A multi-Frey approach to Fermat equations of signature (r,r,p)(r,r,p)

In this paper, we give a resolution of the generalized Fermat equations $$x^5 + y^5 = 3 z^n \text{ and } x^{13} + y^{13} = 3 z^n,$$ for all integers $n \ge 2$, and all integers $n \ge 2$ which are not a multiple of $7$, respectively, using the modular method with Frey elliptic curves over totally real fields. The results require a refined application of the multi-Frey technique, which we show to be effective in new ways to reduce the bounds on the exponents $n$. We also give a number of results for the equations $x^5 + y^5 = d z^n$, where $d = 1, 2$, under additional local conditions on the solutions. This includes a result which is reminiscent of the second case of Fermat's Last Theorem, and which uses a new application of level raising at $p$ modulo $p$.Comment: Includes more details regarding the connection of this paper with its sequel 'Some extensions of the modular method and Fermat-equations of signature (13,13,n)'. More precisely: extended Remark 7.4; added details on the computational parts of the proofs of Proposition 9 and Theorem 2; included new comments and polished the auxiliary Magma files for Proposition 9 and Theorem

Descent methods for studying integer points on yn=f(x)g(x), n≥2y^{n}=f(x)g(x),\ n\ge 2

We study the integer points on superelliptic and hyperelliptic curves of the form $y^n=f(x)g(x),$ $n\ge 2, {\rm{deg}}{f}+{\rm{deg}}{g}\ge 4.

Points entiers et rationnels sur des courbes et variétés modulaires de dimension supérieure

This thesis concerns the study of integral and rational points on some modular curves and varieties. After a brief introduction which describes the motivation and the setting of this topic as well as the main results of this thesis, the manuscript follows a threefold development. The first chapter focuses on Q-curves, and on the morphisms Gal(Q/Q) -> PGL2(Fp) that we can build with a Q-curve for every prime p. We prove that, under good hypotheses, for p large enough with respect to the discriminant of the definition field of the Q-curve, such a morphism is surjective, which solves a particular case of Serre's uniformity problem (still open in general). The main tools of the chapter are Mazur's method (based here on results of Ellenberg), Runge's method, and isogeny theorems, following the strategy of Bilu and Parent. The second chapter covers analytic estimates of weighted sums of L-function values of modular forms, in the fashion of techniques designed by Duke and Ellenberg. The initial goal of such a result is the application of Mazur's method in the first chapter. The third chapter is devoted to the search for generalisations of Runge's method for higherdimensional varieties. Here we prove anew a result of Levin inspired by this method, before proving an enhanced version called "tubular Runge", more generally applicable. In the perspective of studying integral points of modular varieties, we finally give an example of application of this theorem to the reduction of an abelian surface in a product of elliptic curves.Cette thèse porte sur l'étude des points entiers et rationnels de certaines courbes et variétés modulaires. Après une brève introduction décrivant les motivations et le cadre de ce genre d'études ainsi que les résultats principaux de la thèse, le manuscrit se divise en trois parties. Le premier chapitre s'intéresse aux Q-courbes, et aux morphismes Gal(Q/Q) -> PGL2(Fp) qu'on peut leur associer pour tout p premier. Nous montrons que sous de bonnes hypothèses, pour p assez grand par rapport au discriminant du corps de définition de la Q-courbe, ce morphisme est surjectif, ce qui résout un cas particulier du problème d'uniformité de Serre (toujours ouvert en général). Les outils principaux du chapitre sont la méthode de Mazur (basée ici sur des résultats d'Ellenberg), la méthode de Runge et des théorèmes d'isogénie, suivant la structure de preuve de Bilu et Parent. Le second chapitre consiste en des estimations analytiques de sommes pondérées de valeurs de fonctions L de formes modulaires, dans l'esprit de techniques développées par Duke et Ellenberg. La motivation de départ d'un tel résultat est l'application de la méthode de Mazur dans le premier chapitre. Le troisième chapitre est consacré à la recherche de généralisations de la méthode de Runge pour des variétés de dimension supérieure. Nous y redémontrons un résultat de Levin inspiré de cette méthode, avant d'en prouver une forme assouplie dite "de Runge tubulaire", plus largement applicable. Dans l'optique de recherche de points entiers de variétés modulaires, nous en donnons enfin un exemple d'utilisation à la réduction d'une surface abélienne en produit de courbes elliptiques