Lie algebra representasjon

Denne artikkelen er en oversikt over algebra .

Du kan dele din kunnskap ved å forbedre den ( hvordan? ) I henhold til anbefalingene fra de tilsvarende prosjektene .

I matematikk er en fremstilling av en Lie-algebra en måte å skrive denne algebraen på som en algebra av matriser , eller mer generelt av endomorfismer i et vektorrom , med Lie-braketten gitt av kommutatoren .

Ligg algebraer

La K være et kommutativt felt med karakteristisk forskjellig fra 2. En Ligg algebra på K er et vektorrom utrustet med en bilineær kart over i som tilfredsstiller de følgende egenskaper:

  1.  ;

Ethvert vektorrom kan være utstyrt med en struktur av Lie algebra, ved å posere . En slik Lie-algebra, der Lie-braketten er identisk null, kalles abelian . Et annet eksempel, grunnleggende for det som følger, er følgende. La V et vektorrom løpet K . Vektoren plass End (V) av endomorphism av V kan være forsynt med et Lie algebra struktur, ved innstilling: . Vi betegner også den altså oppnådde Lie-algebraen. Når V er endelig dimensjon n , identifiserer størrelsen av matriser med koeffisienter i K . Det bemerkes da .

En sub-Lie-algebra av er et vektorunderområde for stabil Lie-parentes, dvs. slik at .

Eksempler

Et ideal for en Lie-algebra er et vektorunderrom av slik at . Ethvert ideal for en Lie-algebra er spesielt en Lie-subalgebra (men det omvendte er falskt).

Eksempler

En morfisme mellom to Lie-algebraer og er et lineært kart slik at . Kjernen til en Lie algebra morfisme er da et ideal for kilden Lie algebra og bildet en Lie subalgebra av målet Lie algebra. En isomorfisme mellom to Lie-algebraer er en morfisme av Lie-algebraer som er en isomorfisme av vektorrom.

Eksempler

Representasjoner

Definisjoner

En representasjon av Lie algebra i et vektorrom V er dataene til en morfisme . Med andre ord er det et lineært kart som også sjekker . Vi legger merke til denne representasjonen eller bare når det ikke er mulig tvetydighet . Vi sier også at V er en - modul eller ganske enkelt en modul . Noen ganger noterer vi oss i stedet for elementets handling på vektoren .

En representasjon sies å være trofast hvis morfismen er injiserende. I dette tilfellet kan Lie-algebra sees på som en Lie-subalgebra av .

En underrepresentasjon av en representasjon av er dataene til et vektordelrom W av V stabilt ved virkningen av , dvs. slik at . Spesielt for en vektor linje D som genereres av en vektor v for å være stabil, er det nødvendig og tilstrekkelig for v å være en egenvektor som er felles for alle endomorphisms . En representasjon er ikke-reduserbare hvis det medgir ikke ren underrepresentasjon, det vil si annen enn sub-områder og V . Spesielt noen representasjon av en dimensjon er ikke-reduserbare, fordi i dette tilfellet er de eneste underrom av V er nøyaktig og V . La være en underrepresentasjon av . Den kvotient representasjonen er representasjonen av i kvotienten plass definert ved .

En morfisme mellom to representasjoner og av den samme Lie algebra er dataene til et lineært kart som pendler til handlingen av , det vil si slik at . Når er en isomorfisme av vektorrom, sier vi at de to representasjonene er isomorfe. Settet med alle morfismer mellom representasjoner og danner et vektorrom, betegnet .

Schurs lemma er et viktig resultat for forståelsen av dette rommet . Her er uttalelsen:

Schurs lemma  - 

Merknader

Eksempler

Konstruksjoner av representasjoner

En representasjon av er ikke- dekomponerbar hvis den ikke er isomorf til den direkte summen av to riktige underrepresentasjoner. Spesielt er enhver irredusibel fremstilling udelbar, men det omvendte er falskt. En representasjon er semi-enkel (eller fullstendig reduserbar ) hvis den er isomorf til en direkte sum av ikke-reduserbare underrepresentasjoner (muligens i uendelig antall). En uutslettelig og semi-enkel fremstilling er nødvendigvis ikke reduserbar.

