数学の概念
超 楕円曲線は、 代数曲線 の特別な種類です。あらゆる 種数 の超楕円曲線が存在します 。超楕円曲線の種数が 1 に等しい場合、その曲線は単に 楕円曲線 と呼ばれます。したがって、超楕円曲線は楕円曲線の一般化と見ることができます。ある体 上 の楕円曲線上にある点の集合にはよく知られた 群 構造があり、弦と接線を使用して幾何学的に記述できます。この群構造を超楕円の場合に一般化することは簡単ではありません。超楕円曲線上にある点の集合に同じ群法則を定義することはできませんが、代わりに、超楕円曲線のいわゆる ヤコビアン 上に群構造を定義できます。計算は、無限遠点の数によって異なります。 虚数超楕円曲線 は、無限遠点がちょうど 1 つある超楕円曲線です。 実数 超楕円曲線は、無限遠点が 2 つあります。
グ
≥
1
{\displaystyle g\geq 1}
け
{\displaystyle K}
超楕円曲線は、任意の特性 の体上で定義できます 。したがって、任意の体 とその 代数閉包 について考えます。上の 種数 の (虚数) 超楕円曲線は、 の形式の方程式で与えられます
。ここ
で、 は次数 以下の多項式で 、は 次数の モニック多項式 です 。さらに、曲線には 特異点 がないことが必要です。ここでの設定では、これは、 と の両方の方程式を満たす点がないことを意味します 。 この 定義は、一般の場合には も次数を持つ可能性がある という点で、一般的な超楕円曲線の定義と異なります 。ここからは、文献でよく行われるように、形容詞「虚数」を省いて、単に超楕円曲線について語ります。この場合は が3 次多項式であること に対応し 、楕円曲線の定義と一致することに注意してください。曲線を 座標 の 射影平面 上にあるものとして見ると、曲線上に特定の点、つまり で表される 無限遠点 があることがわかります。したがって、 と書くことができます 。
け
{\displaystyle K}
け
¯
{\displaystyle {\overline {K}}}
グ
{\displaystyle g}
け
{\displaystyle K}
C
:
ええ
2
+
h
(
x
)
ええ
=
ふ
(
x
)
∈
け
[
x
、
ええ
]
{\displaystyle C:y^{2}+h(x)y=f(x)\in K[x,y]}
h
(
x
)
∈
け
[
x
]
{\displaystyle h(x)\in K[x]}
グ
{\displaystyle g}
ふ
(
x
)
∈
け
[
x
]
{\displaystyle f(x)\in K[x]}
2
グ
+
1
{\displaystyle 2g+1}
(
x
、
ええ
)
∈
け
¯
×
け
¯
{\displaystyle (x,y)\in {\overline {K}}\times {\overline {K}}}
ええ
2
+
h
(
x
)
ええ
=
ふ
(
x
)
{\displaystyle y^{2}+h(x)y=f(x)}
2
ええ
+
h
(
x
)
=
0
{\displaystyle 2y+h(x)=0}
h
′
(
x
)
ええ
=
ふ
′
(
x
)
{\displaystyle h'(x)y=f'(x)}
ふ
{\displaystyle f}
2
グ
+
2
{\displaystyle 2g+2}
グ
=
1
{\displaystyle g=1}
ふ
{\displaystyle f}
ポ
2
(
け
)
{\displaystyle \mathbb {P} ^{2}(K)}
(
バツ
:
はい
:
ず
)
{\displaystyle (X:Y:Z)}
(
0
:
1
:
0
)
{\displaystyle (0:1:0)}
お
{\displaystyle O}
C
=
{
(
x
、
ええ
)
∈
け
2
|
ええ
2
+
h
(
x
)
ええ
=
ふ
(
x
)
}
∪
{
お
}
{\displaystyle C=\{(x,y)\in K^{2}|y^{2}+h(x)y=f(x)\}\cup \{O\}}
に等しくない 点が 曲線上にあると仮定し、 について考えます 。 は と簡略化できるため 、 も曲線上の点であることがわかります。 は の反対と呼ばれ、 の場合 、つまり の場合 、 は ワイエルシュトラス点 と呼ばれます 。さらに、 の反対は と単純に定義されます 。
ポ
=
(
1つの
、
b
)
{\displaystyle P=(a,b)}
お
{\displaystyle O}
ポ
¯
=
(
1つの
、
−
b
−
h
(
1つの
)
)
{\displaystyle {\overline {P}}=(a,-bh(a))}
(
−
b
−
h
(
1つの
)
)
2
+
h
(
1つの
)
(
−
b
−
h
(
1つの
)
)
{\displaystyle (-bh(a))^{2}+h(a)(-bh(a))}
b
2
+
h
(
1つの
)
b
{\displaystyle b^{2}+h(a)b}
ポ
¯
{\displaystyle {\overline {P}}}
ポ
¯
{\displaystyle {\overline {P}}}
ポ
{\displaystyle P}
ポ
{\displaystyle P}
ポ
=
ポ
¯
{\displaystyle P={\overline {P}}}
h
(
1つの
)
=
−
2
b
{\displaystyle h(a)=-2b}
お
{\displaystyle O}
お
¯
=
お
{\displaystyle {\overline {O}}=O}
代替定義
超楕円曲線の定義は、 の特性が 2 に等しくないことを条件とすれば、多少簡略化できます。これを確かめるために 、 との変数変換を考えます。 これは、 の場合に意味をなします 。この変数変換のもとで、を に書き直す と、 は に書き直すことができます 。 および は 次数 のモニック多項式であることが分かっています。これは 、 を含む 体上で、 種数 のすべての超楕円曲線が、 の 形式 の方程式で与えられる曲線と同型であること を意味します。ここで 、 は 次数 のモニック多項式であり 、曲線には特異点がありません。この形式の曲線では、非特異性基準が満たされているかどうかを簡単に確認できます。 曲線上の点が特異であるためには、かつ で ある必要があります 。 および であるため、 であり 、したがって の 重根 で ある必要があります。曲線に 重根 がない 場合に限り、 曲線に特異点がないと結論付けられます。 char の場合、超楕円曲線の定義は非常に簡単ですが、 超楕円曲線暗号 では特性 2 の体が広く使用される
ため、特性 2 の体を忘れてはなりません。
け
{\displaystyle K}
x
→
x
{\displaystyle x\rightarrow x}
ええ
→
ええ
−
h
(
x
)
2
{\displaystyle y\rightarrow y-{\frac {h(x)}{2}}}
(
け
)
≠
2
{\displaystyle (K)\not =2}
ええ
2
+
h
(
x
)
ええ
=
ふ
(
x
)
{\displaystyle y^{2}+h(x)y=f(x)}
(
ええ
−
h
(
x
)
2
)
2
+
h
(
x
)
(
ええ
−
h
(
x
)
2
)
=
ふ
(
x
)
{\textstyle \left(y-{\frac {h(x)}{2}}\right)^{2}+h(x)\left(y-{\frac {h(x)}{2}}\right)=f(x)}
ええ
2
=
ふ
(
x
)
+
h
(
x
)
2
4
{\displaystyle y^{2}=f(x)+{\frac {h(x)^{2}}{4}}}
度
(
h
)
≤
グ
{\displaystyle \deg(h)\leq g}
度
(
h
2
)
≤
2
グ
{\displaystyle \deg(h^{2})\leq 2g}
ふ
(
x
)
+
h
(
x
)
2
4
