つれづれなるままの数学(算数)素数GPSの周辺 iPhoneとAndroid 366 aps

数学(算数)・素数にまつわる話題から、やや専門的な「整数論」「数論幾何学」「代数幾何学」のような話題。「フェルマーの最終定理」、「ポアンカレ予想」の解決の「証明」の理解など、夏休みの研究の話題など、小中高から一般までの話題、「ABC予想」、「リーマン予想」の周辺など 「志村多様体」「保形表現」

夏休みの自由研究・読書感想文用など

数学(算数)・素数にまつわる話題から、やや専門的な「整数論」「数論幾何学」「代数幾何学」のような話題。「フェルマーの最終定理」、「ポアンカレ予想」の解決の「証明」の理解など

夏休みの自由研究・読書感想文用:「フェルマーの最終定理」の研究  (数学・数理科学分野) (「フェルマーの最終定理の証明」の理解へ)

夏休みの自由研究・読書感想文用:「フェルマーの最終定理」の研究  (数学・数理科学分野) (「フェルマーの最終定理の証明」の理解へ)
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=キーワード =
360年、楕円曲線 、保型形式  、Galois(ガロア)表現、R=T、素数、mod p(合同式)、背理法、日本人、ゼータ関数、数学の大統一、l進、フェルマー、オイラー、ガウス、ガロア、アイゼンシュタイン、クンマー、Hecke(ヘッケ)、フライ、メイザー・リベット、日本人(谷山、志村、岩澤、肥田など)、モジュラー関数、楕円関数、「谷山・志村予想」、「セルマー群」、「Wiles の (3, 5) トリック」、「半安定な楕円曲線」、「ヘッケ環」、「絶対ガロア群」、「ベースチェンジ」、ワイルズ・テイラー など 
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わかりやすいもの(「視覚」で確認しよう)
Fermat の最終定理を巡る数論 (まずは、図やグラフの「絵」を見て見よう)
「フェルマーの最終定理」の図や写真のみをまず、確認!

動画
Fermat's Last Theorem: フェルマーの最終定理


楕円曲線の数論幾何
「楕円曲線」と「保型形式」って?
「R = T 定理の仕組み」と「ガロア表現」って?

楕円曲線の加群構造

楕円曲線とモジュラー形式(保型形式)

楕円曲線

モジュラー形式(保形形式)

書評 肥田書籍(「フェルマーの最終定理」関連書籍の・・・)

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=おすすめ書籍 18冊   (初級者5冊・中級者5冊・上級者8冊)=
初心者のための「フェルマーの最終定理」から やや専門書  (「フェルマーの最終定理」の理解へ)

=初級・中級者用=(5冊) (小・中・高校生から)
数学ガール/フェルマーの最終定理 (数学ガールシリーズ 2) - 結城 浩 単行本 ¥1,944
フェルマーの最終定理 文庫 フェルマーの最終定理 (新潮文庫) サイモン シン(著), 青木 薫 (翻訳)  ¥853
フェルマーの大定理―整数論の源流 (ちくま学芸文庫) 足立恒雄著 文庫 ¥1,404
(「解決!フェルマーの最終定理 現代数論の軌跡」加藤和也著、日本評論社 ¥2,575)
(フェルマーの大定理が解けた!―オイラーからワイルズの証明まで (ブルーバックス) 足立恒雄著 新書  新書 ¥886 )



=中級・プレ上級者用=(5冊)(中・高校生から)
フェルマーの最終定理・佐藤-テイト予想解決への道 【類体論と非可換類体論1】 加藤 和也  (著) (岩波オンデマンドブックス) ¥2,916
楕円曲線論入門 J.H.シルヴァーマン・J.テイト著(足立恒雄〔ほか〕訳 単行本 ¥4,089
保型関数―古典理論とその現代的応用― 志賀弘典 (著)単行本 ¥4,644
楕円曲線と保型形式 - N.コブリッツ(著) 上田 勝 (翻訳) 単行本 ¥4,536
(代数幾何学入門 上野 健爾 (著) (岩波オンデマンドブックス) ¥5,832 )


=上級者用(数学専門家)=(8冊)
フェルマー予想(岩波オンデマンド) 斎藤 毅(著)¥7,452 (「フェルマー予想」解決!)
保型形式と整数論 土井公二・三宅 敏恒(著)(三宅 敏恒 著, Modular forms Springer.)
数論I――Fermatの夢と類体論 (岩波オンデマンドブックス) - 加藤 和也(著)他 ¥4,212
数論 II――岩澤理論と保型形式 (岩波オンデマンドブックス) - 黒川 信重(著)他¥6,480
保型形式論: ─現代整数論講義─ (朝倉数学大系) - 吉田 敬之(著) ¥7,344
Silverman, Joseph H(2009)『The Arithmetic of Elliptic Curves』Springer.』(楕円曲線論概説 上・下 (J.H.シルヴァーマン(著)、鈴木 治郎(訳)))
志村五郎 著『Introduction to the theory of automorophic functions』
(代数幾何学 1.2.3 - R.ハーツホーン(著)¥4,104+¥2,592+¥3,456)
(代数幾何学 上野 健爾 (著) (岩波オンデマンドブックス) ¥8,457 )

数学専門家=研究者を志す大学院生やある程度の予備知識をもつ数学者を念頭


=上々級 数学者用(直接論文に)ワイルズ氏らの論文=
1. A. Wiles; Modular elliptic curves and Fermat's last theorem, 
2. R. Taylor, A. Wiles; Ring theoretic properties of certain Heck algebras

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 フェルマーの最終定理(フェルマーのさいしゅうていり、Fermat's Last Theorem)とは、3 以上の自然数 n について、(xのn乗) + (yのn乗) = (zのn乗) となる自然数の組 (x, y, z) は存在しない、という定理のことである。フェルマーの大定理とも呼ばれる。フェルマーが驚くべき証明を得たと書き残したと伝えられ、長らく証明も反証もなされなかったことからフェルマー予想とも称されたが、フェルマーの死後360年経った1995年にアンドリュー・ワイルズによって完全に証明され、ワイルズの定理あるいはフェルマー・ワイルズの定理とも呼ばれるようになった。
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参考 書籍

「解決!フェルマーの最終定理 現代数論の軌跡」加藤和也著、日本評論社 ¥2,575
フェルマーの大定理が解けた!―オイラーからワイルズの証明まで (ブルーバックス) 足立恒雄著 新書  新書 ¥886

衝撃的な Fermat 予想 解決から 10 年余りを経た現在, 彼が代数学や整数論に与えた影響を周り の風景
 (特に、谷山ー志村予想とフェルマー予想)


フェルマーの最終定理(予想)

保型形式 尖点形式の L-函数


岩澤理論の発展  加藤和也 (2つのゼータ関数 楕円曲線、保型形式など )
al = 1 + l − (E(Fl) の元の個数

保型形式 (SL2(Z))の基本 (“保型形式と楕円曲線の対応”とフェルマーの最終定理など)

Γ0(4) 上の保型形式について 

保型形式入門


ガロア表現の基礎

Hecke 固有形式に付随するガロア表現の構成について

ガロア表現に関する資料

保型表現と Galois 表現


保型形式とコホモロジー


Artin 表現に付随する保型表現

論説 数論幾何におけるガロワ表現
https://www.jstage.jst.go.jp/article/sugaku1947/51/2/51_2_161/_pdf

Taylor-Wiles 系の復習 (R=T 関係など)
http://www.kurims.kyoto-u.ac.jp/~gokun/DOCUMENTS/RT1_yamashita.pdf
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代数学1(群論入門)  雪江明彦(著)
代数学2(環と体とガロア理論)  雪江明彦(著)
代数学3(代数学のひろがり)  雪江明彦(著)

整数論1(初等整数論からp進数へ)- 雪江明彦(著)
整数論2(代数的整数論の基礎)- 雪江明彦(著)
整数論3(解析的整数論への誘い)- 雪江明彦(著)

代数学〈1〉群と環 (大学数学の入門) - 桂 利行 (著)
代数学〈2〉環上の加群 (大学数学の入門) - 桂 利行(著) 
代数学〈3〉体とガロア理論 (大学数学の入門) - 桂 利行(著) 

代数幾何学 1.2.3 - R.ハーツホーン(著)
代数幾何学 上野 健爾 (著) (岩波オンデマンドブックス)
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数学ガール/フェルマーの最終定理 (数学ガールシリーズ 2) - 結城 浩 単行本 ¥1,944

目次
あなたへ
プロローグ
第1章 無限の宇宙を手に乗せて
第2章 ピタゴラスの定理
第3章 互いに素
第4章 背理法
第5章 砕ける素数
第6章 アーベル群の涙
第7章 ヘアスタイルを法として
第8章 無限降下法
第9章 最も美しい数式
第10章 フェルマーの最終定理
エピローグ
あとがき
参考文献と読書案内
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フェルマーの最終定理 文庫 フェルマーの最終定理 (新潮文庫) サイモン シン(著), 青木 薫 (翻訳) ¥853

内容説明
17世紀、ひとりの数学者が謎に満ちた言葉を残した。「私はこの命題の真に驚くべき証明をもっているが、余白が狭すぎるのでここに記すことはできない」以後、あまりにも有名になったこの数学界最大の超難問「フェルマーの最終定理」への挑戦が始まったが―。天才数学者ワイルズの完全証明に至る波乱のドラマを軸に、3世紀に及ぶ数学者たちの苦闘を描く、感動の数学ノンフィクション。
目次
第1章 「ここで終わりにしたいと思います」
第2章 謎をかける人
第3章 数学の恥
第4章 抽象のなかへ
第5章 背理法
第6章 秘密の計算
第7章 小さな問題点
第8章 数学の大統一
補遺

著者等紹介
シン,サイモン[シン,サイモン][Singh,Simon]
1967年、イギリス生れ。祖父母はインドからの移民。ケンブリッジ大学大学院で素粒子物理学の博士号を取得し、ジュネーブの研究センターに勤務後、英テレビ局BBCに転職。TVドキュメンタリー『フェルマーの最終定理』(’96年)で国内外の賞を多数受賞し、’97年、同番組をもとに第1作である『フェルマーの最終定理』を書き下ろす。第2作『暗号解読』、第3作『ビッグバン宇宙論』(以上新潮社刊)がいずれも世界的ベストセラーとなり、科学書の分野で世界トップクラスの高い評価を得ている

青木薫[アオキカオル]
1956年、山形県生れ。京都大学理学部卒業、同大学院修了。理学博士。翻訳家(本データはこの書籍が刊行された当時に掲載されていたものです)

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フェルマーの大定理―整数論の源流 (ちくま学芸文庫) 足立恒雄著 文庫 ¥1,404

 「方程式 (xのn乗)+(yのn乗)=(zの乗) が n≧3 の場合、 x,y,zは0でない自然数の解を持たない」 がついに証明された!問題のわかりやすさ、美しさに比べ、攻略のなんと難しかったことか。1995年のワイルズの最終証明に至る歴史的な道筋を、ギリシア以来の初等的整数論に始まり、フェルマーやクンマーによる代数的数論、さらに20世紀後半に花開いた楕円曲線論を初めとする幾何学的数論を経てたどる本格的な数論史。偉大な数論学者たちのアイデアはどのように育まれ、そしてどのような数学的道具が創造されたか。原資料を博捜し、その数学的真実に迫る。
この本の目次
第1章 古代の数論
第2章 フェルマーとその時代
第3章 フェルマー以後クンマー以前
第4章 クンマーの金字塔
第5章 1851年以降の展開
第6章 ついにフェルマーの大定理が証明された!

著者紹介
足立 恒雄(アダチ ノリオ)
1941年、京都府生まれ。早稲田大学理工学部数学科卒業。同大学教授。理学博士。専攻は代数的数論、数論史
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フェルマーの大定理―整数論の源流 (ちくま学芸文庫) 足立恒雄著

目次
1章 古代の数論
 欄外の書き込み
 ピュタゴラス数
 素因数分解の解の一意性
 Plimpton 322
 ギリシャ時代
 原論と算術
 ガウスの整数による解法
2章 フェルマーとその時代
 15,16世紀の状況
 ヴィエト
 フェルマーの生涯
 フェルマーの数論上の業績
 二つの挑戦状
 フェルマーのその他の業績
 デカルト
 パスカルの数学的帰納法
 フェルマーの大定理の正しい証明を得ていたか
3章 フェルマー以後 クンマー以前
 オイラー
 5次以上の個々の場合
 ソフィ・ジェルマンの結果
 1847年の事件
 ラメの証明とその欠陥
4章 クンマーの金字塔
 1844年まで
 円分整数
 p≡1(mod l )なる素数の分解
 理想数の定義
 因子の定義
 二条件の下で大定理は正しい
 クンマーの論文概略
5章 1851年以降の展開
 その後のクンマー
 諸結果
 理想数のその後
 p進解析の系譜
6章 ついにフェルマーの大定理が証明された!
 幾何学的な考え方の台頭
 モーデルの有限基底定理
 モーデル=ファルチングスの定理
 遠祖ディオファントス
 始祖フェルマー
 群構造の発見
 フライの貢献
 谷山予想への還元
 谷山予想の同値形
 谷山予想の生い立ち
 ワイルズ・ザ・コンカラー
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「解決!フェルマーの最終定理 現代数論の軌跡」加藤和也著、日本評論社 ¥2,575
目次
まえがき
6月23日ニュートン研究所でのワイルズの講演
フェルマーからワイルス
 ローレライの谷のもくずと・・
 青春の夢・中年の夢・ゼータの統一の夢
 楕円曲線のふしぎ
 フェルマー予想の谷山ー志村予想への帰結
 ワイルスさんの取り組んでいること
 困難の打開法を探る
 鶴さんはゼータのすみかで・・・
ガロア理論と数論
 素数の笛の音・・・類体論
 非アーベルの渓谷と楕円曲線
不抜のフェルマー城陥落す 
 ついに来るべき時が・・
 保型形式のこと
 はるかな夢を
付録
 数論の現在
 補足

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フェルマーの最終定理・佐藤-テイト予想解決への道 【類体論と非可換類体論1】 加藤 和也  (著) (岩波オンデマンドブックス) ¥2,916

素数の演じるさまざまな実例を通して,類体論や非可換類体論とは何かをわかりやすく説明する.さらに非可換類体論の進展がなぜフェルマーの最終定理や佐藤-テイト予想解決に結びつくのかについて,その背景を丁寧に解説する.類体論から非可換類体論へと大きく転換しようとしている現代整数論の生きた姿を概観できる.

