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Lifting Reducible Galois Representations

File(s)
Ray_cornellgrad_0058F_12081.pdf (640.88 KB)
Permanent Link(s)
https://doi.org/10.7298/cmf2-f311
https://hdl.handle.net/1813/102899
Collections
Cornell Theses and Dissertations
Author
Ray, Anwesh
Abstract

Let $p$ be an odd prime and $q$ a power of $p$. By the celebrated theorem of Khare and Wintenberger (previously Serre's conjecture), an absolutely irreducible odd $2$-dimensional Galois representation $\bar{\rho}:\operatorname{G}_{\mathbb{Q}}\rightarrow \operatorname{GL}2(\mathbb{F}q)$ (satisfying favorable conditions) lifts to a characteristic zero Galois representation associated to a Hecke eigencuspform. Hamblen and Ramakrishna prove the analog of (the weak form of) Serre's conjecture for residually reducible $2$-dimensional Galois representations. A higher dimensional generalization of their result is proved in chapter three. Let $\bar{\rho}:\operatorname{G}{\mathbb{Q}}\rightarrow \operatorname{GSp}{2n}(\mathbb{F}q)$ be a reducible and indecomposable Galois representation which is unramified outside a finite set of primes $S$ and whose image lies in a Borel subgroup. It is shown that if $\bar{\rho}$ satisfies some additional conditions, it lifts to characteristic zero Galois representation which is geometric in the sense of Fontaine-Mazur. \par In chapter four, we examine the problem of lifting a two dimensional Galois representation $\bar{\rho}:\operatorname{G}{\mathbb{Q},S}\rightarrow \operatorname{GL}2(\mathbb{F}q)$ to a cuspidal Hida Family which is isomorphic to the Iwasawa algebra $\Lambda$ via the weight-space map. This was achieved for an odd, ordinary and absolutely irreducible $\bar{\rho}$ by Ramakrishna for a suitable choice of auxiliary local deformation conditions. We show that if $\bar{\rho}$ is reducible and indecomposable, one may indeed lift $\bar{\rho}$ to a Hida family $\mathbb{T}$ such that the image of the weight space map contains a congruence class of weights in $\operatorname{Spec} \Lambda$ modulo $p^2$. This Hida family is in some sense close to $\operatorname{Spec} \Lambda$, more precisely, we show that it represents a deformation functor which is arranged to have a hull isomorphic to $\operatorname{Spec} \Lambda$ (this isomorphism is not via the weight-space map). In chapter five, we apply results of Hamblen-Ramakrishna to construct some special Galois extensions. For every prime $p\geq 5$ for which a certain condition on the class group $\operatorname{Cl}(\mathbb{Q}(\mu_p))$ is satisfied, we construct a $p$-adic analytic Galois extension of the infinite cyclotomic extension $\mathbb{Q}(\mu{p^{\infty}})$ with some special ramification properties. In greater detail, this extension is unramified at primes above $p$ and tamely ramified above finitely many rational primes and its Galois group over $\mathbb{Q}(\mu{p^{\infty}})$ is isomorphic to a finite index subgroup of $\operatorname{SL}_2(\mathbb{Z}_p)$ which contains the principal congruence subgroup. For the primes $107,139,271$ and $379$ such extensions were first constructed by Ohtani and Blondeau. The strategy for producing these special extensions at an abundant number of primes is through lifting two-dimensional reducible Galois representations which are diagonal when restricted to $p$.

