內容簡介
This book grew out of notes from several courses that the first author has taught over the past nine years at the California Institute of Technology, and earlier at the Johns Hopkins University, Cornell University, the University of Chicago,and the University of Crete. Our general aim is to provide a modern approach to number theory through a blending of complementary algebraic and analytic perspectives, emphasizing harmonic analysis on topological groups. Our more particular goal is to cover John Tate's visionary thesis, giving virtually all of the necessary analytic details and topological preliminaries——technical prereq-uisites that are often foreign to the typical, more algebraically inclined number theorist. Most of the existing treatments of Tate's thesis, including Tate's own,range from terse to cryptic; our intent is to be more leisurely, more comprehen-sive, and more comprehensible. To this end we have assembled material that has admittedly been treated elsewhere, but not in a single volume with so much detail and not with our particular focus.
內頁插圖
目錄
PREFACE
INDEX OF NOTATION
TOPOLOGICAL GROUPS
1.1 Basic Notions
1.2 Haar Measure
1.3 Profinite Groups
1.4 Pro-p-Groups
Exercises
2 SOME REPRESENTATION THEORY
2.1 Representations of Locally Compact Groups
2.2 Banach Algebras and the Gelfand Transform
2.3 The Spectral Theorems
2.4 Unitary Representations
Exercises
3 DUALITY FOR LOCALLY COMPACT ABELIAN GROUPS
3.1 The Pontryagin Dual
3.2 Functions of Positive Type
3.3 The Fourier Inversion Formula
3.4 Pontryagin Duality
Exercises
4 THE STRUCTURE OF ARITHMETIC FIELDS
4. I The Module of an Automorphism
4.2 The Classification of Locally Compact Fields
4.3 Extensions of Local Fields
4.4 Places and Completions of Global Fields
4.5 Ramification and Bases
Exercises
5 ADELES, IDELES, AND THE CLASS GROUPS
5.1 Restricted Direct Products, Characters, and Measures
5.2 Adeles, Ideles, and the Approximation Theorem
5.3 The Geometry of Ar/K
5.4 The Class Groups
Exercises
6 A QUICK TOUR OF CLASS FIELD THEORY
6.1 Frobenius Elements
6.2 The Tchebotarev Density Theorem
6.3 The Transfer Map
6.4 Artin's Reciprocity Law
6.5 Abelian Extensions of Q and Qp
Exercises
7 TATE'S THESIS AND APPLICATIONS
7.1 Local (-Functions
7.2 The Riemann-Roch Theorem
7.3 The Global Functional Equation
7.4 Hecke L-Functions .
7.5 The Volume of C and the Regulator
7.6 Dirichlet's Class Number Formula
7.7 Nonvanishing on the Line Re(s)——I
7.8 Comparison of Hecke L-Functions
Exercises
APPENDICES
Appendix A: Normed Linear Spaces
A. 1 Finite-Dimensional Normed Linear Spaces
