的主要想法」（原文："Faltings relates the two notions of height by means of the Siegel moduli space.... It is the main idea of the proof."）Bloch, Spencer. The Proof of the Mordell Conjecture. The Mathematical Intelligencer. 1984, 6 (2): 44. S2CID 306251. doi:10.1007/BF03024155.
引用
參考資料
- Bombieri, Enrico. The Mordell conjecture revisited. Ann. Scuola Norm. Sup. Pisa Cl. Sci. 1990, 17 (4): 615–640 [2022-12-27]. MR 1093712. （原始内容存档于2022-12-27）.
- Coleman, Robert F. Manin's proof of the Mordell conjecture over function fields. L'Enseignement Mathématique. 2e Série. 1990, 36 (3): 393–427. ISSN 0013-8584. MR 1096426. （原始内容存档于2011-10-02）.
- Cornell, Gary; Silverman, Joseph H. (编). Arithmetic geometry. Papers from the conference held at the University of Connecticut, Storrs, Connecticut, July 30 – August 10, 1984. New York: Springer-Verlag. 1986. ISBN 0-387-96311-1. MR 0861969. doi:10.1007/978-1-4613-8655-1. → Contains an English translation of Faltings (1983)
- Faltings, Gerd. Endlichkeitssätze für abelsche Varietäten über Zahlkörpern [Finiteness theorems for abelian varieties over number fields]. Inventiones Mathematicae. 1983, 73 (3): 349–366. Bibcode:1983InMat..73..349F. MR 0718935. doi:10.1007/BF01388432 （德语）.
- Faltings, Gerd. Erratum: Endlichkeitssätze für abelsche Varietäten über Zahlkörpern. Inventiones Mathematicae. 1984, 75 (2): 381. MR 0732554. doi:10.1007/BF01388572
（德语）. - Faltings, Gerd. Diophantine approximation on abelian varieties. Ann. of Math. 1991, 133 (3): 549–576. JSTOR 2944319. MR 1109353. doi:10.2307/2944319.
- Faltings, Gerd. Cristante, Valentino; Messing, William , 编. Barsotti Symposium in Algebraic Geometry. Papers from the symposium held in Abano Terme, June 24–27, 1991.. Perspectives in Mathematics. San Diego, CA: Academic Press, Inc. 1994. ISBN 0-12-197270-4. MR 1307396.
|chapter=被忽略 (帮助) - Grauert, Hans. Mordells Vermutung über rationale Punkte auf algebraischen Kurven und Funktionenkörper. Publications Mathématiques de l'IHÉS. 1965, 25 (25): 131–149 [2022-12-27]. ISSN 1618-1913. MR 0222087. doi:10.1007/BF02684399. （原始内容存档于2022-12-14）.
- Hindry, Marc; Silverman, Joseph H. Diophantine geometry. Graduate Texts in Mathematics 201. New York: Springer-Verlag. 2000. ISBN 0-387-98981-1. MR 1745599. doi:10.1007/978-1-4612-1210-2. → Gives Vojta's proof of Faltings's Theorem.
- Lang, Serge. Survey of Diophantine geometry
. Springer-Verlag. 1997: 101–122. ISBN 3-540-61223-8. - Lawrence, Brian; Venkatesh, Akshay. Diophantine problems and p-adic period mappings. Invent. Math. 2020, 221 (3): 893–999. arXiv:1807.02721 . doi:10.1007/s00222-020-00966-7.
- Manin, Ju. I. Rational points on algebraic curves over function fields. Izvestiya Akademii Nauk SSSR. Seriya Matematicheskaya. 1963, 27: 1395–1440. ISSN 0373-2436. MR 0157971 （俄语）. (Translation: Manin, Yu. Rational points on algebraic curves over function fields. American Mathematical Society Translations. Series 2. 1966, 59: 189–234. ISBN 9780821817506. ISSN 0065-9290. doi:10.1090/trans2/050/11. )
- McQuillan, Michael. Division points on semi-abelian varieties. Invent. Math. 1995, 120 (1): 143–159. doi:10.1007/BF01241125.
- Mordell, Louis J. On the rational solutions of the indeterminate equation of the third and fourth degrees. Proc. Cambridge Philos. Soc. 1922, 21: 179–192.
- Paršin, A. N. Quelques conjectures de finitude en géométrie diophantienne (PDF). Actes du Congrès International des Mathématiciens Tome 1. Nice: Gauthier-Villars: 467–471. 19701971 [2016-06-11]. MR 0427323. （原始内容 (PDF)存档于2016-09-24）.
- Parshin, A. N., Mordell conjecture, Hazewinkel, Michiel (编), 数学百科全书, Springer, 2001, ISBN 978-1-55608-010-4
- Parshin, A. N. Algebraic curves over function fields I. Izv. Akad. Nauk. SSSR Ser. Math.. 1968, 32 (5): 1191–1219. Bibcode:1968IzMat...2.1145P. doi:10.1070/IM1968v002n05ABEH000723.
- Shafarevich, I. R. Algebraic number fields. Proceedings of the International Congress of Mathematicians. 1963: 163–176.
- Vojta, Paul. Siegel's theorem in the compact case. Ann. of Math. 1991, 133 (3): 509–548. JSTOR 2944318. MR 1109352. doi:10.2307/2944318.
