अंकगणितीय गतिशीलता

अंकगणितीय गतिशीलता एक ऐसा क्षेत्र है जो गणित के दो क्षेत्रों, गतिशील प्रणालियों और संख्या सिद्धांत को जोड़ता है। प्रेरणा का एक हिस्सा जटिल गतिशीलता से आता है, जटिल विमान या अन्य जटिल बीजगणितीय किस्मों के स्व-मानचित्रों के पुनरावृत्त फ़ंक्शन का अध्ययन। अंकगणितीय गतिशीलता पूर्णांक बिंदु, तर्कसंगत बिंदु, पी-एडिक संख्या के संख्या-सैद्धांतिक गुणों का अध्ययन है|p-किसी बहुपद या परिमेय फलन के बार-बार प्रयोग के अंतर्गत आदिक, या बीजगणितीय बिंदु। एक मौलिक लक्ष्य अंतर्निहित ज्यामितीय संरचनाओं के संदर्भ में अंकगणितीय गुणों का वर्णन करना है।

वैश्विक अंकगणितीय गतिशीलता असतत गतिशील प्रणालियों की सेटिंग में शास्त्रीय डायोफैंटाइन ज्यामिति के एनालॉग्स का अध्ययन है, जबकि स्थानीय अंकगणितीय गतिशीलता, जिसे पी-एडिक गतिशीलता भी कहा जाता है | पी-एडिक या गैर-आर्किमिडीयन गतिशीलता, जटिल गतिशीलता का एक एनालॉग है जिसमें एक जटिल संख्याओं को प्रतिस्थापित करता है C ए द्वारा p-एडिक फ़ील्ड जैसे Q_p या C_p और अराजक व्यवहार और फ़तौ सेट और जूलिया सेट का अध्ययन करता है।

निम्नलिखित तालिका डायोफैंटाइन समीकरणों, विशेष रूप से एबेलियन किस्मों और गतिशील प्रणालियों के बीच एक मोटे पत्राचार का वर्णन करती है:

Diophantine equations	Dynamical systems
Rational and integer points on a variety	Rational and integer points in an orbit
Points of finite order on an abelian variety	Preperiodic points of a rational function

असतत गतिशीलता से परिभाषाएँ और संकेतन

होने देना S एक सेट हो और चलो F : S → S से एक नक्शा हो S खुद को। की पुनरावृत्ति F अपने आप से n बार दर्शाया गया है

$F^{(n)}=F\circ F\circ \cdots \circ F.$

एक बिंदु P ∈ S आवधिक है यदि F⁽ⁿ⁾(P) = P कुछ के लिए n ≥ 1.

यदि बात पूर्व-आवधिक है F^(k)(P) कुछ के लिए आवधिक है k ≥ 1.

(आगे) की कक्षा P सेट है

$O_{F}(P)=\left\{P,F(P),F^{(2)}(P),F^{(3)}(P),\cdots \right\}.$

इस प्रकार P प्रीपेरियोडिक है यदि और केवल यदि इसकी कक्षा है O_F(P) परिमित है.

पूर्वआवधिक बिंदुओं की संख्या सैद्धांतिक गुण

See also: Uniform boundedness conjecture for torsion points and Uniform boundedness conjecture for rational points

होने देना F(x) गुणांक के साथ कम से कम दो डिग्री का एक तर्कसंगत कार्य बनें Q. डगलस नॉर्थकॉट का एक प्रमेय ऐसा कहते हैं F में केवल सीमित संख्या में ही अनेक हैं Q-तर्कसंगत पूर्वआवधिक बिंदु, यानी, F में केवल सीमित रूप से कई पूर्व-आवधिक बिंदु हैं P¹(Q). प्रीपेरियोडिक बिंदुओं के लिए समान सीमा अनुमान पैट्रिक मॉर्टन और जोसेफ एच. सिल्वरमैन का कहना है कि प्रीपेरियोडिक बिंदुओं की संख्या F में P¹(Q) एक स्थिरांक से घिरा है जो केवल की डिग्री पर निर्भर करता है F.

