리만 곡면의 주기 행렬과 겹선형 관계 (bilinear relation)

수학노트
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개요

  • 종수가 $g$인 컴팩트 리만 곡면 $X$의 주기 행렬은 지겔 상반 공간 $\mathcal{H}_g$의 원소로 주어짐

$$ \mathcal{H}_g=\left\{\tau \in M_{g \times g}(\mathbb{C}) \ \big| \ \tau^{\mathrm{T}}=\tau, \textrm{Im}(\tau) \text{ positive definite} \right\} $$


주기 행렬

  • 다음을 만족하는 \(H_1(X, \mathbb{Z}) \cong \mathbb{Z}^{2g}\)의 기저, 2g 개의 닫힌 곡선 \(a_1, \dots, a_g,b_1,\cdots,b_g\)이 존재 (canonical homology basis)

$$ \langle a_i,b_j \rangle = \begin{cases} 1, & \text{if }i=j\\ 0, & \text{if }i\neq j \\ \end{cases} $$

  • 즉, 다음과 같은 intersection form을 가진다

$$ \begin{array}{c|cc} \text{} & a& b \\ \hline a & 0 & I_g \\ b & -I_g & 0 \end{array} $$

  • 다음을 만족하는 \(H^0(X, K) \cong \mathbb{C}^g\)의 기저, holomorphic 1-form $\omega_1,\cdots,\omega_{g}$가 존재

$$ \int_{a_i}\omega_j=\delta_{ij} $$

  • $\tau_{i,j}=\int_{b_i}\omega_j$로 두면, $\tau=(\tau_{i,j})_{1\leq i,j\leq g}$는 다음의 성질을 만족한다 (리만 겹선형 관계)
  1. $\tau^{\mathrm{T}}=\tau$
  2. $\textrm{Im}(\tau)$는 양의 정부호 행렬(positive definite matrix)
  • 즉, $\tau$는 지겔 상반 공간 $\mathcal{H}_g$의 원소이며, $X$의 주기 행렬 (period matrix)라 부른다

$g=3$ 인 경우

$$ \begin{array}{c|ccc|ccc} \text{} & a_1 & a_2 & a_3 & b_1 & b_2 & b_3 \\ \hline \omega _1 & \left\langle a_1|\omega _1\right\rangle & \left\langle a_2|\omega _1\right\rangle & \left\langle a_3|\omega _1\right\rangle & \left\langle b_1|\omega _1\right\rangle & \left\langle b_2|\omega _1\right\rangle & \left\langle b_3|\omega _1\right\rangle \\ \omega _2 & \left\langle a_1|\omega _2\right\rangle & \left\langle a_2|\omega _2\right\rangle & \left\langle a_3|\omega _2\right\rangle & \left\langle b_1|\omega _2\right\rangle & \left\langle b_2|\omega _2\right\rangle & \left\langle b_3|\omega _2\right\rangle \\ \omega _3 & \left\langle a_1|\omega _3\right\rangle & \left\langle a_2|\omega _3\right\rangle & \left\langle a_3|\omega _3\right\rangle & \left\langle b_1|\omega _3\right\rangle & \left\langle b_2|\omega _3\right\rangle & \left\langle b_3|\omega _3\right\rangle \end{array} = \begin{array}{c|ccc|ccc} \text{} & a_1 & a_2 & a_3 & b_1 & b_2 & b_3 \\ \hline \omega _1 & 1 & 0 & 0 & \tau _{1,1} & \tau _{1,2} & \tau _{1,3} \\ \omega _2 & 0 & 1 & 0 & \tau _{2,1} & \tau _{2,2} & \tau _{2,3} \\ \omega _3 & 0 & 0 & 1 & \tau _{3,1} & \tau _{3,2} & \tau _{3,3} \end{array} $$ 여기서 $\left\langle \gamma|\omega\right\rangle=\int_{\gamma}\omega$


$$ \frac{1}{2} \left( \begin{array}{ccc} \rho & 1 & 1 \\ 1 & \rho & 1 \\ 1 & 1 & \rho \\ \end{array} \right) $$ 여기서 $\rho=\frac{-1+\sqrt{-7}}{2}$.


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관련논문

  • Braden, Harry W., and Timothy P. Northover. 2012. “Bring’s Curve: Its Period Matrix and the Vector of Riemann Constants”. ArXiv e-print 1206.6004. http://arxiv.org/abs/1206.6004.
  • Deconinck, Bernard, and Mark van Hoeij. 2001. “Computing Riemann Matrices of Algebraic Curves.” Physica D. Nonlinear Phenomena 152/153: 28–46. doi:10.1016/S0167-2789(01)00156-7.
  • Tretkoff, C. L., and M. D. Tretkoff. 1984. “Combinatorial Group Theory, Riemann Surfaces and Differential Equations.” In Contributions to Group Theory, 33:467–519. Contemp. Math. Providence, RI: Amer. Math. Soc. http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=767125.