Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Шимура Г. Введение в арифметическую теорию автоморфных функций

.pdf
Скачиваний:
10
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
15.08 Mб
Скачать

40

ГЛ. 1. ФУКСОВЫ ГРУППЫ ПЕРВОГО РОДА

Если т =

1 , то это очевидно. Поэтому предположим, что утвержде­

ние верно для т — 1 , где т > 1 . В этом случае для рассматриваемой матрицы А мы можем на основании теории элементарных делителей

найти такие два элемента

U н V из S L m ( Z ) ,

что UAV

— диагональ­

ная

матрица. Пусть

а ь

. . .,

ат — соответствующие

диагональные

элементы

и

Ъ =

а2

. . . ат.

 

Положим

 

 

 

 

 

 

 

'

Ь

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ь — 1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W--

 

 

 

 

 

 

х

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

я 4

a j a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А':

 

 

 

 

 

 

 

 

В

силу

=

соотношения

алЪ =

det А =

1 mod (iV) выполняется и

WUAVX

A'

mod(N).

По

предположению

индукции существует

такой элемент

С в SLm-^Z),

что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

=

 

 

 

 

mod(iV).

 

Поло жим

 

 

 

 

 

 

1

0

"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в = / j - w - 1

1 — at

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда матрица 5 обладает требуемым свойством.

 

Если

N

=

\\ ]f

— разложение числа Лг в произведение степеней

различных

 

v

 

 

 

р,

 

то

 

 

 

 

простых чисел

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z / i V Z ~ [ ] ( Z / y z ) ,

 

 

 

 

 

 

G L 2

(Z/NZ)

~

П G L 2

(Z/pe Z),

 

S L 2 ( Z . W Z ) ~ [ J S L 2 ( Z / p e Z ) .

 

 

 

§ 1.6. КОНГРУЭНЦ-ПОДГРУППЫ В SL2 (Z)

 

 

 

41

Рассмотрим

теперь

точную

последовательность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - > X -+

G L 2 ( Z / / Z ) - J -

GL2 (Z//>Z)

 

1.

 

 

 

Так как

группа

Z состоит

из элементов

группы

M ^ Z / p ' Z ) ,

сравни­

мых с 1 2

по

модулю р, то порядок группы X

равен р 4 ( е

_ 1 )

. Хорошо

известно, что

порядок

группы

GL2 (Z/pZ)

равен

(р-

— 1) (р- — р).

Поэтому

 

 

 

 

GL2 (Z//?e Z)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

порядок

группы

равен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рМе-1Кр2

 

_ р )

{ р 2 _ i

) =

 

 

_

p - i }

( 1

_

р _ В ) ;

 

порядок группы SL2 (Z/pe Z)

равен

р{1

Р~2)-

 

 

 

 

 

Согласно

лемме

1.38,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[Г(1)

: T(iV)] = iV3.

Ц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как

1 2

6 Г(2)

и

1 ^

£ T{N)

для

iV > 2 ,

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г (^3 /2) • П

(1 - р ' 2 ) ,

если

N >

2,

 

(1.6.2)

[Г (1)

: Г (#)] = •{

 

P I J V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРЕДЛОЖЕНИЕ

1.39.

I

6,

> 1 ,

??го

 

 

если

N =

2.

 

 

Если

N

группа

T(N)

не

содержит

эллиптических

элементов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

В § 1.4

мы видели, что каждый

эллип­

тический

элемент

группы Г(1) сопряжен с одним из

следующих:

 

 

"0

г

 

 

"0

- г

 

- - 1

1"

 

 

 

 

 

 

. 1

 

0.

»

± Л — 1 _

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Но ни один из этих элементов не сопряжен с 1 2 по модулю N, если

N > 1 . Так

как Г(ЛГ) — нормальный делитель в Г(1), мы получили

требуемое.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отыщем

теперь индексы

ветвления накрытия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Щ 0 \ Г - ^ Ц 1 ) \ Г -

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть cpjV — проектирование пространства

 

на

T(N)\$g*.

