内容简介
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.
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目录
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
数域上的傅里叶分析:深度探究与应用拓展 本书旨在为数学研究者、高年级本科生及研究生提供一个深入探讨数域背景下傅里叶分析的综合性教材与参考手册。不同于在实数域或复平面上进行的经典傅里叶分析,本书将焦点置于代数数论的深层结构之上,探讨如何将傅里叶分析的思想和工具推广、适应于由有理数域扩充而成的各种数域环境,特别是代数数域(Algebraic Number Fields)及其相关的函数域。 全书结构严谨,内容涵盖了从基础概念的建立到前沿研究课题的探讨,力求在理论的普适性与实际应用的精确性之间取得平衡。 第一部分:基础理论的重构与数域背景的引入 在本书的开篇,我们将首先回顾经典傅里叶分析的基石——欧几里得空间上的傅里叶变换及其在 $mathbb{R}^n$ 上的性质,并迅速过渡到更具一般性的拓扑群上的调和分析概念。然而,真正的核心在于对代数数域的精确刻画。 第一章:代数数域基础回顾 本章将简要复习代数数论的必要背景,包括:域扩张、环 of 整数 $mathcal{O}_K$ 的结构、判别式、理想的唯一分解(特别是主理想域的推广——Dedekind 环),以及单位群的结构(Dirichlet 单位定理)。理解这些代数结构是构建数域上傅里叶分析的先决条件。 第二章:局部场与阿代尔结构 傅里叶分析的成功在很大程度上依赖于局部结构。因此,本书重点分析局部域 $mathbb{Q}_p$(p-adic 域)和实数域 $mathbb{R}$ 构成的阿代尔环 $mathbb{A}_K$。我们将详细讨论局部域上的加性群的拓扑结构,如 $mathbb{Q}_p$ 的紧致性、离散性,以及对 $mathbb{Q}_p$ 上局部加性群的Pontryagin 对偶。这为在全局域(数域 $K$)上构建全局傅里叶分析奠定了基础。 第三章:数域上的特征与狄利克雷字符 傅里叶分析的核心是利用群的特征(Characters)进行分解。在有限域上,这是狄利克雷字符;在全局数域 $K$ 上,我们需要推广这个概念。本章将引入连续特征(Continuous Characters)的理论,特别关注米勒函数 (Mellin Transform) 在数域上的推广形式。我们将探讨由无限素点和有限素点决定的特征如何组合起来,形成完整的全局特征。 第二部分:数域上的傅里叶变换及其性质 本部分是本书的核心理论构建部分,我们将明确定义数域 $K$ 上的傅里叶变换及其在不同函数空间上的适用性。 第四章:局部傅里叶变换:p-adic 分析 针对 $K$ 的每一个素点 $v$,我们构建局部傅里叶变换。对于 $K_v = mathbb{Q}_p$ 或 $mathbb{R}$,我们将定义其特征函数空间。重点讨论海森函数 (Hasse Functions) 和Glaeser 核在 $K_v$ 上的行为。特别地,针对 $K_v$ 上的紧群,我们将讨论 Weil 表示与其傅里叶变换的关联。 第五章:全局傅里叶变换:阿代尔空间上的积分 全局傅里叶变换 $mathcal{F}_K$ 是通过对阿代尔空间 $mathbb{A}_K$ 上的函数 $f(mathbf{a})$ 进行积分得到的。这涉及到对 $mathbb{A}_K$ 上的 Tamagawa 测度的精确选择,以确保傅里叶变换的酉性(Unitarity)。我们将引入Poincaré 对偶定理在阿代尔空间上的版本,以及其与 Hecke $xi$ 函数的关系。 第六章:普朗歇尔公式与傅里叶反演 在数域上,傅里叶反演公式被普朗歇尔求和公式所取代。本章将深入探讨普朗歇尔公式的推导过程,特别是如何利用数域的迹函数 (Trace Function) 和局部 $zeta$ 函数来连接函数域上的分析与代数结构。讨论傅里叶变换在测试函数空间(如光滑函数或 Schwartz 函数的数域推广)上的良好性质。 第三部分:关键应用:L-函数与自守表示 傅里叶分析在代数数论中的最重要应用之一是构建和分析 $L$-函数。本书将展示傅里叶分析如何成为连接分析与算术的桥梁。 第七章:数域上的局部 $L$-函数 首先,我们研究在单个素点 $v$ 上的局部 $L$-函数。通过对局部特征函数应用傅里叶变换,我们能清晰地揭示局部 $L$-函数的欧拉乘积结构与其伽马因子之间的关系。这包括对局部高斯和的精确计算。 第八章:全局 $L$-函数与黎曼-傅里叶变换 全局 $L$-函数 $L(s, chi)$ 的定义是所有局部 $L$-函数的乘积。本章将聚焦于黎曼-傅里叶变换(即 $mathcal{F}_K$ 作用于某个与 $L$-函数相关的核函数上)的性质,特别是其函数方程的推导。我们将探讨 Hecke $L$-函数如何通过全局 $zeta$ 函数的傅里叶变换自然产生。 第九章:自守表示与傅里叶系数 本章将涉及更高级的主题,即自守表示的分析侧面。对于一个自守表示 $pi$,其在 $GL_m(K)$ 上的 $L$-函数是通过其傅里叶系数(或称 $K$-函数)来编码的。我们将分析局部 $pi$ 在 $K_v$ 上的傅里叶展开,展示傅里叶分析如何成为构建和分类自守表示的核心工具。 第十章:数域上的扩散方程与热核 作为傅里叶分析在微分方程中的应用,本章探讨在数域 $K$ 上的拉普拉斯算子 $Delta_K$。我们利用傅里叶变换将微分方程转化为代数方程,推导出数域上的热核(Heat Kernel)。该热核与 $zeta$ 函数的解析性质有着深刻的内在联系,为理解数域上的随机游走提供了强大的分析工具。 本书的最终目标是使读者能够熟练运用傅里叶分析的强大工具箱,解决代数数论、算术几何以及调和分析中的复杂问题。每章后附有大量的练习题和参考文献,以供深入研究。