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¿Es difícil la aproximación fuerte?

Recientemente un colega y yo necesitábamos utilizar el hecho de que el mapa natural SL2(Z)SL2(Z/NZ) es suryectiva para cada N . Me abrí camino alegremente a través de una demostración elemental, pero mi colega me señaló que esto es una consecuencia de la aproximación fuerte.

Después de hojear algunas referencias (incluido el capítulo 7 de Platonov y Rapinchuk, y uno de los artículos de Kneser), ahora estoy alegremente de acuerdo con mi colega. En efecto, como describen P+R, la aproximación fuerte es "la versión algebrogeométrica del Teorema Chino del Resto".

Pero, ¿y las pruebas? A este novato en la materia, las pruebas le parecieron bastante difíciles, ya que implicaban diversos cálculos de cohomología, teoremas no triviales sobre grupos de Lie y muchas otras cosas. Confieso que no intenté leerlas detenidamente.

Pero quizá esto se deba a que los teoremas se demuestran con mucha generalidad, o quizá a que los expertos consideran rutinarios tales argumentos. Mi pregunta es la siguiente:

¿Es realmente difícil demostrar la aproximación fuerte?

Por ejemplo, ¿puede darse una prueba razonablemente sencilla para SLn que no implique demasiada maquinaria, pero que ilustre los conceptos que subyacen al caso general?

25voto

py_script Puntos 119

Le site SLn caso puede tratarse de forma bastante general y elemental:

Sea RS sea un homomorfismo suryectivo de anillos conmutativos. Si SLn(S) está generado por matrices elementales, entonces el mapa inducido SLn(R)SLn(S) es suryectiva.

[Esto es, puesto que una matriz elemental sobre S se eleva obviamente a una matriz elemental sobre R ].

Los casos en que SLn(S) es generado por matrices elementales incluyen:

  1. S es euclidiano
  2. S es local
  3. S es un producto finito de anillos Si de forma que SLn(Si) son generadas por matrices elementales.
  4. S es finito

[La demostración de 1. y 2. es elemental y puede encontrarse en 2.3.2 / 2.2.2 de "Rosenberg: Algebraic K-Theory and its Applications" y 3. se deduce de SLn(S1×S2)SLn(S1)×SLn(S2) . 4. se mantiene ya que cada anillo com. finito es un producto directo de anillos locales].

Por ejemplo: Sea S=Z/NZ o, de forma más general, que S=D/I donde D es un dominio Dedekind y 0I . Por factorización de ideales primos I=\prod_{i=1}^m P_i^{k_i} y por el Teorema Chino del Resto D/I \cong \prod_{i=1}^m D/P_i^{k_i} donde D/P_i^{k_i} es local con ideal máximo P_i/P_i^{k_i} . Así SL_n(D) \to SL_n(D/I) es suryectiva. Como alternativa se puede utilizar que D/I es finito.

23voto

Hans-Peter Störr Puntos 26

Aquí hay dos cuestiones muy diferentes: los mejores argumentos para la subjetividad de los mapas naturales SL(n,R)\rightarrow SL(n,R/I) y sobre la aproximación fuerte. Si bien es cierto que la Aproximación Fuerte implica más que estas surjectivities en situaciones que no son del todo elemental, es una exageración grave, creo.

Las pruebas más directas de estas subjetividades pueden parecer innecesarias y poco esclarecedoras, pero creo que es el resultado de subestimar la cuestión. No es tan grave como (edito: "la versión fuerte de") la Aproximación Fuerte, ni mucho menos, pero tampoco es un ejercicio fácil. Los argumentos de Rosenberg no pueden simplificarse mucho, aparte de eliminar K -terminología teórica, si se insiste. Un argumento posiblemente irreduciblemente mínimo para SL(2,\hbox{PID}) está en línea en http://www.math.umn.edu/~garrett/m/mfms/notes/07b_surjectivity.pdf En cualquier caso, una vez que uno se reconcilia con la no-trivialidad de la cuestión de la subjetividad, las pruebas que uno encuentra razonablemente pueden parecer menos irrazonables.

La(s) pregunta(s) sobre las pruebas de (edito: "las formas fuertes de") la Aproximación Fuerte están en otra liga. (De hecho, como en un comentario o respuesta, la cuestión de la surjectividad por sí misma no necesita adeles o cohomología). A finales de la década de 1930, Eichler obtuvo resultados equivalentes a la aproximación fuerte para álgebras simples sobre campos numéricos. El trabajo de M. Kneser a partir de 1960 (con dos artículos en la conferencia de Boulder) se centró principalmente en los grupos ortogonales y los grupos clásicos. otros que SL(n) o los grupos unitarios de álgebras simples. Para estos últimos, incluido SL(n), el argumento es esencialmente álgebra lineal y análisis elemental, con algunas astucias.

