Математические заметки
RUS  ENG    ЖУРНАЛЫ   ПЕРСОНАЛИИ   ОРГАНИЗАЦИИ   КОНФЕРЕНЦИИ   СЕМИНАРЫ   ВИДЕОТЕКА   ПАКЕТ AMSBIB  
Общая информация
Последний выпуск
Скоро в журнале
Архив
Импакт-фактор
Правила для авторов
Лицензионный договор
Загрузить рукопись

Поиск публикаций
Поиск ссылок

RSS
Последний выпуск
Текущие выпуски
Архивные выпуски
Что такое RSS



Матем. заметки:
Год:
Том:
Выпуск:
Страница:
Найти






Персональный вход:
Логин:
Пароль:
Запомнить пароль
Войти
Забыли пароль?
Регистрация


Математические заметки, 2023, том 114, выпуск 6, страницы 808–821
DOI: https://doi.org/10.4213/mzm14114
(Mi mzm14114)
 

Эта публикация цитируется в 2 научных статьях (всего в 2 статьях)

Явные формулы дифференцирования гиперэллиптических функций

Е. Ю. Буньковаa, В. М. Бухштаберa

a Математический институт им. В. А. Стеклова Российской академии наук, г. Москва
Список литературы:
Аннотация: В работе дано явное решение известной задачи дифференцирования гиперэллиптических функций по параметрам соответствующей гиперэллиптической кривой.
Библиография: 24 названий.
Ключевые слова: сигма-функции, образующие поля гиперэллиптических функций, уравнения теплопроводности, уравнения Шрёдингера, неголономный репер, алгебра Ли дифференциальных операторов.
Поступило: 28.07.2023
Англоязычная версия:
Mathematical Notes, 2023, Volume 114, Issue 6, Pages 1151–1162
DOI: https://doi.org/10.1134/S0001434623110470
Реферативные базы данных:
Тип публикации: Статья
УДК: 517.588

1. Введение

Задача дифференцирования абелевых функций на якобианах алгебраических кривых по параметрам семейства кривых является классической. В случае эллиптических функций Вейерштрасса она была решена в работе Фробениуса и Штикельбергера (см. [1]). В связи с созданием алгебро-геометрических методов теории солитонов и математической физики (см. [2]–[4]) эта задача стала актуальной, так как эти методы позволили получать решения фундаментальных динамических систем в терминах абелевых функций на якобианах алгебраических кривых. Были введены универсальные расслоения якобианов, базой которых являются многообразия параметров алгебраических кривых. Содержательно, одна часть параметров выделяет гамильтоновы динамические системы, а вторая их часть задает значения гамильтонианов этих систем. Задача дифференцирования абелевых функций на якобианах алгебраических кривых по параметрам семейства кривых становится задачей описания зависимости решений от вариации начальных данных и значений гамильтонианов.

В работе [5] на основе теории многомерных сигма-функций, см. [6], предложен общий подход к решению этой задачи в случае большого семейства кривых, так называемых $(n,s)$-кривых. В данной работе в рамках этого подхода получено явное решение в случае $(2, 2g+1)$-кривых, т.е. для гиперэллиптических кривых любого рода $g$.

Мы рассматриваем гиперэллиптическую кривую рода $g \in \mathbb{N}$ в модели

$$ \begin{equation} \mathcal{V}_\lambda=\bigl\{(x, y)\in\mathbb{C}^2 \colon y^2=x^{2g+1}+\lambda_4 x^{2 g-1}+\lambda_6 x^{2 g-2}+\dots+ \lambda_{4 g} x+\lambda_{4 g+2}\bigr\}. \end{equation} \tag{1} $$
Здесь $\lambda=(\lambda_4, \lambda_6, \dots, \lambda_{4 g}, \lambda_{4 g+2}) \in \mathbb{C}^{2 g}$ – параметры кривой. Пусть $\mathcal{B} \subset \mathbb{C}^{2g}$ – подпространство параметров такое, что кривая $\mathcal{V}_{\lambda}$ невырождена для $\lambda \in \mathcal{B}$. Тогда $\mathcal{B}=\mathbb{C}^{2g} \setminus \Sigma$, где $\Sigma$ – дискриминантная гиперповерхность. Обозначим через $\mathcal{P}$ кольцо полиномов от $\lambda \in \mathcal{B} \subset \mathbb{C}^{2g}$. Далее в формулах мы будем использовать обозначения $\lambda_0=1$ и $\lambda_s=0$ при $s \ne 0$ и $s \ne 2 k+2$ для $k=1,2,\dots,2g$.

Для мероморфной функции $f$ на $\mathbb{C}^g$ вектор $\omega \in \mathbb{C}^g$ является периодом, если

$$ \begin{equation*} f(z+\omega)=f(z) \qquad\text{для всех}\quad z \in \mathbb{C}^g. \end{equation*} \notag $$
Если у мероморфной функции $f$ есть $2g$ независимых периодов в $\mathbb{C}^g$, то $f$ – абелева функция. Таким образом, абелева функция – это мероморфная функция на комплексном торе $T^g=\mathbb{C}^g/\Gamma$, где $\Gamma \subset \mathbb{C}^g$ – решетка ранга $2g$. Обозначим координаты в $\mathbb{C}^g$ через $z=(z_1, z_3, \dots, z_{2g-1})$.

В настоящей работе мы используем теорию гиперэллиптических функций Клейна [6]–[12]. Они строятся на основе сигма-функции $\sigma(z, \lambda)$, где $(z, \lambda) \in \mathbb{C}^g \times \mathcal{B} \subset \mathbb{C}^{3g}$. Положим $\partial_k=\partial/ \partial z_k$. Обозначим

$$ \begin{equation} \wp_{k_1, \dots, k_n}=- \partial_{k_1} \dots \partial_{k_n} \ln \sigma(z, \lambda), \end{equation} \tag{2} $$
где $n \geqslant 2$, $k_s \in \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\}$.

Для каждого $\lambda \in \mathcal{B}$ набор периодов базисных голоморфных дифференциалов на кривой $\mathcal{V}_\lambda$ порождает решетку $\Gamma_\lambda$ ранга $2 g$ в $\mathbb{C}^g$. Тор $T^g_\lambda= \mathbb{C}^g/\Gamma_\lambda$ называется многообразием Якоби кривой $\mathcal{V}_{\lambda}$. Выражения $\wp_{k_1, \dots, k_n}$ как функции от $z$ являются абелевыми функциями с решеткой периодов $\Gamma_\lambda$. Поле абелевых функций на многообразии Якоби кривой $\mathcal{V}_{\lambda}$ совпадает с полем рациональных функций от $\wp_{k_1, \dots, k_n}$.

Рассматривая выражения $\wp_{k_1, \dots, k_n}$ как функции на расслоении $\mathcal{U}$ с базой $\mathcal{B}$ и слоем $T^g_\lambda$ над $\lambda \in \mathcal{B}$, мы приходим к следующему определению: гиперэллиптическими функциями рода $g$ называются рациональные функции от выражений $\wp_{k_1, \dots, k_n}$ над кольцом $\mathcal{P}$. Обозначим поле гиперэллиптических функций рода $g$ через $\mathcal{F}$. Мы рассматриваем задачу описания образующих этого поля в п. 4.

Задача дифференцирования гиперэллиптических функций по параметрам является обобщением для рода $g$ результата работы [1], см. также [5; § 1.2]. Приведем постановку этой задачи из [5; § 1.1]:

Задача 1.1. 1. Найти $3g$ образующих $\mathcal{F}$-модуля $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ дифференцирований поля $\mathcal{F}$.

2. Описать структуру алгебры Ли $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ над полем $\mathcal{F}$ (т.е. найти коммутационные соотношения этой алгебры Ли).

3. Описать действие $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ на $\mathcal{F}$.

В нашем подходе к решению этой задачи среди $3g$ образующих $\mathcal{F}$-модуля $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ выделяются $g$ образующих, соответствующих дифференцированиям $\partial_k=\partial/\partial z_k$ вдоль слоя расслоения $\mathcal U$. Остальные $2g$ образующих соответствуют дифференцированию по параметрам гиперэллиптической кривой (1).

Дубровин в случае рода $g=1$ показал значение решения задачи 1.1 с точки зрения дифференциальной геометрии универсального расслоения многообразий Якоби эллиптических кривых. Связность в этом расслоении он назвал $FS$-связностью (см. [13; добавление C]). В обзоре [6] задача 1.1 была рассмотрена с примерами в случаях эллиптических кривых рода $g=1$ и гиперэллиптических кривых рода $g=2$. Решение задачи 1.1 в случае рода $g=2$ описано в [14; теоремы B.3 и B.6]. В случае рода $g=3$ оно описано в [15; теорема 10.1 и следствие 10.2].