{\displaystyle f(x)+{\frac {h(x)^{2}}{4}}}
2
グ
+
1
{\displaystyle 2g+1}
け
{\displaystyle K}
(
け
)
≠
2
{\displaystyle (K)\not =2}
グ
{\displaystyle g}
C
:
ええ
2
=
ふ
(
x
)
{\displaystyle C:y^{2}=f(x)}
ふ
{\displaystyle f}
2
グ
+
1
{\displaystyle 2g+1}
ポ
=
(
1つの
、
b
)
{\displaystyle P=(a,b)}
b
=
0
{\displaystyle b=0}
ふ
′
(
1つの
)
=
0
{\displaystyle f'(a)=0}
b
=
0
{\displaystyle b=0}
b
2
=
ふ
(
1つの
)
{\displaystyle b^{2}=f(a)}
ふ
(
1つの
)
=
0
{\displaystyle f(a)=0}
1つの
{\displaystyle a}
ふ
{\displaystyle f}
C
:
ええ
2
=
ふ
(
x
)
{\displaystyle C:y^{2}=f(x)}
ふ
{\displaystyle f}
(
け
)
≠
2
{\displaystyle (K)\not =2}
例
図1: 超楕円曲線の例
例として、 上の を考えます 。 は次数が 5 で根がすべて異なるため、 は種数 の曲線です 。 そのグラフは図 1 に示されています。
C
:
ええ
2
=
ふ
(
x
)
{\displaystyle C:y^{2}=f(x)}
ふ
(
x
)
=
x
5
−
2
x
4
−
7
x
3
+
8
x
2
+
12
x
=
x
(
x
+
1
)
(
x
−
3
)
(
x
+
2
)
(
x
−
2
)
{\displaystyle f(x)=x^{5}-2x^{4}-7x^{3}+8x^{2}+12x=x(x+1)(x-3)(x+2)(x-2)}
R
{\displaystyle \mathbb {R} }
ふ
{\displaystyle f}
C
{\displaystyle C}
グ
=
2
{\displaystyle g=2}
この図から、弦と接線の法則を使用して超楕円曲線の点の集合に関する群法則を定義することはできないことがすぐにわかります。楕円曲線の群法則は、楕円曲線上にある 2 点を通る直線には、曲線との唯一の 3 番目の交点があるという事実に基づいています。 は曲線 上にあるため、これは常に真であることに注意してください。 のグラフから、 任意の超楕円曲線に対してこれが当てはまる必要がないことは明らかです。実際、 ベズーの定理 では、直線と種数 2 の超楕円曲線は 5 つの点で交差するとされています。したがって、上にある 2 点を通る直線には、 唯一の 3 番目の交点はなく、他の 3 つの交点があります。
お
{\displaystyle O}
C
{\displaystyle C}
C
{\displaystyle C}
コーディネートリング
Cの K 上 の座標 環は 次のように定義される。
け
[
C
]
=
け
[
x
、
ええ
]
/
(
ええ
2
+
h
(
x
)
ええ
−
ふ
(
x
)
)
。
{\displaystyle K[C]=K[x,y]/(y^{2}+h(x)yf(x)).}
多項式 は 上で 既 約な ので、
r
(
x
、
ええ
)
=
ええ
2
+
h
(
x
)
ええ
−
ふ
(
x
)
{\displaystyle r(x,y)=y^{2}+h(x)yf(x)}
け
¯
{\displaystyle {\overline {K}}}
け
¯
[
C
]
=
け
¯
[
x
、
ええ
]
/
(
ええ
2
+
h
(
x
)
ええ
−
ふ
(
x
)
)
{\displaystyle {\overline {K}}[C]={\overline {K}}[x,y]/(y^{2}+h(x)yf(x))}
は整域で ある 。
証拠
r ( x , y ) が で約分可能であれば 、 何らかの に対して ( y − u ( x ))⋅( y − v ( x )) として因数分解されます 。 しかし、 u ( x )⋅ v ( x ) = f ( x ) なので次数は 2 g + 1 となり、 u ( x ) + v ( x ) = h ( x )なので次数は g 以下となり 、これは不可能です。
け
¯
{\displaystyle {\overline {K}}}
あなた
、
ヴ
∈
け
¯
{\displaystyle u,v\in {\overline {K}}}
任意の多項式関数は 次のように 一意に 記述できる ことに注意する。
グ
(
x
、
ええ
)
∈
け
¯
[
C
]
{\displaystyle G(x,y)\in {\overline {K}}[C]}
グ
(
x
、
ええ
)
=
あなた
(
x
)
−
ヴ
(
x
)
ええ
{\displaystyle G(x,y)=u(x)-v(x)y}
と
u
(
x
)
,
v
(
x
)
∈
K
¯
[
x
]
{\displaystyle u(x),v(x)\in {\overline {K}}[x]}
規範と程度
多項式関数 G ( x , y ) = u ( x ) − v ( x ) y の共役は次 のように定義されます。
K
¯
[
C
]
{\displaystyle {\overline {K}}[C]}
G
¯
(
x
,
y
)
=
u
(
x
)
+
v
(
x
)
(
h
(
x
)
+
y
)
.
{\displaystyle {\overline {G}}(x,y)=u(x)+v(x)(h(x)+y).}
G のノルムは 多項式関数です 。N ( G ) = u ( x ) 2 + u ( x ) v ( x ) h ( x ) − v ( x ) 2 f ( x )であることに 注意 します。したがって、 N ( G ) は1 つの 変数 のみの多項式です 。
N
(
G
)
=
G
G
¯
{\displaystyle N(G)=G{\overline {G}}}
G ( x , y ) = u ( x ) − v ( x ) ⋅ y のとき、 G の次数は 次のように定義される。
deg
(
G
)
=
max
[
2
deg
(
u
)
,
2
g
+
1
+
2
deg
(
v
)
]
.
{\displaystyle \deg(G)=\max[2\deg(u),2g+1+2\deg(v)].}
プロパティ:
deg
(
G
)
=
deg
x
(
N
(
G
)
)
{\displaystyle \deg(G)=\deg _{x}(N(G))}
deg
(
G
H
)
=
deg
(
G
)
+
deg
(
H
)
{\displaystyle \deg(GH)=\deg(G)+\deg(H)}
deg
(
G
)
=
deg
(
G
¯
)
{\displaystyle \deg(G)=\deg({\overline {G}})}
機能分野
C の K 上の 関数 体 K(C)は K[C] の 分数体で あり 、 C の K 上の関数体 は の分数体です 。 の元は C 上の有理関数と呼ばれます 。 R がそのような有理関数で P が C 上の有限点である場合 、 R = G/H かつ H(P) ≠ 0となる多項式関数 G, H が 存在するとき、 Rは P で定義されている と言われ、そのとき P での R の値 は
K
¯
(
C
)
{\displaystyle {\overline {K}}(C)}
K
¯
{\displaystyle {\overline {K}}}
K
¯
[
C
]
{\displaystyle {\overline {K}}[C]}
K
¯
(
C
)
{\displaystyle {\overline {K}}(C)}
R
(
P
)
=
G
(
P
)
/
H
(
P
)
.
