유니모듈러 격자

유니모듈러 격자(영어: unimodular lattice)는 행렬식이 ±1인 격자이다.

정의

격자(영어: lattice) $(L,⟨\cdot ,\cdot ⟩)$는 다음과 같은 데이터로 주어진다.

• $L$은 자유 유한 생성 아벨 군이다.
• $⟨\cdot ,\cdot ⟩:L\times L\to \mathbb{Z}$는 정수 값을 갖는 대칭 쌍선형 형식이다.

유니모듈러 격자는 다음 조건을 만족시키는 격자 $(L,⟨\cdot ,\cdot ⟩)$이다.

• $L$이 $n$차원이라고 하자. $L$의 기저 $\{v_1,\dots ,v_n\}$을 잡았을 때, $n\times n$ 대칭 정수행렬 $M\in {\mathrm{Mat}}_n(\mathbb{Z})$을 $(M{)}_{ij}=⟨v_i,v_j⟩$로 정의하자. 그렇다면 $\det M=\pm 1$이다. (행렬 $M$은 기저의 선택에 따라 달라지지만, 그 행렬식은 바뀌지 않는다.)

짝 유니모듈러 격자(영어: even unimodular lattice)는 모든 $v\in L$에 대하여 $⟨v,v⟩$이 짝수인 격자다. 짝 유니모듈러 격자가 아닌 유니모듈러 격자를 홀 유니모듈러 격자(영어: odd unimodular lattice)라고 한다.

분류

유니모듈러 격자는 정부호(definite)와 부정부호(indefinite) 두 종류가 있다. 부호수가 $(m,n)$인 부정부호 격자 $\Lambda \subset {ℝ}^{m,n}$의 경우, (동형을 무시하면) 오직 하나의 홀 유니모듈러 격자

$I_{m,n}$

가 존재한다. 구체적으로 이는 ${\mathbb{Z}}^{m+n}\subset {ℝ}^{m+n}$에 의해 주어진다. 부정부호수에서 짝 유니모듈러 격자가 존재할 필요충분조건은

$m\equiv n(\mathrm{mod}8)$

이며, 이 경우 (동형을 무시하면) 오직 하나의 짝 유니모듈러 격자

$I{I}_{m,n}$

가 존재한다. 이는 구체적으로

$\{(a_1,a_2,\dots ,a_{m+n}:2a_i\in \mathbb{Z},\sum _k{a}_k/2\in \mathbb{Z}\}\subset {ℝ}^{m+n}$

이다. 또한, $I{I}_{8,0}$은 E₈ 격자와 동형이다.

정부호 유니모듈러 격자는 분류하기가 더 어렵다.

• 7차원 이하의 경우 유일한 홀 정부호 유니모듈러 격자 $I_{n,0}$가 존재한다. 짝 유니모듈러 격자는 존재하지 않는다.
• 짝 유니모듈러 격자가 존재하는 최소 차원은 8차원이다. 이 차원에서는 E₈ 격자가 존재하며, 이는 E₈ 리 군의 근계로 생성된다.
• 8차원 다음으로 짝 유니모듈러 격자가 존재하는 차원은 16차원이며, 이 차원에서는 두 개의 짝 유니모듈러 격자가 존재한다. 이는 $E_8\oplus E_8$과
• 24차원에서는 총 24개의 짝 유니모듈러 격자가 존재하며, 이들을 니마이어 격자(영어: Niemeier lattice)라고 한다. 이 가운데 근이 없는 격자는 리치 격자 하나밖에 없다.

차원이 26 미만인 정부호 유니모듈러 격자는 모두 분류되었고, 다음과 같다. 홀 유니모듈러 격자의 수는 (OEIS의 수열 A054911), 짝 유니모듈러 격자의 수는 (OEIS의 수열 A054909)이다.

차원	홀격자	근이 없는 홀격자	짝격자	근이 없는 짝격자
0	0	0	1	1
1	1	0
2	1	0
3	1	0
4	1	0
5	1	0
6	1	0
7	1	0
8	1	0	1 (E8 격자)	0
9	2	0
10	2	0
11	2	0
12	3	0
13	3	0
14	4	0
15	5	0
16	6	0	2 (E82, D16+)	0
17	9	0
18	13	0
19	16	0
20	28	0
21	40	0
22	68	0
23	117	1 (짧은 리치 격자)
24	273	1 (홀 리치 격자)	24 (니마이어 격자)	1 (리치 격자)
25	665	0
26	≥2307	1
27	≥14179	3
28	≥327972	38
29	≥37938009	≥8900
30	≥20169641025	≥82000000
31	≥5000000000000	≥800000000000
32	≥80000000000000000	≥10000000000000000	≥1160000000	≥10900000

참고 문헌

• Conway, J.H.; N. J. A. Sloane. 《Sphere packings, lattices and groups》 3판 (영어). Grundlehren der mathematischen Wissenschaften 290. New York, NY: Springer. doi:10.1007/978-1-4757-6568-7. ISBN 0-387-98585-9. ISSN 0072-7830. Zbl 0915.52003.  CS1 관리 - 추가 문구 (링크)
• Milnor, J.; D. Husemoller (1973). 《Symmetric Bilinear Forms》 (영어). Ergebnisse der Mathematik und ihrer Grenzgebiete 73. Springer. ISBN 3-540-06009-X. Zbl 0292.10016. 
• Serre, Jean-Pierre (1973). 《A Course in Arithmetic》 (영어). Graduate Texts in Mathematics 7. Springer. ISBN 0-387-90040-3. Zbl 0256.12001.