Die analoge Aussage für Bilinearformen auf dem R2 ist eine elementare Übungsaufgabe: wenn π eine irrationale Zahl ist, dann gibt es (zu jedem positiven ε) ganze Zahlen x,y mit Ix2-πy2I < ε. Im Fall von 3 (oder mehr) Dimensionen gibt es aber keinen elementaren Beweis. Die Oppenheim-Vermutung folgt dort aus der Raghunathan-Vermutung angewandt auf G=SL(3,R), Γ=SL(3,Z), H=SO(2,1).

Der Zusammenhang zwischen Ratner’s Theorem (=Raghunathan-Vermutung) und Oppenheim-Vermutung ist wie folgt. Es gibt bekanntlich reelle Zahlen x,y,z mit b((x,y,z),(x,y,z))=0. Sei A eine Matrix in SL(3,R), die (1,0,0) auf (x,y,z) abbildet. SO(b) ist eine zu SO(2,1) konjugierte Untergruppe von SL(3,R) und hat also ebenfalls abgeschlossene Orbiten in SL(3,R)/SL(3,Z). Aus der Dichtheit des Orbits folgt, dass es B in SL(3,Z) und U in SO(b) gibt, so dass UA nahe an B ist. Der Vektor B(1,0,0) hat ganzzahlige Einträge. Weil U die quadratische Form b invariant läßt, ist b(UA(1,0,0),UA(1,0,0))=0 und damit b(B(1,0,0),B(1,0,0)) nahe an 0.
Der für die Oppenheim-Vermutung benötigte Spezialfall der Raghunathan-Vermutung wurde schon 1987 von Margulis bewiesen.

Wie gesagt, die allgemeine Version von Ratner’s Theorem ist einer der meist-angewandten mathematischen Sätze, in Zahlentheorie, elliptischen Kurven, Lie-Gruppen etc.pp. (In meiner Doktorarbeit hatte ich einen einfachen Spezialfall auch mal auf ein topologisches Problem angewandt.)

Um hier noch ein letztes Mal einen Bezug zu den aktuellen Fieldsmedaillen (nämlich der von Elon Lindenstrauss) herzustellen: ein scheinbar elementares zahlentheoretisches Problem, daß sich aus Ratner’s Theorem nicht herleiten ließ, war die Littlewood-Vermutung. Diese läßt sich zwar ebenfalls in eine Frage über Orbits auf einem homogenen Raum übersetzen, aber die Antwort folgt eben nicht aus der Raghunathan-Vermutung, sondern benötigt einen neuen Beweis, der (für “viele” Fälle) von Einsiedler-Katok-Lindenstrauss geführt wurde.


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