本書的第零章通過介紹Fermat的工作和結果,從而窺見豐富的、深奧的數的世界。第一章以Fermat的工作為起點,介紹橢圓曲線的基本知識。第二章介紹p進數及二次曲線的Hasse原理。第三章介紹了ζ函數在整點的特殊值。
在本書出版的1996年前的200年,即1796年,Gauss將現代數論大大地向前推進了一步,這距今實在是有些年頭了。當時正值十幾歲年齡段最后一年的Gauss,在是年的3月30日,發(fā)現了正十七邊形的作圖法,4月8日又證明了被Gauss自己稱為“瑰寶”的“二次剩余互反律”(參看本書的§2.2),5月31日則提出了關于素數分布的“素數定理”的猜想,7月10日又證明了所有自然數可表示為不多于三個的三角數之和本書的§0.5),到了10月1日則得到了對以后年代產生極大影響的關于有限域系數的方程的解的個數的結果,等等許多的研究。所有這些都寫在了本書及后續(xù)的《數論2》中。
在由簡單地列舉1,2,3,4,…而數出來的數世界里,隱藏著許多使得年輕的Gauss著迷的奇特東西,而一個時代的發(fā)現呼喚出下一個時代的更為深刻的發(fā)現。100年后的1896年,上述的素數定理得到了證明,大約120年后,二次剩余互反律在“類域論”中得到了發(fā)展,大約150年后,Weil在考察了上述10月1日的GaUSS的結果后,提出了對于20世紀的代數幾何給予極大影響的Weil猜想。Gauss所琢磨過的瑰寶經后來人們的琢磨更增添了光彩。即便在聲稱地球的秘境幾乎已探索窮盡了的現代,在數的世界里所充滿的謎還遠未被探索清楚,使我們感到我們所有的并非是一個淺底的自然界,而是顯示出她的無限豐厚。
在本書中,我們不僅重視數所具有的奇特性質,而且也在探索現代的數論,想要描繪出在它的深處的豐富多彩的世界。由于作者們才疏學淺,有許多力所不能及之處,如果讀者們只要能因此而感受到數的不可思議之處,以及自然界的豐富多彩,我們就頗感榮幸了。
加藤和也,1952年出生,1975年畢業(yè)于東京大學理學院數學系,現任京都大學研究生院理學研究科教授,專業(yè):數論。
黑川信重,1952年出生,1975年畢業(yè)于東京工業(yè)大學理學院數學系,現任東京工業(yè)大學研究生院理工學研究科教授,專業(yè):數論。
齋藤毅,1961年出生,1984年畢業(yè)于東京大學理學院數學系,現任東京大學研究生院數理科學研究科教授,專業(yè):數論。
中文版序言
前言
寫在單行本發(fā)行之際
理論的概要及目標
數學記號與用語
第零章 序——Fermat和數論
§0.1 Fermat以前
§0.2 素數與二平方和
§0.3 p=x2+2y2,p=x2+3y2
§0.4 Pell方程
§0.5 3角數,4角數,5角數
§0.6 3角數,平方數,立方數
§0.7 直角三角形與橢圓曲線
§0.8 Fermat大定理
習題
第一章 橢圓曲線的有理點
§1.1 Fermat與橢圓曲線
§1.2 橢圓曲線的群結構
§1.3 Mordell定理
小結
習題
第二章 二次曲線與p進數域
§2.1 二次曲線
§2.2 同余式
§2.3 二次曲線與二次剩余符號
§2.4 p進數域
§2.5 p進數域的乘法構造
§2.6 二次曲線的有理點
小結
習題
第三章 ζ
§3.1 ζ函數值的三個奇特之處
§3.2 在正整數處的值
§3.3 在負整數處的值
小結
習題
第四章 代數數論
§4.1 代數數論的方法
§4.2 代數數論的核心
§4.3 虛二次域的類數公式
§4.4 Fermat大定理與Kummer
小結
習題
第五章 何謂類域論
§5.1 類域論的現象的例子
§5.2 分圓域與二次域
§5.3 類域論概述
小結
習題
第六章 局部與整體
§6.1 數與函數的驚人類似
§6.2 素點與局部域
§6.3 素點與域擴張
§6.4 阿代爾(adele)環(huán)與伊代爾(idele)群
小結
習題
第七章 ζ(Ⅱ)
§7.1 ζ的出現
§7.2 Riemann ζ 與Dirichlet L
§7.3 素數定理
§7.4 Fp[T]的情形
§7.5 Dedekind ζ與Hecke L
§7.6 素數定理的一般程式
小結
習題
第八章 類域論(Ⅱ)
§8.1 類域論的內容
§8.2 整體域和局部域上的可除代數
§8.3 類域論的證明
小結
習題
附錄A Dedekind環(huán)匯編
§A.1 dedekind環(huán)的定義
§A.2 分式理想
附錄B Galois理論
§B.1 Galois理論
§B.2 正規(guī)擴張與可分擴張
§B.3 范與跡
§B.4 有限域
§B.5 無限GaloiS理論
附錄C 素數的威力
§C.1 Hensel引理
§C.2 Hasse原理
問題解答
習題解答
索引
表現為整數比的數是有理數,我們看到它們在由實數構成的數直線上沒有空隙地滿滿地排列著,但實際上卻存在像、根號5這樣的不是有理數的實數。這個事實用我們的肉眼難于判斷,而雖然只有經古希臘數學所得到的所謂“證明”方法之后才認知了這個事實,但據說Pythagora8本人對于親自證明了無理數存在這件事則深感驚恐,因不知對此該如何解釋而苦惱。(Pythagoras把無理數存在這件事看成是神的失敗,從而禁止弟子們向外人說出此事,據傳說,有破壞了禁令的弟子因冒犯神靈罪被乘船拋海而喪命。)
公元前3世紀左右寫就的集古希臘數學之大成的Euclid的《幾何原本》中,關于數方面寫了“存在無限多個素數”的證明以及關于最大公約數、最小公倍數等等(《幾何原本》全部13卷中的第7卷和第9卷)。在《幾何原本》中還談及上述的無理數存在問題,即關于“以整數比(有理數)為出發(fā)點如何得出實數”這樣的問題,從而展開了更高層次的實數理論的討論(《幾何原本》第5卷)。這個使PythagoraS煩惱的,而《幾何原本》卻討論了很多的“從有理數為出發(fā)點如何得出實數”的問題,在很遠以后的19世紀才給出了完全的解答(參看《數論1:Fermat的夢想和類域論》§2。4)。