(El argumento de mi antiguo libro sobre las formas modulares de Hilbert era (si no recuerdo mal) una destilación de las observaciones de los antiguos artículos de Eichler y de las observaciones de Kneser. El caso de SL(n) no era el foco principal de nada de eso, ya que, a pesar de su no trivialidad, la Aproximación Fuerte para SL(n), incluso sobre campos numéricos, es mucho más fácil que el caso del grupo ortogonal. Quizá pronto ponga en línea una versión de ese argumento, ya que el libro está agotado, y ya no hay versión electrónica...).

En resumen, la razón por la que la versión iconicizada de Platonov-Rapinchuk utiliza la cohomología es para abordar los casos de grupo ortogonal o grupo unitario, y otros con un contenido aritmético más genuino que el que tiene el caso SL(n). Es decir, de nuevo, el caso SL(n) de la Aproximación Fuerte es "trivial" en comparación con el caso de los grupos ortogonales, aunque en sí mismo es mucho más serio que la cuestión de la subjetividad.

[EDIT 2:] Siguiendo la nota de @LYX, efectivamente, para las invocaciones habituales de la Aproximación Fuerte para SL(n), basta la cita de Bourbaki Comm. Alg. de Bourbaki. Como era de esperar, argumenta sobre matrices elementales (por tanto, implícitamente un poco de teoría K), y es puramente algebraica, en el sentido de que la finitud de los campos de residuos es irrelevante. Una invocación "habitual" es saber que SL(n,F_\infty)SL(n,F) es denso en SL(n,\mathbb A_F) para un campo numérico F donde F_\infty es el producto de las terminaciones arquimedianas ( F_\infty=F \otimes_{\mathbb Q} \mathbb R ). La aplicación a las formas automórficas es que los cocientes de este grupo adele son "meramente" cocientes del grupo de Lie SL(n,F_\infty) .

Le site más fuerte versión sustituye a F_\infty con F_v para cualquier lugar v . Es decir, el caso general no suprime especialmente la referencia a los lugares arquimédicos. (El argumento que di en mi libro sobre las formas modulares de Hilbert hizo suprimir los lugares arquimédicos, precisamente por las motivaciones específicas. Sin embargo, "mi" argumento allí se parecía más al punto de vista que se extendería a la afirmación más fuerte. La fecha del Comm. Alg. es de 1985, lo que podría explicar por qué, desde finales de los setenta hasta mediados de los ochenta, no vi ninguna discusión sobre ninguna forma de "Aproximación" aparte de Kneser y Eichler. El artículo de Kneser también menciona a Rosenlicht y Steinberg para discusiones de casos más interesantes que SL(n)).

El artículo de Kneser "Strong Approximation" en la Conferencia de Boulder (Proc Symp Pure Math AMS IX, 1966, pp 187-196 cita a Eichler 1938 J. Reine und Angew. Math "Allgemeine..." como tratamiento del caso del álgebra simple, exceptuando el caso del álgebra de cuaterniones definida (en la que SA no se cumple). Así pues, el caso de Eichler ya era más complicado que SL(n).

En resumen: cualquier forma del caso SL(n) es enormemente más sencilla que los casos de grupos ortogonales u otros. Ya existe una bifurcación para SL(n), a saber, si se suprimen o no los lugares arquimedianos (dando así un resultado "puramente algebraico").

El resultado más delicado puede ser relevante para las "curvas de Shimura", hechas a partir de álgebras de división de cuaterniones sobre campos totalmente reales, divididas en un único lugar real, para saber que la construcción adelic es un único cociente clásico.

8voto

Komang Puntos 1850

Estoy bastante sorprendido de que parezca ser tan poco conocido, pero una demostración elemental de la Aproximación Fuerte para SL_n sobre un dominio Dedekind se encuentra ya en Bourbaki (Algebre Commutative, VII, \S 2, n.4). Esencialmente, la idea es deducirlo del Teorema del Resto Chino, mediante matrices elementales, como se insinúa en la respuesta de Ralph. En realidad, tendría curiosidad por saber un poco más sobre la historia de este caso de Aproximación Fuerte: ¿quién y cuándo lo demostró primero?

5voto

anjanb Puntos 5579

La prueba de SL(n, \mathbb{Z}) no es muy difícil, y ocupa un par de páginas en "Integral Matrices" de M. Newman. Newman no utiliza ningún lenguaje rebuscado (ni adeles, ni cohomología), así que es muy recomendable. El libro debería estar en la biblioteca de tu universidad, si no, estoy bastante seguro de que está en gigapedia. El libro es un clásico, y es muy recomendable para casi todo lo que cubre.

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