• No results found

Cover Page The handle

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Cover Page The handle"

Copied!
6
0
0

Bezig met laden.... (Bekijk nu de volledige tekst)

Hele tekst

(1)

Cover Page

The handle http://hdl.handle.net/1887/62814 holds various files of this Leiden University dissertation.

Author: Martindale, C.R.

Title: Isogeny graphs, modular polynomials, and applications

Issue Date: 2018-06-14

(2)

Isogeny graphs, modular polynomials, and applications

Proefschrift ter verkrijging van

de graad van Doctor aan de Universiteit Leiden

op gezag van Rector Magnificus prof. mr. C.J.J.M. Stolker, volgens besluit van het College voor Promoties

te verdedigen op donderdag 14 juni 2018 klokke 11:15 uur

door

Chloe Martindale

geboren te Huntingdon, Verenigd Koninrijk

in 1990

(3)

Promotor: Prof. dr. Peter Stevenhagen

Promotor: Prof. dr. Andreas Enge (Unversit´ e de Bordeaux) Copromotor: Dr. Marco Streng

Samenstelling van de promotiecommissie:

Prof. dr. Aad van der Vaart (voorzitter) Prof. dr. Bart de Smit (secretaris)

Prof. dr. David Kohel (Universit´ e de Aix-Marseille)

Prof. dr. Dimitar Jetchev (´ Ecole polytechnique f´ ed´ erale de Lausanne) Dr. Peter Bruin

Dit werk werd gefinancierd door Algant-Doc Erasmus Action en werd uitgevoerd aan de

Universiteit Leiden en de Universit´ e de Bordeaux.

(4)

TH` ESE

pr´ esent´ ee ` a

L’UNIVERSIT´ E DE BORDEAUX

ECOLE DOCTORALE DE MATH´ ´ EMATIQUES ET INFORMATIQUE

par Chloe Martindale POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR

SPECIALIT´ E: Math´ ematiques Pures

Isogeny Graphs, Modular Polynomials, and Applications

Soutenue le : 14 juin 2018 ` a Leiden

Devant la commission d’examen form´ ee de :

ENGE, Andreas Professeur Universit´e de Bordeaux Directeur

STRENG, Marco Docteur Universiteit Leiden Directeur

KOHEL, David Professeur Universit´e de Aix-Marseille Rapporteur JETCHEV, Dimitar Docteur Ecole polytechnique f´´ ed´erale de Lausanne Rapporteur

Ce travail a ´ et´ e financ´ e par Algant-Doc Erasmus Action et a ´ et´ e r´ ealis´ e

`

a l’Universiteit Leiden et ` a l’Universit´ e de Bordeaux.

(5)

Contents

Introduction x

1 The theory of canonical lifts and other preliminaries 1

1.1 Principally polarised abelian varieties . . . 1

1.2 Lifting ordinary abelian varieties over Fq to ideals . . . 2

1.3 The Fixed Frobenius Lifting Theorem . . . 3

1.4 The theory of canonical lifts . . . 6

1.4.1 Serre-Tate lifts of ordinary abelian varieties . . . 7

1.4.2 Deligne lifts of ordinary abelian varieties . . . 8

1.4.3 Howe lifts of polarised ordinary abelian varieties . . . 9

1.4.4 Proof of the Fixed Frobenius Lifting Theorem . . . 11

1.5 Maximal real multiplication . . . 13

1.6 Hilbert modular forms . . . 14

1.7 A normalisation lemma for principally polarised ideals . . . 17

2 Hilbert modular polynomials 19 2.1 Introduction and statement of the results . . . 19

2.2 Defining RM isomorphism invariants . . . 21

2.3 Algorithm to compute a set of Hilbert modular polynomials . . . 23

2.4 Computing the RM isomorphism invariants for a given genus 2 curve . . . 28

2.4.1 The algorithm . . . 31

2.5 Complexity and simplifications for genus 2 . . . 34

3 The structure of µ-isogeny graphs 38 3.1 The Volcano Theorem . . . 38

3.2 Parametrising orders by their real conductors . . . 46

3.3 All µ-isogenies are ascending, descending or horizontal . . . 48

3.4 Principally polarised ideals are invertible . . . 50

3.5 The action of the Shimura class group . . . 53

3.6 Counting horizontal µ-isogenies . . . 55

3.7 A construction of ascending µ-isogenies . . . 58

3.8 Counting the degree of vertices in the µ-isogeny graph . . . 59

3.9 The order of the Shimura class group . . . 60

3.10 Example computation of a µ-isogeny graph . . . 66

4 Isogenies for point counting on genus two hyperelliptic curves with maximal real multiplication 51 4.1 Introduction . . . 52