{\displaystyle R(P)=G(P)/H(P).}
C 上の有限でない 点 P (つまり P = ) に対して、 R(P) を 次のように定義します 。
O
{\displaystyle O}
すると 、 すなわち R は O でゼロになります 。
deg
(
G
)
<
deg
(
H
)
{\displaystyle \deg(G)<\deg(H)}
R
(
O
)
=
0
{\displaystyle R(O)=0}
が定義されていない場合 、 つまり R は O に極を持ちます 。
deg
(
G
)
>
deg
(
H
)
{\displaystyle \deg(G)>\deg(H)}
R
(
O
)
{\displaystyle R(O)}
の 場合、 は G と H の 主要係数 の比です 。
deg
(
G
)
=
deg
(
H
)
{\displaystyle \deg(G)=\deg(H)}
R
(
O
)
{\displaystyle R(O)}
および については 、
R
∈
K
¯
(
C
)
∗
{\displaystyle R\in {\overline {K}}(C)^{*}}
P
∈
C
{\displaystyle P\in C}
すると 、 Rは P で零点を持つと言われます 。
R
(
P
)
=
0
{\displaystyle R(P)=0}
Rが P で定義されていない 場合 、 R は P に極を持つと言われ 、 と書きます 。
R
(
P
)
=
∞
{\displaystyle R(P)=\infty }
ある点における多項式関数の次数
および の場合、 P における G の位数は 次のように定義されます。
G
=
u
(
x
)
−
v
(
x
)
⋅
y
∈
K
¯
[
C
]
2
{\displaystyle G=u(x)-v(x)\cdot y\in {\overline {K}}[C]^{2}}
P
∈
C
{\displaystyle P\in C}
o
r
d
P
(
G
)
=
r
+
s
{\displaystyle \mathrm {ord} _{P}(G)=r+s}
P = ( a , b ) がワイエルシュトラスでない有限点で ある場合。ここで r は u ( x ) と v ( x ) の両方を割り切る ( x − a ) の 最大の累乗です 。G ( x , y ) = ( x − a ) r ( u 0 (x) − v 0 ( x ) y ) と書き、 u 0 ( a ) − v 0 ( a ) b = 0 の場合、 sは N ( u 0 ( x ) − v 0 ( x ) y ) = u 0 2 + u 0 v 0 h − v 0 2 f を割り切る( x − a ) の最大の累乗 です 。それ以外の場合は s = 0 です。
o
r
d
P
(
G
)
=
2
r
+
s
{\displaystyle \mathrm {ord} _{P}(G)=2r+s}
P = ( a , b ) が有限のワイエルシュトラス点である 場合、 r と s は 上記のようになります。
o
r
d
P
(
G
)
=
−
deg
(
G
)
{\displaystyle \mathrm {ord} _{P}(G)=-\deg(G)}
P = O の場合 。
除数とヤコビアン
ヤコビアンを定義するには、まず因子の概念が必要です。 ある体 上の超楕円曲線を考えます 。次に、因子を 内の点の 形式的な和 、つまり および が有限集合であるもの として定義します 。これは、因子が点のスカラー倍数の有限な形式的な和であることを意味します。 を 単一点によって簡略化することはできないことに注意してください (楕円曲線との類似性から予想されるように)。さらに、 の次数 を と定義します。 曲線の すべての因子の集合は、 次のように点ごとに加算が定義される アーベル群を 形成します。 が 恒等元として機能し、 の逆が に 等しいこと は容易にわかります 。次数 0 のすべての因子の集合は、 の サブグループ であることが簡単に確認できます 。 証明 。によって定義される 写像を考えます。 は 通常の加算の下で群を形成する ことに注意してください。すると、 および したがって は 群準同型 です 。さて、はこの準同型の 核 であり 、したがって の部分群です 。
C
{\displaystyle C}
K
{\displaystyle K}
D
{\displaystyle D}
C
{\displaystyle C}
D
=
∑
P
∈
C
c
P
[
P
]
{\textstyle D=\sum _{P\in C}{c_{P}[P]}}
c
P
∈
Z
{\displaystyle c_{P}\in \mathbb {Z} }
{
c
P
∣
c
P
≠
0
}
{\displaystyle \{c_{P}\mid c_{P}\neq 0\}}
c
P
[
P
]
{\displaystyle c_{P}[P]}
D
{\displaystyle D}
deg
(
D
)
=
∑
P
∈
C
c
P
∈
Z
{\textstyle \deg(D)=\sum _{P\in C}{c_{P}}\in \mathbb {Z} }
D
i
v
(
C
)
{\displaystyle \mathrm {Div} (C)}
C
{\displaystyle C}
∑
P
∈
C
c
P
[
P
]
+
∑
P
∈
C
d
P
[
P
]
=
∑
P
∈
C
(
c
P
+
d
P
)
[
P
]
{\textstyle \sum _{P\in C}{c_{P}[P]}+\sum _{P\in C}{d_{P}[P]}=\sum _{P\in C}{(c_{P}+d_{P})[P]}}
0
=
∑
P
∈
C
0
[
P
]
{\textstyle 0=\sum _{P\in C}{0[P]}}
∑
P
∈
C
c
P
[
P
]
{\textstyle \sum _{P\in C}{c_{P}[P]}}
∑
P
∈
C
−
c
P
[
P
]
{\textstyle \sum _{P\in C}{-c_{P}[P]}}
D
i
v
0
(
C
)
=
{
D
∈
D
i
v
(
C
)
∣
deg
(
D
)
=
0
}
{\displaystyle \mathrm {Div} ^{0}(C)=\{D\in \mathrm {Div} (C)\mid \deg(D)=0\}}
D
i
v
(
C
)
{\displaystyle \mathrm {Div} (C)}
φ
:
D
i
v
(
C
)
→
Z
{\displaystyle \varphi :\mathrm {Div} (C)\rightarrow \mathbb {Z} }
φ
(
D
)
=
deg
(
D
)
{\displaystyle \varphi (D)=\deg(D)}
Z
{\displaystyle \mathbb {Z} }
φ
(
∑
P
∈
C
c
P
[
P
]
+
∑
P
∈
C
d
P
[
P
]
)
=
φ
(
∑
P
∈
C
(
c
P
+
d
P
)
[
P
]
)
=
∑
P
∈
C
c
P
+
d
P
=
∑
P
∈
C
c
p
+
∑
P
∈
C
d
p
=
φ
(
∑
P
∈
C
c
P
[
P
]
)
+
φ
(
∑
P
∈
C
d
P
[
P
]
)
{\textstyle \varphi (\sum _{P\in C}{c_{P}[P]}+\sum _{P\in C}{d_{P}[P]})=\varphi (\sum _{P\in C}{(c_{P}+d_{P})[P]})=\sum _{P\in C}{c_{P}+d_{P}}=\sum _{P\in C}{c_{p}}+\sum _{P\in C}{d_{p}}=\varphi (\sum _{P\in C}{c_{P}[P]})+\varphi (\sum _{P\in C}{d_{P}[P]})}
φ
{\displaystyle \varphi }
D
i
v
0
(
C
)
{\displaystyle \mathrm {Div} ^{0}(C)}
D
i
v
(
C
)
{\displaystyle \mathrm {Div} (C)}
関数 を考えてみましょう 。すると、形式的な和 div を見ることができます 。ここで は における の位数を表します。 に 位数の極がある 場合 、 ord は、 が で定義され非ゼロの 場合 、 ord は で 位数の零点を持つこと がわかります 。 [1] には 有限個の零点と極しかなく、 [2] したがって有限個の ord だけが 非ゼロであることが示されます。これは div が因子であることを意味します。さらに、 であるため 、 [2] は次数 0 の因子です 。このような因子、つまり何らかの有理関数 から得られる因子 は主因子と呼ばれ、すべての主因子の集合は のサブグループです 。 証明 。恒等元は 非ゼロの定数関数から得られます。 が、および からそれぞれ得られる 2 つの主因子であるとします 。 次に は 関数 から得られる ため、 も主因子です。は加法と逆元に対して 閉じており 、 部分群になるという
