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Hyperbolic and elliptic Eisenstein series in n-dimensional hyperbolic space

Klein, David Christian (2024)
Hyperbolic and elliptic Eisenstein series in n-dimensional hyperbolic space.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00027466
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

The classical non-holomorphic Eisenstein series E^par_p(z,s) on the upper half-plane ℍ is associated to a parabolic fixed point p of a Fuchsian subgroup Γ ⊆ PSL_2(ℝ) of the first kind. Hyperbolic and elliptic analogues of E^par_p(z,s) were also studied, namely non-holomorphic Eisenstein series which are associated to a pair of hyperbolic fixed points of Γ or a point in the upper half-plane, respectively. In particular, von Pippich derived Kronecker limit type formulas for elliptic Eisenstein series on the upper half-plane.

In the present thesis we consider hyperbolic and elliptic Eisenstein series in the n-dimensional hyperbolic upper half-space ℍ^n for a discrete group Γ of orientation-preserving isometries of ℍ^n which has finite hyperbolic volume. Here we realize these isometries as certain matrices with entries in the Clifford numbers. We define the hyperbolic Eisenstein series E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) associated to a pair (Q_1,Q_2) of hyperbolic fixed points of Γ and the elliptic Eisenstein series E^ell_Q(P,s) associated to a point Q ∈ ℍ^n. First we prove the absolute and locally uniform convergence of these series for s ∈ ℂ with Re(s)>n-1. Then we derive some other basic properties of E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) and E^ell_Q(P,s) like Γ-invariance, smoothness and certain differential equations that are satisfied by these Eisenstein series.

We establish the meromorphic continuations of the hyperbolic Eisenstein series E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) and the elliptic Eisenstein series E^ell_Q(P,s) in s to the whole complex plane. For that we employ the relations between these Eisenstein series and the so-called hyperbolic kernel function K^hyp(P,Q,s), which is meromorphically continued to all s ∈ ℂ by means of its spectral expansion. In this way we also establish the meromorphic continuation of E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) via its spectral expansion, and further obtain the meromorphic continuation of E^ell_Q(P,s) by expressing it in terms of K^hyp(P,Q,s). Moreover, we determine the possible poles of E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) and E^ell_Q(P,s).

Using the aforementioned meromorphic continuations, we investigate the behaviour of the hyperbolic Eisenstein series E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) and the elliptic Eisenstein series E^ell_Q(P,s) at the point s=0 via their Laurent expansions. We determine the first two terms in the Laurent expansions of E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) and E^ell_Q(P,s) at s=0 for arbitrary n and Γ. Eventually, we refine the Laurent expansion of E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) for n=2, Γ=PSL_2(ℤ) and n=3, Γ=PSL_2(ℤ[i]), as well as the Laurent expansion of E^ell_Q(P,s) for n=3, Γ=PSL_2(ℤ[i]), and obtain Kronecker limit type formulas in these specific cases.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2024
Autor(en): Klein, David Christian
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Hyperbolic and elliptic Eisenstein series in n-dimensional hyperbolic space
Sprache: Englisch
Referenten: von Pippich, Prof. Dr. Anna-Maria ; Bruinier, Prof. Dr. Jan Hendrik
Publikationsjahr: 17 Juli 2024
Ort: Darmstadt
Datum der mündlichen Prüfung: 26 April 2024
DOI: 10.26083/tuprints-00027466
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/27466
Kurzbeschreibung (Abstract):

The classical non-holomorphic Eisenstein series E^par_p(z,s) on the upper half-plane ℍ is associated to a parabolic fixed point p of a Fuchsian subgroup Γ ⊆ PSL_2(ℝ) of the first kind. Hyperbolic and elliptic analogues of E^par_p(z,s) were also studied, namely non-holomorphic Eisenstein series which are associated to a pair of hyperbolic fixed points of Γ or a point in the upper half-plane, respectively. In particular, von Pippich derived Kronecker limit type formulas for elliptic Eisenstein series on the upper half-plane.

In the present thesis we consider hyperbolic and elliptic Eisenstein series in the n-dimensional hyperbolic upper half-space ℍ^n for a discrete group Γ of orientation-preserving isometries of ℍ^n which has finite hyperbolic volume. Here we realize these isometries as certain matrices with entries in the Clifford numbers. We define the hyperbolic Eisenstein series E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) associated to a pair (Q_1,Q_2) of hyperbolic fixed points of Γ and the elliptic Eisenstein series E^ell_Q(P,s) associated to a point Q ∈ ℍ^n. First we prove the absolute and locally uniform convergence of these series for s ∈ ℂ with Re(s)>n-1. Then we derive some other basic properties of E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) and E^ell_Q(P,s) like Γ-invariance, smoothness and certain differential equations that are satisfied by these Eisenstein series.

We establish the meromorphic continuations of the hyperbolic Eisenstein series E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) and the elliptic Eisenstein series E^ell_Q(P,s) in s to the whole complex plane. For that we employ the relations between these Eisenstein series and the so-called hyperbolic kernel function K^hyp(P,Q,s), which is meromorphically continued to all s ∈ ℂ by means of its spectral expansion. In this way we also establish the meromorphic continuation of E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) via its spectral expansion, and further obtain the meromorphic continuation of E^ell_Q(P,s) by expressing it in terms of K^hyp(P,Q,s). Moreover, we determine the possible poles of E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) and E^ell_Q(P,s).

