Sempre puo' chiaro e complicato... domande:
1) da dove arriva questo modo strampalato di fare la somma tra due punti?
Discende da una questione geometrico-algebrica; visto che l'equazione di Weierstrass contiene il termine x^3, se metto quella equazione a sistema con una retta si troveranno in genere uno, due o tre punti di intersezione (l'equazione risolvente diventerà polinomiale di terzo grado in x)
y = mx + q
y^2 = x^3 + ax + b
--> (mx + q)^2 = x^3 + ax + b
(escludiamo invece i casi patologici delle curve con nodi o punti angolosi - grazie al concetto di discriminante - altrimenti non potremmo tracciare le tangenti in ogni punto, cioè ci sarebbero punti per i quali non sarebbe possibile definire la somma con se stessi)
Cosa c'entra una retta con il concetto di addizione?
Se dobbiamo definire un'operazione, dobbiamo trovare una regola per associare fra loro 3 elementi della curva, in modo che la relazione (A,B) -> C diventerà la nostra addizione. Il legame è quindi dato dalla retta che collega tra loro i punti della curva.
L'idea di base è che 3 punti allineati devono dare sempre somma "zero".Se una retta ha in comune 3 punti con la curva, allora si pone semplicemente:
A+B+C= "zero" , cioè si dice che A+B = -C
Chi è quindi -C ? Per capire chi è -C, l'opposto di C, cioè l'elemento che sommato a C dà "zero" come risultato dobbiamo adesso attribuire a qualcuno il ruolo dello "zero".
Osserviamo 2 fatti:
1) una retta può intersecare la curva anche in solo due punti A e B (qui per intersecare intendo proprio "secare", non essere solo tangente in A o in B), e non necessariamente in 3 punti; come definire allora la somma tra questi due elementi, visto che la retta che li collega non passa per nessun altro punto della curva?
2) le uniche rette che passano solo per 2 punti distinti della curva (senza essere tangenti alla curva in nessuno dei due punti) sono le rette verticali (rette che collegano tra loro quindi 2 punti simmetrici rispetto all'asse x)
Unendo 1) e 2) otteniamo che nel caso di due punti A e B simmetrici rispetto all'asse x dobbiamo aggiungere per forza un terzo punto allineato a loro per definire la loro somma, e questo punto deve essere obbligatoriamente un nuovo punto, lo "zero" appunto (nuovo nel senso che non sta "naturalmente" sulla curva):
A+B+"zero" = "zero" (quindi 2 punti sono opposti se e solo se sono simmetrici rispetto all'asse x)
dove qui
"zero" indica quindi la direzione della retta verticale che passa per A e B e poi si "perde" verso infinito, si attribuisce perciò lo status di punto a una direzione come si è soliti fare in geometria proiettivaNB: ribadisco che il punto zero non ha coordinate (anche se viene rappresentato nei software con le coordinate fittizie (0,0), coordinate che non soddisfano certo l'equazione di Weierstrass).
Le curve ellittiche vengono perciò definite come l'insieme dei punti che soddisfano Weierstrass + il punto all'infinito (a volte c'è ambiguità nel termine "curva", ma dobbiamo ricordarci che va sempre aggiunto alle soluzioni dell'equazione anche il punto all'infinito!). Questo punto è necessario per dare all'insieme nella sua totalità una configurazione di gruppo. Il punto zero è chiamato in questo modo semplicemente perchè è, per definizione, l'elemento neutro rispetto all'addizione.
Torniamo per un momento alla formula iniziale:
A+B+C=zero cioè
A+B=-Cadesso dovrebbe risultare più chiaro perchè, per sommare A e B, non basta solo tracciare una secante che da A e B raggiunga il punto C, ma dobbiamo passare poi anche al suo opposto (e simmetrico) C'=-C.
Quindi si tratta sì di una regola "strampalata" ma anche ragionata
Poi il perchè questa regola per definire l'addizione valga anche se prendiamo i coefficienti in un sottocampo finito di R, questo proprio non lo so (ma è proprio questo che rende interessanti le curve ellittiche per le applicazioni pratiche, il fatto che ereditano proprietà normalmente valide solo sul continuo di R come quella dei 3 punti di intersezione tra retta e curva anche in un campo di lavoro finito per le coordinate, fatto veramente notevole per il quale queste curve vengono utilizzate in teoria dei numeri;
le curve ellittiche gettano un ponte tra il mondo del continuo e il mondo del discreto e per quanto riguarda quest'ultimo anche tra l'infinito e il finito).
Sempre puo' chiaro e complicato... domande:
2) esiste una definizione di prodotto tra due punti che magari porta a qualcosa di simile ad un anello?
2) non lo so, a occhio direi proprio di no, tra un gruppo e un anello c'è una bella differenza, il prodotto dei punti della curva per gli scalari non è in realtà una vera moltiplicazione, ma semplicemente un modo sintetico di indicare un'addizione ripetuta.