Enumeration of rational points on projective schemes

Naive algorithms for enumerating rational points over \(\QQ\) or finite fields over for general schemes.

Warning

Incorrect results and infinite loops may occur if using a wrong function. (For instance using an affine function for a projective scheme or a finite field function for a scheme defined over an infinite field.)

EXAMPLES:

Projective, over \(\QQ\):

sage: from sage.schemes.projective.projective_rational_point import enum_projective_rational_field
sage: P.<X,Y,Z> = ProjectiveSpace(2,QQ)
sage: C = P.subscheme([X+Y-Z])
sage: enum_projective_rational_field(C,3)
[(-2 : 3 : 1), (-1 : 1 : 0), (-1 : 2 : 1), (-1/2 : 3/2 : 1),
 (0 : 1 : 1), (1/3 : 2/3 : 1), (1/2 : 1/2 : 1), (2/3 : 1/3 : 1),
 (1 : 0 : 1), (3/2 : -1/2 : 1), (2 : -1 : 1), (3 : -2 : 1)]

Projective over a finite field:

sage: from sage.schemes.projective.projective_rational_point import enum_projective_finite_field
sage: E = EllipticCurve('72').change_ring(GF(19))
sage: enum_projective_finite_field(E)
[(0 : 1 : 0), (1 : 0 : 1), (3 : 0 : 1), (4 : 9 : 1), (4 : 10 : 1),
 (6 : 6 : 1), (6 : 13 : 1), (7 : 6 : 1), (7 : 13 : 1), (9 : 4 : 1),
 (9 : 15 : 1), (12 : 8 : 1), (12 : 11 : 1), (13 : 8 : 1), (13 : 11 : 1),
 (14 : 3 : 1), (14 : 16 : 1), (15 : 0 : 1), (16 : 9 : 1), (16 : 10 : 1),
 (17 : 7 : 1), (17 : 12 : 1), (18 : 9 : 1), (18 : 10 : 1)]

AUTHORS:

sage.schemes.projective.projective_rational_point.enum_projective_finite_field(X)

Enumerates projective points on scheme X defined over a finite field.

INPUT:

  • X - a scheme defined over a finite field or a set of abstract rational points of such a scheme.

OUTPUT:

  • a list containing the projective points of X over the finite field, sorted.

EXAMPLES:

sage: F = GF(53)
sage: P.<X,Y,Z> = ProjectiveSpace(2,F)
sage: from sage.schemes.projective.projective_rational_point import enum_projective_finite_field
sage: len(enum_projective_finite_field(P(F)))
2863
sage: 53^2+53+1
2863
sage: F = GF(9,'a')
sage: P.<X,Y,Z> = ProjectiveSpace(2,F)
sage: C = Curve(X^3-Y^3+Z^2*Y)
sage: enum_projective_finite_field(C(F))
[(0 : 0 : 1), (0 : 1 : 1), (0 : 2 : 1), (1 : 1 : 0), (a + 1 : 2*a : 1),
(a + 1 : 2*a + 1 : 1), (a + 1 : 2*a + 2 : 1), (2*a + 2 : a : 1),
(2*a + 2 : a + 1 : 1), (2*a + 2 : a + 2 : 1)]
sage: F = GF(5)
sage: P2F.<X,Y,Z> = ProjectiveSpace(2,F)
sage: enum_projective_finite_field(P2F)
[(0 : 0 : 1), (0 : 1 : 0), (0 : 1 : 1), (0 : 2 : 1), (0 : 3 : 1), (0 : 4 : 1),
(1 : 0 : 0), (1 : 0 : 1), (1 : 1 : 0), (1 : 1 : 1), (1 : 2 : 1), (1 : 3 : 1),
(1 : 4 : 1), (2 : 0 : 1), (2 : 1 : 0), (2 : 1 : 1), (2 : 2 : 1), (2 : 3 : 1),
(2 : 4 : 1), (3 : 0 : 1), (3 : 1 : 0), (3 : 1 : 1), (3 : 2 : 1), (3 : 3 : 1),
(3 : 4 : 1), (4 : 0 : 1), (4 : 1 : 0), (4 : 1 : 1), (4 : 2 : 1), (4 : 3 : 1),
(4 : 4 : 1)]

ALGORITHM:

Checks all points in projective space to see if they lie on X.

