亞純函數域(field of meromorphic functions)
在緊黎曼曲面上,你做不出有趣的通往 C 的普通函數——唯一的就是常數。所以該曲面所有的代數生命都活在它的「亞純」函數裡:那些被允許在有限多個點爆掉的函數。把它們全部收集起來,你得到的不只是一個集合,而是一個「域」——你可以對它們做加、減、乘、除(在極點之外)——而這一個代數對象竟然完整地記住了該曲面。
精確地說,對緊黎曼曲面 X,令 M(X) 表示 X 上所有亞純函數所成的集合。亞純函數的和、積、(非零)商仍亞純,常數 C 作為子域坐落其中,且 M(X) 是包含 C 的一個域。深刻的事實是:M(X) 在 C 上的超越次數恰為 1(故它是相當於單變量自由度的域),它是有限生成的,而——這就是重點——它是 C(z)(單變量有理函數)的有限擴張。黎曼球面給出 M = C(z) 本身;環面 C/L 給出 C(wp, wp'),兩個生成元由三次關係 (wp')^2 = 4 wp^3 - g_2 wp - g_3 綁在一起。
為何重要:這是從分析通往代數的橋樑。函子 X -> M(X) 是一部完美的辭典——兩個緊黎曼曲面同構,恰當其函數域在 C 上同構,而「每一個」在 C 上有限生成、超越次數為 1 的域都這樣出現。這就是為何「緊黎曼曲面」與「C 上的光滑射影代數曲線」是同一事物的兩個名字。一個誠實的微妙處:這個等價是在曲面與作為 C 上「抽象」域的該域之間;選取一個生成元(一個亞純函數)等於選取一個通往球面的分歧覆疊映射,而不同的生成元給出同一個域的不同表現。
對函數域為 C(x, y)、其中 y^2 = x^3 - x 的橢圓曲線/環面,元素 x 是通往球面的 2 次映射(x 的每個值對應兩個 y,即兩個平方根),故 C(x, y) 是 C(x) 的 2 次擴張。從域恢復曲面,等於從中讀出這個分歧覆疊及其分歧之處。
y^2 = x^3 - x 使 C(x,y) 成為 C(x) 的 2 次擴張:該曲面是球面的 2 葉覆疊。
這部辭典是在緊黎曼曲面與 C 上有限生成、超越次數為 1 的域之間。非緊曲面(如圓盤或平面)的函數域大得多且不那麼剛硬,「不」被這個代數等價所捕捉。