В настоящей работе мы строим решения задачи 1.1 для гиперэллиптических кривых любого рода $g \in \mathbb{N}$ на основе [5; теорема 14]. Для этого нам понадобятся линейные операторы, аннулирующие сигма-функцию $\sigma(z, \lambda)$. Их эффективное описание дано в работе [16]. Эти операторы строятся на основе полиномиальной алгебры Ли [17] векторных полей, касательных к дискриминантной гиперповерхности $\Sigma$ в $\mathbb{C}^{2g}$. Обозначим эту полиномиальную алгебру Ли через $\mathcal{L}$. Образующие $\mathcal{L}$ – это векторные поля

$$ \begin{equation} L_{2k}=\sum_{s=2}^{2g+1} v_{2k+2, 2s-2}(\lambda) \frac{\partial}{\partial \lambda_{2s}}, \qquad k=0, 1, 2, \dots, 2g-1, \end{equation} \tag{3} $$
где для $l, m \in \{ 1, 2, \dots, 2 g\}$ при $l\leqslant m$ мы полагаем
$$ \begin{equation*} v_{2l, 2m}(\lambda)=\sum_{s=0}^{l-1} 2 (l+m-2 s) \lambda_{2s} \lambda_{2 (l+m-s)} -\frac{2 l (2 g-m+1)}{2 g+1} \lambda_{2l} \lambda_{2m}, \end{equation*} \notag $$
а при $l > m $ полагаем $v_{2l, 2m}(\lambda)=v_{2m, 2l}(\lambda)$ (см. [18; § 4.1] и [17]). В точке $\lambda \in \mathcal{B}$ векторные поля $\{L_{0}, L_{2}, L_{4}, \dots, L_{4 g-2}\}$ определяют $2g$-мерный неголономный репер. Структура полиномиальной алгебры Ли как $\mathcal{P}$-модуля определяется полиномиальными матрицами $V(\lambda)=(v_{2l,2m}(\lambda))$ и $C(\lambda)= (c_{2i,2j}^{2k}(\lambda))$, где $l, m \in \{ 1, 2, \dots, 2 g\}$, $i,j,k \in \{0,1,\dots,2g-1\}$, и коэффициенты $c_{2i,2j}^{2k}(\lambda)$ определяются равенствами
$$ \begin{equation} [L_{2i},L_{2j}]=\sum_{k=0}^{2g-1} c_{2i,2j}^{2k}(\lambda)L_{2k}. \end{equation} \tag{4} $$
Согласно [5; теорема 7] имеем $\Sigma=\{ \lambda \in \mathbb{C}^{2g} \mid \det V(\lambda)=0 \}$.

Лемма 1.2. Поле $L_0$ – векторное поле Эйлера. Для каждого $k \in \{1,2,\dots,2g-2\}$ имеет место соотношение

$$ \begin{equation*} [L_0, L_{2k}]=2 k L_{2k}. \end{equation*} \notag $$

Лемма 1.3 [16; лемма 4.3]. Для каждого $k \in \{1,2,\dots,2g-2\}$ имеет место соотношение

$$ \begin{equation} [L_2, L_{2k}]=2 (k-1) L_{2k+2}+\frac{4 (2 g-k)}{(2 g+1)} (\lambda_{2k+2} L_0-\lambda_4 L_{2k-2}). \end{equation} \tag{5} $$

Системой уравнений теплопроводности [19], [20] в неголономном репере $\mathcal{L}$ называется система уравнений

$$ \begin{equation} Q_{2k} \varphi=0, \qquad k=0, 1, 2, \dots, 2g-1. \end{equation} \tag{6} $$
Здесь операторы Шрёдингера $Q_{2k}$ – это дифференциальные операторы в пространстве $\mathbb{C}^{3g}$ с координатами $(z, \lambda)$ вида
$$ \begin{equation} Q_{2k}=L_{2k}-H_{2k}, \end{equation} \tag{7} $$
где
$$ \begin{equation} \begin{gathered} \, H_{2k}=\frac{1}{2} \sum_{a,b} (\alpha^{a,b}_{2k}\partial_a \partial_b+2 \beta^b_{2k,a}z_a\partial_b+\gamma_{2k,a,b}z_a z_b)+\delta_{2k}, \\ \alpha^{a,b}_{2k} \in \mathcal{P}, \quad \alpha^{a,b}_{2k}= \alpha^{b,a}_{2k}, \quad \beta^b_{2k,a} \in \mathcal{P}, \quad \gamma_{2k,a,b} \in \mathcal{P}, \quad \gamma_{2k,a,b}=\gamma_{2k,b,a}, \quad \delta_{2k} \in \mathcal{P}, \notag \end{gathered} \end{equation} \tag{8} $$
и выполнено $\alpha^{a,b}_{2k}=\beta^b_{2k,a}=\gamma_{2k,a,b}=0$ кроме нечетных $a, b$ от $1$ до $2g-1$. Эти операторы удовлетворяют условию (см. [19; теорема 1.3]), что алгебра Ли с образующими $\{Q_{0}, Q_{2}, Q_{4}, \dots, Q_{4 g-2}\}$ – это представление полиномиальной алгебры Ли $\mathcal{L}$. То есть имеют место равенства
$$ \begin{equation*} [Q_{2i},Q_{2j}]=\sum_{k=0}^{2g-1} c_{2i,2j}^{2k}(\lambda)Q_{2k}, \end{equation*} \notag $$
где коэффициенты $c_{2i,2j}^{2k}(\lambda)$ заданы выражениями (4).

Следствие 1.4. Для каждого $k \in \{1,2,\dots,2g-2\}$ имеет место соотношение

$$ \begin{equation} [Q_2, Q_{2k}]=2 (k-1) Q_{2k+2}+\frac{4 (2 g-k)}{(2 g+1)} (\lambda_{2k+2} Q_0-\lambda_4 Q_{2k-2}). \end{equation} \tag{9} $$

Cигма-функция $\sigma(z, \lambda)$ является решением системы уравнений теплопроводности (6) с начальным условием, заданным полиномом (см. [21]). Коэффициенты $\alpha^{a,b}_{2k}$, $\beta^{b}_{2k, a}$ и $\gamma_{2k,a,b}$ выражения (8) являются коэффициентами символов Кристоффеля связности Гаусса–Манина расслоения с базой $\mathcal{B}$, слоем которого над $\lambda \in \mathcal{B}$ является кривая $\mathcal{V}^\circ_\lambda$, представляющая собой кривую $\mathcal{V}_\lambda$ с выколотой точкой на бесконечности (cм. [5; § 3.1 и теорема 13]). Более подоробно связь операторов (7) с теорией абелевых функций, проблемой Римана–Шоттки и уравнениями Шрёдингера в магнитных полях мы описали в [16; § 1]. В настоящей работе в теореме 2.1 мы получаем явный вид этих операторов.

2. Коэффициенты операторов Шрёдингера

Теорема 2.1. Для операторов Шрёдингера в (8) для нечетных $a, b$ от $1$ до $2g-1$ имеем

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, \alpha^{a,b}_{2k}=1, \quad \textit{если}\ \ a+b=2 k, \qquad \alpha^{a,b}_{2k}=0, \quad \textit{если}\ \ a+b \ne 2 k, \\ \beta^b_{2k,a}=\frac{|2k-a-b|}{2} \lambda_{2k+a-b}, \qquad \textit{если}\ \ a-b \ne 2, \quad (a-b-1)(2k-a-b)>0, \\ \beta^b_{2k,a}=0, \qquad \textit{если}\quad a-b \ne 2, \quad (a-b-1)(2k-a-b) \leqslant 0, \\ \beta^{a-2}_{2k,a}=-\min(a, k+1) \lambda_{2k+2}+\frac{a (k+1)}{2g+1} \lambda_{2k+2}, \\ \gamma_{2k,a,b}=\sum_{s=0}^{\min(a, (2 k-b+a) /2)} \frac{(a-s) (2 k-b+ a-2 s)}{2} \lambda_{2s} \lambda_{2k+a+b-2s}, \qquad \textit{если} \quad b > a, \\ \gamma_{2k,a,b}=\gamma_{2k,b,a}, \qquad \textit{если} \quad a > b, \\ \gamma_{2k,a,a} =\!\sum_{s=0}^{\min(a,k)}\! (a-s) (k-s) \lambda_{2s} \lambda_{2k+2a-2s} -(k+1) \lambda_{2k+2} \lambda_{2 a-2}+ \frac{a (k+1)}{2 g+1} \lambda_{2k+2} \lambda_{2 a-2}, \\ \delta_{2k}=\biggl(- \frac{1}{4} (2g-k+1) (2g-k)+\frac{1}{2} \biggl(g+\biggl[ \frac{k+1}{2} \biggr]-k \biggr) \biggl(g-\biggl[ \frac{k+1}{2} \biggr]\biggr) \biggr) \lambda_{2k}. \end{gathered} \end{equation*} \notag $$

Доказательство. Выражения для $\alpha^{a,b}_{2k}$ и $\delta_{2k}$ получаются из леммы 3.1 в [16]. Ее доказательство основано на результатах работы [19].

