(фактически ядро равно
но мы отождествим его с
очевидным образом). Напомним, что
это
-мерное комплексное пространство,
решетка в
комплексный тор.
Мы обозначим через
единственную эрмитову форму, мнимая часть которой является
-билинейным расширением спаривания
которое задается индексом пересечения. Мы фиксируем некоторую квадратичную форму
такую, что
где
индекс пересечения. Тогда тэта-функция поверхности X (см. например,
- это голоморфная функция
определенная как
Она характеризуется (с точностью до постоянного множителя) функциональным уравнением
Отсюда легко следует, что
(здесь
Мы будем использовать то, что это соотношение также характеризует тэта-функцию с точностью до некоторых простых преобразований. Точнее, справедлива
Лемма (9.2). Пусть
голоморфная функция, такая, что
для всех и
и для некоторой (ненулевой) константы С. Тогда существуют константа
-линейное отображение
и точка
такие, что
Доказательство. Положим
Тогда
и ограничение G на
дает гомоморфизм
Выберем
-линейное отображение
такое, что
для
Разлагая
на
-линейную
-антилинейную части и используя невырожденность формы В, мы получаем, что существуют
удовлетворяющие заключению леммы, такие, что
для
Положив
мы получим
для всех
значит, голоморфная функция
удовлетворяет функциональному уравнению (9.1), как и тэта-функция, а потому должна получаться из нее умножением на константу. Лемма доказана.
Замечание (9.3). Очевидно, что константа А однозначно определяется по 0. Что касается
, то они определены не вполне однозначно, ибо отображение у в доказательстве леммы определено с точностью до прибавления отображения
такого, что
Однако легко проверить, что это изменяет
лишь на элемент решетки, т. е. образ
в якобиане
определен однозначно. Выбор
однозначно определяет
-функция — это функция на группе
наша следующая задача — объяснить, каким образом мы можем считать, что и тэта-функция зависит от элемента из
а потом сравнить их. Мы фиксируем точку
и локальный параметр z, как в § 6. Отождествим, пользуясь параметром
диском
на сфере Римана. Мы обозначим символом V пространство голоморфных отображений
-таких, что
Как и в § 5, мы отождествим
с помощью отображения
и будем рассматривать
-функцию как функцию на
Далее, любую функцию
(как, впрочем, любую голоморфную функцию на
можно рассматривать как коцикл в когомологиях Чеха
где
- открытое покрытие поверхности X, описанное в доказательстве (6.1). Снова пользуясь тем, что когомологии поверхности X можно вычислять по любому такому покрытию, получаем сюръективный гомоморфизм
Если теперь К — ядро этого отображения, мы можем рассматривать тэта-функцию как Коинвариантную функцию на
Далее, К — это линейное подпространство в V, состоящее из всех функций
которые можно записать в виде
где ко и
голоморфны на
соответственно; такое разложение единственно, если нормализовать
условием
Мы обозначим через V векторное пространство всех таких
Пусть К — ядро композиции
оно состоит из всех функций
таких, что существует разложение (не обязательно единственное)
где
ненулевая голоморфная функция на
Ясно, что
значит, фактически К — это связная компонента единицы в К, как, собственно, и подобраны обозначения. Далее, в доказательстве предложения (9.10) мы приведем явное описание целочисленного класса когомологий, который соответствует элементу
Теперь мы зафиксируем линейное расслоение 2 степени
на X и тривиализацию
как в § 6; пусть
соответствующее подпространство. Для простоты мы считаем, что
трансверсально и что функция
нормализована, как обычно, условием
Обычно
-функция не является К-инвариантной; однако далее мы покажем, что ее простая модификация приобретает такую инвариантность. Мы определим отображение а: полагая
где Ко определено в (9.4). Очевидно, что а — гомоморфизм, а его ограничение на
является
-линейным отображением.
Лемма (9.5). Пусть
тогда
где
множитель, связывающий действия
на расслоении Det (см. (3.6)).
Доказательство. По определению
-функции (см. (3.2))
Из определения
ясно, что
поэтому
для
Используя это вместе с
-эквивариантностью
(см. (3.7)), мы получаем
Правая часть формулы (9.6) равна
Подставляя (9.7) в эту формулу и сокращая ненулевой вектор»
мы получаем доказательство леммы.
Если применить (9.5) при
из К, то получается, что
при всех
Продолжим а до
-линейного отображения
, учитывая, что К порождает V над
получаем единственность продолжения и соотношение
для всех
Запишем
где
-линейно, а с антилинейно. Тогда (9.8) дает
для всех
Так как
-линейно, мы получаем с (Ко)
поэтому с, а значит, и эрмитова форма
определены на
Положим
Тогда из (9.5) мы получаем
В частности, ограничение
на Ко дает гомоморфизм
Выберем
-линейное отображение
такое, что
При
положим
Тогда
для
Ко. Поэтому
определено на
и удовлетворяет уравнению
для
Кроме того, справедлив следующий важный результат:
Предложение (9.10). Для всех
где
— это классы элементов
в группе
Это предложение показывает, что эрмитова форма, встречающаяся в показателе экспоненты в (9.9), в
раз больше формы В, участвовавшей в определении тэта-функции. Мы можем поэтому применить (9.2) для получения основного результата этого параграфа.
Теорема (9.11). х-функция
связана с тэта-функцией следующим образом:
где А — константа,
линейная форма,
точка в
проекция
на
Замечания, (i) Заметим, что квадратичная форма
зависит только от
Согласно (9.3), проекция в якобиан
однозначно определяется по
Если
движется под действием одного из потоков
движется по соответствующей прямой линии в
Похоже, что нет смысла пытаться определить отображение а более явно, ибо оно зависит от выбора тривиализации
(см. (3.8)).