Using the aforementioned meromorphic continuations, we investigate the behaviour of the hyperbolic Eisenstein series E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) and the elliptic Eisenstein series E^ell_Q(P,s) at the point s=0 via their Laurent expansions. We determine the first two terms in the Laurent expansions of E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) and E^ell_Q(P,s) at s=0 for arbitrary n and Γ. Eventually, we refine the Laurent expansion of E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) for n=2, Γ=PSL_2(ℤ) and n=3, Γ=PSL_2(ℤ[i]), as well as the Laurent expansion of E^ell_Q(P,s) for n=3, Γ=PSL_2(ℤ[i]), and obtain Kronecker limit type formulas in these specific cases.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

Die klassische nicht-holomorphe Eisensteinreihe E^par_p(z,s) auf der oberen Halbebene ℍ ist assoziiert zu einem parabolischen Fixpunkt p einer Fuchsschen Gruppe Γ ⊆ PSL_2(ℝ) erster Art. Hyperbolische und elliptische Analoga von E^par_p(z,s) wurden ebenfalls untersucht; diese sind nicht-holomorphe Eisensteinreihen, die zu einem Paar hyperbolischer Fixpunkte von Γ bzw. einem Punkt in der oberen Halbebene assoziiert sind. Insbesondere bewies von Pippich Kroneckersche Grenzformeln für elliptische Eisensteinreihen auf der oberen Halbebene.

In der vorliegenden Arbeit betrachten wir hyperbolische und elliptische Eisensteinreihen im n-dimensionalen hyperbolischen oberen Halbraum ℍ^n für eine diskrete Gruppe Γ orientierungserhaltender Isometrien von ℍ^n, die endliches hyperbolisches Volumen besitzt. Hierbei realisieren wir diese Isometrien durch bestimmte Matrizen mit Einträgen in den Clifford-Zahlen. Wir definieren die hyperbolische Eisensteinreihe E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s), die zu einem Paar (Q_1,Q_2) hyperbolischer Fixpunkte von Γ assoziiert ist, und die elliptische Eisensteinreihe E^ell_Q(P,s), die zu einem Punkt Q ∈ ℍ^n assoziiert ist. Zunächst beweisen wir die absolute und lokal gleichmäßige Konvergenz dieser Reihen für s ∈ ℂ mit Re(s)>n-1. Anschließend zeigen wir einige weitere grundlegende Eigenschaften von E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) und E^ell_Q(P,s) wie Γ-Invarianz, Glattheit und bestimmte Differentialgleichungen, welche diese Eisensteinreihen erfüllen.

Wir etablieren die meromorphen Fortsetzungen der hyperbolischen Eisensteinreihe E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) und der elliptischen Eisensteinreihe E^ell_Q (P,s) in s auf die gesamte komplexe Ebene. Dazu nutzen wir die Relationen zwischen diesen Eisensteinreihen und der sogenannten hyperbolischen Kernfunktion K^hyp(P,Q,s), die mit Hilfe ihrer Spektralentwicklung in alle s ∈ ℂ meromorph fortgesetzt wird. Auf diese Weise etablieren wir auch die meromorphe Fortsetzung von E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) über ihre Spektralentwicklung, und erhalten außerdem die meromorphe Fortsetzung von E^ell_Q(P,s), indem wir sie in Termen von K^hyp(P,Q,s) ausdrücken. Ferner bestimmen wir die möglichen Pole von E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) und E^ell_Q(P,s).

Unter Verwendung der oben genannten meromorphen Fortsetzungen untersuchen wir das Verhalten der hyperbolischen Eisensteinreihe E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) und der elliptischen Eisensteinreihe E^ell_Q(P,s) im Punkt s=0 mittels ihrer Laurent-Entwicklungen. Wir bestimmen die ersten beiden Terme in den Laurent-Entwicklungen von E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) und E^ell_Q(P,s) um s=0 für beliebige n und Γ. Schließlich verfeinern wir die Laurent-Entwicklung von E^hyp_(Q_1,Q_2)(P,s) für n=2, Γ=PSL_2(ℤ) und n=3, Γ=PSL_2(ℤ[i]), sowie die Laurent-Entwicklung von E^ell_Q(P,s) für n=3, Γ=PSL_2(ℤ[i]), und erhalten Kroneckersche Grenzformeln in diesen konkreten Fällen.

Deutsch
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-274660
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 510 Mathematik
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 04 Fachbereich Mathematik
04 Fachbereich Mathematik > Algebra
04 Fachbereich Mathematik > Algebra > Automorphe Formen, Zahlentheorie, Algebraische Geometrie
Hinterlegungsdatum: 17 Jul 2024 12:09
Letzte Änderung: 18 Jul 2024 07:02
PPN:
Referenten: von Pippich, Prof. Dr. Anna-Maria ; Bruinier, Prof. Dr. Jan Hendrik
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 26 April 2024
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