Kurs:Elliptische Kurven (Osnabrück 2021-2022)/Arbeitsblatt 5/latex

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\setcounter{section}{5}






\zwischenueberschrift{Aufgaben}




\inputaufgabe
{}
{

Bestimme die \definitionsverweis {Wendepunkte}{}{} der \definitionsverweis {projektiven Kurve}{}{}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{V_+(YZ^2-X^3) }
{ \subseteq} { {\mathbb P}^{2}_{K} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} über einem \definitionsverweis {Körper}{}{} $K$.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} der \definitionsverweis {Charakteristik}{}{} $\neq 3$ und sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{F }
{ = }{X^3+Y^3+Z^3 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} \aufzaehlungvier{Bestimme die \definitionsverweis {Hesse-Matrix}{}{} von $F$. }{Bestimme die \definitionsverweis {Determinante}{}{} der Hesse-Matrix von $F$. }{Bestimme die Schnittpunkte von $V_+(F)$ mit der projektiven Nullstellenmenge zur Determinate der Hesse-Matrix von $F$ über
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ = }{ {\mathbb C} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} }{Bestimme für jeden Schnittpunkt aus Teil (3) die Tangente und bestätige Lemma 5.1. }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{F }
{ = }{ X^3+aXZ^2+bZ^3 -Y^2Z }
{ \in }{ K[X,Y,Z] }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} über einem \definitionsverweis {Körper}{}{} $K$ mit gewissen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{a,b }
{ \in }{K }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} \aufzaehlungdrei{Bestimme die \definitionsverweis {Hesse-Matrix}{}{} zu $F$. }{Bestimme die Hesse-Matrix von $F$ im Punkt
\mathl{(0,1,0)}{.} }{Bestimme ein nichttriviales Element des Kernes der Hesse-Matrix von $F$ im Punkt
\mathl{(0,1,0)}{.} }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Zeige, dass ein Polynom
\mathl{X^3+aX+b}{} genau dann keine mehrfachen Nullstellen \zusatzklammer {und zwar auch nach keiner \definitionsverweis {Körpererweiterung}{}{}} {} {} besitzt, wenn die \definitionsverweis {Diskriminante}{}{}
\mathl{4a^3 + 27b^2}{} von $0$ verschieden ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{F \in \Q[X]}{} ein \definitionsverweis {irreduzibles Polynom}{}{} vom Grad $3$. Zeige, dass $F$ entweder eine oder drei reelle Nullstellen besitzt.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Finde acht Punkte
\mathl{(x,y)}{} mit ganzzahligen Komponenten, die die Bedingung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ y^2 }
{ =} { x^3+17 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} erfüllen.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Wir betrachten die elliptische Kurve $E$, die durch die affine Gleichung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{Y^2 }
{ =} { X^3-X }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gegeben ist. \aufzaehlungdrei{Parametrisiere den oberen Bogen von $E(\R)$ für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{x }
{ \in }{[-1,0] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} }{Bestimme den Punkt $P$ aus $E(\R)$ mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{x }
{ \in }{[-1,0] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und mit der maximalen $y$-Koordinate. }{Beschreibe eine \definitionsverweis {endliche Körpererweiterung}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{\Q }
{ \subseteq }{K }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} derart, dass
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{P }
{ \in }{E(K) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} liegt. }

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {Integritätsbereich}{}{} mit \definitionsverweis {Quotientenkörper}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ = }{Q(R) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{y^2 }
{ = }{ x^3 +ax+b }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} die Gleichung für eine \definitionsverweis {elliptische Kurve}{}{} über $K$. Zeige, dass es eine lineare Transformation derart gibt, dass in der neuen Gleichung für die Kurve die Koeffizienten aus $R$ sind.

}
{} {} Die vorstehende Aufgabe ist der Grund, warum man elliptische Kurven über $\Q$ direkt über $\Z$ realisieren kann. Es ist aber ein diffiziles Problem, was die optimale Realisierung über $\Z$ ist. Siehe die folgende Aufgabe und Aufgabe 25.18.




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Zeige, dass die beiden affinen Gleichungen
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{Y^2 }
{ =} {X^3+16 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} und
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{V^2 +V }
{ =} {U^3 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} die gleiche \definitionsverweis {elliptische Kurve}{}{} über $\Q$ definieren.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Wir betrachten die durch
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{y^2 }
{ = }{ x^3 +ax+b }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} bzw.
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{y^2 }
{ = }{ x^3 +a'x+b' }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gegebenen \definitionsverweis {elliptischen Kurven}{}{} \mathkor {} {C} {und} {C'} {} in kurzer Weierstraßform, wobei die Beziehung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{c^4a' }
{ = }{a }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{c^6 b' }
{ = }{b }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit einem
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{c }
{ \in }{K }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{c }
{ \neq }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} gelte. Zeige, dass die beiden Kurven die gleiche $j$-\definitionsverweis {Invariante}{}{} besitzen.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Bestimme die \definitionsverweis {Diskriminante}{}{} und die $j$-\definitionsverweis {Invariante}{}{} der durch die Gleichung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{y^2 }
{ =} {x^3+x }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gegebenen \definitionsverweis {elliptischen Kurve}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Bestimme die \definitionsverweis {Diskriminante}{}{} und die $j$-\definitionsverweis {Invariante}{}{} der durch die Gleichung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{y^2 }
{ =} {x^3+1 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gegebenen \definitionsverweis {elliptischen Kurve}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Berechne
\mathdisp {(-x^2+x-1)^3} { . }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Berechne
\mathdisp {(-2x^3+3x^2+3x-2)^2} { }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Finde eine lineare Substitution
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{X }
{ = }{ \alpha Y + \beta }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{\alpha, \beta }
{ \in }{ {\mathbb C} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} derart, dass aus dem Polynom
\mathl{X^3-1}{} ein Polynom in $Y$ entsteht, das $0$ und $1$ als Nullstellen besitzt. Wie lautet die dritte Nullstelle?

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Wir betrachten die \definitionsverweis {rationale Funktion}{}{}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ F (\lambda) }
{ =} {{ \frac{ (\lambda^2 - \lambda +1)^3 }{ \lambda^2 ( \lambda -1)^2 } } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} in der Variablen $\lambda$. \aufzaehlungdrei{Zeige
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ F(1 - \lambda) }
{ =} { F( \lambda) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} }{Zeige
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{F( { \frac{ 1 }{ \lambda } } ) }
{ =} { F(\lambda) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} }{Zeige
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{F( { \frac{ 1 }{ 1-\lambda } } ) }
{ =} { F( { \frac{ \lambda -1 }{ \lambda } } ) }
{ =} { F( { \frac{ \lambda }{ \lambda -1 } } ) }
{ =} { F(\lambda) }
{ } { }
} {}{}{.} }

}
{} {}