사토-테이트 추측 (Sato–Tate conjecture)

개요

• 유리수 체 위에 정의된 타원곡선 $E$를 생각하자
• 소수 $p$에 대하여 $E(\mathbb{F}_p)$의 원소의 개수를 $M_p$라 두고, $\theta_p$를 다음과 같이 정의하자

\[p+1-M_p=2\sqrt{p}\cos{\theta_p},\quad (0\leq \theta_p \leq \pi).\]

추측 (사토-테이트)

$E$가 complex multiplication을 갖지 않을 때, $0\leq \alpha< \beta\leq \pi$인 두 실수 $\alpha, \beta$에 대하여, 다음이 성립한다 \[\lim_{N\to\infty}\frac{\#\{p\leq N:\alpha\leq \theta_p \leq \beta\}} {\#\{p\leq N\}}=\frac{2}{\pi} \int_{\alpha}^{\beta} \sin^2 \theta \, d\theta. \]

예

• 타원곡선 $y^2=x^3 + x + 1$
• $a_p=p+1-M_p$라 두면, 다음과 같은 테이블을 얻는다

$$ \begin{array}{c|cc} p & a_p & \theta _p \\ \hline 2 & -2 & 2.35619 \\ 3 & 0 & 1.5708 \\ 5 & -3 & 2.30611 \\ 7 & 3 & 0.968002 \\ 11 & -2 & 1.87707 \\ 13 & -4 & 2.1588 \\ 17 & 0 & 1.5708 \\ 19 & -1 & 1.68576 \\ 23 & -4 & 2.00097 \\ 29 & -6 & 2.16167 \\ 31 & -1 & 1.66072 \\ 37 & -10 & 2.5357 \\ 41 & 7 & 0.992488 \\ 43 & 10 & 0.703639 \\ 47 & -12 & 2.63662 \\ 53 & -4 & 1.8491 \\ 59 & -3 & 1.76734 \\ 61 & 12 & 0.694738 \\ 67 & 12 & 0.74805 \\ 71 & 13 & 0.689745 \\ \end{array} $$

• 처음 5000개의 소수 $p$에 대하여, $\theta_p$의 분포는 다음과 같다
• 함께 그려진 곡선은 $\frac{2}{\pi}\sin^2 \theta$의 그래프

메모

• Lario, Joan-C., and Anna Somoza. “The Sato-Tate Conjecture for a Picard Curve with Complex Multiplication,” September 21, 2014. http://xxx.tau.ac.il/abs/1409.6020.

관련된 항목들

• 프로베니우스와 체보타레프 밀도(density) 정리

매스매티카 파일 및 계산 리소스

• https://docs.google.com/file/d/0B8XXo8Tve1cxN1F2dmVTMDE3LXc/edit

사전 형태의 자료

• http://en.wikipedia.org/wiki/Sato-Tate_conjecture

리뷰, 에세이, 강의노트

• Fité, Francesc. 2014. “Equidistribution, L-Functions, and Sato-Tate Groups.” arXiv:1405.5162 [math], May. http://arxiv.org/abs/1405.5162.

관련논문

• Thorner, Jesse. 2014. “The Error Term in the Sato-Tate Conjecture.” arXiv:1407.2656 [math], July. http://arxiv.org/abs/1407.2656.
• Barnet-Lamb, Tom, et al. "A family of Calabi-Yau varieties and potential automorphy II." Publ. Res. Inst. Math. Sci 47.1 (2011): 29-98.
• Harris, Michael, Nick Shepherd-Barron, and Richard Taylor. "A family of Calabi-Yau varieties and potential automorphy." Ann. of Math.(2) 171.2 (2010): 779-813.