Fonction L p-adique
# Fonction L p-adique

En mathématiques, une fonction zêta p-adique, et plus généralement une fonction L p-adique, est une fonction analogue à la fonction zêta de Riemann, ou plus généralement des fonctions L, pour lesquels les ensembles de départ et d'arrivé sont les nombres p-adiques (où p est un nombre premier). Par exemple, l'ensemble de départ peut être l'ensemble des entiers p-adique $Z_p,$ un p-groupe profini, ou une famille de représentations galoisiennes p-adique, et l'image peut être l'ensemble $Q_p$ ou sa clôture algébrique.

La source d'une fonction L p-adique est généralement de deux types. La première — à partir de laquelle Tomio Kubota (en) et Heinrich-Wolfgang Leopoldt ont donné la première construction d'une fonction L p-adique (Kubota et Leopoldt 1964) — est via l'interpolation p-adique des valeurs spéciales des fonctions L (en). Par exemple, Kubota-Leopoldt ont utilisé les congruences de Kummer sur les nombres de Bernoulli pour construire une fonction L p-adique, la fonction zêta de Riemann p-adique $ζ_p(s),$ dont les valeurs aux entiers impairs négatifs sont celles de la fonction zêta de Riemann (à un facteur de correction explicite près). Ces fonctions L p-adiques sont généralement dites fonctions L p-adiques analytiques. L'autre source de fonctions L p-adiques — découverte pour la première fois par Kenkichi Iwasawa — provient de la théorie des corps cyclotomiques, et plus généralement de certains représentation de Galois sur des tours de corps cyclotomiques. Une fonction L p-adique obtenue de cette manière est dite fonction L arithmétique p-adique car elle contient des informations sur le module de Galois donné. La conjecture principale de la théorie d'Iwasawa (en) (devenu un théorème dû à Barry Mazur et Andrew Wiles) est l'affirmation que la fonction L p-adique de Kubota-Leopoldt et un analogue arithmétique construit via la théorie d'Iwasawa sont essentiellement les mêmes.

## Fonctions L de Dirichlet

Une fonction L de Dirichlet est donnée par le prolongement analytique de

    $L(s,\chi )=\sum _{n}{\frac {\chi (n)}{n^{s}}}=\prod _{p{\text{ premier}}}{\frac {1}{1-\chi (p)p^{-s}}}$

La fonction L de Dirichlet aux entiers négatifs vaut

    $L(1-n,\chi )=-{\frac {B_{n,\chi }}{n}}$

où $B_{n,χ}$ sont les nombres de Bernoulli généralisés définis par

    $\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }B_{n,\chi }{\frac {t^{n}}{n!}}=\sum _{a=1}^{f}{\frac {\chi (a)te^{at}}{e^{ft}-1}}$

pour un caractère de Dirichlet χ de conducteur f.

## Définition par interpolation

La fonction L p-adique de Kubota–Leopoldt $L_p(s,$ χ) interpole la fonction L de Dirichlet à l'exception du le facteur d'Euler en p. Plus précisément, $L_p(s,$ χ) est l'unique fonction continue du nombre p-adique s telle que

    $\displaystyle L_{p}(1-n,\chi )=(1-\chi (p)p^{n-1})L(1-n,\chi )$

pour n positif divisible par p − 1. Le terme de droite est la fonction L de Dirichlet usuelle, sans le terme d'ordre p sans quoi le terme de gauche n'aurait pas été continu au sens p-adique. La continuité de ce dernier est étroitement lié aux congruences de Kummer.

Lorsque n n'est pas divisible par p − 1, on pose plutôt

    $\displaystyle L_{p}(1-n,\chi )=(1-\chi \omega ^{-n}(p)p^{n-1})L(1-n,\chi \omega ^{-n})$

pour tout n positif. Ici χ multiplié par une puissance du caractère de Teichmüller (en) ω.

## Vues comme une mesure p-adique

Les fonctions L p-adique peuvent aussi être vues comme des mesures p-adiques (ou distributions p-adiques) sur des groupes de Galois p-profinis. La transition entre ce point de vue et celui de Kubota–Leopoldt (en tant que fonctions de $Z_p$ dans $Q_p)$ s'effectue par la transformée de Mazur–Mellin (et la théorie des corps de classes).

## Corps totalement réel

Deligne & Ribet (1980), s'appuyant sur le travail de Serre (1973), ont construit des fonctions L p-adiques sur des corps totalement réels. Indépendamment, Barsky (1978) et Cassou-Noguès (1979) ont fait la même chose, en suivant l'approche de Takuro Shintani concernant l'étude des valeurs L.