Soit $p$ un nombre premier impair et $q$ une puissance de $p$. Par le célèbre théorème de Khare et Wintenberger (auparavant la conjecture de Serre), une représentation galoisienne absolument irréductible de $2$ $\bar{\rho}:\operatorname{G}_{\mathbb{Q}}\rightarrow \operatorname{GL}2(\mathbb{F}q)$ (satisfaisant à des conditions favorables) se lève vers une représentation galoisienne caractéristique associée à un eigencuspform de Hecke. Hamblen et Ramakrishna prouvent l'analogue de (la forme faible de) la conjecture de Serre pour les représentations galoisiennes à $2$ -dimensionnelles résiduellement réductibles. Une généralisation dimensionnelle supérieure de leur résultat est démontrée au chapitre trois. Soit $\bar{\rho}:\operatorname{G}{\mathbb{Q}}\rightarrow \operatorname{GSp}{2n}(\mathbb{F}q)$ une représentation galoisienne réductible et indécomposable qui est non ramifié en dehors d'un ensemble fini de nombres premiers $S$ et dont l'image se trouve dans un sous-groupe Borel. Il est montré que si $\bar{\rho}$ remplit certaines conditions supplémentaires, il passe à une représentation galoisienne caractéristique zéro qui est géométrique au sens de Fontaine-Mazur. \par Dans le chapitre quatre, nous examinons le problème de la levée d'une représentation galoisienne bidimensionnelle $\bar{\rho}:\operatorname{G}{\mathbb{Q},S}\rightarrow \operatorname{GL}2(\mathbb{F}q)$ à une famille Hida cuspidale qui est isomorphe à l'algèbre Iwasawa $\Lambda$ via la carte de l'espace de poids. Ceci a été réalisé pour un $\bar{\rho}$ impair, ordinaire et absolument irréductible par Ramakrishna pour un choix approprié de conditions de déformation locale auxiliaire. Nous montrons que si $\bar{\rho}$ est réductible et indécomposable, on peut en effet soulever $\bar{\rho}$ dans une famille Hida $\mathbb{T}$ de telle sorte que l'image de la carte d'espace de poids contienne une classe de congruence de poids dans $\operatorname{Spec} \Lambda$ modulo $p^2$. Cette famille Hida est en quelque sorte proche de $\operatorname{Spec} \Lambda$, plus précisément, nous montrons qu'elle représente un foncteur de déformation qui est arrangé pour avoir une coque isomorphe à $\operatorname{Spec} \Lambda$ (ce l'isomorphisme ne se fait pas via la carte poids-espace). Dans le chapitre cinq, nous appliquons les résultats de Hamblen-Ramakrishna pour construire des extensions Galois spéciales. Pour chaque $p\geq 5$ premier pour lequel une certaine condition du groupe de classes $\operatorname{Cl}(\mathbb{Q}(\mu_p))$ est satisfaite, nous construisons une extension galois analytique $p$ -adic de l'extension cyclotomique infinie $\mathbb{Q}(\mu{p^{\infty}})$ avec quelques propriétés de ramification spéciales. Plus en détail, cette extension n'est pas ramifiée aux nombres premiers supérieurs à $p$ et se ramifie tamely au-dessus d'un nombre fini de nombres premiers rationnels et de son groupe de Galois sur $\mathbb{Q}(\mu{p^{\infty}})$ est isomorphe à un sous-groupe d'index fini de $\operatorname{SL}_2(\mathbb{Z}_p)$ qui contient le sous-groupe de congruence principal. Pour les nombres premiers $107,139,271$ et $379$, de telles extensions ont d'abord été construites par Ohtani et Blondeau. La stratégie pour produire ces extensions spéciales à un nombre abondant de nombres premiers consiste à lever les représentations galoisiennes bidimensionnelles réductibles qui sont diagonales lorsqu'elles sont limitées à $p$.

Description
130 pages
Date Issued
2020-08
Keywords
Deformation Theory
•
Galois Representations
Committee Chair
Ramakrishna, Ravi Kumar
Committee Member
Templier, Nicolas P.
Zywina, David J.
Degree Discipline
Mathematics
Degree Name
Ph. D., Mathematics
Degree Level
Doctor of Philosophy
Rights
Attribution 4.0 International
Rights URI
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Type
dissertation or thesis
Link(s) to Catalog Record
https://catalog.library.cornell.edu/catalog/13277719

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