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定理証明済み

非特異性の判別式基準

内容

曲線 E:y2=x3+ax+bE: y^2 = x^3+ax+b が非特異であるための必要十分条件は判別式 Δ=−16(4a3+27b2)\Delta = -16(4a^3+27b^2) が零でないことであり、これは三次式 x3+ax+bx^3+ax+b が(代数閉包上で)3つの相異なる根を持つことと同値である。

なぜ正しいのか?

三次式が重根を持つ点 (x0,0)(x_0, 0) はまさに曲線が尖点へと締まったり自己交差したりする場所であり、そこでは接線の方向が定まらなくなる——これはまさに弦と接線による群構造を壊してしまう幾何学的な欠陥である。

証明の概略

点 (x0,y0)(x_0,y_0) が特異点であるのは、F=y2−x3−ax−b=0F=y^2-x^3-ax-b=0、∂F/∂y=2y0=0\partial F/\partial y = 2y_0 = 0、∂F/∂x=−3x02−a=0\partial F/\partial x = -3x_0^2-a=0 がすべて同時に成り立つときに限る。2番目の式は y0=0y_0=0 を強制するので、x0x_0 は x3+ax+bx^3+ax+b の根でなければならない。3番目の式は 3x02+a=03x_0^2+a=0 を強制する、すなわち x0x_0 は導関数 3x2+a3x^2+a の根でもある。多項式とその導関数が共通の根を持つのはその多項式の重根においてのみであるから、EE が特異であるのは x3+ax+bx^3+ax+b が重根を持つときに限る。既約三次式 x3+ax+bx^3+ax+b の古典的な判別式は −4a3−27b2-4a^3-27b^2 であり、三次式が重根を持つときにちょうど零になる。正規化定数 −16-16 を掛けると Δ=−16(4a3+27b2)\Delta = -16(4a^3+27b^2) となるので、EE が非特異であるのは Δ≠0\Delta \neq 0 のときに限る。

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参考文献

  1. Joseph H. Silverman (2009). The Arithmetic of Elliptic Curves · DOI:10.1007/978-0-387-09494-6
  2. Andrew Wiles (1995). Modular elliptic curves and Fermat's Last Theorem · DOI:10.2307/2118559
  3. Andrew Wiles / Clay Mathematics Institute (2000). The Birch and Swinnerton-Dyer Conjecture (official Millennium Problem description)
  4. Wouter Castryck, Thomas Decru (2022). An efficient key recovery attack on SIDH