結論が導かれます。
f
∈
K
¯
(
C
)
∗
{\displaystyle f\in {\overline {K}}(C)^{*}}
(
f
)
=
∑
P
∈
C
o
r
d
P
(
f
)
[
P
]
{\textstyle (f)=\sum _{P\in C}{\mathrm {ord} _{P}(f)[P]}}
o
r
d
P
(
f
)
{\displaystyle \mathrm {ord} _{P}(f)}
f
{\displaystyle f}
P
{\displaystyle P}
P
(
f
)
<
0
{\displaystyle _{P}(f)<0}
f
{\displaystyle f}
−
o
r
d
P
(
f
)
{\displaystyle -\mathrm {ord} _{P}(f)}
P
{\displaystyle P}
o
r
d
P
(
f
)
=
0
{\displaystyle \mathrm {ord} _{P}(f)=0}
f
{\displaystyle f}
P
{\displaystyle P}
o
r
d
P
(
f
)
>
0
{\displaystyle \mathrm {ord} _{P}(f)>0}
f
{\displaystyle f}
o
r
d
P
(
f
)
{\displaystyle \mathrm {ord} _{P}(f)}
P
{\displaystyle P}
f
{\displaystyle f}
P
(
f
)
{\displaystyle _{P}(f)}
(
f
)
{\displaystyle (f)}
∑
P
∈
C
o
r
d
P
(
f
)
=
0
{\textstyle \sum _{P\in C}{\mathrm {ord} _{P}(f)}=0}
div
(
f
)
{\displaystyle \operatorname {div} (f)}
f
{\displaystyle f}
P
r
i
n
c
(
C
)
{\displaystyle \mathrm {Princ} (C)}
D
i
v
0
(
C
)
{\displaystyle \mathrm {Div} ^{0}(C)}
0
=
∑
P
∈
C
0
[
P
]
{\textstyle 0=\sum _{P\in C}{0[P]}}
D
1
=
∑
P
∈
C
o
r
d
P
(
f
)
[
P
]
,
D
2
=
∑
P
∈
C
o
r
d
P
(
g
)
[
P
]
∈
P
r
i
n
c
(
C
)
{\textstyle D_{1}=\sum _{P\in C}{\mathrm {ord} _{P}(f)[P]},D_{2}=\sum _{P\in C}{\mathrm {ord} _{P}(g)[P]}\in \mathrm {Princ} (C)}
f
{\displaystyle f}
g
{\displaystyle g}
D
1
−
D
2
=
∑
P
∈
C
(
o
r
d
P
(
f
)
−
o
r
d
P
(
g
)
)
[
P
]
{\textstyle D_{1}-D_{2}=\sum _{P\in C}{(\mathrm {ord} _{P}(f)-\mathrm {ord} _{P}(g))[P]}}
f
/
g
{\displaystyle f/g}
D
1
−
D
2
{\displaystyle D_{1}-D_{2}}
P
r
i
n
c
(
C
)
{\displaystyle \mathrm {Princ} (C)}
これで、 のヤコビアンまたは ピカール群 と呼ばれる 商群 を定義できます 。 2 つの因子は 、 の同じ元に属する場合、同値と呼ばれます 。これは、 が主因子である場合に限ります。たとえば、 体上の 超楕円曲線と 上の 点を考えてみましょう 。 有理関数は と の 両方に の 位数の零点を持ち、 に の 位数の極を持ちます 。したがって、 が見つかり、 がワイエルシュトラス点である
場合 、これを と簡略化できます。
J
(
C
)
:=
D
i
v
0
(
C
)
/
P
r
i
n
c
(
C
)
{\displaystyle J(C):=\mathrm {Div} ^{0}(C)/\mathrm {Princ} (C)}
C
{\displaystyle C}
D
1
,
D
2
∈
D
i
v
0
(
C
)
{\displaystyle D_{1},D_{2}\in \mathrm {Div} ^{0}(C)}
J
(
C
)
{\displaystyle J(C)}
D
1
−
D
2
{\displaystyle D_{1}-D_{2}}
C
:
y
2
+
h
(
x
)
y
=
f
(
x
)
{\displaystyle C:y^{2}+h(x)y=f(x)}
K
{\displaystyle K}
P
=
(
a
,
b
)
{\displaystyle P=(a,b)}
C
{\displaystyle C}
n
∈
Z
>
0
{\displaystyle n\in \mathbb {Z} _{>0}}
f
(
x
)
=
(
x
−
a
)
n
{\displaystyle f(x)=(x-a)^{n}}
n
{\displaystyle n}
P
{\displaystyle P}
P
¯
{\displaystyle {\overline {P}}}
2
n
{\displaystyle 2n}
O
{\displaystyle O}
div
(
f
)
=
n
P
+
n
P
¯
−
2
n
O
{\displaystyle \operatorname {div} (f)=nP+n{\overline {P}}-2nO}
div
(
f
)
=
2
n
P
−
2
n
O
{\displaystyle \operatorname {div} (f)=2nP-2nO}
P
{\displaystyle P}
例: 楕円曲線のヤコビアン
楕円曲線 の場合、 ヤコビ行列はこの曲線上の点の集合上の通常の群に単純に同型であることがわかり、これは基本的に アーベル・ヤコビ の定理 の系です。これを理解するために、体 上の 楕円曲線を考えてみましょう 。最初のステップは、曲線上の すべての点に因子 を関連付けることです。 上の 点に 、特に 単位元 にリンクされた 内の因子 を 関連付けます。これで、 の類に リンクすることにより、 各点に の要素を関連付けることができます。これは 、 によって表される。すると、 上の点群から によって定義される のヤコビ行列への 写像は、群準同型になります。これは、 上の 3 つの点 を加算して になること を見ることで示せます。つまり、 または を とり ます 。ここで、ヤコビ行列上の加法則を 楕円曲線上の 幾何学的群法則 に関連付けます。と を幾何学的に加算することは 、 と を通る直線を引くことであり 、この直線は曲線と別の 1 つの点で交差します。次に、 を この点の反対として定義します。したがって、 の場合、 これら 3 つの点は同一線上に存在するため、 、および を満たす線型関数が存在します 。 ここ で 、 は の単位元であり 、は 有理関数の約数である ため、主約数です。 と結論付けます 。
E
{\displaystyle E}
K
{\displaystyle K}
D
{\displaystyle D}
P
{\displaystyle P}
P
{\displaystyle P}
E
{\displaystyle E}
D
P
=
1
[
P
]
−
1
[
O
]
{\displaystyle D_{P}=1[P]-1[O]}
O
{\displaystyle O}
O
−
O
=
0
{\displaystyle O-O=0}
J
(
E
)
{\displaystyle J(E)}
P
{\displaystyle P}
P
{\displaystyle P}
D
P
{\displaystyle D_{P}}
[
D
P
]
{\displaystyle [D_{P}]}
φ
:
E
→
J
(
E
)
{\displaystyle \varphi :E\to J(E)}
E
{\displaystyle E}
E
{\displaystyle E}
φ
(
P
)
=
[
D
P
]
{\displaystyle \varphi (P)=[D_{P}]}
E
{\displaystyle E}
O
{\displaystyle O}
P
,
Q
,
R
∈
E
{\displaystyle P,Q,R\in E}
P
+
Q
+
R
=
O
{\displaystyle P+Q+R=O}
P
+
Q
=
−
R
{\displaystyle P+Q=-R}
P
{\displaystyle P}
Q
{\displaystyle Q}
P
{\displaystyle P}
Q
{\displaystyle Q}
P
+
Q
{\displaystyle P+Q}
P
+
Q
+
R
=
O
{\displaystyle P+Q+R=O}
f
∈
K
[
x
,
y
]
{\displaystyle f\in K[x,y]}
P