Warning

If X is defined over an infinite field, this code will not finish!

AUTHORS:

  • John Cremona and Charlie Turner (06-2010).
sage.schemes.projective.projective_rational_point.enum_projective_rational_field(X, B)

Enumerates projective, rational points on scheme X of height up to bound B.

INPUT:

  • X - a scheme or set of abstract rational points of a scheme;
  • B - a positive integer bound.

OUTPUT:

  • a list containing the projective points of X of height up to B, sorted.

EXAMPLES:

sage: P.<X,Y,Z> = ProjectiveSpace(2,QQ)
sage: C = P.subscheme([X+Y-Z])
sage: from sage.schemes.projective.projective_rational_point import enum_projective_rational_field
sage: enum_projective_rational_field(C(QQ),6)
[(-5 : 6 : 1), (-4 : 5 : 1), (-3 : 4 : 1), (-2 : 3 : 1),
 (-3/2 : 5/2 : 1), (-1 : 1 : 0), (-1 : 2 : 1), (-2/3 : 5/3 : 1),
 (-1/2 : 3/2 : 1), (-1/3 : 4/3 : 1), (-1/4 : 5/4 : 1),
 (-1/5 : 6/5 : 1), (0 : 1 : 1), (1/6 : 5/6 : 1), (1/5 : 4/5 : 1),
 (1/4 : 3/4 : 1), (1/3 : 2/3 : 1), (2/5 : 3/5 : 1), (1/2 : 1/2 : 1),
 (3/5 : 2/5 : 1), (2/3 : 1/3 : 1), (3/4 : 1/4 : 1), (4/5 : 1/5 : 1),
 (5/6 : 1/6 : 1), (1 : 0 : 1), (6/5 : -1/5 : 1), (5/4 : -1/4 : 1),
 (4/3 : -1/3 : 1), (3/2 : -1/2 : 1), (5/3 : -2/3 : 1), (2 : -1 : 1),
 (5/2 : -3/2 : 1), (3 : -2 : 1), (4 : -3 : 1), (5 : -4 : 1),
 (6 : -5 : 1)]
sage: enum_projective_rational_field(C,6) == enum_projective_rational_field(C(QQ),6)
True
sage: P3.<W,X,Y,Z> = ProjectiveSpace(3,QQ)
sage: enum_projective_rational_field(P3,1)
[(-1 : -1 : -1 : 1), (-1 : -1 : 0 : 1), (-1 : -1 : 1 : 0), (-1 : -1 : 1 : 1),
(-1 : 0 : -1 : 1), (-1 : 0 : 0 : 1), (-1 : 0 : 1 : 0), (-1 : 0 : 1 : 1),
(-1 : 1 : -1 : 1), (-1 : 1 : 0 : 0), (-1 : 1 : 0 : 1), (-1 : 1 : 1 : 0),
(-1 : 1 : 1 : 1), (0 : -1 : -1 : 1), (0 : -1 : 0 : 1), (0 : -1 : 1 : 0),
(0 : -1 : 1 : 1), (0 : 0 : -1 : 1), (0 : 0 : 0 : 1), (0 : 0 : 1 : 0),
(0 : 0 : 1 : 1), (0 : 1 : -1 : 1), (0 : 1 : 0 : 0), (0 : 1 : 0 : 1),
(0 : 1 : 1 : 0), (0 : 1 : 1 : 1), (1 : -1 : -1 : 1), (1 : -1 : 0 : 1),
(1 : -1 : 1 : 0), (1 : -1 : 1 : 1), (1 : 0 : -1 : 1), (1 : 0 : 0 : 0),
(1 : 0 : 0 : 1), (1 : 0 : 1 : 0), (1 : 0 : 1 : 1), (1 : 1 : -1 : 1),
(1 : 1 : 0 : 0), (1 : 1 : 0 : 1), (1 : 1 : 1 : 0), (1 : 1 : 1 : 1)]

ALGORITHM:

We just check all possible projective points in correct dimension of projective space to see if they lie on X.

AUTHORS:

  • John Cremona and Charlie Turner (06-2010)

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