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¿De qué maneras puede fallar el teorema de isogenia para los campos locales?

Arreglar un campo de $K$ con absoluta del grupo de Galois $G$. Por un isogeny teorema de más de $K$, me refiero a la declaración de que el mapa de $\operatorname{Hom}(A,B)\otimes\mathbb{Z}_l \to \operatorname{Hom}_G(T_l A, T_l B)$ es un isomorfismo, donde $A,B$ son abelian variedades de más de $K$, e $T_l A$ es la Tate módulo de $A$. Tal declaración fue demostrado para finitos campos por Tate, para la función global de los campos por Zarhin y para el número de campos por Faltings.

Estoy interesado en el caso de que $K$ es $p$-ádico de campo. La declaración es entonces, en general, falsa, pero a veces es cierto. Se tiene por ejemplo, cuando se $A,B$ son curvas elípticas con mala reducción y $l = p$ (Serre) o al $A,B$ tener el mismo (de la buena) la reducción y, de nuevo, $l=p$ (Serre-Tate). Ciertamente, no si $A,B$ tienen buena reducción y $l \ne p$.

Lo que no tengo es una imagen clara de las distintas posibilidades de las reducciones y para qué casos la declaración sostiene o no. Así que esa es la cuestión.

24voto

Creo que la declaración puede fallar en el caso de curvas elípticas de buena reducción, incluso cuando $l = p$. Pero entonces tu comentario en Serre-Tate teoría que me confunde un poco de tiempo! (Una discusión con Jared Weinstein me ayudó a aclarar las cosas.) El post terminó siendo de largo como un resultado; es en parte por mi propia referencia.

Recientemente FC señaló lo siguiente para mí: si $E$ sobre $\mathbb Q_p$ es una curva elíptica de buena supersingular reducción de y $p > 3$,, a continuación, $T_p(E)$ (hasta el isomorfismo) no depende de la $E$.

En primer lugar, $a_p = 0$ por el Weil límites. El $p$-ádico Galois representación $\rho := T_p(E) \otimes \mathbb Q_p$ es cristalina (debido a la buena reducción) de Hodge-Tate pesos 0, 1 con (cristalino) $a_p = 0$. En particular, no es normal así que $\rho$ es (incluso residual) absolutamente irreductible. Es un hecho básico en $p$-ádico Hodge teoría de que cualquiera de los 2-dim. absolutamente irreductible $G_{\mathbb Q_p}$-representación con distintas Hodge-Tate pesos está determinada únicamente por $a_p$. (Este es hoy en día un ejercicio sobre débilmente admisible filtrada $\phi$-módulos.) Finalmente, como $\rho$ es residual irreductible, es se deduce que la celosía $T_p(E)$ es único hasta homothety (en particular, hasta el isomorfismo).

Como Tim notas, isogeny clases son contables. Pero hay una cantidad no numerable de curvas elípticas con buena supersingular de reducción. (Arreglar un supersingular uno más de $\mathbb F_p$ y considerar los ascensores de la $j$-invariante.)

Me pregunto ¿cómo es en general un fenómeno de esto es que el Galois representación no variar. Kisin el resultado parece que ha dejado de aplicar en esta $l = p$ de los casos (no de torsión de los coeficientes).


Ahora, aquí es por qué no hay contradicción con Serre-Tate teoría. En primer lugar, es cierto que cualquiera de las dos curvas elípticas encima tienen isomorfo $p$-divisible entre los grupos de más de $\mathbb Z_p$: la razón es que el $T_p(E)$ (con el Galois de acción), precisamente nos dice lo $E[p^\infty]$ es de más de $\mathbb Q_p$, y que Tate completa fidelidad teorema dice que esto determina $E[p^\infty]$ sobre $\mathbb Z_p$. Además, el especial de fibra de $E/\mathbb F_p$ está determinada únicamente hasta isogeny, porque sabemos $a_p$. [Hay incluso un isogeny más de $\mathbb F_p$, por ejemplo, porque el Dieudonne módulo es el mismo (ver a continuación), pero no debe ser un modo elemental, a ver que.]