{\displaystyle P}
Q
{\displaystyle Q}
R
{\displaystyle R}
f
(
x
,
y
)
=
0
{\displaystyle f(x,y)=0}
φ
(
P
)
+
φ
(
Q
)
+
φ
(
R
)
=
[
D
P
]
+
[
D
Q
]
+
[
D
R
]
=
[
[
P
]
+
[
Q
]
+
[
R
]
−
3
[
O
]
]
{\displaystyle \varphi (P)+\varphi (Q)+\varphi (R)=[D_{P}]+[D_{Q}]+[D_{R}]=[[P]+[Q]+[R]-3[O]]}
J
(
E
)
{\displaystyle J(E)}
[
P
]
+
[
Q
]
+
[
R
]
−
3
[
O
]
{\displaystyle [P]+[Q]+[R]-3[O]}
f
{\displaystyle f}
φ
(
P
)
+
φ
(
Q
)
+
φ
(
R
)
=
φ
(
O
)
=
φ
(
P
+
Q
+
R
)
{\displaystyle \varphi (P)+\varphi (Q)+\varphi (R)=\varphi (O)=\varphi (P+Q+R)}
アベル・ヤコビの定理によれば、 3 次曲線上の点に対する通常の加法則の下で、因子が主 因子 となるのは、かつその場合に限ります。2つの因子が同値となるのは、かつその場合 に限り、主因子となるため、 と が 同値となるのは、かつその場合に限ります 。ここで、次数0のあらゆる非自明な因子は、形式 の因子と同値であるため、これは、 あらゆるクラス に 点を帰属させる方法を見つけたことを意味します 。つまり、 点 を に帰属させます 。これは、 にマップされる中立元 0 に拡張されます。そのため、 によって定義される マップは の逆マップです 。したがって、 は実際には 群同型 で あり、と が同型である ことを証明しています 。
D
=
∑
P
∈
E
c
P
[
P
]
{\textstyle D=\sum _{P\in E}{c_{P}[P]}}
D
{\displaystyle D}
∑
P
∈
E
c
P
P
=
O
{\textstyle \sum _{P\in E}{c_{P}P}=O}
D
1
,
D
2
∈
D
i
v
0
(
E
)
{\displaystyle D_{1},D_{2}\in \mathrm {Div} ^{0}(E)}
D
1
−
D
2
{\displaystyle D_{1}-D_{2}}
D
1
=
∑
P
∈
E
c
P
[
P
]
{\textstyle D_{1}=\sum _{P\in E}{c_{P}[P]}}
D
2
=
∑
P
∈
E
d
P
[
P
]
{\textstyle D_{2}=\sum _{P\in E}{d_{P}[P]}}
∑
P
∈
E
c
P
P
=
∑
P
∈
E
d
P
P
{\textstyle \sum _{P\in E}{c_{P}P}=\sum _{P\in E}{d_{P}P}}
[
P
]
−
[
O
]
{\displaystyle [P]-[O]}
E
{\displaystyle E}
[
D
P
]
{\displaystyle [D_{P}]}
[
D
P
]
=
[
1
[
P
]
−
1
[
O
]
]
{\displaystyle [D_{P}]=[1[P]-1[O]]}
(
P
−
O
)
+
O
=
P
{\displaystyle (P-O)+O=P}
0
+
O
=
O
{\displaystyle 0+O=O}
ψ
:
J
(
E
)
→
E
{\displaystyle \psi :J(E)\rightarrow E}
ψ
(
[
D
P
]
)
=
P
{\displaystyle \psi ([D_{P}])=P}
φ
{\displaystyle \varphi }
φ
{\displaystyle \varphi }
E
{\displaystyle E}
J
(
E
)
{\displaystyle J(E)}
超楕円曲線のヤコビアン
一般的な超楕円の場合はもう少し複雑です。 体 上の 種数 の超楕円曲線を考えます 。 の因子は 、 すべての に対して、 に対して と なる 形式を持つ場合、被約因子と呼ばれます 。被約因子は常に次数 0 であり、 の 場合となる可能性があります が、 がワイエルシュトラス点でない場合に限ります。各因子に対して、 が と同値となるよう な 唯一の被約因子が存在する ことが証明できます 。 したがって、商群のすべてのクラスには、 正確に 1 つの被約因子があります。 を見る代わりに、 すべての被約因子の集合を見ることができます。
C
:
y
2
+
h
(
x
)
y
=
f
(
x
)
{\displaystyle C:y^{2}+h(x)y=f(x)}
g
{\displaystyle g}
K
{\displaystyle K}
D
{\displaystyle D}
C
{\displaystyle C}
D
=
∑
i
=
1
k
[
P
i
]
−
k
[
O
]
{\textstyle D=\sum _{i=1}^{k}{[P_{i}]}-k[O]}
k
≤
g
{\displaystyle k\leq g}
P
i
≠
O
{\displaystyle P_{i}\not =O}
i
=
1
,
…
,
k
{\displaystyle i=1,\dots ,k}
P
i
≠
P
j
¯
{\displaystyle P_{i}\not ={\overline {P_{j}}}}
i
≠
j
{\displaystyle i\not =j}
P
i
=
P
j
{\displaystyle P_{i}=P_{j}}
i
≠
j
{\displaystyle i\not =j}
P
i
{\displaystyle P_{i}}
D
∈
D
i
v
0
(
C
)
{\displaystyle D\in \mathrm {Div} ^{0}(C)}
D
′
{\displaystyle D'}
D
{\displaystyle D}
D
′
{\displaystyle D'}
J
(
C
)
{\displaystyle J(C)}
J
(
C
)
{\displaystyle J(C)}
被約因子とそのマンフォード表現
既約因子を見る便利な方法は、それらの Mumford 表現を介することです。この表現の因子は、 がモニックであり 、 であるような多項式のペア で構成されます。すべての非自明な既約因子は、そのような多項式の一意のペアで表すことができます。これは、 を因数分解することで確認でき、 これは がモニック であるように行うことができます。 および 上の最後の条件は、 点が すべての に対して 上にあることを意味します。 したがって は 因子であり、実際にそれが既約因子であることを示すことができます。たとえば、条件は であることが保証されます 。これにより、既約因子と Mumford 表現の因子の間に 1 対 1 の対応が得られます。例として、 は の単位元に属する一意の既約因子です 。その Mumford 表現は およびです。これで、既約因子とその Mumford 表現の間を行ったり来たりすることが簡単にできるようになりました。たとえば、 実数上の種数 2 の 超楕円曲線を考えます。 曲線 、 および上に次の点を見つけることができます 。次に、約数因子 およびを定義できます 。 の Mumford 表現は、および を伴う 多項式で構成され 、 および の最初の座標 、つまり 1 および 3 は、 のゼロでなければならないことが分かっています。したがって 、が 成り立ちます 。および である ため、 および が成り立つ必要があり 、 したがって 次数 1 を持ちます。これらの特性を持つ次数 1 の多項式は 1 つだけ存在し、つまり です 。したがって、 の Mumford 表現は および です 。同様に、 のMumford 表現を見つけることができ 、 および が成り立ちます。重複度 n の 点 が現れる場合 、 に対して多項式 v は
を 満たす必要があります
。
u
,
v
∈
K
[
x
]
{\displaystyle u,v\in K[x]}
u
{\displaystyle u}
deg
(
v
)
<
deg
(
u
)
≤
g
{\displaystyle \deg(v)<\deg(u)\leq g}
u
|
v
2
+
v
h
−
f
{\displaystyle u|v^{2}+vh-f}
u
(
x
)
=
∏
i
=
1
k
(
x
−
x
i
)
{\textstyle u(x)=\prod _{i=1}^{k}{(x-x_{i})}}
K
¯
{\displaystyle {\overline {K}}}
u
{\displaystyle u}
u
{\displaystyle u}
v
{\displaystyle v}
P
i
=
(
x
i
,
v
(
x
i
)
)
{\displaystyle P_{i}=(x_{i},v(x_{i}))}
C
{\displaystyle C}
i
=
1
,
.
