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未解決問題、幾何学, 代数学、1950年に提起

ホッジ予想

未解決ミレニアム賞

XX を C\mathbb{C} 上の非特異射影代数多様体とする。複素係数コホモロジーのホッジ分解から得られる有理ホッジ類——すなわち H2p(X,Q)∩Hp,p(X)H^{2p}(X,\mathbb{Q}) \cap H^{p,p}(X) の元——は、XX の余次元 pp の代数的部分多様体のコホモロジー類の Q\mathbb{Q} 線形結合として表される。

研究の最前線 2026年時点

2026年現在、ホッジ予想は一般には未解決である。余次元1の場合はレフシェッツの (1,1)(1,1) 定理(1924年)によって完全に解決されており、余次元が dim⁡X\dim X の場合はポアンカレ双対性により自明である。アーベル多様体——豊富な自己準同型構造を持つため長らく重要な試験場であった——については、次元5までのすべての場合で予想が成り立つことが分かっている。テイトは1つの楕円曲線のべき乗を扱い、タンキーエフとリベットは素数次元の単純アーベル多様体を扱い、ドリーニュは絶対ホッジ類の理論によりCM型の多様体で証明し、そして2025年にマークマンが割線層を用いてそれまで謎であったヴェイユ類の代数サイクルを構成することで次元4と5を完成させた。次元5を超える場合、および低次元を超える一般の(非アーベル)多様体については、比肩する手法は知られておらず、整数版の精密化はすでに偽であることが分かっている(アティヤ–ヒルツェブルフ、1962年)ため、いかなる証明も位相的な係数だけでなく有理数係数の実際の代数サイクルを生成しなければならない。

既知の最良の結果

  • レフシェッツの (1,1)(1,1) 定理が、すべての非特異射影多様体について余次元1の場合を解決している(1924年)。
  • 次元5までのアーベル多様体について予想は完全に証明されている(テイト、タンキーエフ–リベット、ドリーニュ、マークマン2025年、arXiv:2502.03415)。
  • アティヤとヒルツェブルフ(1962年)が、ねじれによる障害を通じて素朴な整数版がなぜ失敗するのかを正確に突き止め、正しい(有理数版の)主張がどうあるべきかを明らかにした。

使われた手法と限界

手法達成したこと限界
指数層系列/レフシェッツの (1,1)(1,1) 定理直線束をチャーン類と結びつけることで、任意の非特異射影(コンパクト・ケーラーでも)多様体について、余次元1のホッジ類がすべて代数的であることを証明する。この議論は本質的に直線束についてのものであり、より高い余次元の代数サイクルには一般化されない。
絶対ホッジ類(ドリーニュ)CM型のアーベル多様体上のホッジ類が代数的であることを示し、アーベル多様体について知られているほとんどの場合の基盤となっている。複素乗法または素数次元という追加の対称性に依存する。一般のアーベル多様体、ましてや一般の代数多様体にはそのような利用できる構造はない。
ヴェイユ型アーベル多様体上の割線層(マークマン)これまで手が届かなかったヴェイユ類を代表する明示的な代数サイクルを構成し、次元4と5を完成させた(2025年)。アーベル多様体特有の幾何に結び付いており、次元6以上のヴェイユ類や非アーベル多様体に対する類似の構成は知られていない。

未解決の問い

  • マークマンの割線層による構成は、次元6以上のアーベル多様体上のヴェイユ類にも拡張できるか。
  • 整数版ホッジ予想が偽であることを踏まえると、何か特異な非アーベル多様体で有理数版ホッジ予想も偽であると予想すべき構造的な理由はあるのか、それとも統一的な証明が期待できるのか。

参考文献

  1. William V. D. Hodge (1952). The topological invariants of algebraic varieties
  2. Michael F. Atiyah, Friedrich Hirzebruch (1962). Analytic cycles on complex manifolds · DOI:10.1016/0040-9383(62)90094-0
  3. Eyal Markman (2025). Cycles on abelian 2n-folds of Weil type from secant sheaves on abelian n-folds · arXiv:2502.03415 [プレプリント・未査読]
  4. Claire Voisin (2002). Hodge Theory and Complex Algebraic Geometry I