Serre-Tate teoría dice lo siguiente (especializada a nuestra situación). La categoría de curvas elípticas sobre $\mathbb Z_p$ es equivalente a la siguiente categoría $C$: los objetos consisten en triples $(\mathcal G, \overline E, f : \mathcal G \times \mathbb F_p \a \overline E[p^\infty])$, where $\mathcal G$ is a $p$-divisible group over $\mathbb Z_p$, $\overline E$ es una curva elíptica más de $\mathbb F_p$ e $f$ es un isomorfismo de $p$-divisible entre los grupos de más de $\mathbb F_p$. Morfismos consisten en un mapa de $p$-divisible entre los grupos de más de $\mathbb Z_p$ y un mapa de curvas elípticas sobre $\mathbb F_p$ que son compatibles con el isomorphisms en el especial de fibras. En esta equivalencia, una curva elíptica $E/\mathbb Z_p$ se asigna a la triple $(E[p^\infty], E \times \mathbb F_p, puede)$, where $puede$ es el isomorfismo canónico.

Supongamos que tenemos dos curvas elípticas $E_1$, $E_2$ más de $\mathbb Z_p$ anterior (es decir, supersingular reducción y $p > 3$). Then we know that $E_1[p^\infty] \cong E_2[p^\infty]$ and that $E_1 \times \mathbb F_p$ is isogenous to $E_2 \times \mathbb F_p$. But in order to apply the theorem of Serre-Tate and deduce the existence of an isogeny $E_1 \a E_2$ necesitamos saber que podemos elegir un mapa de $\alpha : E_1[p^\infty] \to E_2[p^\infty]$ de %de $p$- divisible entre los grupos de más de $\mathbb Z_p$ y un mapa $\beta : E_1 \times \mathbb F_p \to E_2 \times \mathbb F_p$ de curvas elípticas tal que $\alpha \times \mathbb F_p = \beta[p^\infty]$ como mapa de $p$-divisible grupos $E_1[p^\infty] \to E_2[p^\infty]$ sobre $\mathbb F_p$.

El problema es que tenemos muy poca flexibilidad: sólo hay countably muchos homomorphisms $E_1 \times \mathbb F_p \a E_2 \times \mathbb F_p$. But it's hard to lift a map of $p$-divisible groups over $\mathbb F_p$ a un mapa de $p$-divisible entre los grupos de más de $\mathbb Z_p$:

La categoría de $p$-divisible entre los grupos de más de $\mathbb Z_p$ es equivalente, por los resultados de Fontaine-Laffaille, a la categoría de cuádruples $(M,M^1,\phi,\phi^1)$ donde $M$ es de un número finito de libre $\mathbb Z_p$-módulo, $M^1$ a $\mathbb Z_p$-directo sumando ("Hodge filtración"), y $\phi : M \to M$, $\phi^1 : M^1 \to M$ se $\mathbb Z_p$-lineal de mapas que $p\phi^1 = \phi|_{M^1}$ y $\phi(M) + \phi^1(M^1) = M$. [In our case $M$ is of rank 2 and $M^1$ de rango 1.] El Dieudonne módulo especial de la fibra de la $p$-divisible grupo está recuperado de la siguiente manera (referencia?): necesitamos dar un $\mathbb Z_p[F,V]/(FV-p)$-módulo de $D$ que es finito libre como $\mathbb Z_p$-módulo. Tomemos $D := M$, $F := \phi$, and $V := pF^{-1}$ (this is defined on $M[1/p]$ initially, but the final condition on $M$ obliga a preservar $M$). En otras palabras, uno se olvida de la Hodge filtración. Para el levantamiento de $\beta[p^\infty]$ a $\mathbb Z_p$ es difícil debido a un mapa de Dieudonne los módulos de la no necesidad de preservar la Hodge filtración. (El contable de la flexibilidad que tenemos con $\beta$ no es suficiente para mover una línea dada a cualquier otro. Tenga en cuenta que $M^1 \otimes \mathbb F_p$ está determinada únicamente como el núcleo de $\phi \otimes \mathbb F_p$; pero, aparte de que $M^1$ es gratuito para variar).

[Por último, un pequeño comentario/pregunta: creo que Tate resultado sobre campos finitos se supone que $l$ se prime a la característica. Milne-Waterhouse (1971) tiene una versión para $l = p$ donde $T_l$ es reemplazado por el Dieudonné módulo. En este caso $T_p E$ es sólo el primer cristalina cohomology grupo. Hay un general cristalina analógica de la Tate conjetura?]