.
.
,
k
{\displaystyle i=1,...,k}
D
=
∑
i
=
1
k
[
P
i
]
−
k
[
O
]
{\textstyle D=\sum _{i=1}^{k}{[P_{i}]}-k[O]}
deg
(
u
)
≤
g
{\displaystyle \deg(u)\leq g}
k
≤
g
{\displaystyle k\leq g}
0
=
∑
P
∈
C
0
[
P
]
{\textstyle 0=\sum _{P\in C}{0[P]}}
J
(
C
)
{\displaystyle J(C)}
u
(
x
)
=
1
{\displaystyle u(x)=1}
v
(
x
)
=
0
{\displaystyle v(x)=0}
C
:
y
2
=
x
5
−
4
x
4
−
14
x
3
+
36
x
2
+
45
x
=
x
(
x
+
1
)
(
x
−
3
)
(
x
+
3
)
(
x
−
5
)
{\displaystyle C:y^{2}=x^{5}-4x^{4}-14x^{3}+36x^{2}+45x=x(x+1)(x-3)(x+3)(x-5)}
P
=
(
1
,
8
)
{\displaystyle P=(1,8)}
Q
=
(
3
,
0
)
{\displaystyle Q=(3,0)}
R
=
(
5
,
0
)
{\displaystyle R=(5,0)}
D
=
[
P
]
+
[
Q
]
−
2
[
O
]
{\displaystyle D=[P]+[Q]-2[O]}
D
′
=
[
P
]
+
[
R
]
−
2
[
O
]
{\displaystyle D'=[P]+[R]-2[O]}
D
{\displaystyle D}
u
{\displaystyle u}
v
{\displaystyle v}
deg
(
v
)
<
deg
(
u
)
≤
g
=
2
{\displaystyle \deg(v)<\deg(u)\leq g=2}
P
{\displaystyle P}
Q
{\displaystyle Q}
u
{\displaystyle u}
u
(
x
)
=
(
x
−
1
)
(
x
−
3
)
=
x
2
−
4
x
+
3
{\displaystyle u(x)=(x-1)(x-3)=x^{2}-4x+3}
P
=
(
1
,
v
(
1
)
)
{\displaystyle P=(1,v(1))}
Q
=
(
3
,
v
(
3
)
)
{\displaystyle Q=(3,v(3))}
v
(
1
)
=
8
{\displaystyle v(1)=8}
v
(
3
)
=
0
{\displaystyle v(3)=0}
v
{\displaystyle v}
v
(
x
)
=
−
4
x
+
12
{\displaystyle v(x)=-4x+12}
D
{\displaystyle D}
u
(
x
)
=
x
2
−
4
x
+
3
{\displaystyle u(x)=x^{2}-4x+3}
v
(
x
)
=
−
4
x
+
12
{\displaystyle v(x)=-4x+12}
(
u
′
,
v
′
)
{\displaystyle (u',v')}
D
′
{\displaystyle D'}
u
′
(
x
)
=
(
x
−
1
)
(
x
−
5
)
=
x
2
−
6
x
+
5
{\displaystyle u'(x)=(x-1)(x-5)=x^{2}-6x+5}
v
(
x
)
=
−
2
x
+
10
{\displaystyle v(x)=-2x+10}
P
i
=
(
x
i
,
y
i
)
{\displaystyle P_{i}=(x_{i},y_{i})}
(
d
d
x
)
j
[
v
(
x
)
2
+
v
(
x
)
h
(
x
)
−
f
(
x
)
]
|
x
=
x
i
=
0
{\textstyle \left.\left({\frac {d}{dx}}\right)^{j}\left[v(x)^{2}+v(x)h(x)-f(x)\right]\right|_{x=x_{i}}=0}
0
≤
j
≤
n
i
−
1
{\displaystyle 0\leq j\leq n_{i}-1}
カンターのアルゴリズム
2 つの既約因子 とをマンフォード表現で受け取り、 が と 等価 な唯一の 既約因子 をマンフォード表現で生成する アルゴリズム があります 。 ヤコビアンのすべての要素は、それに含まれる 1 つの既約因子で表すことができるため、このアルゴリズムでは、マンフォード表現で与えられたこれらの既約因子に対してグループ演算を実行できます。このアルゴリズムは、もともと David G. Cantor ( Georg Cantor と混同しないでください ) によって開発され、アルゴリズムの名前の由来となっています。Cantor は の場合のみを検討し 、一般の場合は Koblitz によるものです。入力は、 体 上の 種数 の 超楕円曲線のマンフォード表現での 2 つの既約因子 と です 。アルゴリズムは次のように機能します
。
D
1
{\displaystyle D_{1}}
D
2
{\displaystyle D_{2}}
D
{\displaystyle D}
D
{\displaystyle D}
D
1
+
D
2
{\displaystyle D_{1}+D_{2}}
h
(
x
)
=
0
{\displaystyle h(x)=0}
D
1
=
(
u
1
,
v
1
)
{\displaystyle D_{1}=(u_{1},v_{1})}
D
2
=
(
u
2
,
v
2
)
{\displaystyle D_{2}=(u_{2},v_{2})}
C
:
y
2
+
h
(
x
)
y
=
f
(
x
)
{\displaystyle C:y^{2}+h(x)y=f(x)}
g
{\displaystyle g}
K
{\displaystyle K}
拡張ユークリッドの互除法 を使用して、 および となる 多項式を計算します 。
d
1
,
e
1
,
e
2
∈
K
[
x
]
{\displaystyle d_{1},e_{1},e_{2}\in K[x]}
d
1
=
gcd
(
u
1
,
u
2
)
{\displaystyle d_{1}=\gcd(u_{1},u_{2})}
d
1
=
e
1
u
1
+
e
2
u
2
{\displaystyle d_{1}=e_{1}u_{1}+e_{2}u_{2}}
再び拡張ユークリッドの互除法を使用して、 および の多項式を計算 し ます 。
d
,
c
1
,
c
2
∈
K
[
x
]
{\displaystyle d,c_{1},c_{2}\in K[x]}
d
=
gcd
(
d
1
,
