Algorithmic approaches to Siegel's fundamental domain

Approches algorithmiques du domaine fondamental de Siegel

Carine Jaber (1)

1 IMB - Institut de Mathématiques de Bourgogne [Dijon]

Siegel determined a fundamental domain using the Minkowski reduction of quadratic forms. He gave all the details concerning this domain for genus 1. It is the determination of the Minkowski fundamental domain presented as the second condition and the maximal height condition, presented as the third condition, which prevents the exact determination of this domain for the general case. The latest results were obtained by Gottschling for the genus 2 in 1959. It has since remained unexplored and poorly understood, in particular the different regions of Minkowski reduction. In order to identify Siegel's fundamental domain for genus 3, we present some results concerning the third condition of this domain. Every abelian function can be written in terms of rational functions of theta functions and their derivatives. This allows the expression of solutions of integrable systems in terms of theta functions. Such solutions are relevant in the description of surface water waves, non linear optics. Because of these applications, Deconinck and Van Hoeij have developed and implemented al-gorithms for computing the Riemann matrix and Deconinck et al. have developed the computation of the corresponding theta functions. Deconinck et al. have used Siegel's algorithm to approximately reach the Siegel fundamental domain and have adopted the LLL reduction algorithm to nd the shortest lattice vector. However, we opt here to use a Minkowski algorithmup to dimension 5 and an exact determination of the shortest lattice vector for greater dimensions.

Siegel détermina un domaine fondamental à l'aide de la réduction de Minkowski des formes quadratiques. Il donna tous les détails concernant ce domaine pour le genre 1. C'est la détermination du domaine fondamental de Minkowski présentée comme deuxième condition et la condition maximal height présentée comme troisième condition, qui empêchent la précision exacte de ce domaine pour le cas général. Les derniers résultats ont été obtenus par Gottschling pour le genre 2 en 1959. Elle est depuis restée inexplorée et mal comprise notamment les différents domaines de Minkowski. Afin d'identifier ce domaine fondamental pour le genre 3, nous présentons des résultats concernant sa troisième condition. Chaque fonction abélienne peut être écrite en termes de fonctions rationnelles des fonctions thêta et de leurs dérivées. Cela permet l'expression de la solution des systèmes intégrables en fonction des fonctions thêta. Ces solutions sont pertinentes dans la description de surfaces de vagues d'eau, de l'optique non linéaire. Deconinck et Van Hoeij ont éveloppé et mis en oeuvre des algorithmes pour construire la matrice de Riemann et Deconinck et al. ont développé le calcul des fonctions thêta correspondantes. Deconinck et al. ont utilisé l'algorithme de Siegel pour atteindre approximativement le domaine fondamental de Siegel et ont adopté l'algorithme LLL pour trouver le vecteur le plus court. Alors que nous utilisons ici un nouvel algorithme de réduction de Minkowski jusqu'à dimension 5 et une détermination exacte du vecteur le plus court pour des dimensions supérieures.

Mots clés: Minkowski ‘s reduction; Siegel’s fundamental domain; Theta functions

Mots clés: Réduction de Minkowski; Domaine fondamental de Siegel; Fonctions thêta

Domaines: Mathématiques générales [math.GM]

Carine Jaber. Algorithmic approaches to Siegel's fundamental domain. General Mathematics [math.GM]. Université Bourgogne Franche-Comté, 2017. English. ⟨NNT : 2017UBFCK006⟩. ⟨tel-01813184⟩