4.1.1 The state of the art . . . 53

4.1.2 Our contributions, and beyond . . . 53

4.1.3 Vanilla abelian varieties . . . 54

4.2 Genus one curves: elliptic curve point counting . . . 55

4.2.1 Schoof’s algorithm . . . 56

4.2.2 Frobenius eigenvalues and subgroups . . . 57

4.2.3 Modular polynomials and isogenies . . . 57

4.2.4 Elkies, Atkin, and volcanic primes . . . 58

iv

(6)

4.2.5 Computing the type of a prime . . . 59

4.2.6 Atkin’s improvement . . . 59

4.2.7 Elkies’ improvement . . . 60

4.3 The genus 2 setting . . . 61

4.3.1 The Jacobian . . . 61

4.3.2 Frobenius and endomorphisms of JC . . . 62

4.3.3 Real multiplication . . . 62

4.3.4 From Schoof to Pila . . . 62

4.3.5 The Gaudry–Schost approach . . . 63

4.3.6 Point counting with efficiently computable RM . . . 64

4.3.7 Generalizing Elkies’ and Atkin’s improvements to genus 2 . . . 65

4.3.8 µ-isogenies . . . 66

4.4 Invariants . . . 66

4.4.1 Invariants for RM abelian surfaces . . . 67

4.4.2 Hilbert modular polynomials for RM abelian surfaces . . . 67

4.4.3 Invariants for curves and abelian surfaces . . . 68

4.4.4 Pulling back curve invariants to RM invariants . . . 70

4.5 Atkin theorems in genus 2 . . . 70

4.5.1 Roots of Gµ and the order of Frobenius . . . 70

4.5.2 The factorization of Gµ . . . 72

4.5.3 The characteristic polynomial of Frobenius . . . 73

4.5.4 Prime types for real multiplication by OF . . . 74

4.5.5 The parity of the number of factors of Gµ . . . 75

4.6 The case F = Q(√ 5): Gundlach–M¨uller invariants . . . 75

4.7 Experimental results . . . 77

A The notions of dual and polarisation in equivalent categories 80

Bibliography 89

Index 92

Summary 92

Samenvatting 97

R´esum´e 103

Acknowledgements 109

Curriculum Vitae 110

v

Referenties

GERELATEERDE DOCUMENTEN

1.4 Naar de mening van het EESC moet de EU in haar onderhandelingsstrategie meer rekening houden met de positie van de landbouwsector en het belang van het landbouwbeleid

44 Aangezien het belastingvoordeel in de vorm van het belastingkrediet in de onderhavige zaak wordt geweigerd aan een Luxemburgse belastingplichtige die zijn recht

„1. Wanneer goederen vanaf het binnenbrengen ervan in de Gemeenschap onder een van de in de artikelen 156, 276 en 277 bedoelde regelingen of situaties, onder een regeling

geldt vooral ook van hetgeen door den rechter als bewezen moet worden aangenomen of als onbewezen op zij gezet. De ongunstige werking der strafbepaling doet zich echter nog

Als u vragen heeft, kunt u deze per e-mail sturen naar het volgende adres: puzzel@mil.be, maar wij zijn van mening dat de puzzels duidelijk genoeg zijn om te worden opgelost zoals

20 Met zijn vraag wenst de verwijzende rechter in wezen te vernemen of richtlijn 2006/112 aldus moet worden uitgelegd dat deze zich verzet tegen een nationale praktijk waarbij

In deze nieuwe droom gaan wij voor rust; rust in de zaal en rust op jouw bord.. Om langer aan je zij te

Inmiddels was op 28 juli 1914 de Eerste Wereldoorlog uitgebroken en werden dienstplichtige mannen (dus ook bouwarbeiders) opgeroepen ter mobilisatie, maar het werk ging door en op