 

Соглас­

но предложению 1.38, индекс ветвления

в точке

фдДг),

где z £ <g*,

равен [Г(1)2

: Г(Лг )г ].

Если

z — эллиптическая

точка

группы Г(1),

то Г(1)2 имеет порядок 2 или 3.

В

силу предыдущего

предложения

T(iV)2 =

{1}, если N > 1 . Поэтому

индекс

ветвления

в точке ф,у (г)

равен 2 или 3 в зависимости от соответствующего порядка группы Г(1)2 . Кроме того, полагая

(1.6.3)

pN

= [Г(1) : f(N)],

 

мы видим,

что число] точек

пространства

T(N)\$Q*,

лежащих над

9i(z), равно

|д,у/2 или u.j Y /3 в

зависимости

от тех же

условий (если

42

ГЛ. 1. ФУКСОВЫ ГРУППЫ ПЕРВОГО РОДА

Если s — параболическая точка, то она Г(1)-эквивалентна точке

оо.Имеем

 

 

 

 

 

Г

( ! ) -

 

=

{

" 1

г ?11 mez

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. 0

1_

 

-{

- 0

 

 

1

.

71 m^Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г ( Л % = Г ( Л о п Г ( 1 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~ 1

 

ЛГ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

так что

[Г(1) со : T(N)«,]

=

N.

Поэтому

группа

Г(;У)

имеет

 

ровно

11Лг Л'

неэквивалентных

параболических

точек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРЕДЛОЖЕНИЕ 1 . 40 . Пусть

Г" — подгруппа

индекса

\х группы Г ( 1 )

и

v 2 ,

v 3

числа

Г'-неэквивалентных

эллиптических

точек

порядка

2 к 3 соответственно.

Пусть

v «> — число Г"'-неэквивалентных

парабо­

лических

точек. Тогда

род

ри.чановой

поверхности

Г'\.§*

задается

формулой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£ =

l - . i . J L

 

4

3

 

 

2

"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

 

Рассмотрим

 

накрытие

Г'\ф*

->-

 

->• Г(1)\£1*.

Пусть

е ь

 

. . .,

et

— индексы

ветвления

в

точках

про­

странства Г'\ £ *,

лежащих

над

ср,(е2 л '/3 ). Тогда

\х =

е{

+

. . . +

et

и е( равно

1 или

3.

Число

индексов

i,

 

для

 

которых

ег =

1 , равно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

v 3 .

Еслп

t

=

v 3 +

 

v'3,

то

ix =

v 3

+ 3vj,

так

 

что

У] (ег

— 1 ) =

ц —

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=i

 

 

 

 

 

 

 

t =

2\'g =

2(u — v3 )/3. Аналогично,

если

eP — индекс ветвления

в

некоторой

точке

Р

 

пространства Г'\§*,

 

то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ц —v2

 

лежпт

 

над

ф4

(г)),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

Р

— l )

=

u —v„

лежпт

 

над

cpj (оо)).

 

 

 

 

Мы видим

теперь,

что

Г ( 1 ) \ ^ *

имеет

род

 

0 . Поэтому нужное нам

утверждение следует из формулы Гурвица

 

( 1 . 5 . 1 ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

В

случае

 

когда

Г' =

Г(А^),

имеем

 

v 2

=

v 3

=

0,

если

iV

>

1 ,

и Vco =

\nN/N.

Таким

образом, мы получаем формулу для

рода

gN

поверхности

 

T(N)\iQ*:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 1 . 6 . 4 )

 

 

 

 

gN

 

=

 

l + liN.(N

 

-

6)/127V

 

(N> 1 ) .

 

 

 

 

 

 

 

Определим

теперь

явным

образом

 

множество

представителей

для параболических

точек

по

модулю Г(7\г)-эквпвалеитности.

 

 

 

ЛЕММА

1 . 4 1 . Пустъ

целые числа а,

Ь, с,

d

таковы,

что

(а,

Ь) =

1,

 

 

 

 

 

'

а'

 

 

с

mod

(N). Тогда существует

такой элемент

а

 

 

 

и

 

=

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в группе

Г(ЛГ ), что

 

а

 

'

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

о

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§

1.6.

