L'étude du groupe de Galois du corps des nombres algébriques est un sujet de grand intérêt pour les chercheurs dans ce programme. Afin d'étudier ce groupe, on utilise ses représentations dans d'autres objets algébriques, géométriques ou analytiques. Cela amène des liens avec des groupes algébriques, des variétés analytiques (réelles, complexes ou p-adiques) et la théorie de Lie. Ces relations sont subtiles et, pour progresser dans la théorie des nombres, il faut en avoir une connaissance plus approfondie. Par exemple, la conjecture de Shimura-Taniyama-Weil, selon laquelle toutes les courbes elliptiques définies sur le corps des nombres rationnels sont modulaires, implique le dernier théorème de Fermat.
Depuis quelques années, en raison de la disponibilité d'ordinateurs puissants et de logiciels tels que MAPLE, CAYLEY et PARI, des calculs de grande échelle se sont avérés très importants dans la vérification et la formulation des conjectures. Le calcul algébrique est en pleine évolution grâce au développement d'algorithmes plus rapides pour faire les calculs.
Les établissements membres de l'Institut regroupent un grand nombre de chercheurs en théorie des nombres, courbes elliptiques, géométrie arithmétique, groupes algébriques, théorie des groupes et algèbres de Lie, algèbre commutative, théorie des représentations des groupes et algèbres de Lie, théorie de Galois, groupes profinis et calcul algébrique, théorie des représentations des algèbres associatives, algèbre homologique et catégorique, théorie des anneaux et des modules.
Plusieurs membres du regroupement font partie du Centre interuniversitaire en calcul mathématique algébrique (CICMA), un centre de recherche interuniversitaire qui organise beaucoup d'événements scientiques.
Ce programme s'adresse aux étudiants gradués ayant une solide formation en algèbre, en théorie des groupes, en théorie des nombres (algébriques et/ou analytiques) ainsi qu'en géométrie algébrique. Les professeurs associés au programme s'intéressent à la fois aux aspects théoriques et informatiques de ces thèmes de recherche.
Il n'y a pas de prérequis spécifiques autres que ceux exigés par chaque département. Cependant les recommandations suivantes devraient être suivies et les cours devraient être choisis en consultation avec un professeur appartenant au groupe responsable du programme.
Tous les étudiants devraient maîtriser les bases de l'algèbre en suivant les cours adéquats d'introduction (théorie des groupes, algèbre commutative, groupes de Galois, théorie des nombres) dans l'un ou l'autre des établissements membres de l'Institut.
Les étudiants devraient par la suite suivre des cours plus spécialisés dans leur champ d’intérêt et/ou dans un domaine complémentaire.
Les étudiants sont encouragés à participer à des séminaires avancés et à suivre des cours dans leur domaine de recherche.
We will start the course with the basic theory of modular functions and modular forms, and study the space of cusp forms, the Hecke operators and the zeta functions of modular forms.
Using this material, we will cover some topics of complex multiplication elliptic curves, and complex multiplication theory.
The following textbooks are good references for the course:
G. Shimura, Introduction to the Arithmetic Theory of Automorphic Forms
H. Iwaniec, Topics in Classical Automorphic Forms
The evaluation of the course will consist of assignments and presentations by the students.
We will develop local and global class field theory through the lenses of Galois cohomology. We will spend a substantial amount of time developing from scratch the cohomology of discrete modules for a profinite group and only then move towards the intended arithmetic target. As a background, some earlier exposure to algebraic number theory and Galois theory would be helpful.
p-Adic Hodge-theory is a theory which allows us to classify p-adic representations of the absolute Galois group of a p-adic field, i.e. a finite extension of Qp. This classification is done using p-adic period rings.
Further on, this theory allows us to understand geometrically p-adic Galois representations coming from étale cohomology of smooth proper algebraic varieties over a p-adic field by "comparing" it with de Rham cohomology of the rigid analytic space associated to the variety.
The grade in the course will be assigned as follows: 50% based on the homework assignments during the semester, and 50% based on the final exam, at the end of the course.