目次
1 フェルマーからの流れ
1.1 フェルマーの最終定理
  1.2 フェルマーが開いた類体論
  1.3 類体論の流れ
2 類体論とは
  2.1 平方剰余の相互法則
  2.2 2次体における素数の分解
  2.3 いろいろな体における素数の分解
  2.4 類体論の力の限界
3 非可換類体論とは
  3.1 類体論を越えて:非アーベル拡大
  3.2 類体論を越えて:楕円曲線
  3.3 ゼータ関数
  3.4 2種類のゼータ関数の一致
  3.5 非可換類体論の心
  3.6 佐藤-テイト予想
  3.7 佐藤-テイト予想と非可換類体論
  3.8 フェルマーの最終定理と非可換類体論
  3.9 楕円曲線のゼータ関数とラマヌジャン予想についての補足
4 ガロア理論と類体論,非可換類体論
  4.1 ガロア理論の心
  4.2 ガロア理論の主定理
  4.3 ガロア理論と古典的類体論
  4.4 ガロア表現と類体論,非可換類体論
付 録
  1 代数体の整数環
  2 イデアルと素イデアル
  3 正則関数,有理型関数,解析接続

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楕円曲線論入門 J.H.シルヴァーマン・J.テイト著(足立恒雄〔ほか〕訳 単行本 ¥4,089

内容説明
Nagell‐Lutzの定理、Mordellの定理、Hasseの定理などの基本的な定理の証明に力を入れる。数論を学ぼうとする学生・教育者はもちろん、暗号理論や物理学を学ぶ人にとっても必読の書。

目次
第1章 幾何と算術
第2章 有限位数の点
第3章 有理点のなす群
第4章 有限体上の3次曲線
第5章 3次曲線上の整点
第6章 虚数乗法
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保型関数: 古典理論とその現代的応用 (共立講座 数学の輝き) - 志賀 弘典 単行本 ¥4,644

保型関数―古典理論とその現代的応用― 志賀 弘典


第1章 楕円曲線と楕円モジュラー関数

1.1 SL2(Z) と複素トーラスのモジュライ
1.2 SL2(Z) の基本領域と生成元
1.3 ワイエルストラス℘関数と2 重周期関数
1.4 3 次代数曲線論
1.5 ワイエルストラス℘関数による3 次曲線の助変数表示
1.6 楕円モジュラー関・数・j(τ)
1.7 楕円モジュラー関・数・曼荼羅

第2章 SL2(Z) に関する保型形式概論

2.1 保型形式の概念
2.2 アイゼンシュタイン級数
2.3 楕円曲線から導かれる保型形式,とくに判別式形式
2.4 保型形式環M(Γ)
2.5 デデキントのエータ関数
2.6 アイゼンシュタイン級数E2(z)
2.7 ゼータとテータ
2.8 余興:楕円曲線のハッセ-ヴェイユL関数

第3章 合同部分群に関する保型形式

3.1 概説と記号
3.2 尖点
3.3 合同部分群によって得られるリーマン面
3.4 主合同部分群Γ(N)
3.5 合同部分群に関する保型形式
3.6 コンパクト・リーマン面概説
3.7 リーマン-ロッホの定理概説
3.8 合同部分群に対する次元公式
3.9 Γ1(N) の基本領域と生成系
3.10 合同部分群の重要性

第4章 ヘッケ作用素と固有形式

4.1 予備的考察
4.2 ヘッケ写像
4.3 ヘッケ作用素T(n) 
4.4 ヘッケ固有形式
4.5 ディリクレ級数:L 関数への準備
4.6 L関数への反映
4.7 2 つの典型的なヘッケ固有形式の例
4.8 合同部分群に関するヘッケ作用素:概説

第5章 ヤコビ・テータ関数

5.1 定義と主要な定理
5.2 ヤコビ・テータ関数に関する主要定理の証明
5.3 ガウスの倍角公式
5.4 ヤコビ・テータ関数の無限積表示とその応用
5.5 一般指標のテータ関数とその変換公式

第6章 超幾何微分方程式から導かれる保型関数

6.1 ガウス超幾何微分方程式
6.2 超幾何微分方程式の解の表示
6.3 接続公式および周回行列の明示
6.4 ガウス超幾何微分方程式のシュワルツ写像
6.5 一般化された超幾何関数

第7章 クラインの保型関数とその応用例

7.1 ガウスの算術幾何平均定理とテータ零値についてのヤコビの公式
7.2 Γ1(3) の保型関数
7.3 Γ1(4) の保型形式とヘッケ作用素
7.4 Γ(5) およびΓ1(5) のモジュラー関数と,5 次方程式の解析的解法
7.5 Γ1(6) のモジュラー関数
7.6 Γ(7) とその部分群に関する各種の考察

第8章 超幾何保型関数と高次虚数乗法

8.1 ヒルベルト類体と古典虚数乗法論
8.2 総実体上の4 元数環
8.3 数論的三角群由来の4 元数環における志村虚数乗法論
8.4 単数群Δ(3, 3, 5) の場合の正準模型の明示式とその応用
8.5 高次ヒルベルト類体の実例

演習解答
参考文献
索引
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楕円曲線と保型形式 - N.コブリッツ(著) 上田 勝 (翻訳) 単行本 ¥4,536

内容説明
本書は、「楕円曲線」と「保型形式」という、近年、暗号理論などへの応用が盛んにされている整数論の分野の本格的な入門書兼教科書である。有理数の3辺を持つ直角三角形の面積となる正の整数(合同数)を求めるという、ギリシャ時代以来の問題から入り、それに関連した(yの2乗)=(xの3乗)-n(xの2乗)という具体的な楕円曲線を調べることをモチーフとして、現代の数論のさまざまな理論への入門・解説をしている。著者コブリッツは楕円曲線暗号の創始者。

目次
第1章 合同数から楕円曲線へ
第2章 楕円曲線のハッセ‐ヴェイユL‐関数
第3章 保型形式
第4章 半整数ウェイトの保型形式

著者等紹介
コブリッツ,N.[コブリッツ,N.][Koblitz,Neal]
1969年ハーバード大学卒業。1974年プリンストン大学にてPh.D.を取得。1979年よりワシントン大学(シアトル)で研究を続け、現在、同大学数学科教授。主な研究テーマは、数論の暗号理論への応用

上田勝[ウエダマサル]
京都大学大学院理学研究科博士課程修了。奈良女子大学理学部数学科教授。理学博士。専門は数論、保型形式論

浜畑芳紀[ハマハタヨシノリ]
東京大学大学院数理科学研究科博士課程修了。東京理科大学理工学部数学科助教授。博士(数理科学)。専門は数論、保型形式論(本データはこの書籍が刊行された当時に掲載されていたものです)

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第1章 合同数から楕円曲線へ
 1.1 合同数
 1.2 ある3次方程式
 1.3 楕円曲線
 1.4 2重周期関数
 1.5 楕円関数体
 1.6 ワイエルシュトラス型の楕円曲線
 1.7 加法演算
 1.8 有限位数の点
 1.9 有限体上の点,および合同数問題
第2章 楕円曲線のハッセ-ヴェイユL-関数
 2.1 合同ゼータ関数
 2.2 Enのゼータ関数
 2.3 素数pの変動
 2.4 原型としてのリーマンゼータ関数
 2.5 ハッセ-ヴェイユL-関数と関数等式
 2.6 臨界値
第3章 保型形式
 3.1 SL2(Z)とその合同部分群
 3.2 SL2(Z)に対する保型形式
 3.3 合同部分群に対する保型形式
 3.4 テータ関数の変換公式
 3.5 格子の関数としての保型形式とヘッケ作用素
第4章 半整数ウェイトの保型形式
 4.1 定義と列
 4.2 Γ-0(4) に対する半整数ウェイトのアイゼンシュタイン級数
 4.3 半整数ウェイト保型形式の上のヘッケ作用素
 4.4 志村,ヴァルズピュジェ,タンネルの定理と合同数問題
    
定価:本体4,200円+税
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代数幾何学入門 上野 健爾 (著) (岩波オンデマンドブックス) ¥5,832

内容説明
本書は代数幾何学の入門のための入門書である。数学のさまざまな分野からの道具立てをもとに華麗に展開される代数幾何学は、初学者には難解な印象を与えてきた。本書はできるだけ少ない準備のもとで、多くの具体例を用いて理論のもつ深い意味を自然に理解してもらえるよう工夫した。付録として可換環と体の理論の初歩を収録。

目次
1 代数幾何学への招待
2 射影空間と射影多様体
3 代数曲線
4 代数曲線の解析的理論

出版社内容情報
射影空間と射影多様体を導入したのち,Riemann‐Rochの定理について述べ,応用上も重要な楕円曲線,合同ゼータ関数の理論を展開する.代数曲線の解析的理論も扱う.豊富な例を用いてていねいに解説した最良の入門書.
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フェルマー予想(岩波オンデマンド) 斎藤 毅(著)¥7,452(「フェルマー予想」解決!)


ワイルスによるフェルマー予想の証明を解説する.20世紀整数論の輝かしい成果と将来展望を示した比類のない労作.


内容説明
350年以上前にフェルマーが本の余白に書き残した「フェルマーの最終予想」は、多くの人の努力のあと非常に高等な数学を用いて1994年に解決された。このワイルスによるフェルマー予想証明を解説。読者が証明の道程で迷わぬよう、複雑な構造を解きほぐして示す。はじめにフェルマー予想証明の大まかなみちすじを提示。フェルマー予想を楕円関数、保型形式などと結びつける。そののち証明に用いるガロア表現など基本的対象を構成し、証明の真髄である定理など詳細を解説、証明を完成させる。


目次

あらすじ
楕円曲線
保型形式
Galois表現
3分点と5分点
R=T
可換環論
変形環
スキームについての補足
Z上のモジュラー曲線
保型形式とGalois表現
Hecke加群
Selmer群


著者等紹介
斎藤毅[サイトウタケシ]
1961年生まれ。1987年東京大学大学院理学系研究科数学専攻退学。現在、東京大学大学院数理科学研究科教授。専攻は数論幾何(本データはこの書籍が刊行された当時に掲載されていたものです)
※書籍に掲載されている著者及び編者、訳者、監修者、イラストレーターなどの紹介情報です。

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フェルマー予想(岩波オンデマンド) 斎藤 毅(著)¥7,452(「フェルマー予想」解決!)

第0章 あらすじ
§0.1 簡単ないいかえ
§0.2 楕円曲線
§0.3 楕円曲線と保型形式
§0.4 楕円曲線の導手と保型形式のレベル
§0.5 楕円曲線の6分点と保型形式

第1章 楕円曲線
§1.1 体上の楕円曲線
§1.2 素数pでの還元
§1.3 準同型とTate加群
§1.4 一般のスキーム上の楕円曲線
§1.5 広義楕円曲線

第2章 保型形式
§2.1 j不変量
§2.2 モジュライ
§2.3 モジュラー曲線,保型形式
§2.4 モジュラー曲線の構成
§2.5 種数公式
§2.6 Hecke作用素
§2.7 q展開
§2.8 準素形式,素形式
§2.9 楕円曲線と保型形式
§2.10 準素形式,素形式とHecke環
§2.11 解析的表示
§2.12 q展開と解析的表示
§2.13 q展開とHecke作用素

第3章 Galois表現
§3.1 Frobenius置換
§3.2 Galois表現と有限群スキーム
§3.3 楕円曲線のTate加群
§3.4 保型的なl進表現
§3.5 分岐条件
§3.6 有限平坦群スキーム
§3.7 楕円曲線のTate加群の分岐
§3.8 保型形式のレベルと分岐

第4章 3分点と5分点
§4.1 定理2.54の証明
§4.2 定理0.1の証明のまとめ

第5章 R=T
§5.1 R=Tとは?
§5.2 変形環
§5.3 Hecke環
§5.4 可換環論
§5.5 Hecke加群
§5.6 定理5.22の証明の概要

第6章 可換環論
§6.1 定理5.25の証明
§6.2 定理5.27の証明

第7章 変形環
§7.1 関手とその表現
§7.2 存在定理
§7.3 定理5.8の証明
§7.4 定理7.7の証明

付録A スキームについての補足

§A.1 いろいろな性質
§A.2 群スキーム
§A.3 有限群による商
§A.4 平坦被覆
§A.5 G捻子
§A,6 閉条件
§A.7 Cartier因子
§A.8 スムーズ可換群スキーム

第8章 Z上のモジュラー曲線

§8.1 標数p〉0の楕円曲線
§8.2 巡回群スキーム
§8.3 Drinfeldレベル構造
§8.4 Z上のモジュラー曲線
§8.5 モジュラー曲線Y(r)z1/r
§8.6 井草曲線
§8.7 モジュラー曲線Y1(N)z
§8.8 モジュラー曲線Y0(N)z
§8.9 コンパクト化

第9章 保型形式とGalois表現

§9.1 Z係数のHecke環
§9.2 合同関係式
§9.3 保型的な法l表現と非Eisensteinイデアル
§9.4 保型形式のレベルとl進表現の分岐
§9.5 旧部分
§9.6 ヤコビアンJ0(Mp)のNéronモデル
§9.7 保型形式のレベルと法l表現の分岐

第10章 Hecke加群

§10.1 充Hecke環
§10.2 Hecke加群
§10.3 命題10.11の証明
§10.4 変形環と群環
§10.5 もちあげの族
§10.6 命題10.37の証明
§10.7 定理5.22の証明

第11章 Selmer群

§11.1 群のコホモロジー
§11.2 Galoisコホモロジー
§11.3 Selmer群
§11.4 Selmer群と変形環
§11.5 局所条件の計算,命題11.38の証明
§11.6 定理11.37の証明

付録B 離散付値環上の曲線

§B.1 代数曲線
§B.2 離散付値環上の準安定曲線
§B.3 離散付値環上の曲線の双対鎖複体

付録C Zp上の有限平坦可換群スキーム

§C.1 Fp上の有限平坦可換群スキーム
§C.2 Zp上の有限平坦可換群スキーム

付録D 代数曲線のヤコビアンとNéronモデル

§D.1 代数曲線の因子類群
§D.2 代数曲線のヤコピアン
§D.3 Abel多様体のNéronモデル
§D.4 曲線のヤコビアンとNéronモデル
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保型形式と整数論 土井公二・三宅 敏恒(著)(三宅 敏恒 著, Modular forms. Springer.)