КОНГРУЭНЦ-ПОДГРУППЫ

В

SL,(Z)

 

 

 

43

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

 

 

(I) Предположим,

что

 

с ~

"

1 ~

 

 

 

 

А.

_0_ . Тогда

а =- 1 mod (N).

Выберем

 

целые

числа

р

и

q

так,

чтобы

ар — bq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'a

 

Nq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ( 1 — a)/N, и положим а ==

Ъ

 

1+Np_

 

Тогда матрица

о

обладает

требуемым

свойством.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(II)

В

общем

случае

 

выберем

целые

числа

г

и

s

так,

чтобы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— S

 

 

 

 

 

 

1

 

с

 

а

 

cr+ds=l,

 

и положим т

=

 

d

г

 

. Тогда

т

0

d

=

Ъ mod N;

следовательно,

т

а'

 

 

 

" 1 " mod (N).

Согласно

пункту

(I), можно

 

 

 

 

 

 

 

_Ъ _

 

 

_ 0 _

 

 

 

 

 

"

1 "

 

 

 

 

 

 

 

найти

такой

элемент

о

 

 

в

Г (TV),

что

а

 

 

а

 

Но

тогда

 

 

_ 0 .

 

 

Ъ

 

т о т - 1

обладает

требуемым свойством.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛЕММА

1 . 42 . Пусть s =

alb

и

s'

=

c/d — параболические

точки

группы T(N) при таких целых a,

 

ft,

с, d, что (a, ft)

=

1 , (с, d) = 1 .

{Подразумевается,

что 1/0 = оо.)

В этом случае s и s'

эквивалентны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

относительно

группы

T(N)

 

тогда

и только

тогда,

когда

 

±

 

 

 

mod(tf).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~ а~

'с'

 

 

 

 

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Если

 

±

ft _

d

mod(iV), то суще-

ствует,

согласно

лемме

 

1.41, такой

элемент

а

=

Р

 

'

из

T{N),

 

 

 

с"

 

 

" a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

что

?"

 

 

 

 

 

Если

bd Ф

О,

то, очевидно,

o(s') = s.

 

г

s_

,d

 

 

Ь

 

 

 

 

 

 

0 (факт, устанавливаемый простой провер-

Это верно даже при bd =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з~1

 

 

 

 

 

 

кой).

Обратно,

 

если

a(s')

= s

 

при

a

=

 

 

^

6 I W ) ,

то

a/ft =

=

(рс

+

qd)/(rc

+ sd),

опять-таки при bd Ф

a

 

 

 

 

'

с

суще-

0. Следовательио,?"

ствует такое рациональное число

X,

что А

 

ft

 

г

s_

 

d

Поло­

жим

X =

mln,

где т

и

 

п — взаимно простые

целые

числа.

Тогда

т

~ al

=

п

Ч~\ Vе

.

1

Так

как

(a,

ft) = 1 и

 

(с,

d)

= 1,

имеем

,

 

|_7"

~,

 

 

 

_ ftJ

 

 

s j |_ a J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

=

± 1

и

п =

± 1 ;

следовательно,

л- =

± 1 .

Проверка

случая

bd = 0 также проста, и мы предоставляем ее читателю.

 

 

Итак, классы ЦА^-эквивалентности параболических точек пол­

ностью

описываются

леммой 1.42. Например,

если N =

2, то

суще-

44 ГЛ. 1. ФУКСОВЫ ГРУППЫ ПЕРВОГО РОДА

ствуют лишь три неэквивалентные параболические точки, представ­ ляемые точками 0, 1, оо.

Изучим теперь семейство тех конгруэнц-подгрупп группы SL 2 (Z), которые не являются в SL2 (Z) нормальными делителями. Для произ­ вольного натурального числа N положим

и

(1.6.5)

 

 

а Ъ'

 

>4v =

{

с

d 6M 2 (Z)|c = 0

mod (AO

r 0 ( ; V ) = ^ n S L 2 ( Z ) =

 

 

 

'a

b

 

=

{

с

d e S L 2 ( Z ) | c s O

mod (AO} .

