雅可比簇(Jacobian variety)
/ yah-KOH-bee-an /
附於每個緊黎曼曲面的,是第二個非常不同的幾何對象:不是彎曲的曲線,而是一個平坦、光滑、更高維、且帶有群法則的環面。這就是雅可比簇。它把曲面所有零次數除子類打包成一個帶幾何的、融貫的阿貝爾群,並且是阿貝爾-雅可比映射所居住的家。曲線剛硬而複雜之處,它的雅可比簇卻柔順而線性。
精確地說,對虧格 g 的緊黎曼曲面 X,雅可比簇是複環面 J(X) = C^g / Lambda,其中 C^g 是全純 1 形式空間(g 維)的對偶,Lambda 是週期格——把一組 1 形式的基沿 H_1(X, Z) 的一組基積分所得的秩 2g 的格。作為實流形它是 2g 維環面;作為複流形它是 g 維複環面;而關鍵在於它是「阿貝爾簇」:它是射影的(經由西塔函數嵌入射影空間),其群運算全純。自然同構 J(X) = Pic^0(X) 把它與線性等價下的零次數除子類群等同。
為何重要:雅可比簇把曲線線性化。阿貝爾定理把它與零次數除子類等同;阿貝爾-雅可比映射把曲線嵌入其中;黎曼西塔函數住在其上,而其零點軌跡(西塔除子)重建曲線(托雷利定理:帶主極化的雅可比簇決定 X)。它是阿貝爾簇的原型,也是曲線與阿貝爾簇及西塔函數理論的交會點。誠實提醒:「並非」每個 g 維複環面都是某曲線的雅可比簇——曲線的雅可比簇在所有主極化阿貝爾簇的模空間中構成一個特殊(肖特基)軌跡,而刻畫哪些環面是雅可比簇(肖特基問題)是困難的。另外,「複環面」根本不必是射影的;雅可比簇之特殊正在於其週期格滿足黎曼雙線性關係,使它成為阿貝爾簇。
對橢圓曲線(g = 1),雅可比簇就是曲線本身:J(X) = C/L,一個 1 維複環面,而等同 J(X) = Pic^0(X)「就是」橢圓群法則。對虧格 2 曲線,雅可比簇是 2 維阿貝爾簇(4 實維環面),曲線經由阿貝爾-雅可比作為一條真正的曲線嵌入其中——其西塔除子。
對 g = 1 雅可比簇就是橢圓曲線本身;對 g = 2 它是含該曲線的 2 維阿貝爾簇。
並非每個 g 維複環面都是雅可比簇,甚至並非每個主極化阿貝爾簇都是——雅可比簇構成肖特基軌跡,判定哪些環面是雅可比簇是未解的肖特基問題。雅可比簇是阿貝爾(射影)的,僅因其週期滿足黎曼關係。