Выражения теоремы 2.1 для $k=0,1$ и $2$ следуют из теоремы 4.1 в [16]. Нам потребуются выражения для $\beta^b_{2k,a} $ и $\gamma_{2k,a,b}$. Для нечетных $a, b$ от $1$ до $2g-1$ имеем

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, \beta^a_{0,a} =a \quad \text{и} \quad \beta^b_{0,a}=0, \qquad \text{если} \quad a \ne b; \\ \gamma_{0,a,b} = 0; \\ \beta^{a-2}_{2,a}=- 2 \lambda_{4}+\frac{2 a}{2g+1} \lambda_{4} \qquad \text{для} \quad a \geqslant 3, \\ \beta^{a+2}_{2,a}=a \qquad \text{для} \quad a \leqslant 2g-3, \\ \beta^b_{2,a} =0, \qquad \text{если} \quad a < b-2, \quad \text{либо} \ \ a > b+2, \quad \text{либо} \ \ a=b; \\ \gamma_{2,a,a} =a \lambda_{2a+2}-2 \lambda_{4} \lambda_{2 a-2}+\frac{2 a}{2 g+1} \lambda_{4} \lambda_{2 a-2}, \qquad \gamma_{2,a,b}=0, \quad \text{если} \ \ b \ne a; \\ \beta^{a+4}_{4,a} =a \qquad \text{для} \quad a \leqslant 2g-5, \\ \beta^a_{4,a} =(a-2) \lambda_{4} \qquad \text{для} \quad a \geqslant 3, \\ \beta^{a-2}_{4,a} =- 3 \lambda_{6}+\frac{3 a}{2g+1} \lambda_{6} \qquad \text{для} \quad a \geqslant 3, \\ \beta^{b}_{4,a}=0, \qquad \text{если}\quad a < b-4, \quad \text{либо} \ \ a=b-2, \quad \text{либо} \ \ a=b=1, \quad \text{либо} \ \ a > b+2; \\ \gamma_{4,a,a} =2 a \lambda_{2a+4}-3 \lambda_{6} \lambda_{2 a-2}+ \frac{3 a}{2 g+1} \lambda_{6} \lambda_{2 a-2}, \\ \gamma_{4,a,b} =\min(a,b) \lambda_{4+a+b}, \qquad \text{если} \quad a=b+2, \quad \text{либо} \ \ b=a+2, \\ \gamma_{4,a,b} =0, \qquad \text{если} \quad a > b+2, \quad \text{либо} \ \ b > a+2. \end{gathered} \end{equation*} \notag $$

Выражения теоремы для $\beta^b_{2k,a}$ и $\gamma_{2k,a,b}$ при $k > 2$ получаются индукцией по $k$. А именно, при $k > 2$ соотношение (9) с учетом соотношений (5) и (7) дает выражение

$$ \begin{equation*} \begin{aligned} \, 2 (k-2) H_{2k} &=[H_{2}, L_{2k-2}]+[L_{2} , H_{2k-2}] \\ &\qquad-[H_{2}, H_{2k-2}]-4 (\lambda_{2k} H_{0}-\lambda_4 H_{2k-4}) +\frac{4 k}{(2 g+1)} (\lambda_{2k} H_{0}-\lambda_4 H_{2k-4}), \end{aligned} \end{equation*} \notag $$
из которого с учетом выражений (3) получаем шаг индукции. При этом обратим внимание, что в выражении для оператора $H_2$, см. (8), имеем $\alpha^{a,b}_{2} \ne 0$ лишь при $a=b=1$, что позволяет доказать шаг индукции для коэффициентов $\beta^b_{2k,a}$, используя выражения следствий 2.32.5 и выражения $\beta^b_{2s,a}$ при $s < k$. Шаг индукции для коэффициентов $\gamma_{2k,a,b}$ получается с использованием соответствующих выражений для коэффициентов $\beta^b_{2s,a}$ и $\gamma_{2s,a,b}$ при $s < k$.

Следствие 2.2. Выполнено $\beta^b_{2k,1}=1$, если $b=2 k+1$, и $\beta^b_{2k,1}=0$, если $b \ne 2 k+1$.

Следствие 2.3. Выполнено $\gamma_{2k,1,1}=(k-2g)\lambda_{2k+2}/(2g+1)$.

Следствие 2.4. Выполнено $\gamma_{2k,1,b}=(2 k-b+1) \lambda_{2k+1+b} / 2$, если $1<b<2 k+1$.

Следствие 2.5. Выполнено $\gamma_{2k,1,b}=0$, если $1<b$ и $2 k+1 \leqslant b$.

3. Решение задачи дифференцирования гиперэллиптических функций

Положим $\zeta_{k}=\partial_k \ln \sigma(z, \lambda)$, см. выражения (2). Приведем формулировку теоремы 14 в [5] в случае гиперэллиптических кривых в модели (1):

Теорема 3.1 [5; теорема 14]. Задача 1.1 имеет следующее решение:

Таким образом, теоремы 2.1 и 3.1 совместно дают явное решение задачи 1.1.

Следствие 3.2. Действие $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ на образующую $\wp_{1,1}$ поля $\mathcal{F}$ (см. п. 4) задается для $j \in \{ 0, 1, \dots, 2 g-1\}$, $s \in \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\}$ соотношениями

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, \partial_s \wp_{1,1} =\wp_{1,1,s}, \\ \mathcal{L}_{2j} \wp_{1,1} =\frac12 \sum_{a} (\wp_{1,1,a,2j-a}-2 \wp_{1,a} \wp_{1,2j-a})+2 \wp_{1,2j+1}- \frac{j-2g}{2g+1}\lambda_{2j+2}, \end{gathered} \end{equation*} \notag $$
где суммирование ведется по нечетным $a$ от $1$ до $2j-1$. Также обратим внимание, что здесь
$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, \wp_{1,a}=0 \qquad\textit{для}\quad a \notin \{ 1, 3, \dots, 2 g- 1\}, \\ \wp_{1,1,a,b}=0 \qquad\textit{для}\quad a \notin \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\} \quad\textit{или}\quad b \notin \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\}. \end{gathered} \end{equation*} \notag $$

Доказательство. Этот результат получается напрямую из п. 3 теоремы 3.1, выражений для $\alpha^{a,b}_{2k}$ теоремы 2.1 и следствий 2.2, 2.3.

4. Образующие поля $\mathcal{F}$

Теорема 4.1. Каждая из функций

$$ \begin{equation*} \wp_{k_1, \dots, k_n}, \qquad\textit{где}\quad n \geqslant 2, \quad k_s \in \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\} \quad\textit{для всех}\ \ s \in \{1,2,\dots,n\} \end{equation*} \notag $$
(см. (2)), и параметров $\lambda_m$ гиперэллиптической кривой, где $m \in \{ 4, 6, \dots, 4 g+2\}$, представляется как полином с рациональными коэффициентами от функций
$$ \begin{equation*} \wp_{1,k}, \quad \wp_{1,1,k},\quad \wp_{1,1,1,k}, \qquad\textit{где}\quad k \in \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\}. \end{equation*} \notag $$

Доказательство теоремы напрямую следует из лемм 6.3, 6.4, 7.1 и 7.2 в [22]. А именно, обозначим кольцо полиномов с рациональными коэффициентами от функций $\wp_{1,k}, \wp_{1,1,k}, \wp_{1,1,1,k}$, где $k \in \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\}$, через $\mathcal{R}$. Согласно [22; лемма 6.3] $\lambda_m \in \mathcal{R}$ для $m \in \{ 4, 6, \dots, 4 g+2\}$. Согласно [22; лемма 6.4] $\wp_{k_1, k_2} \in \mathcal{R}$ для $k_1, k_2 \in \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\}$. Из лемм 7.1 и 7.2 в [22] мы получаем, что $\partial_k r \in \mathcal{R}$ для $r \in \mathcal{R}$, где $k \in \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\}$, что завершает доказательство теоремы.