第1章(上半平面 とFuchs群)
第2章(保型形式)
第3章(L関数)
第4章(modular群 とmodular形式)
第5章 (四元数環のorderの 単数群)
第6章(Hecke作用素のtrance公式)
第7章(Hilbertのmodular形式とゼータ函数の整数点での値)


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数論I――Fermatの夢と類体論 (岩波オンデマンドブックス) - 加藤 和也(著)他


古代ギリシアの時代より人は数のふしぎさに素朴な驚きを持つと同時に惹きつけられてきた.それは数の世界がとても奥深く豊かであるからである.数の世界の深さに気づき数々の発見をなした近代数論の始祖フェルマの仕事を紹介し,さらに深く進化していく現在の数論の動向を解説する.講座現代数学の基礎からの単行本化.
数のもつふしぎさに対する素朴な驚き,それが数論の基本である.近代数論の始祖Fermatの仕事には,この数のふしぎさがよくあらわれている.はじめに Fermatの数論に関する仕事を紹介し,Fermatの発見した個々の事実の背後にひろがる,数の奥深く豊かな世界を見る.さらに現代の数論において重要な対象である楕円曲線,p進数,ζ関数,代数体を取り扱い,これらの基礎の上に数論の中核である類体論の解説をおこなう.岩波講座「現代数学の基礎」からの単行本化.

まえがき 
単行本化にあたって 
  理論の概要と目標 
第0章 序 Fermatと数論 
 §0.1 Fermat以前
 §0.2 素数と2平方和
 §0.3 p=(xの2乗)+2(yの2乗),p=(xの2乗)+3(yの2乗),……
 §0.4 Pell方程式
 §0.5 3角数,4角数,5角数,……
 §0.6 3角数,平方数,立方数
 §0.7 直角3角形と楕円曲線
 §0.8 Fermatの最終定理 
第1章 楕円曲線の有理点 
 §1.1 Fermatと楕円曲線
 §1.2 有理整数環
 §1.3 Mordellの定理 
第2章 2次曲線とp進数体 
 §2.1 2次曲線
 §2.2 合同式
 §2.3 2次曲線と平方剰余記号
 §2.4 p進数体
 §2.5 p進数体の乗法的構造
 §2.6 2次曲線の有理点 
第3章 ζ 
 §3.1 ζ関数の値の3つのふしぎ
 §3.2 正整数での値
 §3.3 負整数での値 
第4章 代数的整数論 
 §4.1 代数的整数論の方法
 §4.2 代数的整数論の核心
 §4.3 虚2次体の類数公式
 §4.4 Fermatの最終定理とKummer 
第5章 類体論とは 
 §5.1 類体論的現象の例
 §5.2 円分体と2次体
 §5.3 類体論の概説 
第6章 局所と大域 
 §6.1 数と関数のふしぎな類似
 §6.2 素点と局所体
 §6.3 素点と体拡大
 §6.4 アデール環とイデール群 
第7章 ζ(Ⅱ) 
 §7.1 ζの出現
 §7.2 RiemannζとDirichlet L
 §7.3 素数定理
 §7.4 Fp[T ]の場合(※Fは黒板書体を表す)
 §7.5 RiemannζとDirichlet L
 §7.6 素数定理の一般的定式化 
第8章 類体論(Ⅱ) 
 §8.1 類体論の内容
 §8.2 大域体,局所体上の斜体
 §8.3 類体論の証明 
付録A Dedekind環のまとめ 
 §A.1 Dedekind環の定義
 §A.2 分数イデアル 
付録B 超楕円曲線とヤコビ多様体 
 §B.1 Galois理論
 §B.2 正規拡大と分離拡大
 §B.3 ノルムとトレース
 §B.4 有限体
 §B.5 無限次Galois理論 
付録C 素点の光 
 §C.1 Henselの補題
 §C.2 Hasseの原理 
  問解答 
  演習問題解答 
  索引 

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数論 II――岩澤理論と保型形式 (岩波オンデマンドブックス) - 黒川 信重(著)他

現代数論の代数的側面をもつ岩澤理論と,解析的側面をもつ保型形式という2つの重要な基礎理論を解説する.さらに楕円曲線の数論を,ワイルズによるフェルマ予想の証明にいたる道筋とそのアイディアの概説を中心に紹介する.現代数論の前線を示した1冊.
現代数論の,解析的側面を持つ保型形式論と代数的側面を持つ岩澤理論という2つの代表的主題の基礎理論が本書のメイン・テーマである.はじめにRamanujanの発見したいくつかの美しい等式を証明することを目標にして,保型形式とは何かを論じ,さらにモジュラー群に対する保型形式について解説する.また群上の保型形式とSelberg跡公式との関係について展望する.そして,現代数論の根幹をなす岩澤理論については,岩澤主予想を中心に解説をおこなう.最後に楕円曲線の数論について,WilesによるFermat予想の証明を概説することを目標にして紹介した.

まえがき 
  理論の概要と目標 
第9章 保型形式とは 
 §9.1 Ramanujanの発見
 §9.2 Ramanujanの⊿と正則Eisenstein級数
 §9.3 保型性とζの関数等式
 §9.4 実解析的Eisenstein級数
 §9.5 Kroneckerの極限公式と正規積
 §9.6 SL2(Z)の保型形式(※Zは黒板書体を表す)
 §9.7 古典的保型形式 
第10章 岩澤理論 
 §10.0 岩澤理論とは
 §10.1 p進解析的ゼータ
 §10.2 イデアル類群と円分Zp拡大(※Zは黒板書体を表す)
 §10.3 岩澤主予想 
第11章 保型形式(II) 
 §11.1 保型形式と表現論
 §11.2 Poisson和公式
 §11.3 Selberg跡公式
 §11.4 Langlands予想 
第12章 楕円曲線(II) 
 §12.1 有理数体上の楕円曲線
 §12.2 Fermat予想 
  参考書 
  問解答 
  演習問題解答 
  索引 

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保型形式論: ─現代整数論講義─ (朝倉数学大系) 吉田 敬之(著) ¥7,344

「志村−谷山予想の一般化」の仕事に感動!!


保型形式論: ─現代整数論講義─ (朝倉数学大系) - 吉田 敬之

目次

Riemannのゼータ函数
Hecke環
楕円函数とモジュラー形式
アデール
p進群の表現論の基礎
保型形式と保型表現
GL(n)の表現のWhittakerモデルとその応用
GL(2)上の保型形式
GL(2)の表現の極大コンパクト部分群への制限
L群と函手性
志村-谷山予想の一般化
モジュラー形式とcohomology群
付録 単因子論とGL(n)の共役類
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保型形式論: ─現代整数論講義─ (朝倉数学大系) - 吉田 敬之

目次詳細

Ⅰ.Riemannのゼータ函数
1.Bernoulli数とEuler−Maclaurin総和法
2.Riemannの方法
3.Riemannのゼータ函数展望
Ⅱ.Hecke環
1.群論的定義
2.合成積代数による定義
3.誘導表現との関係
4.文献
Ⅲ.楕円函数とモジュラー形式
1.楕円函数
2.楕円曲線
3.モジュラー形式(レベル1の場合)
4.モジュラー形式(一般レベルの場合)
5.Hecke作用素とEuler積
6.モジュラー形式のL函数
7.Petersson内積
8.代数多様体のゼータ函数と志村−谷山予想
Ⅳ.アデール
1.大域体のアデール環とイデール群
2.大域体のHecke指標とそのL函数
3.Hecke指標のL函数の函数等式
4.類体論の骨子と若干の応用
5.代数群
6.代数群のアデール化
7.GL(2,QA)上の保型形式
Ⅴ.p進群の表現論の基礎
1.許容表現
2.超函数と指標
3.誘導表現とJacquet函手
4.正規化された誘導表現とユニタリー性
5.不分岐主系列表現
6.球函数とHecke環の構造
7.Tempered表現
Ⅵ.保型形式と保型表現
1.表現のテンソル積分解
2.実reductive Lie群のHecke代数
3.アデール群のHecke代数
4.保型形式と保型表現
5.L2理論との関係
Ⅶ.GL(n)の表現のWhittakerモデルとその応用
1.局所理論−超函数についての準備
2.局所理論−Whittakerモデル
3.Whittaker函数による保型形式の展開
4.文献
Ⅷ.GL(2)上の保型形式
1.Kirillovモデル
2.主系列表現
3.局所函数等式
4.GL(2,R)とGL(2,C)の表現論
5.GL(2)上の保型形式
6.モジュラー形式と表現論
7.文献など
Ⅸ.GL(2)の表現の極大コンパクト部分群への制限
1.基本不等式
2.局所Atkin−Lehner定理
3.基本不等式の応用Ⅰ
4.基本不等式の応用Ⅱ
5.この章の結果について
Ⅹ.L群と函手性
1.函手性原理への道
2.Reductive群
3.Weil群
4.λ進表現とWeil−Deligne群の表現
5.L群
6.函手性原理(局所体の場合)
7.函手性原理(大域体の場合)
8.重複度公式
ⅩⅠ.志村−谷山予想の一般化
1.Hodge群
2.モティーフに付随する局所パラメーター
3.ある基本的cohomology類について
4.志村−谷山予想の一般化
5.実例
6.モティーフ
ⅩⅡ.モジュラー形式とcohomology群
1.群の生成元と基本関係
2.群のcohomology論
3.一変数の場合
4.Hilbertモジュラー形式
5.Hilbertモジュラー形式とcohomology群
6.Parabolic条件と特殊値の計算法
7.計算例
8.この章の結果について

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Silverman, Joseph H(2009)『The Arithmetic of Elliptic Curves』Springer.』(楕円曲線論概説 上・下 (J.H.シルヴァーマン(著)、鈴木 治郎(訳)))

楕円曲線論は、フェルマー予想解決に重要な役割を果たした谷山-志村予想など、最新の整数論と深い関連があり、またICカードへの組込みなど楕円曲線暗号が実用化されるにつれ、応用の立場からも活発に研究が進められている。本書は、楕円曲線論に関する優れたテキスト『楕円曲線論入門』(J.テイトとの共著)で定評のあるJ.H.シルヴァーマンによる好著。


楕円曲線論概説 上 (J.H.シルヴァーマン(著)、鈴木 治郎(訳))

楕円関数とモジュラー関数
  1 モジュラー群
  2 モジュラー曲線X (1)
  3 モジュラー関数
  4 一意化とモジュライの体
  5 楕円関数再び
  6 楕円関数のq 展開
  7 モジュラー関数のq 展開
  8 △(τ)に関するJacobi の積公式
  9 Hecke作用素
  10 モジュラー形式に作用するHecke 作用素
  11 モジュラー形式に付随するL 級数
   練習問題  

虚数乗法
  1 C上の虚数乗法
  2 有理性の問題
  3 類体論-簡単なまとめ
  4 ヒルベルト類体
  5 最大アーベル拡大
  6 j が整であること
  7 円分拡大の類体論
  8 虚数乗法の主定理
  9 付随する量指標
  10 CM楕円曲線に付随するL級数
   練習問題  
完備体上の楕円曲線
  1 C 上の楕円曲線
  2 R 上の楕円曲線
  3 Tate曲線
  4 Tate写像は全射である
  5 p 進体上の楕円曲線
  6 p 進一意化の応用
  7 練習問題  
局所高さ関数
  1 局所高さ関数の存在
  2 標準高さの局所分解
  3 アルキメデス的絶対値-明示公式
  4 非アルキメデス的絶対値-明示公式
  5 練習問題  
いくつかの役に立つ表
  1 ベルヌーイ数とζ(2k)
  2 △(τ)と j (τ)のFourier 係数
  3 虚数乗法をもつQ上の楕円曲線
   練習問題についての注意
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楕円曲線論概説 下 (J.H.シルヴァーマン(著)、鈴木 治郎(訳))

楕円曲面
 1 関数体上の楕円曲線
 2 弱Mordell-Weil定理
 3 楕円曲面
 4 有限体上の楕円曲線の高さ
 5 分裂する楕円曲面と高さ有界の集合
 6 関数体に対するMordell-Weil定理
 7 代数曲面の幾何
 8 ファイバー曲面の幾何
 9 楕円曲面の幾何
 10 代数多様体の高さと因子
 11 楕円曲面に関する特殊化定理
 12 関数体上の楕円曲線の整点
 13 練習問題
Neronモデル
 1 群多様体
 2 スキームとSスキーム
 3 群スキーム
 4 数論的曲面
 5 Neron モデル
 6 Neron モデルの存在
 7 交点理論、極小モデル、ブローアップ
 8 Neron モデルの特殊ファイバー
 9 特殊ファイバーを計算するTateのアルゴリズム
 10 楕円曲線の導手
 11 Ogg の公式
   練習問題
いくつかの役に立つ表
 1 ベルヌーイ数とζ(2k)
 2 △(τ)と j (τ)のFourier 係数
 3 虚数乗法をもつQ上の楕円曲線
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志村五郎 著『Introduction to the theory of automorophic functions』

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代数幾何学 1 2 3 (R.ハーツホーン著 訳 高橋宣能 松下大介)(R. Hartshorne, Algebraic Geometry, Springer (1977).の日本語版)


代数幾何学 1 - R.ハーツホーン 単行本 ¥4,104

代数幾何学 2 - R.ハーツホーン 単行本 ¥2,592

代数幾何学 3 - R.ハーツホーン 単行本 ¥3,456



だいたい多項式の零点集合についての話です。(雑すぎる)
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代数幾何学 1 - R.ハーツホーン 単行本 ¥4,104


第1章 多様体
1.1 アファイン多様体
1.2 射影多様体
1.3 射
1.4 有理写像
1.5 非特異多様体
1.6 非特異曲線
1.7 射影空間における交わり
1.8 代数幾何学とは何か

第2章 スキーム
2.1 層
2.2 スキーム
2.3 スキームの基本的性質
2.4 分離射と固有射
2.5 加群の層
2.6 因子
2.7 射影的射
2.8 微分
2.9 形式スキーム


代数幾何学 2 - R.ハーツホーン 単行本 ¥2,592


第3章 コホモロジー
3.1 導来函手
3.2 層のコホモロジー
3.3 Noetherアファインスキームのコホモロジー
3.4 Čechコホモロジー
3.5 射影空間のコホモロジー
3.6 Ext群とExt層
3.7 Serre双対定理
3.8 層の高次順像
3.9 平坦射
3.10 滑らかな射
3.11 形式函数定理
3.12 半連続性定理

代数幾何学 3 - R.ハーツホーン 単行本 ¥3,456


第4章 曲線
4.1 Riemann-Rochの定理
4.2 Hurwitzの定理
4.3 射影空間への埋め込み
4.4 楕円曲線
4.5 標準埋め込み
4.6 P3内の曲線の分類
第5章 曲面
5.1 曲面上の幾何
5.2 浅織曲面
5.3 モノイダル変換
5.4 P3内の三次曲面
5.5 双有理変換
5.6 曲面の分類