Añadido: creo que el isogeny teorema también puede fallar en el caso de buena ordinaria, utilizando el mismo argumento. Pensar de nuevo en curvas elípticas sobre $\mathbb Q_p$, ahora de buena ordinaria. Vamos a restringir a aquellos curvas elípticas de una reducción fija $\overline E$ sobre $\mathbb F_p$. Tenemos $a_p \ne 0$, y supongamos por simplicidad que las dos raíces de $x^2-a_p x + p$ es $\mathbb Z_p$, por lo que son $u$, $pv$ con $u$, $v \in \mathbb Z_p^\times$. Entonces hay una base de $M$ (la Fontaine-Laffaille objeto asociado a $E[p^\infty]$) tal que $\phi = \begin{bmatrix}u & \\\ & pv\end{bmatrix}$. El las opciones posibles de $M^1$ son precisamente las líneas generadas por el vector $\begin{bmatrix} px\\\ 1\end{bmatrix}$, donde $x \in \mathbb Z_p$. The isomorphism class of $M$ (and thus of the Galois representation $T_p E$) sólo depende de la valoración de $x$, debido a una diagonal de cambio de base de hojas de $\phi$ invariante. Pero hay una cantidad no numerable de $x$ de cualquier fijo positivo valoración (y por lo tanto las deformaciones de la $\overline E$ a $E$). Por el argumento anterior, estos no pueden ser isogenous.

19voto

Robert Durgin Puntos 938

Yo creo que para $l\ne p$ el teorema es 'siempre' falso, en el sentido de que por cada positivo dimensiones abelian variedad $A$ uno puede encontrar muchas $B$s para que su mapa no está en forma, independientemente de la reducción del tipo:

Fix $A$ y no sea constante familia de abelian variedades en las que $A$ es una fibra, por ejemplo, en algunas barrio de $A$ en el espacio de moduli (la elección de una polarización o lo que sea). A continuación, todos los cercanos fibras de $A'$ en la familia tienen el mismo $l$-ádico representación, $V_l A\cong V_l A'$. Este es un caso especial de una manera muy general el teorema de la Marca de Kisin que $l$-ádico representaciones son localmente constante en las familias en las $p$-ádico de topología (de Matemáticas. Z. 230, 569-593 (1999), http://www.springerlink.com/content/44x7kn31jga7rlf7/, esp. líneas 4-5 desde la parte inferior). Así que hay una cantidad no numerable de abelian variedades con el mismo $l$-ádico representación como $A$, pero sólo countably muchos isogenous queridos, contradiciendo surjectivity.

Esta es sólo una extensión de lo que se menciona en la pregunta: en el caso de una buena reducción, $V_l A$ es un trivial de inercia módulo por lo que se determina como un Galois representación por el polinomio característico de Frobenius. Así, por ejemplo, en una familia de curvas elípticas si $E$ e $E'$ están lo suficientemente cerca para que tengan la misma reducción de mod $p$,, a continuación,$V_l E\cong V_l E'$; pero, por supuesto, hay una cantidad no numerable de tales 'cercanos' $j$-invariantes en cualquier isotrivial de la familia, así que para cualquier $E$ usted puede encontrar un montón de $E'$s para que el teorema de la falla.

(No sé lo que sucede, por $l=p$, así que esto es sólo una respuesta parcial, pero que no caben en una caja de comentarios.)

3voto

Mykroft Puntos 4292

Los tipos principales de la reducción son: buena, semi-estable, y malo.:) Si se considera el producto de abelian variedades, su reducción es el 'peor' de los de sus "componentes"; así que en las de mayores dimensiones caso hay más posibilidades de que un resultado se mantenga para abelian variedades de buena reducción.

Sin embargo, también podría considerar los siguientes tipos de reducción: aditivo, toroidal (de tipo multiplicativo?), o multiplicativo uno. Parece que para el segundo tipo de variedades de un p-ádico uniformización (generalizando el término 'Tate curva') existe; consulte la sección 4 de http://www.google.com/url?sa=t&source=web&cd=9&ved=0CEwQFjAI&url=http%3A%2F%2Fwww.math.psu.edu%2Fpapikian%2FResearch%2FRAG.pdf&ei=-p09TduGPM7rsgapvNTzBg&usg=AFQjCNEASA40t7BL6JapVzmjdVja8ss02w&sig2=xmCTgc5rcZmLfGdwPImtQw Es bastante fácil calcular el $p$-ádico Tate módulos y verificar el correspondiente caso de la conjetura (sospecho que sería cierto). Ademã ¡s, no parece imposible llevar a través de este cálculo para el caso de potencialmente multiplicativo de reducción.

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