A.2 The Weak Topology
A.3 The Weak-Slat Topology
A.4 A Review of LP-Spaces and Duality
Appendix B: Dedekind Domains
B.1 Basic Properties
B.2 Extensions of Dedekind Domains
REFERENCES
INDEX
前言/序言
數域上的傅裏葉分析:深度探究與應用拓展 本書旨在為數學研究者、高年級本科生及研究生提供一個深入探討數域背景下傅裏葉分析的綜閤性教材與參考手冊。不同於在實數域或復平麵上進行的經典傅裏葉分析,本書將焦點置於代數數論的深層結構之上,探討如何將傅裏葉分析的思想和工具推廣、適應於由有理數域擴充而成的各種數域環境,特彆是代數數域(Algebraic Number Fields)及其相關的函數域。 全書結構嚴謹,內容涵蓋瞭從基礎概念的建立到前沿研究課題的探討,力求在理論的普適性與實際應用的精確性之間取得平衡。 第一部分:基礎理論的重構與數域背景的引入 在本書的開篇,我們將首先迴顧經典傅裏葉分析的基石——歐幾裏得空間上的傅裏葉變換及其在 $mathbb{R}^n$ 上的性質,並迅速過渡到更具一般性的拓撲群上的調和分析概念。然而,真正的核心在於對代數數域的精確刻畫。 第一章:代數數域基礎迴顧 本章將簡要復習代數數論的必要背景,包括:域擴張、環 of 整數 $mathcal{O}_K$ 的結構、判彆式、理想的唯一分解(特彆是主理想域的推廣——Dedekind 環),以及單位群的結構(Dirichlet 單位定理)。理解這些代數結構是構建數域上傅裏葉分析的先決條件。 第二章:局部場與阿代爾結構 傅裏葉分析的成功在很大程度上依賴於局部結構。因此,本書重點分析局部域 $mathbb{Q}_p$(p-adic 域)和實數域 $mathbb{R}$ 構成的阿代爾環 $mathbb{A}_K$。我們將詳細討論局部域上的加性群的拓撲結構,如 $mathbb{Q}_p$ 的緊緻性、離散性,以及對 $mathbb{Q}_p$ 上局部加性群的Pontryagin 對偶。這為在全局域(數域 $K$)上構建全局傅裏葉分析奠定瞭基礎。 第三章:數域上的特徵與狄利剋雷字符 傅裏葉分析的核心是利用群的特徵(Characters)進行分解。在有限域上,這是狄利剋雷字符;在全局數域 $K$ 上,我們需要推廣這個概念。本章將引入連續特徵(Continuous Characters)的理論,特彆關注米勒函數 (Mellin Transform) 在數域上的推廣形式。我們將探討由無限素點和有限素點決定的特徵如何組閤起來,形成完整的全局特徵。 第二部分:數域上的傅裏葉變換及其性質 本部分是本書的核心理論構建部分,我們將明確定義數域 $K$ 上的傅裏葉變換及其在不同函數空間上的適用性。 第四章:局部傅裏葉變換:p-adic 分析 針對 $K$ 的每一個素點 $v$,我們構建局部傅裏葉變換。對於 $K_v = mathbb{Q}_p$ 或 $mathbb{R}$,我們將定義其特徵函數空間。重點討論海森函數 (Hasse Functions) 和Glaeser 核在 $K_v$ 上的行為。特彆地,針對 $K_v$ 上的緊群,我們將討論 Weil 錶示與其傅裏葉變換的關聯。 第五章:全局傅裏葉變換:阿代爾空間上的積分 全局傅裏葉變換 $mathcal{F}_K$ 是通過對阿代爾空間 $mathbb{A}_K$ 上的函數 $f(mathbf{a})$ 進行積分得到的。這涉及到對 $mathbb{A}_K$ 上的 Tamagawa 測度的精確選擇,以確保傅裏葉變換的酉性(Unitarity)。我們將引入Poincaré 對偶定理在阿代爾空間上的版本,以及其與 Hecke $xi$ 函數的關係。 第六章:普朗歇爾公式與傅裏葉反演 在數域上,傅裏葉反演公式被普朗歇爾求和公式所取代。本章將深入探討普朗歇爾公式的推導過程,特彆是如何利用數域的跡函數 (Trace Function) 和局部 $zeta$ 函數來連接函數域上的分析與代數結構。討論傅裏葉變換在測試函數空間(如光滑函數或 Schwartz 函數的數域推廣)上的良好性質。 第三部分:關鍵應用:L-函數與自守錶示 傅裏葉分析在代數數論中的最重要應用之一是構建和分析 $L$-函數。本書將展示傅裏葉分析如何成為連接分析與算術的橋梁。 第七章:數域上的局部 $L$-函數 首先,我們研究在單個素點 $v$ 上的局部 $L$-函數。通過對局部特徵函數應用傅裏葉變換,我們能清晰地揭示局部 $L$-函數的歐拉乘積結構與其伽馬因子之間的關係。這包括對局部高斯和的精確計算。 第八章:全局 $L$-函數與黎曼-傅裏葉變換 全局 $L$-函數 $L(s, chi)$ 的定義是所有局部 $L$-函數的乘積。本章將聚焦於黎曼-傅裏葉變換(即 $mathcal{F}_K$ 作用於某個與 $L$-函數相關的核函數上)的性質,特彆是其函數方程的推導。我們將探討 Hecke $L$-函數如何通過全局 $zeta$ 函數的傅裏葉變換自然産生。 第九章:自守錶示與傅裏葉係數 本章將涉及更高級的主題,即自守錶示的分析側麵。對於一個自守錶示 $pi$,其在 $GL_m(K)$ 上的 $L$-函數是通過其傅裏葉係數(或稱 $K$-函數)來編碼的。我們將分析局部 $pi$ 在 $K_v$ 上的傅裏葉展開,展示傅裏葉分析如何成為構建和分類自守錶示的核心工具。 第十章:數域上的擴散方程與熱核 作為傅裏葉分析在微分方程中的應用,本章探討在數域 $K$ 上的拉普拉斯算子 $Delta_K$。我們利用傅裏葉變換將微分方程轉化為代數方程,推導齣數域上的熱核(Heat Kernel)。該熱核與 $zeta$ 函數的解析性質有著深刻的內在聯係,為理解數域上的隨機遊走提供瞭強大的分析工具。 本書的最終目標是使讀者能夠熟練運用傅裏葉分析的強大工具箱,解決代數數論、算術幾何以及調和分析中的復雜問題。每章後附有大量的練習題和參考文獻,以供深入研究。