付録A 交叉理論
A.1 交叉理論
A.2 Chow環の性質
A.3 Chern類
A.4 Riemann-Rochの定理
A.5 補遺と一般化

付録B 超越的な方法
B.1 付随する複素解析空間
B.2 代数的な圏と解析的な圏の比較
B.3 コンパクト複素多様体はいつ代数的か
B.4 Kähler多様体
B.5 指数完全列

付録C Weil予想
C.1 ゼータ函数とWeil予想
C.2 Weil予想に関する取り組みの歴史
C.3 l進コホモロジー
C.4 Weil予想のコホモロジー論的解釈

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フェルマーの最終定理 の歴史 (証明までの流れ)

概要
定理の主張は非常に簡単であり、

「方程式 (xのn乗)+(yのn乗)=(zの乗) が n≧3 の場合、 x,y,zは0でない自然数の解を持たない」
というものである。

この定理が産声を上げたのは17世紀。フランスの数学者ピエール・ド・フェルマーが、彼の愛読書である『算術』(ディオファントス著)の余白に書き込んだメモがきっかけである。 さらに、

私はこの定理について真に驚くべき証明を発見したが、ここに記すには余白が狭すぎる。
とのコメントが記してあった。まるで誰かがそのメモを見ることを予想していたかのように。

『算術』の余白には他にも様々な定理が証明無しで記してあり、彼の死後、遺品を整理していた遺族によって発見され、これらのメモ書き付きで再販された。その後、何人もの数学者によってそれらの定理に証明が与えられていったが、最後まで残ってしまったのがこの定理である。証明は困難を極め、いつしかこの定理はフェルマーの「最終」定理と呼ばれるようになった(この時点では未証明だったので「フェルマー予想」と呼ばれることもあったが、フェルマーが証明したという伝説にちなんで『定理』と呼ばれていた)。

この定理が証明されるまでに、実に350年以上もの歳月を必要とした。

証明したのはイギリスの数学者、アンドリュー・ワイルズである。この為、現在ではワイルズの定理、あるいはフェルマー・ワイルズの定理とも呼ばれる。ワイルズはフェルマー以降に発見された定理や、当時最新の定理を用いてこの難題に対抗。350年もの長い間、多くの数学者を悩ませ続けてきたモンスターも、1995年にようやく沈黙したのである。

ちなみに“n=2”の場合に等式が成り立つ条件について述べたのは、所謂ピタゴラスの定理(三平方の定理)である。

証明の歴史
<1670年>

全ての元凶 フェルマーの死後、彼の息子が遺品整理の際にフェルマーの注釈(最終定理は48個中2番目)を含めたディオファントスの「算術」(親父が証明したって言ってるけどその証明が残ってない定理一覧)を出版する。

またこの時、フェルマー自身はn=4の時についての証明を書き残していた。

<1770年>

レオンハルト・オイラーがn=4を簡略化し、そこに虚数(二乗すると-1になる数)を使いn=3の時の証明に成功する。

そして、その解法はそれぞれの倍数についても同様に成り立つ為 「全ての素数が成り立たないことを証明する」事でフェルマーの最終定理を証明できるとした。

<1823-1847年>

ソフィ・ジェルマンが「フェルマーの定理が成り立つ時は、x,y,zのいずれかがnで割り切れなければならない」と証明(ソフィ・ジェルマンの定理)

ペーター・グスタフ・ディリクレとアドリアン・マリー・ルジャンドが、ソフィ・ジェルマンの定理を用いてn=5の時の証明に成功し、ディリクレは「n=14」の時についても証明する。(後にガブリエル・ラメが「n=7」の時の証明に成功する)

そして、1847年に、業を煮やした数学界が「フェルマーの最終定理」に懸賞金を付ける。

これにガブリエル・ラメとオージュスタン=ルイ・コーシーが競い合って証明を完成させようとするが、証明方法の致命的な欠陥をエルンスト・クンマーに指摘され、断念。

クンマー がその欠陥を直した「ぼくのかんがえたさいきょうのかず」(理想数)を提案するが、同時に「この方法(理想数)を用いてもフェルマーの最終定理は証明できない」とも結論付けた。

(懸賞金はクンマーが受け取った)

<1955年>

志村五郎が、友人谷山豊の発想を元に「全ての楕円曲線とモジュラー形式は、ゼータ関数が一致するのではないか」(谷山・志村予想)と提唱し、ラングランズ哲学の観点から注目される。

(ようするに、全然分野の違う二つの数式が似てるけど、もしかしたら繋がってるんじゃないか?という予想)

※ラングランズ哲学・・・全ての物には数学的な規則性や必然性があり、実は全部深い所でつながってるんじゃないの?という考え
※(谷山・志村予想)は、専門家の間では、今は、「志村予想」である。

<1984年>

ゲルハルト・フライが「フェルマーの最終定理を変形させると楕円方程式の形になる」

そして「その変形させた楕円方程式は谷山=志村予想を満たさない」と発表

その後、ジャン・ピエール・セールによって定型化される(フライ・セールのイプシロン予想)

<1986年>
ケン・リベットが「フライ・セールのイプシロン予想」を証明する

これを整理すると

・谷村志村予想は楕円曲線とモジュラー形式がゼータ関数でラングランズ哲学がフライセールのイプシロン予想で

フェルマーの最終定理のx,y,zに正解があるとすれば、谷山=志村予想は満たされない(谷山=志村予想は間違っている)

言い換える(対偶をとる)と、谷山=志村予想が正しいと証明されれば、フェルマーの最終定理のx,y,zを満たす自然数の解は存在しない。

つまり、谷山・志村予想が正しいと証明出来れば、フェルマーの最終定理も証明出来るということになる。

<1993年>

6月23日

当時、岩沢理論における楕円曲線のゼータ関数の一部の証明に成功し、プリンストン大学の教授だったアンドリュー・ワイルズが、ケンブリッジのニュートン研究所の講演会で、証明に成功したと発表。

世間は大騒ぎになるが、のちの論文の審査で欠陥が見つかる。

当初はこの欠陥について、秘密裏に修復しようと沈黙していたが、論文の審査結果も論文自体も公表されないために、世間が混乱する。

<1994年9月19日>
ワイルズ「もう諦めよう…最後に岩澤理論を見直してみ…………!!!!」 
(本人曰く「夢じゃないかと思うような素晴らしい証明」が頭に浮かんだという」) 
(※ 1994年10月に新しい証明を発表。)

<1995年2月13日>
ワイルズの証明に不備がないことが確認され、330年もの歴史に決着がついた。

(※ 1995年のAnnals of Mathematics誌において出版し、その証明は、1995年2月13日に誤りがないことが確認され、360年に渡る歴史に決着を付けた。)
悪魔の証明
この証明は、300年以上もの間証明されなかったことから悪魔の証明とも呼ばれた。

といっても「証明するのが原理的に不可能」という意味の悪魔の証明ではなく、「数々の数学家を地獄に落とした」という経歴がそう呼ばせるのである。

1847年、クンマーが「現代の数学では不可能」と結論付けてから、1984年にフライ=セール予想が発表され具体的な証明方法が見つかるまでの間も、もちろんこの証明に挑戦する数学家たちは多かった。

特に1900年代に、大富豪ヴォルフスケールが10万マルク(日本円で十数億円)という莫大な懸賞金をこの定理の証明にかけた為、フェルマーの最終定理ブームが起こったほどである。

…がしかし、歴史的に見ても、もちろん証明されていないどころか、特にコレといった発見すらない。

つまり「まったくの無駄な時間」を、この問題に挑戦させた多くの人々に味合わせたのである。

無論、未解決問題の証明には長い長い時間を要する。5年10年では足りないだろう。

だがもし、人生の中の10年という時間をこの問題の証明に費やしても成果が出なかったらどうなるか?

答えは決まって「もっとのめりこむ」のであった。だってすでに10年もの歳月を使ってしまったのだから……。

証明しなければ報われない……だがしかし、証明さえすればこの10年は無駄ではなかった!それどころか十数億!さらには数学界における永遠の栄誉まで手に入る!

…そう信じて、死の直前まで理想を抱いたまま倒れたものがどれだけいただろうか……。

そして、このブームに乗っかったのは数学素人の方が多かったとも言われている。

理由は、この問題の悪魔的要素の一つである「理解のしやすさ」である。

難しい専門用語もなく、理解しがたい数式も無い、たった一行の数式を証明するだけである為に「もしかしたらできちゃうんじゃ」と勘違いする人間が数多く存在した。

さらに、フェルマーの一言「真に驚くべき証明」という言葉から「小難しい理論なんて必要じゃないんじゃない? ひらめき一発で解けるような、そんな問題なんじゃないか?」と勘違いを起こさせた。

実際に、数学者達は「誰も解けてないんだから無理だろう」と諦め、まともに取り組もうとしなかったが、一般人はそうは思わず、一人また一人と地獄送りへなっていった……フェルマー…恐ろしい子…!

一方で、この問題の証明を夢見て数学者の道を志した人間も少なくなく、多くの若者を数学の世界に招き入れたという正の側面も存在する。

最終的に証明に成功したアンドリュー・ワイルズもまた、そういった若者の一人であったのだが、数多の天才が敗れていったこの問題に手を出すことを恩師のジョン・コーツに止められ、数学者になってからしばらくは別の研究を続けていた。

……が、自身の専門分野である楕円曲線の研究がフェルマーの最終定理の内容と繋がることに気付き、それをきっかけにこの問題の証明へとのめり込んでいくいことになる。

ワイルズはこの証明に挑戦するために自室に引きこもり、講義や生徒指導など最低限の仕事しかこなさなくなったと言われている。

それどころか、定期的な発表会でさえ他の研究をしていなかったワイルズは未発表の論文を限りなく薄めて引き延ばすという方法をとり、時間を稼いでいた。

当然、彼の評価は「まともに仕事をしない」「大した成果を出さない」と、失墜していき、同僚からは「人が変わったように無能になった」と言われていた。

そんな生活を、彼は7年も続けていた。彼もまた、もしも結果が出ていなければ、一生を台無しにする所だったのかもしれない…。

(因みに、ヴォルフスケールの懸賞金はワイルズが受け取ったが、当時十数億円と言われた懸賞金は、世界大戦によるハイパーインフレにより500万円ほどの価値であった)
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備忘録 メモ

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フェルマーの最終定理 【著者】サイモン•シン(青木薫 訳) 【発行】新潮社(新潮文庫) / 「解決!フェルマーの最終定理 現代数論の軌跡」加藤和也著、日本評論社

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初級・中級者(中高生用)書籍
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フェルマーの最終定理 【著者】サイモン•シン(青木薫 訳) 【発行】新潮社(新潮文庫)

整数に関する問題は、問題を理解するのはやさしいが解くのはとてつもな く難しいことが多い。この本の表題ともなっている「フェルマーの最終定理」 の証明もそのような整数問題の1つであり、アマチュア・プロを問わず 300 年もの間、多くの数学者の挑戦を退けてきた問題である。1995 年最終的に 証明を成し遂げた勝者はアンドリュー・ワイルズという数学者であった。し かし、その証明への取り組みは試練に満ちており、7年間の隠密行動、そし て1度は証明できたと発表して、その後証明に穴があることがわかり1年余 りの間、公にさられた状態での穴埋め作業の末ようやく証明完了というドラ マが書かれています。谷山、志村、岩澤、肥田といった日本人数学者もからみ、困難な問題にチャレンジする人間模様を描いた物語として、一読を。

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中級者・上級者向け書籍:「数学者」の感覚として読む
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【書名】「解決!フェルマーの最終定理 現代数論の軌跡」加藤和也著、日本評論社
( フェルマーの大定理が解けた!―オイラーからワイルズの証明まで (ブルーバックス) 足立恒雄著 新書 )
( フェルマーの大定理―整数論の源流 (ちくま学芸文庫) 足立恒雄著 )
( フェルマーの最終定理 文庫 フェルマーの最終定理 (新潮文庫) サイモン シン(著), 青木 薫 (翻訳) 


1993年6月23日に、プリンストン大学のA.ワイルスが、フェルマーの最終定理の証明を宣言し、その後、証明の不備が見つかり、1年以上に苦考の末、1994年9月19日にその修正に成功したこの期間に、著者が証明の解説として数学セミナー読者向けに書いたものを集めたものである。厳密性はないが、極力丁寧に、正確に伝えようとする、著者の誠実さと、理解の深さが伝わってくる。原論文の 1. A. Wiles; Modular elliptic curves and Fermat's last theorem, 2. R. Taylor, A. Wiles; Ring theoretic properties of certain Heck algebras にも、整数論にも、非常に惹きつけられる内容だった。購入時にも読んだと思われるが、詳しく覚えていないところをみると、理解しようとはしていなかったのかもしれない。むろん、今回も十分な時間をかけて読んだとは言えないが。

以下は備忘録

「砂田利一『基本群とラプラシアン、幾何学における数論的方法』」(p.37)「ワイルス『ぼくは、フライとリベットの結果を知ったとき、風景が変化したことに気がついた。(中略)この時まで、フェルマの最終定理は、何千年間もそのまま決して解かれることがなく数学がほとんど注目することがない数論の他の[散発的かつ趣味的な]ある種の問題と同じようなものに見えていた。フライとリベットの結果によって、フェルマの最終定理は、数学が無視することのできない重要な問題の結果という形に変貌したのだ。(中略)ぼくにとって、そのことは、この問題がやがて解かれるであろうと言うことを意味していた』」(p.67)「清水英夫著『保型関数I, II, III』、志村五郎著『Introduction to the theory of automorophic functions』、Knapp『Elliptic curves』、河田敬義著『数論I, II, III』、藤崎源二郎・森田康夫・山本芳彦著『数論への出発』、上野健爾著『代数幾何学入門』、J.H.シルヴァーマン・J.テイト著(足立恒雄〔ほか〕訳)『楕円曲線論入門』、土井公二/三宅敏恒著『保型形式と整数論』、肥田晴三著『Elementary theory of L-functions and Eisenstein series』、吉田敬之著『保型形式論: ─現代整数論講義─』、N.コブリンツ著(上田勝〔ほか〕訳)『楕円曲線と保型形式』」(p.123,4)「田口雄一郎さんの手紙に『Deligne さんの家はこの道の始まりのところ、森の入り口にあります。Deligne さんといへども、森羅万象の真理の最奥に至る道のほんの入口のところにゐるに過ぎないといふ、これは自然による卓抜な比喩であると思われます。ところが、恐ろしいことに彼の子供たちは毎日この道を通って森のむかうの学校に通ってゐるらしいのです。』とありました。フェルマーからの350年は大進歩でしたが、人類が続いてゆけば、それは今後何千年の数学の序曲であり、何段も何段も自然の深奥への新しい段階があることでしょう。」(p.239)「ガウス『どのように美しい天文学上の発見も、高等整数論が与える喜びには及ばない』ヒルベルト『数論には古くからの問題でありながら、今日も未解決のものが少なくない。その意味で、多くの神秘を蔵する分野であるが、他方、そこで展開される類体論のような、世にも美しい理論がある』」(p.245)「岩澤健吉『代数体と、有限体上の一変数関数体は、どこまでも似ていると信じてよい』」(p.246)「志村五郎は『整数論いたる所ゼータ関数あり』と述べたが今その言葉に『ゼータ関数のある所 岩澤理論あり』と続けて考えたい」(p.261)『ゼータ関数のある所 肥田理論あり』ともいえる。