Groupes et algèbres de Lie : groupes de Lie, espaces tangents et champs de vecteurs, algèbres de Lie, application exponentielle, représentations adjointes et coadjointes. Structure et classification des algèbres de Lie : algèbres résolubles et nilpotentes, décomposition en espaces de racines, groupes de Weyl, matrices de Cartan, esquisse de la classification, théorème de Serre. Théorie des représentations : théorème de Weyl, décompositions en espaces de poids, algèbres enveloppantes, modules de Verma. Sujets à option : introduction à l'analyse harmonique non commutative, algèbres de Lie de dimension infinie, théorie géométrique des représentations, formules des caractères et formes modulaires.
Affine varieties. Radical ideals and Hilbert's Nullstellensatz. The Zariski topology. Irreducible decomposition. Dimension. Tangent spaces, smoothness and singularities. Projective spaces and projective varieties. Regular functions and morphisms. Rational maps and indeterminacy. Blowing up. Divisors and linear systems. Projective curves.
Prerequisites: MATH 456 or permission of the instructor. Some familiarity with rings, ideals, and multivariable calculus is expected.
• Categories and functors, adjoint and equivalence, tensor products, localization of rings and module, limits.
• Affine schemes. Integral extensions.
• Noetherian and artinian rings and modules. Hilbert’s basis theorem, Noether’s normalization lemma and Hilbert’s Nullstellensatz. The affine space.
• Representations of finite groups.
Algèbre de Lie d’un groupe de Lie. Formes de Maurer-Cartan. Théorèmes de Lie. Application exponentielle, coordonnées canoniques. Sous-groupes fermés. Sous-groupes connexes par arcs. Formes de Killing et les groupes semi-simples.
Anneaux commutatifs et leurs modules. Localisation : idéaux premiers, racine d'un idéal, anneaux et modules de fractions, anneaux locaux. Dépendance entière: clôture intégrale, théorème de montée. Anneaux et modules noethériens, anneaux de polynômes sur un anneau noethérien. Ensembles algébriques affines, théorème des zéros de Hilbert, ensembles algébriques irréductibles et idéaux premiers, propriétés des courbes planes, dimension des variétés. Applications.
Lemme de Zorn. Catégories et foncteurs: notions et exemples de base: catégories de structures mathématiques, monoïde, catégorie des ensembles; section, rétraction, exemples géométriques et algébriques. Foncteurs et transformations naturelles: exemples de base, catégories de foncteurs. Équivalence de catégories: exemples de base. Modules. Théorèmes d'homomorphisme et d'isomorphisme. Sommes et produits directs, modules libres. Modules de type fini sur un anneau principal et applications aux formes canoniques des matrices. Modules noethériens et artiniens: exemples et propriétés de base. Modules indécomposables, théorème de Krull-Schmidt. Anneaux et polynômes: nilradical et localisation; élimination classique, ensembles algébriques, théorème des zéros de Hilbert. Théorie des corps: groupe de Galois, résolution par radicaux; indépendance algébrique, degré de transcendance, dimension des ensembles algébriques irréductibles; corps ordonnables, 17e problème de Hilbert.
The course will introduce modular forms geometrically, as section of line bundles and as cohomology classes in de Rham cohomology. We will present the Eichler–Shimura isomorphism comparing de Rham cohomology of the modular curve with coherent cohomology of automorphic coherent sheaves. We will describe applications to Galois representations and L-function of modular forms, and study congruences between (p-adic) eigenforms forms, introducing the notion of p-adic families, following approaches of Katz, Hida, and Coleman.
Completion of the topics of MATH 570. Rudiments of algebraic number theory. A deeper study of field extensions; Galois theory, separable and regular extensions. Semi-simple rings and modules. Representations of finite groups
Anneaux commutatifs, idéaux premiers, rudiments de géométrie algébrique, Nullstellensatz de Hilbert, localisation, complétion, théorie de la dimension.
Groupe des points d’une courbe elliptique. Théorème de Mordell-Weil. Groupes de Selmer et de Tate-Shafarevich. Les expansions de Fourier des formes modulaires et l’idée de modularité. Applications aux équations diophantiennes.
L’objectif de ce cours est d’approfondir la théorie des groupes et la théorie des anneaux tout en présentant certaines applications de ces structures algébriques en mathématiques, en physique ou en informatique. Les sujets suivants seront présentés :
Révision de la théorie des groupes et de la théorie des anneaux de base, homomorphismes, théorèmes fondamentaux, théorème de Jordan-Hölder, théorème de Sylow, idéaux spéciaux, anneau des polynômes, groupe linéaire général et ses sous-groupes, groupes de Lie et leurs représentations, algèbres de Lie.