Теорема 4.1 позволяет ввести образующие поля $\mathcal{F}$. Классическим выбором образующих этого поля являются координаты Дубровина–Новикова, см. [5; замечание 16]. Приведем результаты, задающие выражения параметров $\lambda_m$ гиперэллиптической кривой, где $m \in \{ 4, 6, \dots, 4 g+2\}$, и координат Дубровина–Новикова $u_k=- \partial_{1}^k \ln \sigma(z, \lambda)$, где $k \geqslant 2$, в качестве полиномов над $\mathbb{Q}$ от образующих поля $\mathcal{F}$. Обозначим

$$ \begin{equation*} b_{1,k}=\wp_{1,k}, \qquad b_{2,k}=\wp_{1,1,k}, \qquad b_{3,k}=\wp_{1,1,1,k}. \end{equation*} \notag $$

Теорема 4.2 [22; теорема 6.7], [23]. Соотношение

$$ \begin{equation} 4 \mathbf{m}(\xi)=\mathbf{b}_2(\xi)^2+2 \mathbf{b}_3(\xi) (1- \mathbf{b}_1(\xi))+4 (\xi^{-1}+2 b_{1,1}) (1-\mathbf{b}_1(\xi))^2, \end{equation} \tag{11} $$
где
$$ \begin{equation} \mathbf{m}(\xi) =\xi^{-1}+\sum_{j=1}^{2g} \lambda_{2j+2} \xi^j, \qquad \mathbf{b}_i(\xi) =\sum_{j=1}^g b_{i,2j-1} \xi^j \quad \textit{для}\ \ i=1,2,3, \end{equation} \tag{12} $$
задает выражения для параметров $\lambda_m$, $m \in \{ 4, 6, \dots, 4 g+ 2\}$, гиперэллиптической кривой в качестве полиномов над $\mathbb{Q}$ от образующих $b_{1,k}, b_{2,k}, b_{3,k}$, где $k \in \{ 1, 3, \dots, 2 g- 1\}$.

Рассмотрим формальный дифференциальный оператор $\mathcal{D}_1$, действующий на $\mathbb{Q}[b_{1,k}, b_{2,k}, b_{3,k}]$, где $k \in \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\}$, и заданный соотношением

$$ \begin{equation} \mathcal{D}_1 =\sum_{j \in \{1,3,\dots,2g-1\}} b_{2,j} \frac{\partial}{\partial b_{1,j}}+b_{3,j} \frac{\partial}{\partial b_{2,j}}+4 (2 b_{1,1} b_{2,j}+b_{2,1} b_{1, j}+b_{2, j+2}) \frac{\partial}{\partial b_{3,j}}, \end{equation} \tag{13} $$
где $b_{2,2 g+1}=0$.

Лемма 4.3 [22; лемма 7.1] или [15; лемма 6.2]. Имеют место соотношения

$$ \begin{equation*} \wp_{1,1,k}=\mathcal{D}_1(b_{1,k}), \qquad \wp_{1,1,1,k} = \mathcal{D}_1(b_{2,k}), \qquad \wp_{1,1,1,1,k} =\mathcal{D}_1(b_{3,k}). \end{equation*} \notag $$

Лемма 4.4. Имеют место соотношения

$$ \begin{equation*} \mathcal{D}_1(\lambda_m) =0 \end{equation*} \notag $$
для всех параметров гиперэллиптической кривой $\lambda_m$, $m \in \{ 4, 6, \dots, 4 g+2\}$, заданных в качестве полиномов над $\mathbb{Q}$ от переменных $b_{1,k}, b_{2,k}, b_{3,k}$, $k \in \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\}$, выражениями теоремы 4.2.

Доказательство леммы получается применением оператора (13) к правой части равенства (11).

Следствие 4.5. Действие оператора $\mathcal{D}_1$ на поле рациональных функций над $\mathbb{Q}$ от образующих $b_{1,k}, b_{2,k}, b_{3,k}$, где $k \in \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\}$, совпадает с действием оператора $\partial_1$ на $\mathcal{F}$.

Выражения (13) позволяют задать координаты Дубровина–Новикова как полиномы с рациональными коэффициентами от функций $\wp_{1,k}, \wp_{1,1,k}, \wp_{1,1,1,k}$, где $k \in \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\}$:

Следствие 4.6. Для координат Дубровина–Новикова $u_k=- \partial_{1}^k \ln \sigma(z, \lambda)$, где $k \geqslant 2$, имеют место следующие выражения:

$$ \begin{equation*} u_2 =b_{1,1}, \qquad u_3 =b_{2,1}, \qquad u_4 =b_{3,1}, \qquad u_{s+2} =\mathcal{D}_1^s(b_{1,1}). \end{equation*} \notag $$

Выражения для координат $b_{1,k}, b_{2,k}, b_{3,k}$, где $k \in \{ 1, 3, \dots, 2 g-1\}$, как полиномов с рациональными коэффициентами от координат Дубровина–Новикова $u_{s}$ и параметров $\lambda_m$ гиперэллиптической кривой можно найти на основе равенства (11). А именно, для $\mathbf{b}_i(\xi)$, заданных равенствами (12), положим

$$ \begin{equation} \sum_{k=1}^{2g+1} \varepsilon_{2k} \xi^k=\xi \mathbf{b}_2(\xi)^2+2 \xi \mathbf{b}_3(\xi) (1-\mathbf{b}_1(\xi))+4 \mathbf{b}_1(\xi)^2+8 b_{1,1} \xi (1-\mathbf{b}_1(\xi))^2. \end{equation} \tag{14} $$
Имеем $\varepsilon_{2}=8 b_{1,1}=8 u_2$. Для $k \in \{2, 3, \dots, g\}$ уравнение (14) определяет $\varepsilon_{2k}$ как однородный полином с рациональными коэффициентами от $b_{1,s}$, $b_{2,s}$ и $b_{3,s}$, где $s \in \{1,3,\dots,2k-3\}$. Соотношения
$$ \begin{equation} b_{1,2k-1}=\frac{1}{8} \varepsilon_{2k}-\frac12 \lambda_{2k} \end{equation} \tag{15} $$
задают требующиеся выражения рекуррентно.

Следствие 4.7. В теореме 3.1 если известны выражения (10), то действие $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ на $\mathcal{F}$ задается действием $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ на функцию $\wp_{1,1}$, заданным явно в следствии 3.2.

Пример 4.8. В результате применения соотношений (15), получаем выражения для координат $b_{1,k}, b_{2,k}, b_{3,k}$, где $k \in \{ 1, 3, \dots, 2 g- 1\}$, как полиномов с рациональными коэффициентами от координат Дубровина–Новикова $u_{s}$ и параметров $\lambda_m$ гиперэллиптической кривой, например при $k=1,3,5$:

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, \begin{alignedat}{3} b_{1,1} &=u_2, &\qquad b_{2,1} &=u_3, &\qquad b_{3,1} &=u_4, \\ b_{1,3} &=-\frac{3}{2}u_2^2+\frac14 u_4-\frac12 \lambda_4, &\qquad b_{2,3} &=- 3 u_2 u_3+\frac14 u_5, &\qquad b_{3,3}&=- 3 u_3^2-3 u_2 u_4+\frac14 u_6, \end{alignedat} \\ b_{1,5} =\frac52u_2^3-\frac58 u_3^2-\frac54 u_2 u_4+ \frac{1}{16} u_6+\frac12 \lambda_4 u_2-\frac12 \lambda_6, \\ b_{2,5} =\frac{15}{2}u_2^2 u_3-\frac52 u_3 u_4-\frac54 u_2 u_5+\frac{1}{16} u_7+\frac12 \lambda_4 u_3, \\ b_{3,5} =15 u_2 u_3^2+\frac{15}{2} u_2^2 u_4-\frac52 u_4^2-\frac{15}{4} u_3 u_5-\frac54 u_2 u_6+\frac{1}{16} u_8+\frac12 \lambda_4 u_4. \end{gathered} \end{equation*} \notag $$

Напомним, что решение параметрической иерархии Кортевега–де Фриза (см. [22]) в терминах гиперэллиптичеcкой функции $\wp_{1,1}$ любого рода $g$ следует из тождества

$$ \begin{equation*} \partial_k \wp_{1,1}=\partial_1 \wp_{1,k}, \end{equation*} \notag $$
где $k \in \{3, 5, \dots, 2g-1\}$. Так как в наших обозначениях $\wp_{1,k}=b_{1,k}$, то важными являются явные формулы, выражающие базисные функции $\wp_{1,k}$, где $k \in \{3, 5, \dots, 2g-1\}$, в виде полиномов от базисных функций Дубровина–Новикова с коэффициентами в кольце полиномов, порожденных коэффициентами гиперэллиптической кривой. См. формулы примера 4.8, вид которых не зависит от рода кривой.

Рассмотрим в поле гиперэллиптических функций рода $g$ подкольцо, порожденное над полем рациональных чисел базисными функциями Дубровина–Новикова. Как показывают формулы примера 4.9, наши базисные функции $b_{1,k}$ не принадлежат этому кольцу, а являются рациональными функциями над полем рациональных чисел от базисных функций Дубровина–Новикова.