「フェルマーの最終定理」を理解したい人(参考 書籍紹介)

N.コブリンツ著(上田勝〔ほか〕訳)『楕円曲線と保型形式』
土井公二/三宅敏恒著『保型形式と整数論』
志村五郎著『Introduction to the theory of automorophic functions』
J.H.シルヴァーマン・J.テイト著(足立恒雄〔ほか〕訳)『楕円曲線論入門』
Knapp『Elliptic curves』
河田敬義著『数論I, II, III』
藤崎源二郎・森田康夫・山本芳彦著『数論への出発』
上野健爾著『代数幾何学入門』
肥田晴三著『Elementary theory of L-functions and Eisenstein series』
清水英夫著『保型関数I, II, III』
吉田敬之著『保型形式論: ─現代整数論講義─』
砂田利一著『基本群とラプラシアン、幾何学における数論的方法』

原論文の
1. A. Wiles; Modular elliptic curves and Fermat's last theorem, 
2. R. Taylor, A. Wiles; Ring theoretic properties of certain Heck algebras
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「フェルマーの最終定理」のカギ 「谷山・志村予想」とは
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谷山・志村予想とは

 「有理数体上の楕円曲線(注1)はモジュラー関数(modular function)で一意化(uniformization)される」という命題が,谷山・志村予想と呼ばれているものです.このような形で明確に定式化したのは志村五郎です([11], p. 245).

 円の方程式 (xの2乗)+(yの2乗)=1 は x=cos t, y=sin t とパラメータ表示され,tを実数の範囲で動かすと円上のすべての点が得られますが,このことを円が三角関数で一意化されるといいます.楕円曲線とモジュラー関数についても同様のことが成り立つというのが上の命題の意味です.

 古典的な結果としてすでに,楕円曲線がワイエルシュトラスのペー関数と呼ばれる楕円関数によって一意化されることが知られています.谷山・志村予想によれば,楕円関数の代わりにモジュラー関数が利用できるというわけです.モジュラー関数のような「良い性質」を持つ関数で一意化できると,楕円関数ではできなかったいろいろなことが証明できます.

 予想に谷山の名前が付いているのは,1955年に日光で行われた代数的整数論の国際シンポジウムにおいて谷山豊が楕円曲線と保型形式(automorphic form)との関連について問題の形で言明したことによります.ただし,谷山自身はモジュラー関数だけでは不十分だろうと思っていたようです([5], pp. 188-189, [11], pp. 248-251).

 残念なことに,谷山豊は1958年11月17日に31歳という若さで自殺してしまいました.理由は不明です.さらに,彼の婚約者がそのあとを追って自殺しています.

 谷山・志村予想の呼び方は定まっていません.ここでは「谷山・志村予想」と呼んでいますが,他にも「志村・谷山予想」「志村・谷山・ヴェイユ予想」「谷山・ヴェイユ予想」あるいは単に「ヴェイユ予想」と呼ばれることもあります(注2).ここにフランスの偉大な数学者アンドレ・ヴェイユの名前が登場する理由は,彼がこの予想に関連するいくつかの論文を発表し,大きな業績を上げたからです.

 しかし一方で,数学者サージ・ラングが,この予想に関するヴェイユの発言を徹底的に調べ上げ,その調査結果を「ラング・ファイル」あるいは「谷山・志村ファイル」と呼ばれる文書にまとめたという話は有名です([5],pp. 188-191, [8], pp. 137-157).彼は,ヴェイユが当初予想が成り立つことを信じてはおらず,この予想の成立にはなんの貢献もしていなかったと断定しました.

 モジュラー関数や保型形式の定義については,岩波数学辞典第4版を参照してください.ここでは,モジュラー関数,モジュラー形式はそれぞれ保型関数,保型形式の特別なものであるということだけ注意しておきます.

(注1)楕円曲線とは,x, y を未知数とする方程式

(yの2乗) = (xの3乗) + a(xの2乗) + bx + c (a, b, c は有理数)

で与えられる曲線で,右辺が x の多項式として重根をもたないものをいいます.

(注2)単に「ヴェイユ予想」という場合には,1949年に代数多様体の合同ゼータ関数に対してヴェイユが主張したリーマン予想の類似のことを意味することのほうが多いです.この予想は1973年にベルギーの数学者ドリーニュによって完全に解決されました.

谷山・志村予想の解決

 1980年代,ゲアハルト・フライが「谷山・志村予想が正しければ,フェルマの最終定理も正しい」ということを発表しました([1]).しかし,フライの主張が成立するためには解決しなければならないいくつかの問題があることをジャン・ピエール・セールが指摘しました.その後,ケン・リベットがそれらの問題を解決しました([2]).

 1990年代前半から中頃にかけて,アンドリュー・ワイルズが,半安定(semi-stable)な楕円曲線に対して谷山・志村予想を証明し,その副産物としてフェルマの最終定理を証明しました([3],[4]).

 ワイルズが本格的に谷山・志村予想とフェルマの最終定理の証明にとりかかったのは,リベットがフライの主張を証明したというニュースを聞いた1986年頃だそうです(注3).それから彼は何年もの間,あらゆる他の研究から手を引き,屋根裏の勉強部屋にこもって谷山・志村予想の証明に集中したといいます([5], pp. 192-193, [8], pp. 167-170).

 ワイルズは,谷山・志村予想をガロア表現(注4)の言葉で言い換えることによって証明しました.1993年の時点で,谷山・志村予想の証明をある種のセルマー群(注5)の元の個数を数えることに帰着するところまでは成功していました.そのときには,セルマー群の大きさを評価するのにオイラー系(注6)を利用することを考えていました.しかし,その方法による証明に大きな欠陥が見つかりました.次にヘッケ環を利用する方法で再挑戦し,かつて自分の学生であったリチャード・テイラーと共に証明を完成させました.

 その後,ワイルズの証明を改良することによって,谷山・志村予想に関する成果が次々と発表されました([7],[9]).そしてついに,クリストフ・ブルイユ,ブライアン・コンラッド,フレッド・ダイヤモンド,リチャード・テイラーの4人によって谷山・志村予想が完全に解決されました([10]).

(注3)リベットの論文の出版は1990年ですが,実際にはフライの主張は1986年に証明されています.

(注4)ガロア表現とは,絶対ガロア群から正則行列全体のなす群への準同型写像です. なお,絶対ガロア群とは,有理数体の代数的閉包(=有理数係数の多項式の根の全体からなる体)の,有理数体上のガロア群のことをいいます.

(注5)セルマー群とは,代数的整数論で重要な概念であるイデアル類群を一般化したものです.セルマー群の元の個数を数えることは類数(=イデアル類群の元の個数)を求めることに対応します.なお,本文中でいう「ある種」のセルマー群とは「保型形式に伴うガロア群の2次対称積表現」のセルマー群です([6], p. 15).

(注6)オイラー系はロシアの数学者コリヴァギンによって発明されました.なお,ワイルズはもともと岩澤理論の専門家で,1980年代前半にバリー・メイザーと共に,岩澤理論で重要な「岩澤主予想」を最初に証明しています.そのため岩澤主予想は「メイザー・ワイルズの定理」と呼ばれることもあります.その後1980年代後半にカール・ルービンがオイラー系を用いて岩澤主予想の別証明を得ています.

文献

[1] Frey, G., Links between stable elliptic curves and certain diophantine equations, Annales Universitatis Saraviensis 1 (1986), 1-40.

[2] Ribet, K. A., On modular representations of Gal(\overline{Q}/Q) arising from modular forms, Invent. Math. 100 (1990), 431-476.

[3] Wiles, A., Modular Elliptic-Curves and Fermat's Last Theorem, Ann. Math. 141 (1995), 443-551.

[4] Taylor, R., Wiles, A., Ring-Theoretic Properties of Certain Hecke Algebras, Ann. Math. 141 (1995), 553-572.

[5] 足立恒雄, フェルマの大定理が解けた!, 講談社, 1995.

[6] 加藤和也, 解決!フェルマの最終定理, 日本評論社, 1995.

[7] Diamond, F. : On deformation rings and Hecke rings, Ann. of Math. 144, 137-166, 1996.

[8] アミール・D・アクゼル(著), 吉永良正(訳), 天才数学者たちが挑んだ最大の難問, 早川書房, 1999.

[9] Conrad, B., Diamond, F., Taylor, R., Modularity of certain potentially Barsotti-Tate Galois representations, J. Amer. Math. Soc. 12 (1999), 521-567.

[10] Breuil, C., Conrad, B., Diamond, F., Taylor, R., On the modularity of elliptic curves over Q, J. Amer. Math. Soc. 14 (2001), no. 4, 843-939

[11] 志村五郎, 記憶の切繪図, 筑摩書房, 2008
参考 (NHK オンデマンド)
NHKスペシャル 魔性の難問~リーマン予想・天才たちの闘い~


ハイビジョン特集 素数の魔力に囚(とら)われた人々 リーマン予想・天才たちの150年の闘い
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ガロア表現に関する参考資料をまとめます。

ガロア表現サマースクール

整数論サマースクール2009「l進ガロア表現とガロア変形の整数論」 報告集の原稿ページ

特に以下を読みたい:

[1] 落合 理:プレサマースクール—数論的な体の絶対ガロア群の構造への道先案内—

[2] 山内 卓也:ガロア表現の基礎 I 

[3] 千田 雅隆:ガロア表現の基礎 II

[4] 三枝 洋一:エタールコホモロジーと l 進表現

ガロア表現の数論への応用

[5] 伊藤 哲史:平方数の和で表される素数について

[6] 伊藤 哲史:コホモロジー論とモチーフ

 
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夏休みの自由研究・読書感想文用:「ポアンカレ予想」の研究  (数学・数理科学分野) (「ポアンカレ予想の証明」の理解へ)

夏休みの自由研究・読書感想文用:「ポアンカレ予想」の研究  (数学・数理科学分野) (「ポアンカレ予想の証明」の理解へ)

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=キーワード = 
100年、「やわらかい図形」  、「球体」、「ドーナツ」、トポロジー  、位相幾何学、微分幾何学、宇宙、非ユークリッド幾何学、多様体、リーマン幾何学、リッチテンソル、リッチ曲率、3次元のみ、リッチ・フロー方程式、偏微分方程式(放物型など)、「手術」、ガウス、オイラー、リーマン、クライン、ポアンカレ、スメイル、フリードマン、「サーストンの幾何化予想」、「3次元多様体の分解」、「ハミルトンのリッチフロー方程式」、「3次元多様体にリーマン計量を入れる」、「非局所崩壊定理」、「リッチフローの三次元多様体への応用」 、ペレルマン、「サーストンの幾何化予想」の解決、日本人など
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「ポアンカレ予想」の面白さは、まず「絵や図や写真」で楽しめる!(数学や物理的に難しくても「そこは後回しして」すべての「絵や図や写真」をまず、見てみよう!
 
 
まず、「ポアンカレ予想」を絵で楽しもう!
「ポアンカレ予想」入門 を絵・図理解?  (宇宙のかたち ‒ 数学からのチャレンジ)

NHKのオンデマンドで入門1
「ハイビジョン特集 数学者はキノコ狩りの夢を見る ~ポアンカレ予想・100年の格闘~」

NHKのオンデマンドで入門2
「NHKスペシャル 100年の難問はなぜ解けたのか ~天才数学者 失踪(しっそう)の謎~」

ポアンカレ予想とリッチフロー  数学入門公開講座テキスト(まず、絵や図のみ鑑賞しよう!)

サーストン􏰅3次元多様体論 小島定吉 市民講演会(ポアンカレ予想も)
https://mathsoc.jp/outreach/2018haru/kojima20180317.pdf

ポアンカレ予想 (数学的な専門的なものである?) (初心者も「図や絵や写真」を楽しもう!)


ポアンカレ予想 (物理的に専門的なものある?)(初心者も「図や絵や写真」を楽しもう!)

トポロジー入門 (初心者も「図や絵や写真」を楽しもう!)

ポアンカレ予想はいかにして解決されたか  

ポアンカレ予想 解説 
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=おすすめ書籍 8冊   (初級者3冊・中級者5冊・上級者3冊)=
初心者のための「ポアンカレ予想」から やや専門書 3次元リッチフローと幾何学的トポロジー  戸田 正人著 (「ポアンカレ予想の証明」の理解へ)

=初級・中級者用=(3冊)
数学ガール/ポアンカレ予想 (「数学ガール」シリーズ6) - 結城 浩 単行本 ¥2,052
ポアンカレ予想 (新潮文庫) - ドナル オシア 文庫 ¥853 糸川 洋 (翻訳) (数学史的な・・)
(ポアンカレ予想―世紀の謎を掛けた数学者、解き明かした数学者 (ハヤカワ文庫 NF 373 〈数理を愉… - ジョージ G.スピーロ 文庫 ¥972)

=中級・プレ上級者用=(2冊)
低次元の幾何からポアンカレ予想へ〜世紀の難問が解決されるまで〜 数学への招待シリーズ  市原一裕(著) ¥1,706
3次元の幾何学 小島定吉 (講座 数学の考え方〈22〉)単行本  ¥3,888

=上級者用(数学専門家)=(2冊)
3次元リッチフローと幾何学的トポロジー  戸田 正人(著)  (共立講座 数学の輝き) ¥4,860
(リッチフローと幾何化予想 (ポアンカレ予想へ) 数理物理シリーズ 小林 亮一/著   培風館)
数学専門化=研究者を志す大学院生やある程度の予備知識をもつ数学者を念頭

=上々級 数学者用(直接論文に)ペレルマン氏の論文=
[P1] G.Perelman, The entropy formula for the Ricci flow and its geometric applications, arXiv: math/0211159.
[P2] –––– , Ricci flow with surgery on three-manifolds, arXiv: math/0303109.
[P3] –––– , Finite extinction time for the solution to the Ricci flow on certain three manifolds, arXiv: math/0307245.