v
1
+
v
2
+
h
)
{\displaystyle d=\gcd(d_{1},v_{1}+v_{2}+h)}
d
=
c
1
d
1
+
c
2
(
v
1
+
v
2
+
h
)
{\displaystyle d=c_{1}d_{1}+c_{2}(v_{1}+v_{2}+h)}
、および を加えると、 と なります 。
s
1
=
c
1
e
1
{\displaystyle s_{1}=c_{1}e_{1}}
s
2
=
c
1
e
2
{\displaystyle s_{2}=c_{1}e_{2}}
s
3
=
c
2
{\displaystyle s_{3}=c_{2}}
d
=
s
1
u
1
+
s
2
u
2
+
s
3
(
v
1
+
v
2
+
h
)
{\displaystyle d=s_{1}u_{1}+s_{2}u_{2}+s_{3}(v_{1}+v_{2}+h)}
設定し て 。
u
=
u
1
u
2
d
2
{\displaystyle u={\frac {u_{1}u_{2}}{d^{2}}}}
v
=
s
1
u
1
v
2
+
s
2
u
2
v
1
+
s
3
(
v
1
v
2
+
f
)
d
mod
u
{\displaystyle v={\frac {s_{1}u_{1}v_{2}+s_{2}u_{2}v_{1}+s_{3}(v_{1}v_{2}+f)}{d}}\mod u}
設定し て 。
u
′
=
f
−
v
h
−
v
2
u
{\displaystyle u'={\frac {f-vh-v^{2}}{u}}}
v
′
=
−
h
−
v
mod
u
′
{\displaystyle v'=-h-v\mod u'}
の場合 、 と を設定し 、 になるまで手順 5 を繰り返します 。
deg
(
u
′
)
>
g
{\displaystyle \deg(u')>g}
u
=
u
′
{\displaystyle u=u'}
v
=
v
′
{\displaystyle v=v'}
deg
(
u
′
)
≤
g
{\displaystyle \deg(u')\leq g}
先頭の係数を割ってモニック を作成します。
u
′
{\displaystyle u'}
出力 .
D
=
(
u
′
,
v
′
)
{\displaystyle D=(u',v')}
このアルゴリズムが正しいことの証明は [5]で見つけることができます。
例
例として、曲線を考えてみましょう
C
:
y
2
=
x
5
−
4
x
4
−
14
x
3
+
36
x
2
+
45
x
=
x
(
x
+
1
)
(
x
−
3
)
(
x
+
3
)
(
x
−
5
)
{\displaystyle C:y^{2}=x^{5}-4x^{4}-14x^{3}+36x^{2}+45x=x(x+1)(x-3)(x+3)(x-5)}
実数上の種数2の点について
P
=
(
1
,
8
)
{\displaystyle P=(1,8)}
、 そして
Q
=
(
3
,
0
)
{\displaystyle Q=(3,0)}
R
=
(
5
,
0
)
{\displaystyle R=(5,0)}
そして約数
D
1
=
[
P
]
+
[
Q
]
−
2
[
O
]
{\displaystyle D_{1}=[P]+[Q]-2[O]}
そして
D
2
=
[
P
]
+
[
R
]
−
2
[
O
]
{\displaystyle D_{2}=[P]+[R]-2[O]}
私たちはそれを知っている
(
u
1
=
x
2
−
4
x
+
3
,
v
1
=
−
4
x
+
12
)
{\displaystyle (u_{1}=x^{2}-4x+3,v_{1}=-4x+12)}
、 そして
(
u
2
=
x
2
−
6
x
+
5
,
v
2
=
−
2
x
+
10
)
{\displaystyle (u_{2}=x^{2}-6x+5,v_{2}=-2x+10)}
はそれぞれ、および のマンフォード表現です 。
D
1
{\displaystyle D_{1}}
D
2
{\displaystyle D_{2}}
カントールのアルゴリズムを使ってそれらの合計を計算することができます。まず計算します。
d
1
=
gcd
(
u
1
,
u
2
)
=
x
−
1
{\displaystyle d_{1}=\gcd(u_{1},u_{2})=x-1}
、 そして
d
1
=
e
1
u
1
+
e
2
u
2
{\displaystyle d_{1}=e_{1}u_{1}+e_{2}u_{2}}
、および の場合 。
e
1
=
1
2
{\displaystyle e_{1}={\frac {1}{2}}}
e
2
=
−
1
2
{\displaystyle e_{2}=-{\frac {1}{2}}}
2番目のステップでは
d
=
gcd
(
d
1
,
v
1
+
v
2
+
h
)
=
gcd
(
x
−
1
,
−
6
x
+
22
)
=
1
{\displaystyle d=\gcd(d_{1},v_{1}+v_{2}+h)=\gcd(x-1,-6x+22)=1}
そして
1
=
c
1
d
1
+
c
2
(
v
1
+
v
2
+
h
)
{\displaystyle 1=c_{1}d_{1}+c_{2}(v_{1}+v_{2}+h)}
および について 。
c
1
=
3
8
{\displaystyle c_{1}={\frac {3}{8}}}
c
2
=
1
16
{\displaystyle c_{2}={\frac {1}{16}}}
これで計算できるようになりました
s
1
=
c
1
e
1
=
3
16
{\displaystyle s_{1}=c_{1}e_{1}={\frac {3}{16}}}
、
s
2
=
c
1
e
2
=
−
3
16
{\displaystyle s_{2}=c_{1}e_{2}=-{\frac {3}{16}}}
そして
s
3
=
c
2
=
1
16
{\displaystyle s_{3}=c_{2}={\frac {1}{16}}}
。
それで
u
=
u
1
u
2
d
2
=
u
1
u
2
=
x
4
−
10
x
3
+
32
x
2
−
38
x
+
15
{\displaystyle u={\frac {u_{1}u_{2}}{d^{2}}}=u_{1}u_{2}=x^{4}-10x^{3}+32x^{2}-38x+15}
そして
v
=
s
1
u
1
v
2
+
s
2
u
2
v
1
+
s
3
(
v
1
v
2
+
f
)
d
mod
u
=
1
16
(
x
5
−
4
x
4
−
8
x
3
−
10
x
2
+
119
x
+
30
)
mod
u
=
1
4
(
5
x
3
−
41
x
2
+
83
x
−
15
)
.