Eksempler

Disse tre eksemplene gjenspeiler det faktum at en reell matrise kan være diagonaliserbar eller trigonaliserbar, men ikke diagonaliserbar, eller ikke har reelle egenverdier . Vi ser således at forestillingen om representasjon av en Lie-algebra generaliserer den klassiske forestillingen om reduksjon av endomorfismer .

Kobling med representasjoner av omsluttende algebra

Den omsluttende algebraen til en Lie-algebra

La A være en assosiativ algebra med enhet. Så eksisterer det på A en struktur av Lie algebra som Lie-braketten er gitt av formelen . Noen ganger betegner vi denne Lie-algebraen. Dermed gir enhver assosiativ algebra en Lie-algebra. Vi har sett at det er et eksempel på denne konstruksjonen. Kan vi snu dette resultatet omvendt? Kan vi bygge en assosiativ algebra fra en Lie-algebra. Denne ideen fører til forestillingen om å omslutte algebra av en Lie-algebra.

Er en Lie algebra løpet K . La være tensorealgebraen til . La J være det tosidige idealet om generert av tensorene for alle x og y av . Den omsluttende algebra av er den enhetsassosiative algebra definert som kvotienten . Vi merker det . Sammensetningen kalles den kanoniske anvendelsen av i sin omsluttende algebra. Som en algebra, genereres av 1 og bildet . Dessuten er en morfisme av Lie algebras fra i . Den omsluttende algebraen til en Lie-algebra tilfredsstiller følgende universelle egenskaper:

Universell eiendom til den omsluttende algebraen  -  La A være en assosiativ algebra med en enhet. La være en morfisme av Lie algebras av in . Så eksisterer det en unik morfisme av assosierende algebraer fra i A slik at og .

Eksempel

Representasjoner av en Lie-algebra vs Representasjoner av den omsluttende algebraen

La være en representasjon av . Siden er en assosiativ algebra med enhet, innebærer den universelle egenskapen at det eksisterer en unik morfisme av algebraer slik at . Denne operasjonen gjør det derfor mulig å bytte fra en fremstilling av en Lie-algebra til en morfisme av assosiative algebraer. Motsatt gir enhver morfisme av assosierende algebraer ved begrensning en morfisme av Lie-algebraer, det vil si til en representasjon av . Dette prinsippet tolkes som en ekvivalens av kategorier mellom kategorien representasjoner av en gitt Lie-algebra og kategorien representasjoner av den omsluttende algebraen.

Dette nye synspunktet er viktig fordi det gjør det mulig å vurdere nye grunnleggende objekter. Den første av disse er kanselleringen av en forestilling. La være en representasjon av . La oss igjen ved bokstaven notere representasjonen som den er utledet fra. Da er kanselleringen av V settet . Det er et tosidig ideal fordi det er en morfisme av algebraer. Ethvert ideal som er opphevelsen av en irredusibel representasjon av kalles et primitivt ideal .

La være en representasjon av . La oss igjen ved bokstaven notere representasjonen som den er utledet fra. For alle v i V , settet definerer en ikke-null underrepresentasjon V . Når V ikke kan reduseres, har vi derfor . Mer generelt sies det at en representasjon V er syklisk hvis den eksisterer slik at . Vektoren v kalles en syklisk vektor . En representasjon V er irredusibel hvis og bare hvis en ikke-null vektor av V er syklisk. En representasjon V sies å være av endelig type hvis det eksisterer et begrenset antall vektorer av V slik at . En irredusibel fremstilling er derfor av endelig type. La V være en syklisk representasjon og la v være en syklisk vektor. Vi definerer deretter en applikasjon etter formelen . Kjernen til er canceller av v , betegnet . Dette er et ideelt til venstre for . Som V er syklisk, bildet er lik for alle V . Vi trekker derfor frem det . Enhver syklisk fremstilling (og særlig en hvilken som helst irredusibel fremstilling) fremstår således som et kvotient av den omsluttende algebra av . Videre, når V ikke kan reduseres, er idealet maksimalt. Klassifiseringen av de irredusible representasjonene av tilsvarer dermed klassifiseringen av de maksimale venstreidealene til den omsluttende algebraen.