Тогда

AN является

подкольцом

в M 2 (Z), a

T0(N)

подгруппой

в Г(1),

содержащей

 

Легко

видеть,

что

если

 

ГА

6"

T(N).

а =

О

1 , то

(1.6.6)

 

Г0 (А)

= 0 - ^ ( 1 ) 0 П

Г(1).

 

 

 

 

Заметим, что — 1 2 £ Г0 (АО. Посредством отображения / из леммы 1.38 факторгруппа T0(N)/T(N) отображается в группу всех матриц вида

а Ъ 1

Q У из SL 2 (Z/AZ) . Очевидно, порядок этой группы равен N -ф(ЛО,

где ф — функций Эйлера. Поэтому

[Г(1) : Г „(А)] = [Г(1) : Г0 (А)] = N- Ц (1 + р" 1 ) .

Так доказывается первое утверждение следующего предложения:

ПРЕДЛОЖЕНИЕ 1.43. Сохраним обозначения предложения. 1.40.

Если Г' =

Г 0 (А),

то

 

 

 

(1)

l-i = N.

П (1

+

р-1);

 

 

 

p\N

 

 

 

(2)

v 2

=

о,

 

 

- 1

n

( i

+ (

^

 

 

 

) )

(3)

v 3

=

П

( ' + ( ^ ) )

(4)

v 0

O =

^

ф((<^>

~^~))>

d\N, d>0

если N делится на 4,

в противном случае;

если N делится на 9,

в противном случае;

г ^ е Ф— функция Эйлера.

§ 1.6. КОНГРУЭЫЦ-ПОДГРУППЫ

В

SL,(Z)

45

Мы подразумеваем здесь,

что

ср(1) =

1 и

 

j

символ

квадрата-

ческого вычета х) (в расширенном

смысле), т. е.

 

 

 

0,

если

Р =

2,

mod (4),

 

 

1,

если

Р =

1

 

-

1 ,

если

Р =

3

mod (4);

 

 

о,

если

Р =

3,

 

 

 

 

1,

если

Р -

1

mod (3),

 

-

1 ,

если

Р =

2

mod (3).

 

Д о к а з а т е л ь с т в о . Рассмотрим сначала пары {с, а1} поло­ жительных целых чисел, удовлетворяющие условию

(*)

(с,

d) — 1,

d\N,

 

0 < с ^

Nld

( (или

число

с

берется в

 

произвольном

множестве представителей

классов целых

чисел

 

по модулю Nld).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

каждой пары

{с,

d}

выберем

а

п

b так,

чтобы

ad — be = 1,

и зафиксируем их. Тогда

элементы

'a

b~

для всех пар,

удовлетво­

с

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ряющих

условию

(*),

образуют

множество

представителей

для

Г0 Г )\Г(1). Действительно, легко

проверить,

что они

неэквива­

лентны относительно левого умножения на элементы группы

T0{N),

и число таких пар равно в точности тому и., которое дается формулой {1). Далее, согласно предложению 1.37, число v,» равно числу двой­ ных смежных классов в Го(Л0\Г(1)/Г5 для произвольной фиксиро­ ванной параболической точки s. Пусть s совпадает с 0. Тогда v«,

равно числу пар {с, d), удовлетворяющих условию

(*)

по

модулю

следующей эквивалентности ~ :

 

 

 

 

 

{с, d)

~ {с',

d'},

если

 

 

"1

0~

 

 

 

с' d'_

с d_

1_

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для некоторого

m £ Z.

Если

имеет

место

последнее

равенство,

то

d — d',

с'

=

с + dm.

Поэтому для фиксированного d существует ровно cp((d, N/d)) неэкви­ валентных пар, п, следовательно, мы получаем (4).

Для определения v 3

обозначим через

Si

(соответственно

S2)

множество всех эллиптических элементов

группы

Г(1) порядка

3,

"0

- Г

(соответственно

с

т2 ) относительно

сопряженных с т = 1

— 1

Г(1) (см. § 1.4 и предложение

1.22). Положим £ =

е2-™/з, А = Z[£] и

L = Z 2 =

 

Ny

£L\x, y£Z

 

 

 

 

 

 

x ) Также называемый символом Лежандра . — Прим. ред

40

 

 

 

 

ГЛ.

