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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
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version

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Item Type: Ph.D. Thesis
Type of entry: Primary publication
Title: Hyperbolic and elliptic Eisenstein series in n-dimensional hyperbolic space
Language: English
Referees: von Pippich, Prof. Dr. Anna-Maria ; Bruinier, Prof. Dr. Jan Hendrik
Date: 17 July 2024
Place of Publication: Darmstadt
Date of oral examination: 26 April 2024
DOI: 10.26083/tuprints-00027466
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.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

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.

German
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-274660
Classification DDC: 500 Science and mathematics > 510 Mathematics
Divisions: 04 Department of Mathematics > Algebra > Automorphic Forms, Number Theory, Algebraic Geometry
Date Deposited: 17 Jul 2024 12:09
Last Modified: 17 Jul 2024 12:09
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/27466
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