二次型的自守表示与朗兰兹纲领
我们先从二次型与自守形式的基本关系开始。二次型可以生成模形式,例如,一个正定二次型 \(Q(x_1, \dots, x_k)\) 的表示数生成函数 \(\sum_{n \geq 0} r_Q(n) q^n\)(其中 \(q = e^{2\pi i z}\))是一个权为 \(k/2\) 的模形式。这个模形式是某个自守形式的特例。
自守形式是定义在特定群(如 \(SL(2, \mathbb{R})\))的商空间上的函数,在群作用下具有变换性质。对于 \(GL(2)\),自守形式对应模形式。每个自守形式 \(\pi\) 可以关联一个L函数 \(L(s, \pi)\),称为自守L函数,它由 \(\pi\) 的傅里叶系数或Hecke特征定义。
二次型的自守表示指的是:二次型 \(Q\) 的Theta级数对应的模形式 \(f_Q\) 所实现的自守表示 \(\pi_Q\)。具体地,\(\pi_Q\) 是 \(GL(2)\) 或更一般约化群上的一个不可约表示,其L函数 \(L(s, \pi_Q)\) 与 \(f_Q\) 的L函数一致。这建立了二次型算术(如表示数)与自守形式解析性质的联系。
朗兰兹纲领是这一联系的深远推广。纲领预测:任何数域上的约化群 \(G\) 的自守表示 \(\pi\) 都对应一个伽罗瓦群表示 \(\rho: \text{Gal}(\bar{K}/K) \to {}^LG\),使得它们的L函数相等。对于二次型,若 \(Q\) 定义在数域 \(K\) 上,则其自守表示 \(\pi_Q\) 应对应一个伽罗瓦表示 \(\rho_Q\),从而将二次型的算术问题转化为伽罗瓦表示的研究。
例如,二元二次型 \(Q(x,y) = ax^2 + bxy + cy^2\) 的Theta级数对应一个权1的模形式,其自守表示 \(\pi_Q\) 的伽罗瓦表示 \(\rho_Q\) 可由 \(Q\) 的类域论数据构造。朗兰兹纲领在此框架下统一了二次型的表示数、类数等不变量。