 

1. ФУКСОВЫ ГРУППЫ ПЕРВОГО РОДА

 

 

 

 

 

Для каждого элемента о £

 

 

U ^ 2 рассмотрим

L как ZM-модуль.

Так как Z[o] изоморфно кольцу

/ 1 , а кольцо

А — кольцо

главных

идеалов, то существует Z-лпнейпын изоморфизм / из А в L , при

котором f(t,x)

cff(x)

для всех х ^А.

Пусть теперь Т — множество-

всех Z-лииейиых изоморфизмов кольца А в кольцо L . Тогда Т —

разделенное

объединение

 

подмножеств

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tt

=

{/ 6 Т

| f{t,x)

 

=

af(x)

 

при

а

6

 

 

i = 1,

2.

 

 

Если а б M2 (Z) н det(a) =

 

— 1 , то /

£ Ту Ф==Ф а/ 6 2"г- Для

каждого

f Е Ту

положим

/

 

= / _ 1 ( L A

T ) .

Так

как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Го (Л0 =

е Г(1)

\yLN

=

L J V } ,

 

 

 

 

 

элемент

о,

удовлетворяющий

условию

f{t,x)

= af(x),

принадлежит

Г0 Г ) тогда и только тогда, когда /

— идеал

в А.

Более того,

так

как факторкольцо

 

A I J изоморфно

7JNZ, мы

видим, что

 

 

 

 

(i)

i V K / Q

(J)

=

 

N,

где

 

К

=

Q(P;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ii)

идеал /

ие делится

ии на одно целое положительное число,,

отличное

от 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обратно, если /

— такой идеал в А,

то можно отыскать

элемент

/ в

Г,

для

которого

/ ( / )

=

 

L

N , и предполагать, что / £ Ту,

заменяя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г1

О

-

 

 

 

 

 

при необходимости

/

иа

е/,

где

я =

^

^

. Тогда мы

получим

с

помощью

условия

 

 

=

о/(х)

некоторый

 

элемент

о из

Sy П

П Г0 Г ). Покажем, что соответствие между идеалами J и классами

сопряженных элементов

о

 

внутри

группы

Го (А0 является

взаимно

однозначным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть

/ е Г ь

 

/' € Тг,

 

Мх)

=

af(x),

/'(£*)

= a'f'(x)

и

f(J)

=

=

/'(-О =

L N при одном и том же идеале

Мы можем пайти

такой

элемент у в Г(1), что / '

=

у}. Тогда

а

= у^а'у

 

и yLN

=

L N

, так

что

о

сопряжен

с некоторым

элементом

а'

в

T0(N).

 

 

 

 

 

=

Обратно,

пусть

 

/ ( / ) =

L N ,

f'(J')

=

LN ,

 

/(£*) =

<sf(x),

f&x)

=

 

 

 

 

п Ри

/

 

6 Гц

/'

 

6 Л

и

у

6 Го(Л^). Положим

Л =

f^yf.

Тогда

h

является

Z-линенпым автоморфизмом

модуля А и h(^x)

=

=

Уъ(х). Положим К =

1г(1). Тогда h(a +

bt)

=

(а +

bQX для a,

b £

б Z. Следовательно, ^ 6 .4х .

Поэтому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

=

 

 

 

 

 

=

ГЧУГ(П)

 

=

^

'

=

 

 

 

 

 

Итак,

мы доказали, что v 3

является

числом идеалов

/

кольца

Z[t),

удовлетворяющих

условиям

(i)

и

(ii) . Рассматривая

разложение

идеала J в простые идеалы, легко установить, что v 3

является числом,

определяемым формулой (3). Число v 2

мы получим теми же

рассуж-

дениями применительно к ( — I ) 1 ' 2 и к

Г0

-- 111 вместо £ и ГО

-

1

 

1

0

 

1

-

1

В частном случае, когда N — простое число, точки 0 и оо пред­

ставляют неэквивалентные параболические точки

группы

 