Явные формулы этих рациональных функций важны, так как приводят к известным интегрируемым нелинейным дифференциальным уравнениям, не содержащим параметры, см. [14] и [24].

Пример 4.9. В явном виде в случае рода $g=2$ следствие 4.6 дает следующие выражения:

$$ \begin{equation*} \begin{aligned} \, u_2 &=b_{1,1}, &\qquad u_5 &=12 b_{1,1} b_{2,1}+4 b_{2,3}, \\ u_3 &=b_{2,1}, &\qquad u_6 &=12 b_{2,1}^2+12 b_{1,1} b_{3,1}+4 b_{3,3}, \\ u_4 &=b_{3,1}, &\qquad u_7 &=144 b_{1,1}^2 b_{2,1}+36 b_{2,1} b_{3,1}+16 b_{2,1} b_{1,3}+80 b_{1,1} b_{2,3}. \end{aligned} \end{equation*} \notag $$
Эти формулы позволяют выразить координаты $b_{1,1}, b_{2,1}, b_{3,1}, b_{1,3}, b_{2,3}, b_{3,3}$ как рациональные функции над $\mathbb{Q}$ от координат Дубровина–Новикова $u_{s}$, а именно, мы получаем выражения
$$ \begin{equation*} \begin{aligned} \, b_{1,1} &=u_2, &\qquad b_{2,3} &=\frac14 u_5-3 u_2 u_3, \\ b_{2,1} &=u_3, &\qquad b_{3,3} &=\frac14 u_6-3 u_3^2-3 u_2 u_4, \\ b_{3,1} &=u_4, &\qquad b_{1,3} &=\frac{u_7+96 u_2^2 u_3-36 u_3 u_4-20 u_2 u_5}{16 u_3}. \end{aligned} \end{equation*} \notag $$

5. Примеры решений задачи 1.1

Приведем явные формулы решения задачи 1.1 в случае $g=1,2$ и $3$.

Для демонстрации приложения общих формул из теоремы 3.1 формулы ниже записаны в соответствии с формулировкой этой теоремы.

5.1. Род $g=1$

Мы рассматриваем эллиптическую кривую в модели

$$ \begin{equation*} \mathcal{V}_\lambda=\{(x, y)\in\mathbb{C}^2 \colon y^2=x^{3}+\lambda_4 x+\lambda_6\}. \end{equation*} \notag $$
Согласно теореме 2.1 операторы (8) имеют вид
$$ \begin{equation*} H_{0} =z_1 \partial_1-1, \qquad H_{2} =\frac12 \partial_1^2-\frac16 \lambda_4 z_1^2. \end{equation*} \notag $$

Задача 1.1 имеет следующее решение:

1) образующие $\mathcal{F}$-модуля $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ – это операторы

$$ \begin{equation} \mathcal{L}_{0}=L_{0}-z_1 \partial_1, \qquad \mathcal{L}_{1}= \partial_1, \qquad \mathcal{L}_{2}=L_{2}-\zeta_1 \partial_1; \end{equation} \tag{16} $$

2) структура алгебры Ли $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ задается коммутационными соотношениями

$$ \begin{equation*} [\mathcal{L}_{0}, \mathcal{L}_1] =\mathcal{L}_1, \qquad [\mathcal{L}_1, \mathcal{L}_{2}] =\wp_{1,1} \mathcal{L}_1, \qquad [\mathcal{L}_{0}, \mathcal{L}_{2}] =2 \mathcal{L}_{2}; \end{equation*} \notag $$

3) действие $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ на $\mathcal{F}$ задается для $m \in \{2,3\}$ формулами

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, \mathcal{L}_{0} \lambda_{2m} =L_{0} \lambda_{2m}, \qquad \mathcal{L}_1 \lambda_{2m} =0, \qquad \mathcal{L}_{2} \lambda_{2m} =L_{2} \lambda_{2m}, \\ \mathcal{L}_{0} \wp_{1,1} =2 \wp_{1,1}, \qquad \mathcal{L}_1 \wp_{1,1} = \wp_{1,1,1}, \qquad \mathcal{L}_{2} \wp_{1,1} =\frac12 \wp_{1,1,1,1}-\wp_{1,1}^2+\frac13 \lambda_4. \end{gathered} \end{equation*} \notag $$

Заменой параметров эллиптической кривой $g_2=- 4 \lambda_4$, $g_3=- 4 \lambda_6$ с учетом выражений (3) мы получаем выражения § 1.2 работы [5]. Образующие (16) $\mathcal{F}$-модуля $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ были впервые найдены в [1].

5.2. Род $g=2$

Согласно теореме 2.1 операторы (8) имеют вид

$$ \begin{equation*} \begin{aligned} \, H_0&=z_1 \partial_1+3 z_3 \partial_3-3, \\ H_2 &=\frac12 \partial_1^2-\frac{4}{5} \lambda_4 z_3 \partial_1+ z_1 \partial_3-\frac{3}{10} \lambda_4 z_1^2+\biggl(\frac32 \lambda_8-\frac{2}{5} \lambda_4^2\biggr) z_3^2, \\ H_4&=\partial_1 \partial_3-\frac{6}{5} \lambda_6 z_3 \partial_1+ \lambda_4 z_3 \partial_3-\frac{1}{5} \lambda_6 z_1^2+\lambda_8 z_1 z_3+\biggl(3 \lambda_{10}-\frac{3}{5} \lambda_4 \lambda_6\biggr) z_3^2- \lambda_4, \\ H_6 &=\frac12 \partial_3^2-\frac{3}{5} \lambda_8 z_3 \partial_1-\frac{1}{10} \lambda_8 z_1^2+2 \lambda_{10} z_1 z_3-\frac{3}{10} \lambda_4 \lambda_8 z_3^2-\frac12 \lambda_6. \end{aligned} \end{equation*} \notag $$

Задача 1.1 имеет следующее решение:

1) образующие $\mathcal{F}$-модуля $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ – это операторы $\mathcal{L}_{1}=\partial_1$, $\mathcal{L}_{3}= \partial_3$,

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, \mathcal{L}_{0} =L_{0}-z_1 \partial_1-3 z_3 \partial_3, \qquad \mathcal{L}_{2} =L_{2}-\zeta_1 \partial_1+\frac{4}{5} \lambda_4 z_3 \partial_1-z_1 \partial_3, \\ \mathcal{L}_{4} =L_{4}-\zeta_3 \partial_1-\zeta_1 \partial_3+\frac{6}{5} \lambda_6 z_3 \partial_1-\lambda_4 z_3 \partial_3, \qquad \mathcal{L}_{6} =L_{6}-\zeta_3 \partial_3+\frac{3}{5} \lambda_8 z_3 \partial_1; \end{gathered} \end{equation*} \notag $$

2) cтруктура алгебры Ли $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ задается коммутационными соотношениями

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, [\mathcal{L}_0, \mathcal{L}_1] =\mathcal{L}_1, \qquad [\mathcal{L}_0, \mathcal{L}_3] =3 \mathcal{L}_3, \qquad [\mathcal{L}_1, \mathcal{L}_3]=0, \\ [\mathcal{L}_0, \mathcal{L}_2] =2 \mathcal{L}_2, \qquad [\mathcal{L}_0, \mathcal{L}_4] =4 \mathcal{L}_4, \qquad [\mathcal{L}_0, \mathcal{L}_6]=6 \mathcal{L}_6, \\ [\mathcal{L}_1, \mathcal{L}_{2}] =\wp_{1,1} \mathcal{L}_1- \mathcal{L}_3, \qquad [\mathcal{L}_3, \mathcal{L}_{2}] =\wp_{1,3} \mathcal{L}_1+\frac{4}{5} \lambda_4 \mathcal{L}_1, \\ [\mathcal{L}_1, \mathcal{L}_{4}] =\wp_{1,3} \mathcal{L}_1+\wp_{1,1} \mathcal{L}_3, \qquad [\mathcal{L}_3, \mathcal{L}_{4}] =\wp_{3,3} \mathcal{L}_1+\wp_{1,3} \mathcal{L}_3+\frac65 \lambda_6 \mathcal{L}_1-\lambda_4 \mathcal{L}_3, \\ [\mathcal{L}_1, \mathcal{L}_{6}] =\wp_{1,3} \mathcal{L}_3, \qquad [\mathcal{L}_3, \mathcal{L}_{6}] =\wp_{3,3} \mathcal{L}_3+\frac35 \lambda_8 \mathcal{L}_1, \\ [\mathcal{L}_{2}, \mathcal{L}_{4}] =\frac12 \wp_{1,1,1} \mathcal{L}_3-\frac12 \wp_{1,1,3} \mathcal{L}_1+ \frac{8}{5}\lambda_6 \mathcal{L}_0 -\frac{8}{5}\lambda_4 \mathcal{L}_2+ 2 \mathcal{L}_6, \\ [\mathcal{L}_{2}, \mathcal{L}_{6}] =\frac12 \wp_{1,1,3} \mathcal{L}_3-\frac12 \wp_{1,3,3} \mathcal{L}_1+ \frac{4}{5}\lambda_8 \mathcal{L}_0 -\frac{4}{5}\lambda_4 \mathcal{L}_4, \\ [\mathcal{L}_{4}, \mathcal{L}_{6}] =\frac12 \wp_{1,3,3} \mathcal{L}_3-\frac12 \wp_{3,3,3} \mathcal{L}_1 -2\lambda_{10} \mathcal{L}_0+\frac{6}{5}\lambda_8 \mathcal{L}_2 -\frac{6}{5}\lambda_6 \mathcal{L}_4+2\lambda_4 \mathcal{L}_6; \end{gathered} \end{equation*} \notag $$