{\displaystyle {\begin{aligned}v&={\frac {s_{1}u_{1}v_{2}+s_{2}u_{2}v_{1}+s_{3}(v_{1}v_{2}+f)}{d}}\mod u\\&={\frac {1}{16}}(x^{5}-4x^{4}-8x^{3}-10x^{2}+119x+30)\mod u\\&={\frac {1}{4}}(5x^{3}-41x^{2}+83x-15).\end{aligned}}}
最後に、
u
′
=
f
−
v
2
u
=
1
16
(
−
25
x
2
+
176
x
−
15
)
{\displaystyle u'={\frac {f-v^{2}}{u}}={\frac {1}{16}}(-25x^{2}+176x-15)}
そして
v
′
=
−
v
mod
u
′
=
−
72
125
(
17
x
−
5
)
{\displaystyle v'=-v\mod u'=-{\frac {72}{125}}(17x-5)}
。
モニックを
作った後、我々は結論を下した。
u
′
{\displaystyle u'}
D
=
(
−
25
x
2
+
176
x
−
15
,
−
72
125
(
17
x
−
5
)
)
{\displaystyle D=(-25x^{2}+176x-15,-{\frac {72}{125}}(17x-5))}
は と同等です 。
D
1
+
D
2
{\displaystyle D_{1}+D_{2}}
カンターのアルゴリズムについて
ここで紹介したカントールのアルゴリズムは一般的な形式を持ち、任意の種数の任意の体上の超楕円曲線に当てはまります。しかし、このアルゴリズムはあまり効率的ではありません。たとえば、拡張ユークリッドの互除法を使用する必要があります。曲線の種数または体の特性 (またはその両方) を固定すると、アルゴリズムをより効率的にすることができます。特殊なケースでは、非常に高速な明示的な加算式と倍加式も得られます。たとえば、種数 2 [6]
[7]
および種数 3 の超楕円曲線の明示的な式があります。
超楕円曲線の場合、2つの被約因子の加算を視覚化することもかなり簡単です。次の形式の実数上の種数2の超楕円曲線があるとします。
C
:
y
2
=
f
(
x
)
{\displaystyle C:y^{2}=f(x)}
および2つの約数
D
1
=
[
P
]
+
[
Q
]
−
2
[
O
]
{\displaystyle D_{1}=[P]+[Q]-2[O]}
そして
D
2
=
[
R
]
+
[
S
]
−
2
[
O
]
{\displaystyle D_{2}=[R]+[S]-2[O]}
。
仮定する
P
,
Q
≠
R
¯
,
S
¯
{\displaystyle P,Q\not ={\overline {R}},{\overline {S}}}
、
この場合は別々に扱う必要がある。ちょうど1つの3次多項式が存在する。
a
(
x
)
=
a
0
x
3
+
a
1
x
2
+
a
2
x
+
a
3
{\displaystyle a(x)=a_{0}x^{3}+a_{1}x^{2}+a_{2}x+a_{3}}
4つのポイントを順に見ていく
P
,
Q
,
R
,
S
{\displaystyle P,Q,R,S}
。
ここで注意すべきは、例えば となる可能性がある ので、 重複度を 考慮する必要があるということである。 と置くと 、
P
=
Q
{\displaystyle P=Q}
y
=
a
(
x
)
{\displaystyle y=a(x)}
y
2
=
f
(
x
)
=
a
2
(
x
)
{\displaystyle y^{2}=f(x)=a^{2}(x)}
そしてそれゆえ
f
(
x
)
−
a
2
(
x
)
=
0
{\displaystyle f(x)-a^{2}(x)=0}
。
は6次の多項式な ので、 には 6つの零点があり、したがって との交点が さらに2つあります 。 これらを および と呼び 、 とします。ここで は と代数曲線と の交点です 。したがって、約数
f
(
x
)
−
a
2
(
x
)
{\displaystyle f(x)-a^{2}(x)}
f
(
x
)
−
a
2
(
x
)
{\displaystyle f(x)-a^{2}(x)}
a
(
x
)
{\displaystyle a(x)}
P
,
Q
,
R
,
S
{\displaystyle P,Q,R,S}
C
{\displaystyle C}
T
{\displaystyle T}
U
{\displaystyle U}
T
≠
U
¯
{\displaystyle T\not ={\overline {U}}}
P
,
Q
,
R
,
S
,
T
,
U
{\displaystyle P,Q,R,S,T,U}
C
{\displaystyle C}
D
=
[
P
]
+
[
Q
]
+
[
R
]
+
[
S
]
+
[
T
]
+
[
U
]
−
6
[
O
]
{\displaystyle D=[P]+[Q]+[R]+[S]+[T]+[U]-6[O]}
が主語であり、これは除数
[
P
]
+
[
Q
]
+
[
R
]
+
[
S
]
−
4
[
O
]
{\displaystyle [P]+[Q]+[R]+[S]-4[O]}
は除数に等しい
−
(
[
T
]
+
[
U
]
−
2
[
O
]
)
{\displaystyle -([T]+[U]-2[O])}
。
さらに、除数
[
P
]
+
[
P
¯
]
−
2
[
O
]
{\displaystyle [P]+[{\overline {P}}]-2[O]}
は有理関数 から来るので、 上の すべての点に対して主である 。これにより 、 と は 同値となる。これら2つの性質を組み合わせると、次の結論が導かれる。
P
=
(
a
,
b
)
{\displaystyle P=(a,b)}
C
{\displaystyle C}
b
(
x
)
=
x
−
a
{\displaystyle b(x)=x-a}
−
(
[
P
]
−
[
O
]
)
{\displaystyle -([P]-[O])}
[
P
¯
]
−
[
O
]
{\displaystyle [{\overline {P}}]-[O]}
D
1
+
D
2
=
(
[
P
]
+
[
Q
]
−
2
[
O
]
)
+
(
[
R
]
+
[
S
]
−
2
[
O
]
)
{\displaystyle D_{1}+D_{2}=([P]+[Q]-2[O])+([R]+[S]-2[O])}
は、約数と等しい
[
T
¯
]
+
[
U
¯
]
−
2
[
O
]
{\displaystyle [{\overline {T}}]+[{\overline {U}}]-2[O]}
。
図で表すと、図 2 のようになります。 の係数を明示的に計算することができ 、この方法で 2 つの約数を加算する明示的な式を得ることができます。
a
(
x
)
{\displaystyle a(x)}
図2: ヤコビアンの2つの要素を追加する例
参考文献
^ イザベル・デシェーヌ「ピカール群、または集合から群を構築する方法」
^ ab Menezes, Alfred J.; Wu, Yi-Hong; Zuccherato, Robert J. (1996年11月7日). 「超楕円曲線の初歩的入門」 (PDF) . p. 15 . 2024年6月28日 閲覧 。
^ Cantor, David G. (1987). 「超楕円曲線のヤコビアンでの計算」. 計算数学 . 48 (177): 95–101. doi : 10.1090/S0025-5718-1987-0866101-0 .
^ フランク・ライテンバーガー、「超楕円曲線のヤコビ多様体の群法則について」
^ T. Lange (2005). 「種数2の超楕円曲線上の算術演算の公式」. 工学、コミュニケーション、コンピューティングにおける応用代数 . 15 (5): 295–328. CiteSeerX 10.1.1.109.578 . doi :10.1007/s00200-004-0154-8.