李群中帶有算術性質的一類離散子群。例如,實數域R中的整數全體Z;GL(nR)中的GL(n,Z);SL(n<R)中的SL(n,Z)等。令G=GL(nR),Г=GL(n,Z),若GL(nQ)的子群G′是與Г相稱的,則G′稱為GL(nR)中的算術子群。所謂群H的子群H1H2是相稱的,意即H1H2H1H2中的指數[H1H1H2]與[H2H1H2]都是有限的。相稱關系是個等價關系。設G是定義在有理數域Q上的線性代數群,GQGQ有理點所成的子群,又令GZ=GQGL(n,Z),若GQ的子群Г與GZ相稱,則Г稱為G的算術子群。這個性質是與G如何嵌入在GL(nQ)中無關的。

  如果Г 能同構於G的一個算術子群,則Г 稱為算術群。顯然,算術群中的有限指數的子群都是算術群。算術群是較為廣泛的一種群,諸如有限群、有限生成的交換群、無撓的有限生成冪零群以及有限生成的非交換自由群都是算術群;如果環R又是有限秩自由Z 模,那麼環R的所有單位所成的乘法群R+,都是算術群;特別地,代數數域K的整數環

的乘法群 ,都是算術群。

  還有一類重要的算術群。自然同態ωGL(n,Z)→GL(n,Z/qZ)下的核Kerω=Гq,稱主同餘子群,這裡ω是把任一n階整系數方陣(gij)映射到方陣(

ij)∈ G L( n,Z/ qZ),其中 q為大於1的正整數,而 ij是整數 g ij所屬的模 q剩餘類。含主同餘子群Г q的算術子群Г,Г q⊂Г∩ G L( n,Z)稱同餘子群。所以同餘子群必然是算術子群,但是,每個算術子群Г是否都是同餘子群,即是否有 q使Г∩ G L( n,Z)ɔГ q,這是算術群理論中的一個核心問題,並稱之為同餘子群問題。當 GS L( nR), n≥3時,同餘子群問題已有肯定答案,而 n=2時是否定的。對 G是別的分裂型單連通單代數群時,也有類似結果。

  最早研究的算術群是SL(2,Z),稱為模群。設H是復數平面的上半平面,即H={z=x+iyCy>0},矩陣

以下列方式作用在 H上: zHS L(2,Z)是 S L(2, R)中的算術子群,對於這個算術子群 S L(2,Z)可以找到 H的一個子集 D,使 DS L(2,Z)在 H上的基本域,即滿足① S L(2,Z)· D= H,②若 g′∈ S L(2,Z),則集合{ gS L(2,Z)| g DgD≠ø}是有限集,也可以對一般算術群定義基本域。研究基本域的存在,緊致性、測度等方面的理論,稱為算術群的簡約理論。它也是算術群理論中的一個核心問題。早在19世紀, C.F.高斯和 J.W.R.戴德金等人在研究橢圓函數的時候,就涉及模群 S L(2,Z)及模群下不變的模函數,高斯在討論正定二元二次型的整等價分類時,也已經知道模群的基本域。20世紀30年代 C.L.西格爾研究算術群 S L( n,Z),並作出瞭它的基本域,稱為西格爾區域,而 S L( n,Z)稱為西格爾模群。至於一般線性代數群中算術群的研究,則是在60年代由A.博雷爾、哈裡什-錢德拉以及J.蒂茨開始。這個概念就是首先在他們研究李群中的格的存在性時產生的。隨後,A.賽爾伯格和其他人提出瞭一個著名的猜想: R-秩大於2的任一半單李群的不可約格皆是算術的。經過博雷爾、M.拉格休內森等許多著名數學傢的努力工作,這一猜想最後為G.A.馬圭利斯所證實,他因此獲得1978年的費爾茲獎。這些工作大大地推動和豐富瞭算術群的研究。

  

參考書目

 A.Borel,Introduction aux Groupes Arithméti-ques,Hermann,Paris.1969.

 J.E.Humphreys,Arithmetic Groups,Lecture Notes in Math.789,Springer-Verlag,Berlin,1980.

 M.S.Raghunathan,Discrete Subgroups of Lie Groups,Springer-Verlag,Berlin,1972.

 G.A.Margulis,Arithmeticity of Irreducible lattices in Semi-Simple Groups of rank Greater Than1,Mir.,Moscow,1971.