この証明に使われたのが「サーストンの幾何化予想」と「ハミルトンのリッチフロー方程式」だ。前者は純粋にトポロジー(数学)だが後者は熱方程式(物理学)に類似する。数学と物理の2つの世界を対比することでペレルマンは証明を完成することができた。

(偏微分方程式の「参考文献」は、文末に)
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参考
「ポアンカレ予想」入門 を絵・図理解?  (宇宙のかたち ‒ 数学からのチャレンジ)


無料公開:3次元多様体入門(培風館): 森元勘治 (数学の専門知識が不足している人用)
 
完全なる証明 100万ドルを拒否した天才数学者 (文春文庫) 文庫 – 2012/4/10 マーシャ ガッセン  (著), Masha Gessen (原著), 青木 薫 (翻訳)  ¥812( 天才数学者に「視点」 ロシアの社会史的な・・・)

100年の難問はなぜ解けたのか―天才数学者の光と影 (新潮文庫) 文庫 – 2011/5/28 春日 真人  (著)529円

「トポロジカル宇宙(完全版):根上生也著」
 
///(数学の専門知識が不足している人用 「位相幾何学(トポロジー)」と「微分幾何学」)

幾何学的トポロジー (共立講座 21世紀の数学) - 本間 龍雄 単行本 ¥4,104(数学の専門知識が不足している人用)

幾何学〈1〉多様体入門 (大学数学の入門) - 坪井 俊(著)¥2,808(数学の専門知識が不足している人用)
幾何学〈2〉ホモロジー入門 (大学数学の入門) - 坪井 俊(著)¥2,808
幾何学〈3〉微分形式 (大学数学の入門) - 坪井 俊 (著)¥3,780
 
位相幾何学(トポロジー) (数学シリーズ) 加藤 十吉 (著)¥4,104(数学の専門知識が不足している人用)
 
微分幾何学 (大学数学の世界1) - 今野 宏(著)¥3,888(数学の専門知識が不足している人用)

(リーマン幾何学の「参考文献」は、文末に)
///(数学 基礎 トポロジー入門) 
「トポロジーとは、微分幾何とは・・」の基礎を理解したい人 
● 本間龍雄・岡部恒治 著「微分幾何とトポロジー入門」基礎数学叢書6,新曜社. 基本的な話題を手際良く解説.

トポロジー入門
● 松本幸夫 著「トポロジー入門」岩波書店.
トポロジー (位相幾何学) の標準的な教科書.
● 小島定吉 著「トポロジー入門」21世紀の数学7,共立出版
トポロジー (位相幾何学) の標準的な教科書.
● 田村一郎 著「トポロジー」岩波全書,岩波書店. 3角形分割やホモロジーに詳しい.
● 河田敬義 編「位相幾何学」現代数学演習叢書2,岩波書店.
古いが,よい演習書.
● C. Kosniowski, A first course in algebraic topology, Cambridge Univ. Press.1980.  トポロジー (位相幾何学) の標準的な教科書.

トポロジー入門 (初心者も「図や絵や写真」を楽しもう!)

(偏微分方程式の「参考文献」は、文末に)
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初心者のための「ポアンカレ予想」


「数学的に厳密ではないが、たとえて言えば、宇宙の中の任意の一点から
 長いロープを結んだロケットが宇宙を一周して戻ってきて、
 ロープの両端を引っ張ってロープを全て回収できた場合、
 宇宙の形は概ね球体(=ドーナツ型のような穴のある形、ではない)と
 言えるのか、という問題である」

この「ポアンカレ予想」
を解くことによって「宇宙の形」なるものに迫ることが出来たようです。
その結果、物の形は8種類の組合せで作られていることが分かったのです☆

そのうち「おおむね丸い」のは1つだけ。
あとの7つは「ドーナッツタイプ」です。
そして、宇宙を構成している部分に、球体以外の形が一つでも含まれている
場合はロープを回収することは出来ないと分かったのです。
従ってロープが回収出来た時この宇宙は『おおむね丸い』と言えるわけです。


 ※ちなみにその8種類とは

 1:球体
 2:ドーナツ形
 3:内側に折り返せない横の輪のあるドーナツ形
 4:外側に折り返せない横の輪のあるドーナツ形
 5:内側に折り返せない縦の輪のあるドーナツ形
 6:外側に折り返せない縦の輪のあるドーナツ形
 7:クラインの壷
 8:折り返せない縦の輪のあるクラインの壷


この問題を解くのに100年かかり、それは1億円級の問題であったわけです。
なお、証明には熱量・エントロピーなどの物理的な用語が登場したのですから驚きです。

さて、この栄誉を手に入れたペレルマンでしたが、
フィールズ章受賞は辞退。
賞金1億円も受け取ろうとしません。
現在は故郷で母親と、わずかな貯金と母親の年金を頼りに細々と生活しているそうで、消息もハッキリしない。
明るい性格は影を潜め、別人になってしまったと言われます。

ああ、この100年かけて解いた「ポアンカレ予想」とは結局
何だったのでしょう?
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以下、書籍
 
数学ガール/ポアンカレ予想 「数学ガール」シリーズ  結城浩
 
あなたへ
プロローグ
第1章「ケーニヒスベルクの橋」
第2章「メビウスの帯、クラインの壺」
第3章「テトラちゃんの近くで」
第4章「非ユークリッド幾何学」
第5章「多様体に飛び込んで」
第6章「見えない形を捕まえる」
第7章「微分方程式のぬくもり」
第8章「驚異の定理」
第9章「ひらめきと腕力」
第10章「ポアンカレ予想」
エピローグ
あとがき
参考文献と読書案内

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2018年1月6日 低次元の幾何からポアンカレ予想へ〜世紀の難問が解決されるまで〜 数学への招待シリーズ  市原一裕(著)

低次元の幾何からポアンカレ予想へ〜世紀の難問が解決されるまで〜 数学への招待シリーズ  市原一裕(著) 

「ポアンカレ予想」の「証明」理解の導入
低次元の幾何からポアンカレ予想へ ~世紀の難問が解決されるまで~ (数学への招待) - 市原 一裕 単行本 ¥1,706


おすすめコメント
メビウスの帯、クラインの壺、オイラーの多面体定理、ポアンカレ予想など有名な例をとりあげ、多様体の魅力に迫ります。ポアンカレ予想は位相幾何学の予想の1つですが、きちんと理解しようとすると3次元の壁にぶつかり、あきらめてしまうひともいるようです。本書では、身近な例を豊富に使って親近感がわくように説明します。多面体や次元がイメージできるようになるでしょう。

<項目例>物の形と世界の形との違い/1次元多様体/2次元多様体(ロールプレイングゲームの舞台)/向き付け不可能な2次元多様体(メビウスの帯、クラインの壺)/オイラーの多面体定理とオイラー標数/3次元球面/3次元多様体の「向き」/ポアンカレ予想
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目次
第1章 ポアンカレ予想(宇宙の形と3次元多様体;次元とは ほか);
第2章 多様体の幾何構造(サーストンの幾何化予想とは;曲面の幾何化 ほか);
第3章 サーストンの幾何化予想(定曲率幾何構造;直積幾何構造 ほか);
第4章 ペレルマンの証明(リーマン計量;曲率とリッチ曲率 ほか);
付録 非ユークリッド幾何について(球面幾何について;双曲幾何について)
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巻頭 ポアンカレ予想に関わる図形たち
はじめに

第1章 ポアンカレ予想
- 宇宙の形と3次元多様体
- 次元とは
- 多様体とは
- 3次元球面とは
- 閉多様体とは
- 基本群とは

第2章 多様体の幾何構造
- サーストンの幾何化予想とは
- 曲面の幾何化
- 1次元の幾何化

第3章 サーストンの幾何化予想
- 定曲率幾何構造
- ねじれ積の幾何構造
- 8つの幾何学
- 幾何化予想とは
- 幾何化予想からわかること

第4章 ペレルマンの証明
- リーマン計量
- 曲率とリッチ曲率
- ハミルトンとリッチ・フロー方程式
- ハミルトンの定理と残された問題
- ペレルマンが示したこと

付 録 非ユークリッド幾何について
- 球面幾何について
- 双曲幾何について

読書案内
あとがき
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市原 一裕 (イチハラ カズヒロ)  
日本大学文理学部数学科教授。1972年生まれ。専門は、低次元位相幾何学、特に三次元多様体論、および数学教育学
主な著書『ひらいてわかる線形代数』(共著、数学書房、2011年)、教科書執筆『高等学校「数学」』(数研出版)、論文“Exceptional surgeries on alternating knots"など。
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第1章「ポアンカレ予想」では、次元や多様体、3次元球面、閉多様体、基本群の解説をしながらポアンカレ予想とはどういう意味なのかが明らかにされる。

第2章「多様体の幾何構造」ではまずサーストンの幾何化予想の意味が解説され、曲面や1次元の多様体を取り上げて「幾何化する」ということがどういうことなのかを理解することができる。幾何化できない多様体もあるのだ。次の図でKはガウス曲率。


球面
球面幾何構造
K=1

トーラス
ユークリッド幾何構造
K=0

種数2以上の曲面
双曲幾何構造
K=-1



第3章「サーストンの幾何化予想」が本書でいちばん難しく、そして重要だ。3次元多様体は無限にあるのに、断片は8種類に限られる。8つのの断片は、物理に例えれば原子、数に例えれば「素数」のような存在だ。なぜ8つに限られるのかが一般の人には不思議である。



この章では定曲率の幾何構造、直積幾何構造、ねじれ積の幾何構造を紹介し、最大で8つの幾何学しか考えられないことが解説される。これらの幾何学からサーストンが提示した幾何化予想がどのようなものなのか理解できるようになる。

たとえば直積幾何構造の説明では2次元トーラスと3次元トーラスは、このような図を使って説明されている。両側矢印で対応づけられる辺と辺、面と面は同一視して考える。



そして本書で紹介される直積幾何構造は、まず9種類求められ、そのうち1つが除外されることになる。(上の8つの断片の図と割当てられている英文字が違うが、図と表の英文字の対応関係はコメントとしてhさんからいただいた説明を参照していただきたい。)
サーストンの幾何化予想 (8つ) 3次元

図表
サーストンの幾何化予想 3次元 9つ?

第4章「ペレルマンの証明」も読みごたえがある。リーマン計量やガウス曲率、リッチ曲率などを解説した後、ハミルトンが考案した「3次元多様体にリーマン計量を入れる」というアイデアが紹介される。リーマン計量を少しずつ変形していく過程で使われるのが「リッチ・フロー方程式」である。


巻頭にはホワイトヘッド絡み目、双曲正12面体、3次元球面のねじれ積(ホップ・ファイブレーション)、トーラス結び目、ザイフェエルト多様体、8の字結び目、リッチ・フローの様子などがカラーの美しいCGで紹介されている。

また、本文では次のような多様体や概念が紹介、解説されている。本書のレベルがおわかりになると思う。

ホワイトヘッド多様体、ポアンカレ12面体、レンズ空間、ザイフェルト・ウィーバー12面体、ファイバー束、ホップ・ファイブレーション、ザイフェルト多様体、デーン・ツイスト、Solv幾何学、サーストン幾何、サーストンの怪物定理、実質的ファイバリング予想、連結和分解、JSJ分解、トーラス分解定理、本質的トーラス、圧縮円盤、圧縮不可能曲面、8の字結び目、ハーケン多様体、デーンの補題、リーマン計量、リーマン多様体、ガウス曲率、曲率テンソル、リッチ曲率、リッチ・フロー方程式、アインシュタイン多様体、ハミルトンの定理、ネック・ピンチ、特異点、手術、単射半径、シガー・ソリトン、局所非崩壊定理、標準近傍定理、エントロピー、手術付きリッチ・フロー、有限時間消滅定理、グラフ多様体、アレクサンドロフ空間


ポアンカレ予想を証明したペレルマンが2002年と2003年に「リッチフローの三次元多様体への応用」として掲載した論文は一般公開されている。以下のアドレスをクリックするとPDFで読むことができる。(理解しろという意味で紹介したわけではない。)

ペレルマンによる論文ではないが「リッチフローによるポアンカレ予想と幾何化予想の完全な証明」も以下のPDFファイルで読める。(こちらは328ページもある)

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2003年に証明された「ポアンカレ予想」が話題になったのは2007年に放送された「ハイビジョン特集 数学者はキノコ狩りの夢を見る ~ポアンカレ予想・100年の格闘~」や「NHKスペシャル 100年の難問はなぜ解けたのか ~天才数学者 失踪(しっそう)の謎~」がきっかけで、ポアンカレ予想は一般の人にも知られるようになった。

100年もの間、数学者たちを悩ませ続けた超難問だから一般人が証明を理解するのはもちろん不可能だ。どのような意味なのか、証明の流れを大まかにつかむだけでよいのなら話は違う。そのための教養書がいくつか刊行されていて、先日紹介した「数学ガール/ポアンカレ予想 : 結城浩」も、そのうちのひとつだ。

ポアンカレ予想を証明する鍵になったのが「サーストンの幾何化予想」と「ハミルトンのリッチ・フロー方程式」だ。「数学ガール/ポアンカレ予想」では最終章で24ページを割いて説明している。

今回紹介する「低次元の幾何からポアンカレ予想へ : 市原一裕」は「サーストンの幾何化予想」と「ハミルトンのリッチ・フロー方程式」、「ペレルマンによるポアンカレ予想の証明」を数学者の市原先生が、より詳細かつ具体的、視覚的に解説をした本なのだ。数学の教養書の中ではかなり難しいほうだが、一般の読者でもなんとかついていくことができる。特に「サーストンの幾何化予想」の部分が全体の7割を占めており、一般読者に対してこれだけ詳しく解説した本は他にはないと思う。

とはいえ、論理的整合性を保ちつつすべてを説明し尽くすのは無理だったようだ。「この部分の説明は省略させていただきます。」とか「~のようなものだと思ってください。」のように説明を断念してしまっている箇所がかなり目につく。

それでも不満に思ったり、がっかりする必要はない。詳しく説明されている部分だけでもじゅうぶん難しく知的興奮が味わえるから、省略されても「ここまで説明してくれているのだから十分だ。」と思えてくるからだ。難しいところは次元を1つ下げて解説をしたりして、可能なかぎり具体的にたくさんのことを説明したいという先生のお気持が伝わってくる。
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「ハイビジョン特集 数学者はキノコ狩りの夢を見る ~ポアンカレ予想・100年の格闘~」

