Frage zu Hermites Lösung der quintischen Gleichung von 1858 unter Verwendung elliptischer modularer Funktionen und ihrer Beziehung zur Arbeit von Gauß und Jacobi

Die allgemeine quintische Gleichung kann nicht durch Radikale gelöst werden und wird in einem wegweisenden und weitreichenden Werk von Galois aus dem Jahr 1832 gezeigt, das zu einer Vorlage der modernen Gruppentheorie und der Galois-Theorie wurde. Die allgemeine Quintengleichung kann jedoch auf eine Bring-Radikalform reduziert werden (unter Verwendung der Tschirnhaus-Transformation), und diese Form der Quinte kann irgendwie mit Ideen aus der Theorie der elliptischen Funktionen gelöst werden. Ich bin wirklich nicht vertraut mit diesen Materialien, und deshalb stelle ich diese Frage.

Nach dem, was ich gelesen habe, stützte Hermite seine Konstruktion auf Ergebnisse von Jacobi und Bemerkungen von Galois selbst (in Galois' letzter Arbeit) - diese Ergebnisse betreffen das sogenannte "Transformationsproblem elliptischer Integrale"; ein N Transformation des elliptischen Integrals ter Ordnung führt zu einer modularen Gleichung, die eigentlich eine ist ( N + 1 ) Polynomgleichung dritten Grades in zwei Variablen, und diese Variablen sind irgendwie mit dem elliptischen Integral verbunden. Hermite stützte seinen Beweis auf die 5 Transformation ter Ordnung von Jacobi.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass laut Seite 4 des Buches „Hessian Polyhedra, Invariant Theory And Appell Hypergeometric Functions“ Transformationen der Ordnung 3, 5 und 7 Gauß seit 1808 bekannt waren, und gemäß einer anderen Quelle auch Gauß machte einige sehr bedeutsame Bemerkungen zum Problem der Transformation irgendeiner ungeraden Ordnung.

Meine Fragen sind daher sowohl erklärend als auch historisch:

  • Was ist das „Transformationsproblem elliptischer Integrale“ und wie hängt es mit der Lösung von Polynomgleichungen zusammen? Ich möchte etwas mehr über die Bedeutung von Hermites Leistung erfahren.
  • Ich möchte nur wissen, ob jemand helfen kann, diese Transformationen in Gauß' Nachlass zu lokalisieren. Ich glaube, es steht irgendwo im Abschnitt über elliptische Funktionen in Band 3 seiner Arbeit, aber ich kann in der Flut von Formeln in diesen Schriften überhaupt keine vertrauten Muster erkennen.
Wenn Sie an der modernen Fortführung interessiert sind, hat Umemura die Lösung 1984 in allen Graden in Bezug auf Siegels modulare Funktion erweitert. Er gibt auch einen Einblick in die Idee und historische Bemerkungen für die Quintik, an der Hermite, Kronecker, Klein und Jordan beteiligt sind, mit einer Verbindung zu Jacobi am Ende. Weitere Hintergrundinformationen finden Sie in Kings Buch Beyond the Quartic Equation , in dem auch Gordan und Kiepert erwähnt werden.

Antworten (1)

Im Allgemeinen besteht die Transformation elliptischer Integrale (oder Differentiale) darin, algebraische Lösungen zu finden F ( X , j ) = 0 einer Differentialgleichung

D X F ( X ) = D j G ( j ) ,
Wo F , G sind Polynome dritten Grades.

Die erste derartige Transformation wurde 1775 von Landen entdeckt und wird Landens Transformation genannt . Unabhängig davon wurde es 1790 von Gauß entdeckt, als er das arithmetisch-geometrische Mittel studierte (zuvor 1785 von Lagrange untersucht). Aber wie üblich erhält Gauß alle Ehre für alles, was er berührt hat.

Die Transformationstheorie führt zu bestimmten algebraischen Gleichungen, die als klassische modulare Gleichungen bezeichnet werden und die Hermite zur Lösung der Quintik verwendete.

Sie können die Details in Kleins Buch Vorlesungen über Ikosaeder und Lösung der Gleichung 5. Grades nachlesen. Eine moderne Darstellung finden Sie im Buch von Jonathan und Peter Borwein, Pi und AGM.

Originalunterlagen: Hermite CR 46 (1858) 508-515. Kronecker (ein vereinfachter Beweis): CR 46 (1858) 1150-1152.

Verallgemeinerung auf Gleichungen beliebigen Grades: H. Umemura, Solving algebraic equations with theta-constants, Anhang I zum Buch von D. Mumford, Tata Lectures on Theta, 1983.

Ihre Antwort hilft (deshalb habe ich für Ihre Antwort gestimmt), aber nur ein wenig. Ihre Antwort hat mir geholfen zu verstehen, dass das "Transformationsproblem" bedeutet, das Differential unter dem Vorzeichenintegral neu zu schreiben, indem die Integrand-Variable durch eine neue Variable ersetzt wird, die durch eine algebraische Beziehung mit der ursprünglichen Variablen verbunden ist F ( X , j ) . Aber können Sie die Diskussion über die Verbindung zur quintischen Gleichung erweitern? und was ist die intuitive Bedeutung der Transformation eines elliptischen Integrals - kann es auf eine geometrischere Weise erklärt werden?
Lange Diskussionen sind in den Kommentaren nicht erwünscht. Warum sehen Sie sich nicht die von mir erwähnte Literatur oder die Originalarbeiten an? Sie sind nicht lang. Ich habe die Referenzen hinzugefügt.
Wird diese Transformation auch von Euler untersucht, als er Fagnanos Ergebnis auf die Verdopplung des Lemniskatenbogens erweiterte?