 

T0{N);

 

 

§ 1.6. КОНГРУЭНЦ-ПОДГРУППЫ

В

SLj(Z)

 

47

степень

накрытия

г 0 ( л о \ Г

+

Г(1)\.§*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

равна [Г(1) : r0 (./V)] =

N +

1; индексы

ветвления в 0 и в оо

равны

N и 1 соответственно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим элемент т группы

SL2 (R)

условием

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

" 0 - 1 "

 

 

 

 

т

=

 

О

 

 

 

N

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда т2 =

— 1 и

T _ : t r o ( i V ) T =

T0(N).

Поэтому

мы

можем

образо­

вать группу

Г*(#) следующим

способом: T*(N)

= TQ(N) [}

Г0 г )т.

Тогда

Г*(ЛГ) — дискретная

подгруппа

в

SL 2 (R),

соизмеримая

с SL2 (Z), но не обязательно

сопряженная с какой-либо подгруппой

в SL2 (Z).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

До сих пор все примеры подгрупп Г давали подгруппы, соизме­

римые

с SL2 (Z),

так

что факторпростраиство

Г\,<§

не было ком­

пактным. Разумеется, есть много подгрупп Г с компактным факторпространством Г\§, поскольку, согласно классическому положе­ нию, каждая компактная риманова поверхность рода, большего 1, голоморфно изоморфна факторпространству Г\^§ при некоторой фуксовой группе Г без параболических и эллиптических элементов. В § 9.2 мы обсудим некоторые интересные (и действительно важные)

фуксовы группы Г с компактным

факторпространством

Г\<§; мы

определим

их

некоторым арифметическим

способом.

 

УПРАЖНЕНИЕ 1.44. Пусть Г' — такая

дискретная

подгруппа

в SL 2 (R),

что

факторпростраиство

Г'\<д*

компактно, и

Г — под­

группа в Г' индекса т. Предположим, что оо единственная пара­

болическая точка группы Г по модулю Г-эквивалентности

п группа

Г со порождена элементом

1

П

_

0

1 . Докажите, что группа

порож-

 

'1 1/т

дается элементом

 

 

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

УПРАЖНЕНИЕ 1.45.

Используя упражнение 1.44, докажите, что

ни одна дискретная подгруппа группы SL2 (R) не содержит в каче­ стве собственной подгруппы группу Г*(ЛГ), если число Л" просто или

равно 1. (Следует заметить, что если Г и Г'

те же, что выше, то Г'

порождается подгруппой Г и элементом

."1

1/пГ

0

1

 

УПРАЖНЕНИЕ 1.46. Докажите, что ни одна подгруппа в SL 2 (R), сопряженная с T*(N), не содержится в SL2 (Z), если число N простое.

Г Л А В А 2

АВТОМОРФНЫЕ ФОРМЫ И ФУНКЦИИ

§ 2 . 1 . Определение автоморфных форм и функций

Отсюда и до копца § 2.6 через Г будет обозначаться фуксова группа первого рода. По определению (стр. 38) в этом случае факторпространство T\SQ* является компактной римановой поверхностью. Хорошо известно, что множество мероморфиых функций на ком­ пактной римановой поверхности представляет собой поле алгебраи­

ческих функций от одной переменной

с полем коистапт

С *). Авто-

морфной

функцией

на

полуплоскости

$Q относительно

группы

Г

(или просто Т-автоморфной

функцией)

называется

функция /

па

^

вида / =

g°cp,

где

g — мероморфиая

функция иа Г\£>* и

ср —

естественное отображение

 

пространства

.<§* в Г\£3*. Более

общее

понятие

автоморфной

формы

вводится

следующим образом.

 

Для

каждой

матрицы о"

Ъ~

£ GL 2 (R ) и

каждой

точки

с

d

z £ С положим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/(or,

г) =

cz +

d.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда, как было показано

в § 1.2,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У (от,

z)

=

/ ( a ,

T ( Z ) ) . ; ( T , Z),

 

 

 

 

 

 

 

•^-o-(z) =

det (o)-j(a,

z)"2 .