「NHKスペシャル 100年の難問はなぜ解けたのか ~天才数学者 失踪(しっそう)の謎~」

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幾何化予想
リッチフロー
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「ポアンカレ予想」解決への歴史
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1904年にフランスの数学者アンリ・ポアンカレによって提出された。

単連結な3次元閉多様体は3次元球面に同相であると予想した



3(n)次元閉多様体とは

閉多様体とはコンパクトで境界のない多様体である

ここでいうコンパクトとは位相的に極めて重要な性質の1つである

またn次元球面s^nとは



のことで我々の認識している球面は2次元球面s^2のことである

ポアンカレ予想はn次元に一般化することが可能である


研究の推移

n=2:古典的な結果として既知であった

n≥5:スティーヴン・スメイルによって(1960年)証明された。

n=4:マイケル・フリードマンによって(1981年)証明された

n=3:ウィリアム・サーストンの幾何化予想をしその役割は大きい

そして、

2002年から2003年に掛けてロシア 人数学者グリゴリー・ペレルマンはこれを証明したとする複数の論文をarXivに掲載

グリゴリー・ペレルマンの解法はリチャード・ストレイト・ハミルトンが創始したRicci flowの理論に「手術」と呼ぶ新たな手法を付け加えて拡張し、サーストンの幾何化予想を解決してその系(微分幾何学と物理学の手法をもちいて)としてポアンカレ予想を解決した(と宣言した)

これらの論文について2006年の夏頃まで複数の数学者チームによる検証が行わ れた結果、現在では彼が実際に証明に成功したと考えられている。ペレルマンはこの業績 によって2006年のフィールズ賞を受賞した(ただし本人は受賞を辞退した。)
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3次元の幾何学 小島定吉 (講座 数学の考え方〈22〉)単行本  ¥3,888

1. 多面体を貼り合わす
 1.1 多角形
 1.2 多面体
 1.3 多様体について
2. かどをとる(幾何化)
 2.1 幾何学ショートコース
 2.2 閉曲面上のサークルパッキング
 2.3 3次元の幾何化
3. 3次元双曲多様体
 3.1 SL(2,C)
 3.2 双曲多様体
 3.3 細い部分
 3.4 幾何化予想
4. 体積をめぐって
 4.1 体積
 4.2 SL(2,C)特性数
 4.3 結び目の量子不変量
 4.4 体積予想
5. 索引
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3次元の幾何構造「幾何化」700
 

サーストン:次元のクライン幾何は次の 種類である.
– 2 次元のクライン幾何と 次元クライン幾何の積 (3 種類) :
• 2次元幾何と直線の積S×R.
• 次元ユークリッド空間 R3.
• 2次元双曲幾何と直線の積H×R.
– 2 次元のクライン幾何と 次元クライン幾何の積をねじったもの (3 種 類) :
• 3次元球面幾何S3.
• 冪零幾何.

􏰀
• PSL(2R).

– 3次元特有の幾何(2種類) :
• 可解幾何.
• 3次元双曲幾何H3.


低次元の直交群のトポロジー
 
低次元の実直交群は良く知られた位相空間と同相である。
 
O(1) = S^0, 2点からなる離散空間
SO(1) = {1}
SO(2) は S^1
SO(3) は RP^3(=射影空間)
SO(4) は SU(2) × SU(2) = S^3 × S^3 に二重被覆される


モデルには、3次元球面 S3、3次元ユークリッド空間 E3、3次元双曲空間 H3 という等張的で等長な 3つのモデルと、5つの等質的ではあるが等長性を持たない異種リーマン多様体がある。
(これは 3-次元実リー代数の 9つのクラスへの分類であるビアンキ分類と密接に関連しているが同一ではない。)
3次元空間の幾何化定理 700

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2017年3月23日 3次元リッチフローと幾何学的トポロジー  戸田 正人著 (「ポアンカレ予想の証明」の理解へ)



ペレルマンがサーストンの幾何化予想を解決してからすでに10年が経ち,その手法はすでに幾何学の基礎になりつつある。本書ではその手法を最小限の知識を前提として解説することを試みた。
直接解決に用いられたリッチフローの解析について述べるだけでなく,予備知識がない読者でも幾何化予想の内容を無理なく理解できるよう最初にページを割いて3次元多様体論,とくに幾何構造と標準分解について述べた。リッチフローに関しては最大値原理やコンパクト性定理など基本定理について初歩から論じ,これらの準備のもとにペレルマンの主要なアイデアを解説していく。また原論文を読もうとする意欲ある読者の指針となるように,最後に予想の解決の技術的な議論を概観した。
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第1章 幾何構造と双曲幾何
1.1 幾何構造の一般論
1.2 双曲モデルと双曲変換
1.3 双曲三角形の比較定理
1.4 多面体による構成
1.5 体積有限双曲多様体の構造
1.6 ファイバー束の幾何構造
1.7 幾何モデルの分類

第2章 3次元多様体の分解
2.1 PL-構造と微分構造
2.2 3次元多様体内の曲面
2.3 Heegard 分解と素因子分解
2.4 ループ定理と球面定理
2.5 ザイフェルト多様体
2.6 JSJ-分解
2.7 幾何化予想

第3章 リッチフローの基本定理
3.1 方程式と特殊解
3.2 初期値問題
3.3 最大値原理の一般論
3.4 最大値原理の応用
3.5 ヤコビ場の評価
3.6 局所評価
3.7 コンパクト性

第4章 リッチフローの特異性
4.1 局所L-幾何
4.2 局所非崩壊定理
4.3 共役熱方程式とL-幾何
4.4 リーマン幾何からの準備
4.5 非負曲率空間の幾何
4.6 κ解の性質
4.7 κ解の分類
4.8 標準近傍定理
4.9 特異時刻における連結和分解
4.10 長時間挙動

付録 ファイバー束と接続

参考文献/索引
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第1章 幾何構造と双曲幾何
1.1 幾何構造の一般論/1.2 双曲モデルと双曲変換/1.3 双曲三角形の比較定理/1.4 多面体による構成/1.5 体積有限双曲多様体の構造/1.6 ファイバー束の幾何構造/1.7 幾何モデルの分類
第2章 3次元多様体の分解
2.1 PL-構造と微分構造/2.2 3次元多様体内の曲面/2.3 Heegard分解と素因子分解/2.4 ループ定理と球面定理/2.5 ザイフェルト多様体/2.6 JSJ-分解/2.7 幾何化予想
第3章 リッチフローの基本定理
3.1 方程式と特殊解/3.2 初期値問題/3.3 最大値原理の一般論/3.4 最大値原理の応用/3.5 ヤコビ場の評価/3.6 局所評価/3.7 コンパクト性
第4章 リッチフローの特異性
4.1 局所L-幾何/4.2 局所非崩壊定理/4.3 共役熱方程式とL-幾何/4.4 リーマン幾何からの準備/4.5 非負曲率空間の幾何/4.6 κ解の性質/4.7 κ解の分類/4.8 標準近傍定理/4.9 特異時刻における連結和分解/4.10 長時間挙動
付録 ファイバー束と主束の接続

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備忘録


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ポアンカレ予想 (新潮文庫) - ドナル オシア 文庫 ¥853 糸川 洋 (翻訳) 

内容説明
1904年、フランスの数学者アンリ・ポアンカレにより提出された世紀の幾何学難問。「宇宙の形は球体と証明できるのではないか?」様々な数学者が挑み続け、ついにグリゴリー・ペレルマンが論文を発表した。およそ100年の時を経て果たされた「ポアンカレ予想」の証明。そこに至る数学を歴史的にひもときながら学べる入門書。

目次
二〇〇三年四月、ケンブリッジ
地球の形
あり得る世界の形
宇宙の形
ユークリッドの幾何学
非ユークリッド幾何学
リーマンの教授資格取得講演
リーマンの遺産
クラインとポアンカレ
ポアンカレの位相幾何学の論文
ポアンカレの遺産
ポアンカレ予想が根づくまで
高次元での解決
新ミレニアムを飾る証明
二〇〇六年八月、マドリード

著者等紹介
オシア,ドナル[オシア,ドナル] [O’Shea,Donal]
1953年カナダ、セントジョン生れ。アメリカ・ハーバード大卒業後、カナダのクイーンズ大学にて数学博士号を取得。現在はアメリカのフロリダ・ニューカレッジ学長(本データはこの書籍が刊行された当時に掲載されていたものです)
※書籍に掲載されている著者及び編者、訳者、監修者、イラストレーターなどの紹介情報です。
出版社内容情報
「宇宙の形はほぼ球体」!? 百年の難問ポアンカレ予想を解いた天才の閃きを、数学の歴史ドラマで読み解ける入門書、待望の文庫化。

1904年、フランスの数学者アンリ・ポアンカレにより提出された世紀の幾何学難問。「宇宙の形は球体と証明できるのではないか?」さまざまな数学者が挑み続け、ついにグレゴリー・ペレルマンが論文を発表した。およそ100年の時を経て果たされた「ポアンカレ予想」の証明。そこに至る数学を歴史的にひもときながら学べる入門書、待望の文庫化! 『ポアンカレ予想を解いた数学者』改題。
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ポアンカレ予想―世紀の謎を掛けた数学者、解き明かした数学者 (ハヤカワ文庫 NF 373 〈ジョージ G.スピーロ 文庫 ¥972

現代数学を代表する分野、トポロジーを独力で創りあげた天才数学者が遺した、ポアンカレ予想。並みいる数学者たちがそれに立ち向かっては敗れ、いつしかそれは100万ドルが掛けられる難題とみなされていた。しかし経験と知識は蓄積され、100年が経ち、リッチ・フローという武器をひっ下げた、謎めいた数学者ペレルマンが大胆不敵な解答を示したが、数学界はさらなる激震に襲われる…知に汗握る出色の数学ノンフィクション。

目次 : 
王にふさわしい偉業
ハエにわかってアリにわからないこと
技師は真実を究明する 
ポアンカレへの褒賞
ユークリッド抜きの幾何学
ハンブルクからコペンハーゲンへ、そしてノースカロライナ州ブラックマウンテンへ
あの予想の意図
袋小路と謎の病気
高次元への旅
ウェストコースト風の異端審問
消える特異点、消えない特異点
葉巻の手術
四人組プラス2
もうひとつの賞

【著者紹介】
ジョージ・G・スピーロ : スタンフォード大学でMBAを取得、ヘブライ大学で数理経済学の学位を取得。現在はスイス系日刊紙の特派員をつとめる科学ジャーナリストにして数学者

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参考 PDF
無料公開:3次元多様体入門(培風館): 森元勘治

3次元多様体入門


第1章:単体的複体と単体写像
第2章:組合せ多様体
第3章:1次元多様体と2次元多様体
第4章:基本的な3次元多様体
第5章:ハンドル体の特徴づけ
第6章:ヒーガード分解
第7章:ヒーガード図式と基本群の表示
第8章:レンズ空間
第9章:積多様体のヒーガード分解
第10章:連結和
第11章:ヒーガード分解と連結和
第12章:デーンの補題,ループ定理,球面定理
第13章:圧縮不可能曲面
第14章:自由群と自由積
第15章: S~1 上の曲面束
第16章:曲面上の S~1 束
第17章:ザイフェルト多様体
第18章:トーラス分解
付録:トーラスの写像類群
参考文献・あとがき
電子版 あとがき(ポアンカレ予想の解決)
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参考

「トポロジカル宇宙(完全版):根上生也著」の内容を目次で紹介しておく。

第1章:宇宙の形とは?
七次元人との会見
二次元人の悲劇
果てがないのに有限!
各人が天球を持っている
百億のニューロンたちよ!

第2章:丸い宇宙とは?
大航海時代を経て
宇宙が丸いということは
二つの天球を持つ宇宙
コンパスが描く宇宙
四次元空間を見る
三次元球面宇宙の正体
新たな旅立ちへ

第3章:宇宙儀製造計画
宇宙儀を作ろう
宇宙を縮小する
なぜ地球儀は机の上にあるのか
宇宙の展開図を作る
トーラス宇宙の場合
宇宙を半分にする
宇宙儀の完成

第4章:第ニ期大航海時代
思考エンジン、始動!
地球は本当に丸かったのか?
空間に開いた穴
ブラックホールに突入!
見えない穴の正体
消滅する宇宙の穴
宇宙の形の判定

第5章:そして、宇宙の果てへ
初めて日本の形を見た男
宇宙に潜む流れを探せ!
たばたば空間の拡大
繰り返しの宇宙
エッシャー宇宙
宇宙の果てはトーラスだった
君も、間宮林蔵となれ!

