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莫德尔猜想

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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·莫德爾英语Louis Mordell
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-朗猜想英语Bombieri–Lang conjecture
莫德爾-朗猜想英语Mordell–Lang conjecture
可得結果西葛爾的整數點定理英语Siegel's theorem on integral points

莫德爾猜想(Mordell conjecture),又稱法爾廷斯定理(Faltings's theorem),是一個由路易·莫德爾英语Louis Mordell[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

C為一個非特異英语Singular point of an algebraic variety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:

證明

伊戈尔·沙法列维奇英语Igor Shafarevich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)、且在固定的構成的有限集合之外有著良好簡化(Good reduction)的交換簇英语Abelian variety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·帕辛英语Aleksei Parshin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英语Tate conjecture一個情況已知的簡化,以及包括內倫模型英语Néron model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,是利用西葛爾模簇英语Abelian variety來比較高度函數英语Height function中的法爾廷斯高度及古典高度。[a]

後來的證明

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:

  • 莫德爾猜想,也就是在代數數域上虧格數大於1的曲線只有有限多個有理點;
  • 同類定理(Isogeny theorem),也就是帶有同構泰特模英语Tate module(也就是帶有伽羅瓦作用的Q-模)的交換簇英语Abelian variety同類英语Isogeny的。

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nan + 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,費馬曲線英语Fermat curve xn + yn = 1的虧格數大於1之故。

推廣

由於莫德爾-韋伊定理英语Mordell–Weil theorem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-朗猜想英语Mordell–Lang conjecture,而這猜想由麥克·麥奎蘭英语Michael McQuillan (mathematician)[9]在洛朗(Laurent)、雷诺、辛追(Hindry)、波伊大英语Paul Vojta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-朗猜想英语Bombieri–Lang conjecture,也就是若X是一個在數域k上的偽典型簇英语pseudo-canonical variety(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·波伊大英语Paul Vojta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·格勞爾特英语Hans Grauert[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

  1. ^ 「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