अधिक सामान्यतः, चलो F : P^N → P^N एक संख्या क्षेत्र पर परिभाषित कम से कम दो डिग्री की एक रूपवाद हो K. नॉर्थकॉट प्रमेय ऐसा कहता है F में केवल सीमित रूप से कई पूर्व-आवधिक बिंदु हैं P^N(K), और सामान्य समान सीमा अनुमान कहता है कि प्रीपेरियोडिक बिंदुओं की संख्या P^N(K) को केवल के संदर्भ में सीमित किया जा सकता है N, की डिग्री F, और की डिग्री K ऊपर Q.

समान सीमा अनुमान द्विघात बहुपदों के लिए भी ज्ञात नहीं है F_c(x) = x² + c तर्कसंगत संख्याओं पर Q. इस मामले में पता चला है कि F_c(x) अवधि चार के आवधिक बिंदु नहीं हो सकते, पाँच, या छह, हालाँकि अवधि छह का परिणाम बिर्च स्विनर्टन-डायर अनुमान की वैधता पर निर्भर है|बिर्च और स्विनर्टन-डायर का अनुमान। मैं बिजुरान गया ने यह अनुमान लगाया है F_c(x) किसी भी अवधि के तर्कसंगत आवधिक बिंदु तीन से अधिक बड़े नहीं हो सकते।

कक्षाओं में पूर्णांक बिंदु

एक तर्कसंगत मानचित्र की कक्षा में अनंत संख्या में पूर्णांक हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि F(x) पूर्णांक गुणांकों वाला एक बहुपद है और यदि a एक पूर्णांक है, तो यह स्पष्ट है कि संपूर्ण कक्षा O_F(a) पूर्णांकों से मिलकर बनता है। इसी प्रकार, यदि F(x) एक तर्कसंगत मानचित्र और कुछ पुनरावृत्त है F⁽ⁿ⁾(x) पूर्णांक गुणांक वाला एक बहुपद है, फिर प्रत्येक n-कक्षा में प्रवेश एक पूर्णांक है। इस घटना का एक उदाहरण मानचित्र है F(x) = x^−d, जिसका दूसरा पुनरावृत्त एक बहुपद है। यह पता चला है कि यह एकमात्र तरीका है जिससे एक कक्षा में अनंत संख्या में पूर्णांक हो सकते हैं।

प्रमेय. होने देना F(x) ∈ Q(x) कम से कम दो डिग्री का एक तर्कसंगत कार्य हो, और मान लें कि कोई पुनरावृत्त नहीं है का F एक बहुपद है. होने देना a ∈ Q. फिर परिक्रमा O_F(a) में केवल सीमित संख्या में पूर्णांक होते हैं।

उपवर्गों पर स्थित गतिशील रूप से परिभाषित बिंदु

एस के बाद कोई झांग नहीं के कारण सामान्य अनुमान हैं और अन्य उन उप-किस्मों से संबंधित हैं जिनमें अनंत रूप से कई आवधिक बिंदु होते हैं या जो अनंत रूप से कई बिंदुओं में एक कक्षा को काटते हैं। ये क्रमशः, मैनिन-ममफोर्ड अनुमान|मैनिन-ममफोर्ड अनुमान, मिशेल रेनॉड द्वारा सिद्ध, और फाल्टिंग्स प्रमेय|मोर्डेल-लैंग अनुमान, गर्ड फाल्टिंग्स द्वारा सिद्ध, के गतिशील एनालॉग हैं। निम्नलिखित अनुमान इस मामले में सामान्य सिद्धांत को दर्शाते हैं कि उपविविधता एक वक्र है।

अनुमान. होने देना F : P^N → P^N एक रूपवाद हो और चलो C ⊂ P^N एक अपरिवर्तनीय बीजगणितीय वक्र बनें। मान लीजिए कि कोई बात है P ∈ P^N ऐसा है कि C कक्षा में अपरिमित रूप से कई बिंदु होते हैं O_F(P). तब C के लिए आवधिक है F इस अर्थ में कि कुछ पुनरावृति है F^(k) का F वह मानचित्र C खुद को।