Осталось доказать предложение (9.10). Для этого мы зафиксируем стандартный базис
в т. е. такой базис, что
а остальные индексы пересечения равны нулю. Теперь мы можем рассматривать риманову поверхность X классическим образом, т. е. как факторпространство многоугольника У с
ребрами, расположенными четверками
(мы получаем X из
, отождествляя два ребра, соответствующие одному элементу из А). Предположим, что
выбран так, что диск
в X соответствует малому диску
во внутренности
пусть
это дополнение к внутренности
Если
то
где
и
функции на
соответственно. Далее,
функция на
это означает, что значения
в отождествляемых точках двух ребер многоугольника, соответствующих образующей
отличаются на целое кратное
скажем, на
Когомологический класс элемента
равен поэтому
где у — базис в
двойственный к А.
Далее,
После короткого вычисления мы получаем, что это выражение равно
Так как
голоморфные функции на
мы можем заменить
в этом интеграле границей У. Вклад в интеграл
типичного множества из четырех ребер
можно свести к интегралу по средней паре
мы получаем
Суммируя по
и пользуясь тем, что матрица пересечений в базисе
совпадает с матрицей пересечений в базисе
мы видим, что наш интеграл, как и требовалось, равен
Функция Бейкера и тэта-функция
Если сопоставить теорему (9.11) и предложение (5.14), получается формула для функции Бейкера (для подпространства
происходящего из римановой поверхности) в терминах тэта-функций. Как мы упоминали во введении, такая формула хорошо известна в русской литературе (см., например, [10], [11], [36]). Однако, возможно, не вполне очевидно, что японская формула (5.14) совпадает с русской; по предложению рецензента мы закончим этот параграф детальным сравнением этих формул.
Русская формула использует классическую тэта-функцию Римана, определение которой зависит от выбора канонического базиса
в когомологиях, как в доказательстве предложения (9.10); мы предполагаем в дальнейшем, что такой базис зафиксирован. Классическая тэта-функция — это функция на двойственном пространстве
к пространству
состоящему из глобальных голоморфных дифференциалов на
обычно
отождествляется с
с помощью базиса
С другой стороны, имеется естественное спаривание
где
пучок голоморфных дифференциалов на X, что позволяет канонически отождествить
с пространством
на котором была определена тэта-функция. В дальнейшем мы будем использовать эти отождествления
без
дополнительных комментариев. Выбор базиса
в гомологиях дает естественный выбор формы
необходимый при нашем определении тэта-функции, а именно, мы можем считать» что
равно нулю на элементах базиса в
двойственного к
Легко проверить, что наша тэта-функция отличается от классической на множитель
где
симметрическая
-билинейная форма на
Поэтому, если мы пользуемся классической тэта-функцией, теорема (9.11) остается справедливой, только изменится квадратичная форма. Начиная с этого места, будем через 8 обозначать классическую тэта-функцию.
Теперь мы готовы объяснить, как русская формула связывает функцию Бейкера с тэта-функцией. Мы следуем обзору [36], к которому и отсылаем читателя, интересующегося дополнительными деталями. Следуя Кричеверу, фиксируем неспециальный положительный дивизор
на
не теряя общности (см. (6.5)), можно считать, что точки
лежат вне диска
Мы хотим выписать функцию Бейкера
, где
замыкание пространства аналитических функций на
продолжающихся до мероморфных функций на
которые регулярны везде, кроме, возможно, точек
где допускаются простые полюсы. Мы фиксируем базисную точку
в X и обозначим через
-соответствующее отображение Абеля:
Отображение А определено лишь по модулю решетки периодов
(из-за произвола в выборе пути интегрирования). Пусть
постоянный вектор, такой, что функция (многозначная. — Перев.)
(на X) обращается в нуль в точности при
Для
определим сол как дифференциал второго рода с нулевыми
-периодами, регулярный везде, кроме
где он имеет главную часть
Пусть
вектор
-периодов Рассмотрим выражение
Путь интегрирования в показателе экспоненты тот же, что и для отображения Абеля; легко проверить (см. [36, гл. 3, § 1]), что (9.12) — корректно определенная функция точки
Очевидно, что при ограничении на окружность
с X функция
и нужное соотношение сводится теперь к известному факту (см., например, [36, (2.1.21)]). Относительно (ii) заметим, что интересующая нас разность равна
где
это отображение Абеля, связанное с базисной точкой
Поэтому нам необходим следующий результат.
Лемма (9.14). Пусть
это отображение, которое использовалось уже в этом разделе (оно получается, если элемент
рассматривать как функцию переклейки и для линейного расслоения на X). Тогда для
образ
относительно этого отображения равен
Доказательство. Мы запишем в виде
Два сомножителя в этом выражении — это функции переклейки для линейных расслоений, соответствующих дивизорам [5] и
. Поэтому образ
в якобиане равен
т. е.
Наконец, мы отметим, что можно обратить некоторые из приведенных рассуждений и доказать теорему (9.11) сравнением формул (5.14) и (9.13). Эти соображения отмечены в [5] и фактически являются там единственно возможными рассуждениями, ибо в [5]
-функция определяется в терминах функции Бейкера формулой (5.14). В нашем контексте имеется независимое определение тета-функции, и нам казалось весьма уместным привести прямое доказательство теоремы (9.11), не использующее функцию Бейкера.