3) согласно следствию 4.7 действие $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ на $\mathcal{F}$ задается соотношениями

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, \mathcal{L}_{0} \wp_{1,1} =2 \wp_{1,1}, \qquad \mathcal{L}_1 \wp_{1,1}= \wp_{1,1,1}, \qquad \mathcal{L}_3 \wp_{1,1}=\wp_{1,1,3}, \\ \mathcal{L}_{2} \wp_{1,1} =\frac12 \wp_{1,1,1,1}-\wp_{1,1}^2+2 \wp_{1,3}+\frac{3}{5} \lambda_4, \\ \mathcal{L}_{4} \wp_{1,1} =\wp_{1,1,1,3}-2 \wp_{1,1} \wp_{1,3}+ \frac{2}{5} \lambda_6, \qquad \mathcal{L}_{6} \wp_{1,1} =\frac12 \wp_{1,1,3,3}-\wp_{1,3}^2+ \frac{1}{5} \lambda_8. \end{gathered} \end{equation*} \notag $$

Таким образом, мы получаем выражения § 4.2 работы [5] (мы исправили опечатки, допущенные в [5]) и формулы теорем Б.3 и Б.6 в [14].

5.3. Род $g=3$

Согласно теореме 2.1 операторы (8) имеют вид

$$ \begin{equation*} \begin{aligned} \, H_0 &=z_1 \partial_1+3 z_3 \partial_3+5 z_5 \partial_5-6; \\ H_2 &=\frac12 \partial_1^2-\frac87 \lambda_4 z_3 \partial_1+ z_1 \partial_3-\frac47 \lambda_4 z_5 \partial_3+3 z_3 \partial_5 \\ &\qquad-\frac{5}{14} \lambda_4 z_1^2+\biggl(\frac32 \lambda_8-\frac47 \lambda_4^2\biggr) z_3^2+ \biggl(\frac52 \lambda_{12}-\frac{2}{7} \lambda_4 \lambda_8 \biggr) z_5^2; \\ H_4 &=\partial_1 \partial_3-\frac{12}7 \lambda_6 z_3 \partial_1+ \lambda_4 z_3 \partial_3-\frac67 \lambda_6 z_5 \partial_3+z_1 \partial_5+3 \lambda_4 z_5 \partial_5 \\ &\qquad-\frac{2}{7} \lambda_6 z_1^2+\lambda_8 z_1 z_3 +\biggl(3 \lambda_{10}-\frac67 \lambda_4 \lambda_6\biggr) z_3^2 \\ &\qquad+3 \lambda_{12} z_3 z_5+\biggl(5 \lambda_{14}-\frac37 \lambda_6 \lambda_8 \biggr) z_5^2 -3 \lambda_4; \\ H_6 &=\frac12 \partial_3^2+\partial_1 \partial_5-\frac97 \lambda_8 z_3 \partial_1-\frac87 \lambda_8 z_5 \partial_3+ \lambda_4 z_3 \partial_5+2 \lambda_6 z_5 \partial_5 \\ &\qquad-\frac{3}{14} \lambda_8 z_1^2+2 \lambda_{10} z_1 z_3+\biggl(\frac{9}{2} \lambda_{12}-\frac{9}{14} \lambda_4 \lambda_8\biggr) z_3^2 \\ & \qquad+\lambda_{12} z_1 z_5+6 \lambda_{14} z_3 z_5+\biggl(\frac32 \lambda_4 \lambda_{12}-\frac47 \lambda_8^2\biggr) z_5^2-2 \lambda_6; \\ H_8 &=\partial_3 \partial_5-\frac67 \lambda_{10} z_3 \partial_1+ \lambda_{12} z_5 \partial_1-\frac{10}{7} \lambda_{10} z_5 \partial_3+ \lambda_8 z_5 \partial_5 \\ &\qquad-\frac17 \lambda_{10} z_1^2+3 \lambda_{12} z_1 z_3+\biggl(6 \lambda_{14}-\frac37 \lambda_4 \lambda_{10}\biggr) z_3^2 \\ & \qquad+2 \lambda_{14} z_1 z_5+\lambda_4 \lambda_{12} z_3 z_5+ \biggl(3 \lambda_{4} \lambda_{14}+\lambda_6 \lambda_{12} -\frac57 \lambda_8 \lambda_{10}\biggr) z_5^2-\lambda_8; \\ H_{10} &=\frac12 \partial_5^2-\frac37 \lambda_{12} z_3 \partial_1+2 \lambda_{14} z_5 \partial_1-\frac57 \lambda_{12} z_5 \partial_3 -\frac{1}{14} \lambda_{12} z_1^2+4 \lambda_{14} z_1 z_3 \\ & \qquad - \frac{3}{14} \lambda_4 \lambda_{12} z_3^2 +2 \lambda_4 \lambda_{14} z_3 z_5+\biggl(2 \lambda_6 \lambda_{14}-\frac{5}{14} \lambda_8 \lambda_{12}\biggr) z_5^2-\frac12 \lambda_{10}. \end{aligned} \end{equation*} \notag $$

Мы получаем выражения § 5.3 работы [16] и § 2.3 работы [20].

Задача 1.1 имеет следующее решение:

1) образующие $\mathcal{F}$-модуля $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ – это операторы $\mathcal{L}_{1}=\partial_1$, $\mathcal{L}_{3}= \partial_3$, $\mathcal{L}_{5}=\partial_5$,

$$ \begin{equation*} \begin{aligned} \, \mathcal{L}_0 &=L_0-z_1 \partial_{1}-3 z_3 \partial_{3}-5 z_5 \partial_{5}, \\ \mathcal{L}_2 &=L_2-\zeta_1 \partial_{1}+\frac87 \lambda_4 z_3 \partial_{1} - z_1 \partial_{3}+\frac47 \lambda_4 z_5 \partial_{3}-3 z_3 \partial_{5}, \\ \mathcal{L}_4 &=L_4-\zeta_3 \partial_{1}-\zeta_1 \partial_{3}+\frac{12}7 \lambda_6 z_3 \partial_{1}-\lambda_4 z_3 \partial_{3}+\frac67 \lambda_6 z_5 \partial_{3}-z_1 \partial_{5}-3 \lambda_4 z_5 \partial_{5}, \\ \mathcal{L}_6 &=L_6-\zeta_5 \partial_{1}-\zeta_3 \partial_{3}-\zeta_1 \partial_{5}+\frac97 \lambda_8 z_3 \partial_{1} +\frac87 \lambda_8 z_5 \partial_{3} -\lambda_4 z_3 \partial_{5}-2 \lambda_6 z_5 \partial_{5}, \\ \mathcal{L}_8 &=L_8-\zeta_5 \partial_{3}-\zeta_3 \partial_{5}+\frac67 \lambda_{10} z_3 \partial_{1}-\lambda_{12} z_5 \partial_{1} +\frac{10}{7} \lambda_{10} z_5 \partial_{3} -\lambda_8 z_5 \partial_{5}, \\ \mathcal{L}_{10} &=L_{10}-\zeta_5 \partial_{5}+\frac37 \lambda_{12} z_3 \partial_{1}-2 \lambda_{14} z_5 \partial_{1} +\frac57 \lambda_{12} z_5 \partial_{3}; \end{aligned} \end{equation*} \notag $$

2) структура алгебры Ли $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ задается коммутационными соотношениями