पी-एडिक गतिशीलता

पी-एडिक गतिशीलता का क्षेत्र|p-एडिक (या नॉनआर्किमिडीयन) गतिकी एक क्षेत्र पर शास्त्रीय गतिशील प्रश्नों का अध्ययन है K जो एक गैर-आर्किमिडीयन निरपेक्ष मान के संबंध में पूर्ण है। ऐसे फ़ील्ड के उदाहरण हैं फ़ील्ड p-आदि तर्क Q_p और इसके बीजगणितीय समापन का पूरा होना C_p. मीट्रिक चालू है K और समसामयिकता की मानक परिभाषा एक तर्कसंगत मानचित्र के फतौ सेट और जूलिया सेट की सामान्य परिभाषा की ओर ले जाती है F(x) ∈ K(x). जटिल और गैर-आर्किमिडीयन सिद्धांतों के बीच कई समानताएं हैं, लेकिन कई अंतर भी हैं। एक उल्लेखनीय अंतर यह है कि गैर-आर्किमिडीयन सेटिंग में, फ़तौ सेट हमेशा खाली नहीं होता है, लेकिन जूलिया सेट खाली हो सकता है। यह सम्मिश्र संख्याओं पर सत्य के विपरीत है। नॉनआर्किमिडीयन गतिकी को बर्कोविच अंतरिक्ष तक विस्तारित किया गया है, जो एक कॉम्पैक्ट कनेक्टेड स्पेस है जिसमें पूरी तरह से डिस्कनेक्ट किया गया गैर-स्थानीय रूप से कॉम्पैक्ट फ़ील्ड शामिल है C_p.

सामान्यीकरण

जिसमें अंकगणितीय गतिशीलता के प्राकृतिक सामान्यीकरण हैं Q और Q_p को संख्या फ़ील्ड और उनके द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है p-आदिक पूर्णताएँ। एक अन्य प्राकृतिक सामान्यीकरण स्व-मानचित्रों को प्रतिस्थापित करना है P¹ या P^N स्व-मानचित्रों के साथ (आकारिकी) V → V अन्य एफ़िन या प्रोजेक्टिव किस्म का।

अन्य क्षेत्र जिनमें संख्या सिद्धांत और गतिकी परस्पर क्रिया करते हैं

संख्या सैद्धांतिक प्रकृति की कई अन्य समस्याएं हैं जो गतिशील प्रणालियों की सेटिंग में दिखाई देती हैं, जिनमें शामिल हैं:

• परिमित क्षेत्रों पर गतिशीलता।
• वैश्विक क्षेत्र पर गतिशीलता जैसे C(x).
• औपचारिक और की पुनरावृत्ति p-एडिक पावर श्रृंखला।
• झूठ समूहों पर गतिशीलता।
• गतिशील रूप से परिभाषित मॉड्यूलि रिक्त स्थान के अंकगणितीय गुण।
• समान वितरण और अपरिवर्तनीय माप (गणित), विशेष रूप से पर p-आदिक स्थान.
• ड्रिनफेल्ड मॉड्यूल पर गतिशीलता।
• संख्या-सैद्धांतिक पुनरावृत्ति समस्याएं जिनका वर्णन किस्मों पर तर्कसंगत मानचित्रों द्वारा नहीं किया जाता है, उदाहरण के लिए, कोलाट्ज़ समस्या।
• वास्तविक संख्याओं के स्पष्ट अंकगणितीय विस्तार पर आधारित गतिशील प्रणालियों की प्रतीकात्मक कोडिंग।

अंकगणितीय गतिशीलता संदर्भ सूची अंकगणितीय गतिशील विषयों की एक विस्तृत श्रृंखला को कवर करने वाले लेखों और पुस्तकों की एक विस्तृत सूची देती है।

यह भी देखें

• अंकगणित ज्यामिति
• अंकगणित टोपोलॉजी
• कॉम्बिनेटरिक्स और डायनेमिक सिस्टम

अग्रिम पठन

• Lecture Notes on Arithmetic Dynamics Arizona Winter School, March 13–17, 2010, Joseph H. Silverman
• Chapter 15 of A first course in dynamics: with a panorama of recent developments, Boris Hasselblatt, A. B. Katok, Cambridge University Press, 2003, ISBN 978-0-521-58750-1

बाहरी संबंध

• The Arithmetic of Dynamical Systems home page
• Arithmetic dynamics bibliography
• Analysis and dynamics on the Berkovich projective line
• Book review of Joseph H. Silverman's "The Arithmetic of Dynamical Systems", reviewed by Robert L. Benedetto