In der Mathematik bezeichnet die Weierstraßsche ℘-Funktion (sprich „… p-Funktion“, siehe Weierstraß-p) eine bestimmte elliptische Funktion in Abhängigkeit eines Gitters. Benannt ist sie nach dem Mathematiker Karl Weierstraß. Mithilfe der Weierstraßschen ℘-Funktion und ihrer Ableitung lassen sich elliptische Kurven über den komplexen Zahlen parametrisieren.
Graph der ℘-Funktion mit den Invarianten und , wobei die weißen Stellen für Pole und die schwarzen für Nullstellen stehen
Seien zwei komplexe Zahlen, welche über linear unabhängig sind und sei das Gitter, das von und erzeugt wird. Dann ist die ℘-Funktion zum Gitter wie folgt definiert:
Die Reihe konvergiert lokal gleichmäßig absolut in . Häufig wird statt auch nur geschrieben.
Die Weierstraßsche ℘-Funktion ist gerade so konstruiert, dass sie einen Pol der Ordnung 2 an jeder Stelle hat. Da die Summe alleine nicht absolut konvergieren würde, ist es nötig, den Term hinzuzufügen.[1]
Motivation
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Eine Kubik der Form , wobei komplexe Zahlen sind mit , lässt sich nicht rational parametrisieren.[2] Dennoch würde man gerne eine Parametrisierung finden.
Für die Quadrik, also den Einheitskreis, existiert bekanntlich eine (nichtrationale) Parametrisierung durch die Sinusfunktion und deren Ableitung, die Kosinusfunktion:
, .
Wegen der Periodizität des Sinus und des Kosinus ist hier als Definitionsbereich gewählt, um eine injektive Abbildung zu erhalten.
Auf ganz analoge Weise erhält man auch eine Parametrisierung der Kubik mit der doppeltperiodischen ℘-Funktion (siehe im Abschnitt „Zusammenhang mit elliptischen Kurven“). Diese Parametrisierung hat dann den Definitionsbereich , was topologisch einem Torus entspricht.[3]
Es gibt noch eine weitere Analogie zu den trigonometrischen Funktionen. Betrachtet man die Integralfunktion
,
dann lässt sich diese durch die Substitution und vereinfachen. Dadurch ergibt sich:
Das bedeutet, . Also erhält man den Sinus als Umkehrfunktion einer Integralfunktion.[4]
Auch elliptische Funktionen sind Umkehrfunktionen von Integralfunktionen, den elliptischen Integralen. Insbesondere erhält man die ℘-Funktion auf folgende Weise:
Sei
.
Dann lässt sich auf die komplexe Ebene fortsetzen und entspricht der ℘-Funktion.[5]
Dies lässt sich verifizieren, indem man den Pol an der Stelle durch eine Linearkombination von Potenzen von und eliminiert. Dann erhält man eine ganze, elliptische Funktion, die nach dem Satz von Liouville konstant sein muss.
Invarianten und modulare Diskriminante
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Die Koeffizienten und , die in der Differentialgleichung auftauchen, heißen die Invarianten. Man betrachtet und als Funktionen in und und definiert die Diskriminante .
Wie man an der Eisensteinreihe erkennen kann, sind und homogene Funktionen vom Grad −4 und −6. Das heißt, es gilt:
, und sind Nullstellen von und erfüllen die Gleichung
Weil diese Nullstellen verschieden sind, verschwindet die Diskriminante nicht in der oberen Halbebene.[10]
Die Differentialgleichung lässt sich in der folgenden Form schreiben:
Dies bedeutet, dass die Halbperioden Nullstellen von sind.
Die Invarianten und lassen sich auf folgende Weise durch die Konstanten ausdrücken:[11]
Für diese Kubiken, auch Weierstraßkubiken genannt, existieren keine Parametrisierungen durch rationale Funktionen, falls ist.[2] Trotzdem gibt es eine explizite Parametrisierung mittels der ℘-Funktion und ihrer Ableitung .
Damit erhält man die Abbildung
.
Indem man das Gitter auf den Punkt abbildet, kann die Abbildung fortgesetzt werden zu
.
Aufgrund der Periodizität von und ist diese Abbildung jedoch nicht injektiv. Wählt man stattdessen , erhält man dann die Abbildung
Die Aussage, dass alle elliptischen Kurven über durch Modulformen über parametrisiert werden können, ist als Modularitätssatz bekannt. Dieser Satz ist von großer Bedeutung in der Zahlentheorie. Andrew Wiles konnte mit einem Teilbeweis des Modularitätssatzes 1995 den Großen Fermatschen Satz beweisen.
Darüber hinaus gibt es noch die Verdopplungsformel:[16]
.
Diese Formeln haben auch eine geometrische Bedeutung, wenn man wie im vorherigen Abschnitt die elliptische Kurve zusammen mit der Abbildung betrachtet.
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Green’s functions of modular curves). 1992 war er eingeladener Sprecher auf dem Europäischen Mathematikerkongress in Paris (Values of zeta functions and their
automorphisms of the modular function field. With an appendix by P. Deligne. Invent. Math., Band 14, 1971, S. 253–254. On the zeta function of number fields
lieferte Audi im Oktober 2015 aus. Der B9 basiert auf dem weiterentwickelten modularen Längsbaukasten (MLB-Plattform) „MLB Evo“ des Volkswagen-Konzerns, auf
zugesprochen. mit P. Deligne: Les schémas de modules de courbes elliptiques. Modular functions of one variable, II (Proc. Internat. Summer School, Univ. Antwerp
der Universität Bonn bei Don Zagier zum Dr. rer. nat. promoviert (Modular functions and special cycles). Als Post-Doktorandin war sie an der Humboldt-Universität
245–256. ders. The basis problem for modular forms and the traces of the Hecke operators. In: Modular functions of one variable I, Lecture notes Mathematics
calculation of elliptic functions and integrals. Cambridge University Press, 1924, archive.org Tom M. Apostol, Modular Functions and Dirichlet Series in