Une application

Bonjour, soit $\tau, \tau'$ deux nombres complexes de parties imaginaires strictement positives. On a le résultat suivant :
$\mathbb{C}/\mathbb{Z} + \tau \mathbb{Z}$ et $\mathbb{C}/\mathbb{Z} + \tau' \mathbb{Z}$ sont holomorphes en tant que variétés complexes* si et seulement si il existe une matrice $\begin{pmatrix}
a & b\\
c & d\\
\end{pmatrix} \in Sl_{2}(\mathbb{Z})$ telle que $\tau' = \frac{a\tau + b}{c \tau + d}$.

Je vu qu'on appelle cela "courbe elliptique", un $\mathbb{Z}$ et ai déjà vu cela ailleurs (en arithmétique) d'où ma question : cela a-t-il une application en arithmétique?


Désolez si ma question** est stupide (je trouve qu'elle fait un peu du genre "j'ai vu un mot y a un lien?").



*Elles sont munies de la topologie quotient et de la structure de variété définie ici : https://www.math.u-psud.fr/~paulin/notescours/cours_geodiff.pdf page 30.

**Je lis beaucoup sur la topologie et la géométrie et me suis interrogé en voyant le théorème mentionné dans les notes de Monsieur Paulin.

Réponses

  • Les courbes elliptiques sont très utilisées en cryptographie.

    Par exemple, certains systèmes fondés sur une (ou des) clé(s) publique(s) peuvent être implémentés en utilisant le groupe des points d'une courbe elliptique $E$ à coordonnées dans un corps fini $\mathbb{F}_q$, groupe noté $E (\mathbb{F}_q)$.

    En pratique, on souhaite avoir un sous-groupe cyclique de $E (\mathbb{F}_q)$ dont l'ordre est divisible par un nombre premier grand. Une manière possible d'obtenir ça est de choisir $E$ et $\mathbb{F}_q$ tels que le sous-groupe en question ait un ordre premier. Pour ce faire, on peut :

    (i) ou bien fixer $p$ et faire varier les coefficients de $E$ dans $\mathbb{F}_p$ ;

    (ii) ou bien se donner une courbe $E$ définie sur $\mathbb{Z}$ et choisir $\mathbb{F}_p$ tel que $\left| E (\mathbb{F}_p) \right|$ soit premier.
  • Les courbes elliptiques interviennent dans la théorie des formes modulaires, qui a notamment mené à la démonstration du grand théorème de Fermat, celles dites "à multiplication complexe" interviennent dans la théorie du corps de classes des extensions quadratiques imaginaires de $\mathbb Q$, et permettent de répondre à la question "quels sont les nombres premiers de la forme $x^2+ny^2$ ?" (voir le superbe livre de Cox sur le sujet), elles interviennent aussi en cryptographie comme l'a dit noix de totos, et dans encore bien d'autres choses... Donc oui, ça sert en arithmétique :-D (mais pas que !)
  • Bonsoir noix de totos et Poirot, merci pour ses réponses et pour la référence au Cox (cf. au message de Poirot).

    Une dernière question : avez-vous une "porte d'entrée" pour l'arithmétique utilisant l'analyse complexe et la géométrie ? (Livre, PDF, pré requis). Cela fait longtemps que j'aimerais m'y mettre en plus de mes autres projets actuels. Mon niveau : agrégation externe avec de bonnes bases en topologie et en géométrie différentielle.

    Bonne soirée.
  • L'analyse complexe fait partie intégrante de ce que l'on appelle la théorie analytique des nombres. Pour débuter le livre https://www.amazon.fr/Introduction-Analytic-Number-Theory-Apostol/dp/0387901639/ref=sr_1_2?__mk_fr_FR=ÅMÅŽÕÑ&keywords=tom+apostol&qid=1576521453&sr=8-2 est une bonne référence.
  • Le livre Arithmétique de Marc Hindry est une jolie porte d'entrée. Je n'aime pas trop son traitement du théorème des nombres premiers (théorème taubérien de Newman), mais ça permet d'illustrer l'utilisation de la variable complexe en théorie des nombres. Pour la partie géométrie, il y a une introduction aux courbes elliptiques justement. Et il y a bien d'autres thèmes abordés bien sûr. Comme la plupart des livres chez Calvage & Mounet, c'est un très bon bouquin.

    Et si tu veux apprendre des choses sur les courbes elliptiques, le The Arithmetic of Elliptic Curves de Silverman est un incontournable.

    Bon, dans tout ça honnêtement il n'y a pas grand-chose pour l'agreg, si ce n'est quelques idées de développement à piocher dans le Hindry.
  • Je pense que les tores complexes ne servent pas directement en arithmétique mais ils ouvrent la porte à un nombre impressionnant d'objets nouveaux : courbes elliptiques, courbes modulaires, surfaces et de Riemann et courbes algébriques, leur corps de fonction, leur réduction mod $p$ et autres versions $p$-adiques, les représentations galoisiennes et le problème de leurs fonctions L, qu'au bout d'un moment ça en devient un sujet central de toutes les maths, dont l'arithmétique.
  • Bonsoir,

    Et bien merci beaucoup pour ces références. On dirait qu'il est maintenant temps de m'y mettre.

    Bonne soirée.
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