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, [\mathcal{L}_0, \mathcal{L}_1] =\mathcal{L}_1, \qquad [\mathcal{L}_0, \mathcal{L}_2] =2 \mathcal{L}_2, \qquad [\mathcal{L}_0, \mathcal{L}_3] =3 \mathcal{L}_3, \qquad [\mathcal{L}_0, \mathcal{L}_4] =4 \mathcal{L}_4, \\ [\mathcal{L}_0, \mathcal{L}_5] =5 \mathcal{L}_5, \qquad [\mathcal{L}_0, \mathcal{L}_6] =6 \mathcal{L}_6, \qquad [\mathcal{L}_0, \mathcal{L}_8] =8 \mathcal{L}_8, \qquad [\mathcal{L}_0, \mathcal{L}_{10}] =10 \mathcal{L}_{10}, \\ [\mathcal{L}_1, \mathcal{L}_3] =0, \qquad [\mathcal{L}_1, \mathcal{L}_5]= 0, \qquad [\mathcal{L}_3, \mathcal{L}_5] =0, \\ [\mathcal{L}_1, \mathcal{L}_2] =\wp_{1,1} \mathcal{L}_1-\mathcal{L}_3, \qquad [\mathcal{L}_1, \mathcal{L}_4] =\wp_{1,3} \mathcal{L}_1+\wp_{1,1} \mathcal{L}_3-\mathcal{L}_5, \\ [\mathcal{L}_1, \mathcal{L}_6] =\wp_{1,5} \mathcal{L}_1+\wp_{1,3} \mathcal{L}_3+\wp_{1,1} \mathcal{L}_5, \qquad [\mathcal{L}_1, \mathcal{L}_8]=\wp_{1,5} \mathcal{L}_3+\wp_{1,3} \mathcal{L}_5, \\ [\mathcal{L}_1, \mathcal{L}_{10}] =\wp_{1,5} \mathcal{L}_5, \qquad [\mathcal{L}_3, \mathcal{L}_2] =\wp_{1,3} \mathcal{L}_1+\frac87 \lambda_4 \mathcal{L}_1-3 \mathcal{L}_5, \\ [\mathcal{L}_3, \mathcal{L}_4] =\wp_{3,3} \mathcal{L}_1+\wp_{1,3} \mathcal{L}_3+\frac{12}7 \lambda_6 \mathcal{L}_1-\lambda_4 \mathcal{L}_3, \\ [\mathcal{L}_3, \mathcal{L}_6] =\wp_{3,5} \mathcal{L}_1+\wp_{3,3} \mathcal{L}_3+\wp_{1,3} \mathcal{L}_5+\frac97 \lambda_8 \mathcal{L}_1-\lambda_4 \mathcal{L}_5, \\ [\mathcal{L}_3, \mathcal{L}_8] = \wp_{3,5} \mathcal{L}_3+\wp_{3,3} \mathcal{L}_5+\frac67 \lambda_{10} \mathcal{L}_1, \\ [\mathcal{L}_3, \mathcal{L}_{10}] =\wp_{3,5} \mathcal{L}_5+\frac37 \lambda_{12} \mathcal{L}_1, \qquad [\mathcal{L}_5, \mathcal{L}_2] =\wp_{1,5} \mathcal{L}_1+\frac47 \lambda_{4} \mathcal{L}_3, \\ [\mathcal{L}_5, \mathcal{L}_4] =\wp_{3,5} \mathcal{L}_1+\wp_{1,5} \mathcal{L}_3+\frac67 \lambda_6 \mathcal{L}_3-3 \lambda_4 \mathcal{L}_5, \\ [\mathcal{L}_5, \mathcal{L}_6] =\wp_{5,5} \mathcal{L}_1+\wp_{3,5} \mathcal{L}_3+\wp_{1,5} \mathcal{L}_5+\frac87 \lambda_8 \mathcal{L}_3-2 \lambda_6 \mathcal{L}_5, \\ [\mathcal{L}_5, \mathcal{L}_8] =\wp_{5,5} \mathcal{L}_3+\wp_{3,5} \mathcal{L}_5-\lambda_{12} \mathcal{L}_1+\frac{10}{7} \lambda_{10} \mathcal{L}_3-\lambda_8 \mathcal{L}_5 , \\ [\mathcal{L}_5, \mathcal{L}_{10}] =\wp_{5,5} \mathcal{L}_5 -2 \lambda_{14} \mathcal{L}_1+\frac57 \lambda_{12} \mathcal{L}_3, \\ [\mathcal{L}_2, \mathcal{L}_4] =- \frac12 \wp_{1,1,3} \mathcal{L}_1+\frac12 \wp_{1,1,1} \mathcal{L}_3+\frac{16}{7} \lambda_6 \mathcal{L}_0-\frac{16}{7} \lambda_4 \mathcal{L}_2+2 \mathcal{L}_6, \\ [\mathcal{L}_2, \mathcal{L}_6] =- \frac12(\wp_{1,3,3}+ \wp_{1,1,5}) \mathcal{L}_1+\frac12 \wp_{1,1,3} \mathcal{L}_3+ \frac12 \wp_{1,1,1} \mathcal{L}_5 +\frac{12}7 \lambda_8 \mathcal{L}_0-\frac{12}7 \lambda_4 \mathcal{L}_4+4 \mathcal{L}_8, \\ [\mathcal{L}_2, \mathcal{L}_8] =- \wp_{1,3,5} \mathcal{L}_1+\frac12 \wp_{1,1,5} \mathcal{L}_3+\frac12 \wp_{1,1,3} \mathcal{L}_5+\frac87 \lambda_{10} \mathcal{L}_0-\frac87 \lambda_4 \mathcal{L}_6+6 \mathcal{L}_{10}, \\ [\mathcal{L}_2, \mathcal{L}_{10}] =- \frac12 \wp_{1,5,5} \mathcal{L}_1+\frac12 \wp_{1,1,5} \mathcal{L}_5+\frac47 \lambda_{12} \mathcal{L}_0-\frac47 \lambda_4 \mathcal{L}_8, \\ \begin{split} [\mathcal{L}_4, \mathcal{L}_6] &=- \frac12 \wp_{3,3,3} \mathcal{L}_1+\frac12 (\wp_{1,3,3}-2 \wp_{1,1,5}) \mathcal{L}_2+\wp_{1,1,3} \mathcal{L}_5 \\ &\qquad-2 \lambda_{10} \mathcal{L}_0+\frac{18}{7} \lambda_8 \mathcal{L}_2-\frac{18}{7} \lambda_6 \mathcal{L}_4+2 \lambda_4 \mathcal{L}_6+2 \mathcal{L}_{10}, \end{split} \\ [\mathcal{L}_4, \mathcal{L}_8] =- \wp_{3,3,5} \mathcal{L}_1+ \wp_{1,3,3} \mathcal{L}_5-4 \lambda_{12} \mathcal{L}_0+\frac{12}7 \lambda_{10} \mathcal{L}_2-\frac{12}7 \lambda_6 \mathcal{L}_6+4 \lambda_4 \mathcal{L}_8, \\ \begin{split} [\mathcal{L}_4, \mathcal{L}_{10}] &=- \frac12 \wp_{3,5,5} \mathcal{L}_1-\frac12 \wp_{1,5,5} \mathcal{L}_3+\wp_{1,3,5} \mathcal{L}_5 -6 \lambda_{14} \mathcal{L}_0+\frac67 \lambda_{12} \mathcal{L}_2-\frac67 \lambda_6 \mathcal{L}_8+6 \lambda_4 \mathcal{L}_{10}, \end{split} \\ \begin{split} [\mathcal{L}_6, \mathcal{L}_8] &=- \wp_{3,5,5} \mathcal{L}_1+\frac12 (2 \wp_{1,5,5}-\wp_{3,3,5}) \mathcal{L}_3+\frac12 \wp_{3,3,3} \mathcal{L}_5 \\ & \qquad- 2 \lambda_{14} \mathcal{L}_0-2 \lambda_{12} \mathcal{L}_2 +\frac{16}{7} \lambda_{10} \mathcal{L}_4-\frac{16}{7} \lambda_8 \mathcal{L}_6+2 \lambda_6 \mathcal{L}_8+2 \lambda_4 \mathcal{L}_{10}, \end{split} \\ \begin{split} [\mathcal{L}_6, \mathcal{L}_{10}] &=- \frac12 \wp_{5,5,5} \mathcal{L}_1-\frac12 \wp_{3,5,5} \mathcal{L}_3+\frac12 (\wp_{3,3,5}+\wp_{1,5,5}) \mathcal{L}_5 \\ &\qquad-4 \lambda_{14} \mathcal{L}_2+\frac87 \lambda_{12} \mathcal{L}_4-\frac87 \lambda_8 \mathcal{L}_8+4 \lambda_6 \mathcal{L}_{10}, \end{split} \\ [\mathcal{L}_8, \mathcal{L}_{10}] =- \frac12 \wp_{5,5,5} \mathcal{L}_3+\frac12 \wp_{3,5,5} \mathcal{L}_5-2 \lambda_{14} \mathcal{L}_4+\frac{10}{7} \lambda_{12} \mathcal{L}_6-\frac{10}{7} \lambda_{10} \mathcal{L}_8+2 \lambda_8 \mathcal{L}_{10}; \end{gathered} \end{equation*} \notag $$