第6章:第ニ千年紀を迎えて
ポアンカレ予想が解けた!
数学は生きている
フィールズ賞とミレニアム懸賞問題
空間の曲率を均していくと
特異点を手術する
最終到達地点

封印の章
七次元人の残した言葉
三次元宇宙を七次元宇宙に納める
新たな覚醒を目指して
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  8つ サーストンの幾何化予想 3次元
リッチフローと幾何化予想 (数理物理シリーズ)  (まず、絵や図のみ鑑賞しよう!)
小林 亮一(著)/ 土屋 昭博(共編)/ 砂田 利一(共編)
 
リッチフローと幾何化予想 (数理物理シリーズ) 単行本 小林 亮一 (著) (ポアンカレ予想の「証明」の理解へ)培風館

記法・公式・定理のまとめ
0.オーバービュー
0.1 幾何化予想
0.2 ハミルトンプログラム
0.3 ペレルマンによるリッチフローへのアプローチ
 
Part Ⅰ   リッチフローの基礎理論・Wエントロピー・簡約体積関数とその応用
1.リッチフローの基礎事項
1.1 リッチフローの定義
1.2 短時間存在と一意性
1.3 リッチソリトン
1.4 共役熱作用素とリッチフローの特徴づけ
1.5 曲率テンソルの時間発展
1.6 最大値原理
2.テンソルに対する最大値原理と3次元リッチフローのピンチング
2.1 テンソルに対する最大値原理
2.2 非負リッチ曲率は3次元完備曲率有界なリッチフローで保たれる
2.3 正のリッチ曲率をもつ3次元多様体のピンチング
2.4 3次元閉多様体上のリッチフローのピンチングに関するハミルトン・アイビーの定理
3.リッチフローの曲率の局所勾配評価とリッチフローの列の幾何収束
3.1 シィの局所勾配評価
3.2 リッチフローの列の幾何収束
4.リッチフローの勾配流解釈とその応用
4.1 リッチフローの勾配流解釈とブリーザー解の非存在
4.2 非局所崩壊定理
4.3 統計的解釈
5.リーマン幾何的熱浴.L幾何.ハルナック不等式
5.1 リーマン幾何的熱浴
5.2 ペレルマンのL幾何とハミルトンのハルナック不等式
6.伝播型非局所崩壊定理.微分形の単調性公式.擬局所性定理
6.1 リッチフローのもとでの距離関数の変化
6.2 非局所崩壊定理4.2.4の弱形の別証明
6.3 伝播型非局所崩壊定理
6.4 単調性公式の局所化とその応用
6.5 W汎関数と共役熱方程式の基本解によるリッチフローの弱い意味での特徴づけ
7.κ解−非負曲率作用素をもちκ非崩壊な古代解
7.1 κ解の漸近ソリトン
7.2 漸近スカラー曲率比と漸近体積比
8.3次元κ解
8.1 3次元κ解の集合のコンパクト性
8.2 3次元κ解の構造
9.3次元リッチフローの標準近傍定理
9.1 標準近傍定理
9.2 標準近傍定理の局所版と前方および後方曲率評価

Part Ⅱ   幾何化予想の解決
 
10.いろいろな定義・記号
11.3次元κ解の分類
11.1 漸近ソリトンの分類
11.2 κ解の分類
12.R3の標準解
12.1 標準帽化シリンダー計量
12.2 R3の標準解の性質
13.最初の特異時刻におけるリッチフロー解の構造
13.1 極限リーマン多様体
13.2 極限リーマン多様体の構造
14.カットオフつきリッチフロー
14.1 極限計量におけるε角部の長さ
14.2 カットオフつきリッチフローの定義
14.3 標準近傍半径とカットオフ半径
14.4 カットオフつきリッチフロー
15.カットオフつきリッチフローにおけるピンチング条件と標準近傍条件
15.1 カットオフつきリッチフローにおけるピンチング条件
15.2 カットオフつきリッチフローにおける標準近傍条件
16.カットオフつきリッチフローの長時間における振舞い(Ⅰ)
16.1 初期計量のスカラー曲率が非負の場合
16.2 スカラー曲率が負の領域がいつまでも残る場合
17.カットオフつきリッチフローの長時間における振舞い(Ⅱ)
17.1 双曲計量への収束
17.2 広部−狭部分解
17.3 体積有限完備双曲多様体の剛性と広部の安定性
17.4 広部の境界に現れるトーラスの非圧縮性
17.5 グラフ多様体
18.カットオフつきリッチフローにおける作用素−4Δ+Rの第1固有値
18.1 カットオフつきリッチフローの作用素−4Δ+Rの第1固有値
18.2 スペクトル不変量と3次元閉多様体の位相型

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上級者用の参考資料
ポアンカレ予想とリッチフロー  数学入門公開講座テキスト
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備忘録
ポアンカレ予想―世紀の謎を掛けた数学者、解き明かした数学者 (ハヤカワ文庫 NF 373 〈数理を愉… - ジョージ G.スピーロ 文庫 ¥972

 2006年8月22日、マドリード。ここで、第25回国際数学者会議(International Congress of Mathematicians、ICM)が開催されました。南極をのぞくすべての大陸の142ヶ国から、四千人を超える数学者の男女がスペインに集まったのです。この会議は四年に一度行われるもので、前回は北京、前々回はベルリンで行われました。2010年はインド、ハイデラバードで行われ、2014年は韓国ソウルで開催予定です。
 このICMの冒頭、数学者最高の栄誉であるフィールズ賞の授与式が行われました。数学界のノーベル賞と言われるこの賞は、四年に一度、多くて四人にしか与えられないもので、発表の瞬間まで授与者は秘密にされます。才能ある若手の奨励という意味もあり、受賞者はICM開催年の1月1日に40歳以下でなければならないという規定もあります。
グレゴリー・ペレルマン この日のフィールズ賞受賞者の一人として、グレゴーリー・ペレルマンの名が上がりました。この栄誉は当然のことと受け止められましたが、彼が姿を見せず受賞を拒否したニュースは世界を驚かせました。
 このグレゴーリー・〝グリューシャ〟・ペレルマンとはどんな人物なのか。彼になにがあったのか。彼の功績、「ポアンカレ予想の証明」とは何か。「ポアンカレ予想」とはどんな歴史があったのか。
 この本は、はるか昔にさかのぼり、トポロジーという学問の成り立ちから始まってポアンカレという人物に至るその系譜、そしてポアンカレ予想に取り組んだ人々のドラマを描いたものです。

ジュール=アンリ・ポアンカレ まず、アンリ・ポアンカレという数学界の巨星の物語から。
 ジュール・アンリ・ポアンカレ(1854-1912)は、実学と産業技術を科学界の柱と考える当時のフランス社会の期待を背負い、鉱山技師としておのキャリアをスタートします。下級の技師として事故調査で名を上げたあと若くしてカーン大学の教授となり、その後数学者の道を進むこととなりました。
 教育者としての彼は、決して褒められるものではなかったらしい。講義は系統だっておらず、学生たちの反応に関心を持たず、くるくると話が変わる。研究者と教育者の違いでしょうか。
 しかし数学者としては、際だっています。細分化されつつあった数学界の中で、万能の、すなわち多くの分野にまたがって傑出した名声を博したのは、ポアンカレをもって絶後となりました。少なくとも現時点では。

 このポアンカレがその手腕を発揮した分野のひとつにトポロジー(位相幾何学)があります。
 こんなジョークがあるのだそうな。
 三人の数学者が立方体(サイコロのかたちの立体)を見せられ、これは何かと尋ねられた。すると幾何学者は 「立方体です」 と答え、グラフ理論学者は 「十二の辺で結ばれた、八つの点です」 と述べ、位相幾何学者(トポロジスト)は 「球です」 と答えた。 (P83)
 トポロジーの世界では、サイコロは球と同じ、コーヒーカップはドーナツと同じと考える、一種の革命的な数学です。形状の不要な条件を無視し、根本的な概念のセオリーを導き出すもの。
 レオンハルト・オイラー(1707-1783)が1750年に提唱した
  多面体の頂点の数 - 多面体の辺の数 + 多面体の面の数 = 2
 という公式は、トポロジーの夜明けとなったもの。
 のちにこの式には不備が見つかります。すべてが凸の立体でなければ成り立たないというもの。のちにこれは、凹となった場合の空洞の数を式に入れ、
  多面体の頂点の数 - 多面体の辺の数 + 多面体の面の数 = 2 + 空洞の数×2
 と拡張されて完全なものとなりました。これがトポロジーの世界。
 三次元上でこれが成り立つならば、四次元ではどうなるのか。五次元では。こうしてトポロジーの世界は拡大していきます。

 第四の次元は時間だ、と信じている人はけっこう多い。これは間違ってはいないが、正しくない。
 正しく言うのなら、 「第四の次元を時間とするならば」 という前提で話すときにのみ通用する、ということ。
 タテと、ヨコと、高さの三つの直交する座標軸に対し、二次元を三次元に拡張したようにすべての座標軸に対して直角な軸を想定すれば、四次元になる。以下、五次元でも六次元でも、想定できる限り存在できます。想定できるならば、ですが。(爆)

 さて、ポアンカレはこのトポロジーの世界において、一つの主張をします。非常に簡単に言うと、
  「穴もねじれもない任意の物体は球面に変形できる」
 あるいは
  「三次元球面と同じホモロジー群をもつ三次元多様体は、三次元球面と同相である」
 これは、ポアンカレの1895年の論文 「位置解析」 のあと、その第一の補足が四年後に発表されたのち、1900年に出された 「位置解析への第二の補足」 の最後に付け足されたものです。ポアンカレは、そこまでの論文があまりに長くなったためか、この主張の証明は残さず、ただこう結びます。
 「論文がこれ以上長くならないよう、ここでは、証明にまだ細かい詰めを要する次の定理を紹介するにとどめる」  (P148)

 かくして、この主張、仮説、予想の正しさを証明してやろうと、あるいは間違いを証明してやろうと考えた数学者たちの、百年の挑戦が始まりまりました。無数の試行錯誤の末、ペレルマンに至る道程の苦闘が、なんとも人間くさくて面白い。

 トポロジーという概念について、鐵太郎としては多少は知ったつもりでいたのですが、そのささやかな自負は最初の数十ページでみごとに蹴り飛ばされました。あとは、驚くべき人々の知的な天上界を目の当たりにし、ひたすら圧倒されると共に、数学者の生身の息遣いをかいま見るだけ。数学的な内容に関しては、正直お手上げです。
 こういう、ある意味ビジュアルな世界であるにもかかわらず、三次元を超える世界が展開しますから、解説的な絵などほとんどありません。まさに、絵にも描けない世界なのです。
 頭の中で、四次元以上の世界を構想できる人でやっとついていける世界なのでしょうか。
 人間ドラマを楽しむだけで終わってしまったこの無学ものを、数学の神よ許し給え。
 しかし、面白かった。こんな世界もあるんだねぇ。  
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偏微分方程式の「参考文献」
 (「リッチフローと幾何化予想 (数理物理シリーズ)小林 亮一(著)」の学習の前に一読 )

偏微分方程式 (熱方程式 P108~P122 5熱方程式) 講義ノート・・ (「ポアンカレ予想」解決ための基礎)PDF

偏微分方程式の解法 (楕円型線形偏微分方程式のスケッチ )・・ (「ポアンカレ予想」解決ための基礎)PDF

基礎 常微分方程式と偏微分方程式との違い・・ (「ポアンカレ予想」解決ための基礎)

基礎 偏微分方程式の解き方・・ (「ポアンカレ予想」解決ための基礎)

基礎 熱伝導方程式・・ (「ポアンカレ予想」解決ための基礎)

基礎 物理で使う偏微分方程式・・ (「ポアンカレ予想」解決ための基礎)

基礎 偏微分方程式を概観する・・ (「ポアンカレ予想」解決ための基礎)
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参考 書籍(  偏微分方程式 関係 :「ポアンカレ予想」解決ための基礎)

偏微分方程式入門 (基礎数学) - 金子 晃 単行本 ¥3,672
偏微分方程式論 (復刊) 南雲道夫(著)(理論)
偏微分方程式 (数学クラシックス) F.ジョン (著), 佐々木 徹 (翻訳) (理論)
偏微分方程式  佐野 理 (東京大学工学教程編纂委員会編)¥3,024(理論 まとめ)
微分方程式演習新訂版 (数学演習ライブラリ) 加藤義夫 ¥2.106(計算 練習)
Partial Differential Equations (Graduate Studies in Mathematics) ハードカバー
Lawrence C. Evans  (著)¥10,920
(スバラシク実力がつくと評判の偏微分方程式キャンパス・ゼミ―大学の数学がこんなに分かる!単位なんて楽に取れる! 馬場敬之 ¥1.937 計算 練習)
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リーマン幾何学の「参考文献」
 (「リッチフローと幾何化予想 (数理物理シリーズ)小林 亮一(著)」の学習の前に一読 )
ポアンカレ予想 (幾何化予想)

目次
第1章 多様体
第2章 ホモロジー群 
第3章 基本群
第4章 被覆空間
第5章 ヒーガード分解 
第6章 デーン手術
第7章 ザイフェルト多様体 
第8章 ハーケン多様体 
第9章 球面・トーラス分解
第10章 幾何化予想
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プレ Riemann 幾何学
幾何学序論 (微分幾何学入門)

微分幾何 (微分幾何 入門から Riemann 幾何学 入門?) (3部が重要:リッチ曲率とは・・)
http://sshmathgeom.private.coocan.jp/diffgeom/diffgeom.html
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1部
2部
特に(3部が重要:リッチ曲率とは・・)
3部 リーマン幾何学
1.テンソル積
2.交代テンソル
3.多様体
4.接ベクトル
5.リーマン多様体
6.曲率
7.曲率形式
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 (「リッチフローと幾何化予想 (数理物理シリーズ)小林 亮一(著)」の学習の前に一読 )
Riemann 幾何学の基礎

一般相対性理論 (再) 入門 講義ノート ( リッチ曲率とは・・・リーマン曲率テンソルから・・その )

幾何学特論 講義ノート ( リッチ曲率とは・・・リーマン曲率テンソルから・・その )

微分幾何学 (相対性理論の基礎としての) 物理系

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参考 書籍 ( リーマン幾何学 関係 :「ポアンカレ予想」解決ための基礎)
「多様体入門とリーマン幾何学」の知識が不足している人
( リッチ曲率とは・・・リーマン曲率テンソルから・・その )

リーマン幾何学と相対性理論 - 岡部 洋一(著) ¥2,592
リーマン幾何学入門 オルドジフ・コヴァルスキー(著) 関沢正躬(訳)¥2,808
リーマン幾何学 (復刊)立花俊一(著) 朝倉書店
リーマン幾何学 酒井隆(著)
リーマン幾何学 加須栄篤(著) 培風館
復刊 リーマン幾何学入門 増補版 朝長 康郎(著)

多様体の基礎 (基礎数学) - 松本 幸夫(著) 単行本 ¥3,456
基礎系 数学 微分幾何学とトポロジー (東京大学工学教程) - 永長 直人 単行本 ¥2,700
多様体論 志賀浩二(著) 岩波基礎数学選書 
多様体(第2版) 村上信吾(著)

幾何学〈1〉多様体入門 (大学数学の入門) - 坪井 俊(著)¥2,808(特に、多様体上のフロー など)
幾何学〈2〉ホモロジー入門 (大学数学の入門) - 坪井 俊(著)¥2,808
幾何学〈3〉微分形式 (大学数学の入門) - 坪井 俊 (著)¥3,780
 
微分幾何学 (大学数学の世界1) - 今野 宏(著)¥3,888(数学の専門知識が不足している人用)
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参考

「フェルマーの最終定理」の研究(数学・数理科学分野) (「フェルマーの最終定理の証明」の理解へ
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今後の学習予定?

発展(参考)

結び目と3次元多様体  (「ポアンカレ予想」の発展?(「サーストンの幾何化予想」解決 =幾何化定理と8つの3次元幾何構造の発展)PDF

結び目と素数 — 数論的位相幾何学入門 森下 昌紀 PDF (「整数論(数論的幾何学)との考察?)

結び目と素数 (シュプリンガー現代数学シリーズ)森下 昌紀 (著)¥4,104
レクチャー結び目理論 (共立叢書―現代数学の潮流) - 河内 明夫(著)(3・4次元多様体など)¥3,888
結び目理論の圏論 「結び目」のほどき方 - 伊藤 昇 単行本 ¥3,456
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ギャラリー
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