Eksempel Tenk på den kommutative Lie-algebraen . Identifiser den omsluttende algebraen med ringen av polynomer . Denne ringen er prinsipiell, og derfor blir dens idealer generert av et enkelt polynom. Videre, hvis et polynom P (X) kan spaltes i formen , så er idealet generert av P inneholdt i det idealet som genereres av . Den d'Alembert-Gauss teorem så innebærer at maksimal idealer er idealer form , for en beskrive alt . Den tilsvarende kvosienten er da isomorf og handlingen av er gitt av og . La oss nå se på kvotienten hvor . Hvis kvotienten er en semi-enkel representasjon, direkte sum av de to irredusible representasjonene og . Situasjonen er fundamentalt annerledes når . I dette tilfellet er kvotienten et vektorrom av dimensjon 2 der operatøren gitt ved multiplikasjonen med er nullpotent av indeks 2. Når det gjelder representasjonen av Lie algebra , tilsvarer denne kvotienten representasjonen gitt av formelen , som er indekomponerbar, men ikke reduserbar.

Induksjon

La være en Lie-algebra. La være en Lie subalgebra av . La være en representasjon av . Vi har sett at vi kan få en representasjon av ved begrensning. Begrepet omsluttende algebra vil gi et enkelt middel til å vurdere det gjensidige problemet. La oss derfor være en representasjon av , som vi ser som en representasjon av dens omsluttende algebra . En konsekvens av Poincaré-Birkhoff-Witt-teoremet er som fremstår som en subalgebra av . På den annen side, gir en representasjon av ved å gjøre handling ved venstre multiplikasjon på tensorene. Vi konstruerer deretter representasjonen . Det kalles representasjon indusert fra til av .

Link til representasjoner av Lie-grupper

I denne delen, legemet K er (eller ). En løgngruppe G er en ekte (eller kompleks) differensialmanifold utstyrt med to kart og glatt (eller holomorf) slik at det er en gruppe . Feltet K i seg selv er en kommutativ Lie-gruppe. Et annet eksempel på løgnegrupper er gruppen av inverterbare matriser av størrelse n . En løgngruppes morfisme er en differensierbar (eller holomorf) gruppemorfisme. En endelig dimensjonal representasjon av Lie-gruppen G er en morphsime av G in .

Løgnegrupper er i slekt med Lie-algebraer. Faktisk er det tangente rommet til en Lie-gruppe G i identitet en Lie-algebra av endelig dimensjon, kalt Lie-algebra for gruppen G og bemerket . For eksempel Lie algebra av K er K selv; Lie-algebraen til er . Siden Lie-algebraen til Lie-gruppen G er det tangente rommet i identiteten, avhenger det faktisk bare av den tilkoblede komponenten av identiteten. Dermed har for eksempel gruppen av reelle matriser med en strengt positiv determinant den samme Lie-algebra som . På den annen side, opp til isomorfisme, eksisterer det en unik sammenkoblet og rett og slett sammenkoblet Lie-gruppe som har en gitt Lie-algebra (av endelig dimensjon).

Ettersom enhver morfisme mellom løgngrupper er hypotesen som kan differensieres, induserer den en kartlegging mellom de underliggende Lie-algebraene . Dette kartet er faktisk en morfisme av Lie algebras. Spesielt, for , enhver representasjon av en Lie-gruppe G gir opphav til en endelig dimensjonal representasjon av Lie-algebraen . Omvendt kommer enhver endelig dimensjonal representasjon av en Lie-algebra fra en representasjon av den unike, enkelt forbundne Lie-gruppen som har Lie-algebra som sin Lie-algebra .