3) согласно следствию 4.7 действие $\operatorname{Der} \mathcal{F}$ на $\mathcal{F}$ задается формулами

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, \mathcal{L}_{0} \wp_{1,1} =2 \wp_{1,1}, \qquad \mathcal{L}_1 \wp_{1,1}= \wp_{1,1,1}, \qquad \mathcal{L}_3 \wp_{1,1}=\wp_{1,1,3}, \qquad \mathcal{L}_5 \wp_{1,1}=\wp_{1,1,5}, \\ \mathcal{L}_{2} \wp_{1,1} =\frac12 \wp_{1,1,1,1}-\wp_{1,1}^2+2 \wp_{1,3}+\frac{5}{7} \lambda_4, \\ \mathcal{L}_{4} \wp_{1,1} =\wp_{1,1,1,3}-2 \wp_{1,1} \wp_{1,3}+2 \wp_{1,5}+\frac{4}{7} \lambda_6, \\ \mathcal{L}_{6} \wp_{1,1} =\frac12 \wp_{1,1,3,3}-\wp_{1,3}^2+ \wp_{1,1,1,5}-2 \wp_{1,1} \wp_{1,5}+\frac{3}{7} \lambda_8, \\ \mathcal{L}_{8} \wp_{1,1} =\wp_{1,1,3,5}-2 \wp_{1,3} \wp_{1,5}+ \frac27 \lambda_{10}, \qquad \mathcal{L}_{10} \wp_{1,1} =\frac12 \wp_{1,1,5,5}-\wp_{1,5}^2+ \frac{1}{7} \lambda_{12}. \end{gathered} \end{equation*} \notag $$

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. F. G. Frobenius, L. Stickelberger, “Über die Differentiation der elliptischen Functionen nach den Perioden und Invarianten”, J. Reine Angew. Math., 92 (1882), 311–337  mathscinet
2. Б. А. Дубровин, В. Б. Матвеев, С. П. Новиков, “Нелинейные уравнения типа Кортевега–де Фриза, конечнозонные линейные операторы и абелевы многообразия”, УМН, 31:1 (187) (1976), 55–136  mathnet  mathscinet  zmath
3. И. М. Кричевер, “Методы алгебраической геометрии в теории нелинейных уравнений”, УМН, 32:6 (198) (1977), 183–208  mathnet  mathscinet  zmath
4. Б. А. Дубровин, “Тэта-функции и нелинейные уравнения”, УМН, 36:2 (218) (1981), 11–80  mathnet  mathscinet  zmath
5. В. М. Бухштабер, Д. В. Лейкин, “Решение задачи дифференцирования абелевых функций по параметрам для семейств $(n,s)$-кривых”, Функц. анализ и его прил., 42:4 (2008), 24–36  mathnet  crossref  mathscinet  zmath
6. V. M. Buchstaber, V. Z. Enolski, D. V. Leykin, “$\sigma$-Functions: old and new results”, Integrable Systems and Algebraic Geometry, v. 2, London Math. Soc. Lecture Note Ser., 459, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2020, 175–214  mathscinet
7. F. Klein, “Ueber hyperelliptische Sigmafunctionen”, Math. Ann., 27:3 (1886), 431–464  crossref  mathscinet
8. F. Klein, “Ueber hyperelliptische Sigmafunctionen”, Math. Ann., 32:3 (1888), 351–380  crossref  mathscinet
9. H. F. Baker, “On the hyperelliptic sigma functions”, Amer. J. Math., 20:4 (1898), 301–384  crossref  mathscinet
10. V. M. Buchstaber, V. Z. Enolskii, D. V. Leikin, “Hyperelliptic Kleinian functions and applications”, Solitons, Geometry, and Topology: On the Crossroad, Amer. Math. Soc. Transl. Ser. 2, 179, Amer. Math. Soc., Providence, RI, 1997, 1–34  mathscinet
11. V. M. Buchstaber, V. Z. Enolskii, D. V. Leikin, “Kleinian functions, hyperelliptic Jacobians and applications”, Reviews in Mathematics and Math. Physics, Gordon and Breach, London, 1997, 3–120
12. V. M. Buchstaber, V. Z. Enolskii, D. V. Leikin, Multi-Dimensional Sigma-Functions, arXiv: 1208.0990
13. B. A. Dubrovin, “Geometry of 2D topological field theories”, Integrable Systems and Quantum Groups (Montecatini Terme, 1993), Lecture Notes in Math., 1620, Springer-Verlag, Berlin, 1994, 120–348  crossref  mathscinet
14. В. М. Бухштабер, “Полиномиальные динамические системы и уравнение Кортевега–де Фриза”, Современные проблемы математики, механики и математической физики. II, Труды МИАН, 294, Наука, М., 2016, 191–215  mathnet  crossref  mathscinet
15. E. Yu. Bunkova, “Differentiation of genus 3 hyperelliptic functions”, European Journal of Mathematics, 4:1 (2018), 93–112  mathnet  crossref  mathscinet
16. В. М. Бухштабер, Е. Ю. Бунькова, “Сигма-функции и алгебры Ли операторов Шрёдингера”, Функц. анализ и его прил., 54:4 (2020), 3–16  mathnet  crossref  mathscinet
17. В. М. Бухштабер, Д. В. Лейкин, “Полиномиальные алгебры Ли”, Функц. анализ и его прил., 36:4 (2002), 18–34  mathnet  crossref  mathscinet  zmath
18. V. I. Arnold, Singularities of Caustics and Wave Fronts, Math. Appl. (Soviet Ser.), 62, Kluwer Acad., Dordrecht, 1990  crossref  mathscinet
19. В. М. Бухштабер, Д. В. Лейкин, “Уравнения теплопроводности в неголономном репере”, Функц. анализ и его прил., 38:2 (2004), 12–27  mathnet  crossref  mathscinet  zmath
20. В. М. Бухштабер, Е. Ю. Бунькова, “Алгебры Ли операторов теплопроводности в неголономном репере”, Матем. заметки, 108:1 (2020), 17–32  mathnet  crossref  mathscinet
21. В. М. Бухштабер, Е. Ю. Бунькова, “Гиперэллиптические сигма-функции и полиномы Адлера–Мозера”, Функц. анализ и его прил., 55:3 (2021), 3–25  mathnet  crossref
22. В. М. Бухштабер, Е. Ю. Бунькова, “Параметрическая иерархия Кортевега–де Фриза и гиперэллиптические сигма-функции”, Функц. анализ и его прил., 56:3 (2022), 16–38  mathnet  crossref  mathscinet
23. V. M. Buchstaber, S. Yu. Shorina, “The $w$-function of the KdV hierarchy”, Geometry, Topology, and Mathematical Physics, Amer. Math. Soc. Transl. Ser. 2, 212, Amer. Math. Soc., Providence, RI, 2004, 41–66  mathscinet
24. Н. А. Кудряшов, Аналитическая теория нелинейных дифференциальных уравнений, РХД, М.–Ижевск, 2004

Образец цитирования: Е. Ю. Бунькова, В. М. Бухштабер, “Явные формулы дифференцирования гиперэллиптических функций”, Матем. заметки, 114:6 (2023), 808–821; Math. Notes, 114:6 (2023), 1151–1162
Цитирование в формате AMSBIB
\RBibitem{BunBuc23}
\by Е.~Ю.~Бунькова, В.~М.~Бухштабер
\paper Явные формулы дифференцирования гиперэллиптических функций
\jour Матем. заметки
\yr 2023
\vol 114
\issue 6
\pages 808--821
\mathnet{http://mi.mathnet.ru/mzm14114}
\crossref{https://doi.org/10.4213/mzm14114}
\mathscinet{http://mathscinet.ams.org/mathscinet-getitem?mr=4716490}
\transl
\jour Math. Notes
\yr 2023
\vol 114
\issue 6
\pages 1151--1162
\crossref{https://doi.org/10.1134/S0001434623110470}
\scopus{https://www.scopus.com/record/display.url?origin=inward&eid=2-s2.0-85185869709}
Образцы ссылок на эту страницу:
  • https://www.mathnet.ru/rus/mzm14114
  • https://doi.org/10.4213/mzm14114
  • https://www.mathnet.ru/rus/mzm/v114/i6/p808
  • Эта публикация цитируется в следующих 2 статьяx:
    Citing articles in Google Scholar: Russian citations, English citations
    Related articles in Google Scholar: Russian articles, English articles
    Математические заметки Mathematical Notes
    Статистика просмотров:
    Страница аннотации:345
    PDF полного текста:45
    HTML русской версии:84
    Список литературы:58
    Первая страница:39
     
      Обратная связь:
     Пользовательское соглашение  Регистрация посетителей портала  Логотипы © Математический институт им. В. А. Стеклова РАН, 2025