 

 

 

 

Для каждого целого числа к, каждой матрицы о" £ GLj(R) и каждой

функции

/ на полуплоскости <§ будем писать 2 )

 

/ | [or]ft =

det(tf)*/* -/(CT(Z)) -/(a, z)~K

Тогда

легко проверить,

что

 

/ I [СП],,

= (/ I M f t ) I [T] f t 3 ) .

Здесь уместно предостеречь читателя: две матрицы о* и —о* индуци­ руют одно и то же преобразование полуплоскости $Q. Одпако если к нечетно, то

Я - о \ z)" = - / ( a , z)h ;

1 ) Любые две мероморфпые функции на компактной римановой поверхности связаны алгебраическим соотношением над С и существует мероморфиая функ ­

ция,

 

отличная от копстаптьт.— Прим.

ред.

2 )

Точнее было бы писать (/

| [а] й ) (z).— Прим. ред.

3

)

Другими словами, при

каждом к возникает представление группы

GLf

(R) в пространстве функций на

ф.— Прим. ред.

§ 2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АВТОМОРФНЫХ ФОРМ I I ФУНКЦИЙ

49

следовательно, /

| [—о"];{ =

—/ | [о1];,;

если к четно,

то

действие

[—а]к совпадает

с действием

[ о ] й .

 

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

2.1. Пусть к —• целое

число. Функция

/

на полу­

плоскости <§ со значениями в поле комплексных чисел С называется

автоморфной формой веса к относительно Г (или просто Т-авто- морфной формой веса к), если она удовлетворяет следующим трем условпям:

(i) функция f м.ероморфна на ,£>;

 

 

 

(ii)

для

всех

у 6 Г имеет место

равенство

f \ ly]h

= /;

(Ш)

функция

f

мероморфна

в

каждой параболической точке

группы

Г

 

 

 

 

 

 

 

ТОЧНЫЙ

смысл

последнего

условия таков.

Прежде

всего, оно

может быть опущено, если Г не имеет параболических точек. Допу­ стим теперь, что параболические точки у Г есть и s — одна из них.

Возьмем

 

такой

элемент

р

из

SL 2 (R),

чтобы

p(s) =

 

оо. Положив

T s

=

6 Г

I y(s)

= s }>

мы

получим

равенство

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ргV 4 ± i } = { ±

 

 

 

I т

6

 

 

 

 

 

в котором h — некоторое

положительное

вещественное число. В свете

условия

(ii) функция

/

| [р- 1 ]ь инвариантна относительно

[o]k

при

любом а 6 рГгР- 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СЛУЧАЙ I

: число к четно. Та'.;, как

функция

/| [р - 1 ];, инвариантна

относительно

 

сдвига

zv-*

z

h,

существует

такая

 

мероморфиая

в

области

0 <

| (7 | <

г (при некотором положительном веществен-

ном г) функция Ф(д), что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

I [р"1 ]* =

Ф(в2яй/Л).

 

 

 

 

 

 

В

этом

случае

условие

(ш) означает,

что

Ф(д)

мероморфна

в

точке

q

=

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СЛУЧАЙ

I I : число к нечетно. Если Г содержит — 1 , то из

условия

(ii) следует равенство / =

—/ н, таким образом, не существует

авто­

морфной

формы

веса

к,

отличной

от

0.

Поэтому

предположим, что

 

1 £ Г. Тогда рГ„р - 1 порождается

или матрицей

"1

li

, пли матри-

 

0

1

цеи

 

1

К

. В

зависимости

от того,

какой нз

этих

случаев имеет

 

 

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

место, мы говорим, что

точка

s регулярна

или

нерегулярна.

Если s

регулярна, то условие (Ш) следует понимать так же, как в рассмот­

ренном

выше

случае

I . Если же точка

s нерегулярна, то функция

g(z) =

/ I [р-1 ]/*

удовлетворяет условию

g(z + Щ =

—g(z)

и,

следо­

вательно, g(z

+

2/г) =

g(z). Условие (iii) означает

тогда,

что

суще-

4—01118

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