Merknad Det er sterkere forestillinger om representasjoner av Lie-grupper som gjør det mulig å utvide teorien til uendelig dimensjon, samtidig som man holder en analog av dette siste resultatet. Dette er for eksempel tillatte representasjoner og begrepet -moduler.

Modulkategori

La være en Lie-algebra. Settet med alle moduler (eller tilsvarende alle representasjoner av ) danner en kategori , betegnet . Denne kategorien er abelsk . Spesielt kan man vurdere eksakte sekvenser av moduler. En nøyaktig sekvens i er gitt av tre moduler M , N , P og av to injeksjons- og surjektiv morfisme. Vi noterer oss en slik sekvens. En modul P er prosjektiv hvis noen eksakt sekvens er delt, det vil si om det eksisterer en morfisme slik at . En ekvivalent definisjon er følgende: modulen P er prosjektiv hvis det for en eventuell morfisme og morfisme eksisterer en unik morfisme slik at . På en dobbelt måte, en elastisitetsmodul I er injektiv hvis noen nøyaktige sekvensen er splittet. En tilsvarende definisjon er følgende: modulen I er injeksjonsdyktig hvis det for en injeksjonsmorfisme og morfisme eksisterer en unik morfisme slik at .

Ettersom enhver modul også er en modul på ringen , kan vi bruke de generelle forestillingene om moduler på en ring . En modul M er av endelig lengde hvis det eksisterer en endelig serie av submoduler slik at de påfølgende kvotientene er irreduserbare moduler. En slik sekvens er kalt en Jordan-Hölders fra M . For en endelig lengde modul, avhenger isomorphisms klasse kvotienten bare modulen M . Spesielt heltallet n er kun avhengig av modulus M og kalles lengden av modulen M . For eksempel er enhver irredusibel modul av lengde 1, hvilken som helst direkte sum av to irredusible moduler er av lengde 2.

En modul M er kunstnerisk hvis noen synkende sekvens av submoduler er stasjonær. For eksempel er en hvilken som helst endelig dimensjonsmodul kunstnerisk. En modul M er ikke eterisk hvis en økende sekvens av submoduler er stasjonær. Siden den omsluttende algebraen er en Noetherian-ring , er en modul M Noetherian hvis og bare hvis den er av endelig type. En modul har endelig lengde hvis og bare hvis den er noetherian og artinian.

Eksempel En endelig dimensjonsmodul er alltid Noetherian og Artinian, og har derfor alltid en endelig lengde. Dette er ikke lenger gyldig i uendelig dimensjon, selv ikke for en abelian Lie-algebra. Anta for eksempel at . Tenk på modulen der handlingen av er gitt ved multiplikasjon med skalar z . Handlingen av er derfor gitt av venstre multiplikasjon. Så hver venstre ideelle er en sub-modul L . Note (P) den ideelle generert av polynomet P . La være en uendelig serie av komplekse tall. Vi har da følgende avtagende rekkefølge: . Det er en ikke-stasjonær serie av submoduler, hvis påfølgende kvotienter er irredusible moduler (på grunn av dimensjon 1). Dermed er L ikke kunstnerisk og har ikke endelig lengde. Merk at L er noetherian fordi det er en endelig type modul (faktisk syklisk, generert av det konstante polynom 1 ).


En underkategori full av er Artinian (henholdsvis Noetherian) hvis alle objektene er Artinian (henholdsvis Noetherian) moduler. I en underkategori full av kunstnerisk og eterisk ethvert objekt er av endelig lengde. En underkategori av full har nok projeksjons hvis en eller annen gjenstand M i den underkategori er det en projeksjonsmodul P i underkategori og en surjektiv morphism P på M . Hun har nok injektiv hvis for ethvert objekt M i underkategori det er en injektiv modul jeg i underkategori og en injektiv morphism M i jeg .

Referanser

Relaterte artikler

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">