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论 Abel 问题与 Gauss 同余

On Abel's problem and Gauss congruences

É. Delaygue, T. Rivoal

AI总结:

本文针对 Abel 的代数解判定问题,证明方程存在非平凡代数解当且仅当相关 Puiseux 系数对几乎所有素数满足 Gauss 同余,并将判据用于超几何级数等问题。

摘要:

Abel 提出的一个经典问题是:当 η 是给定的 C(x) 上的代数函数时,判定微分方程 y'=ηy 是否具有一个在 C(x) 上代数的非平凡解 y。Risch 设计了一种算法,可在给定 η 时判定是否存在代数解。本文采用不同视角:当 η 在 C∪{∞} 中某点处具有有理系数 Puiseux 展开时,不失一般性可将该点设为 0。我们证明如下算术刻画:y'=ηy 存在非平凡代数解,当且仅当 xη(x) 在 0 处 Puiseux 展开的系数对几乎所有素数都满足 Gauss 同余。随后,我们将该判据应用于超几何级数:当 xη(x) 是具有有理参数的代数超几何级数时,我们完全确定了具有代数解的方程 y'=ηy,这使我们能够证明 Golyshev 利用 motive 理论作出的一项预测。我们还给出另外三个应用,尤其是对有理函数对角线和二维有向游走的应用。

英文摘要:

A classical problem due to Abel is to determine if a differential equation $y'=ηy$ admits a non-trivial solution $y$ algebraic over $\mathbb C(x)$ when $η$ is a given algebraic function over $\mathbb C(x)$. Risch designed an algorithm that, given $η$, determines whether there exists an algebraic solution or not. In this paper, we adopt a different point of view when $η$ admits a Puiseux expansion with rational coefficients at some point in $\mathbb C\cup \{\infty\}$, which can be assumed to be 0 without loss of generality. We prove the following arithmetic characterization: there exists a non-trivial algebraic solution of $y'=ηy$ if and only if the coefficients of the Puiseux expansion of $xη(x)$ at $0$ satisfy Gauss congruences for almost all prime numbers. We then apply our criterion to hypergeometric series: we completely determine the equations $y'=ηy$ with an algebraic solution when $xη(x)$ is an algebraic hypergeometric series with rational parameters, and this enables us to prove a prediction Golyshev made using the theory of motives. We also present three other applications, in particular to diagonals of rational fractions and to directed two-dimensional walks.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

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