Moltiplicazione complessa

In matematica la moltiplicazione complessa (spesso abbreviato con CM, cioè Complex Multiplication) è la teoria delle curve ellittiche che hanno anello degli endomorfismi strettamente più grande di $\mathbb{Z}$ ed è anche la teoria delle varietà abeliane che hanno abbastanza endomorfismi in un senso più specifico (informalmente se l'azione dello spazio tangente sull'elemento identità della varietà abeliana è una somma diretta di moduli di dimensione uno).

La moltiplicazione complessa è un tema centrale in teoria algebrica dei numeri poiché permette ad alcune caratteristiche della teoria dei campi ciclotomici di essere riportate a una più ampia area di applicazione.

David Hilbert ha detto di aver osservato che la teoria della moltiplicazione complessa delle curve ellittiche non è solo una delle parti più belle della matematica, ma di tutta la scienza.

CM per curve ellittiche

L'anello degli endomorfismi di una curva ellittica può essere isomorfo solamente a una delle seguenti tre strutture algebriche: l'anello degli interi $\mathbb{Z}$, un ordine di un campo quadratico immaginario, un ordine in un'algebra di quaternioni su $\mathbb{Q}$. Gli endomorfismi corrispondenti agli elementi di $\mathbb{Z}$ sono spesso detti in questo contesto endomorfismi banali, in quanto li hanno tutte le curve ellittiche.

Se il campo su cui è definita la curva ellittica è un campo finito il primo caso non può accadere, quindi tale curva ha sempre moltiplicazione complessa, quindi tale nozione diventa poco significativa e spesso non si usa tale terminologia in questo contesto. I morfismi non banali provengono dall'endomorfismo di Frobenius.

Se il campo su cui è definita la curva ellittica ha caratteristica zero (per esempio $ℂ$ o $\mathbb{Q}$ o un generico campo di numeri) allora l'ultimo caso non può accadere e quindi il fatto che una curva ellittica abbia CM è atipico e risulta spesso interessante. Poiché in caratteristica zero l'anello degli endomorfismi di una curva ellittica può essere solo $\mathbb{Z}$ o un ordine di un campo quadratico immaginario, se una curva ellittica ha CM vuol dire che ha endomorfismi corrispondenti ad alcuni numeri complessi, precisamente a quelli compresi in tale ordine, e da qui viene l'uso del termine moltiplicazione complessa.

Esempio

Sia $E$ la curva ellittica definita su $ℂ$

$E:y^2=x^3-x$

allora l'anello degli endomorfismi di $E$ è isomorfo a l'anello degli interi di Gauss $\mathbb{Z}[i]$ dove l'endomorfismo $[n]$, con $n$ in $\mathbb{Z}$, è la somma di un punto con se stesso $n$ volte secondo la legge di gruppo della curva se $n$ è positivo e dell'opposto del punto se $n$ è negativo, e l'endomorfismo $[i]$ è definito da

$[i]:(x,y)\mapsto (-x,iy)$

Quindi $E$ ha CM e ogni suo endomorfismo è della forma $[m]+[n]\circ [i]$, con $m$ e $n$ interi.

Il precedente esempio funziona se $E$ è definita su un qualunque campo $K$ con caratteristica diversa da $2$, ma il morfismo $[i]$ è definito se e solo se $i\in K$, in caso contrario $E$ non ha CM.

Bibliografia

• Template:En Borel, A.; Chowla, S.; Herz, C. S.; Iwasawa, K.; Serre, J.-P. Seminar on complex multiplication. Seminari tenuti all'Institute for Advanced Study, Princeton, N.J., 1957-58. Lecture Notes in Mathematics, No. 21 Springer-Verlag, Berlin-New York, 1966
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Voci correlate

• Curva ellittica
• Varietà abeliana