Reprezentacja łączna

W matematyce reprezentacja sprzężona (lub działanie sprzężone ) grupy Liego G jest sposobem reprezentacji elementów grupy jako liniowych przekształceń algebry Liego grupy , uważanej za przestrzeń wektorową . jeśli G to _ n n Na odwracalne macierze , to sprzężona reprezentacja jest homomorfizmem grupowym, który wysyła odwracalną macierz n -na- n do endomorfizmu przestrzeni wektorowej wszystkich przekształceń liniowych zdefiniowane przez: .

Dla dowolnej grupy Liego tę naturalną reprezentację uzyskuje się przez linearyzację (tj. przyjęcie różniczki ) działania G na siebie przez koniugację . Reprezentację sprzężoną można zdefiniować dla liniowych grup algebraicznych w dowolnych polach .

Definicja

Niech G będzie grupą Liego i niech

będzie odwzorowaniem g ↦ Ψ g , gdzie Aut ( G ) jest grupą automorfizmów G i Ψ g : G G dana przez wewnętrzny automorfizm (koniugacja)

To Ψ jest homomorfizmem grupy Liego .

g Dla każdego g w G zdefiniuj Ad g jako pochodną Ψ na początku układu współrzędnych:

gdzie d jest i jest styczną początku e jest tożsamości grupy G ). Ponieważ jest automorfizmem grupy Liego, g algebry Liego ; tj. odwracalna liniowa sol do siebie, który zachowuje nawias Liego . Ponadto, ponieważ jest homomorfizmem grupowym, też jest homomorfizmem grupowym . Stąd mapa

jest reprezentacją grupową zwaną reprezentacją sprzężoną G .

Jeśli G jest zanurzoną podgrupą Liego grupy liniowej (zwanej zanurzoną liniową grupą Liego , to algebra Liego sol n ( do składa się z macierzy, a mapa wykładnicza jest macierzą wykładniczą dla macierze X z małymi normami operatorów. Zatem dla w G i małego X w , biorąc pochodną w t = 0, otrzymujemy:

gdzie po prawej stronie mamy iloczyny macierzy. Jeśli (to znaczy G to ta wzór jest ważny dla wszystkich g w G i wszystkich X w .

Krótko mówiąc, reprezentacja sprzężona jest reprezentacją izotropową związaną z działaniem koniugacji G wokół elementu tożsamości G .

Pochodna Ad

Zawsze można przejść od reprezentacji grupy Liego G do reprezentacji jej algebry Liego, biorąc pochodną przy tożsamości.

Biorąc pochodną sąsiedniej mapy

w elemencie tożsamości daje sprzężoną reprezentację algebry Liego G ) }

gdzie jest algebrą Liego z którą można utożsamiać z wyprowadzenia sol . Można to pokazać

dla wszystkich prawa strona jest dana (indukowana) wektorowych . Rzeczywiście, przypomnij sobie, że patrząc na algebrę Liego niezmiennych w lewo pól wektorowych na , nawias w nawiasie podany jako: dla lewostronnie niezmiennych pól wektorowych X , Y ,

gdzie oznacza przepływ generowany przez X . się obie definiowanie przepływu. Oznacza to, że R oznacza właściwe mnożenie przez . Z drugiej strony, ponieważ według reguły łańcuchowej }

ponieważ Y jest niezmiennikiem lewostronnym. Stąd,

,

co trzeba było pokazać.

Zatem samą zdefiniowaną w § Sprzężona reprezentacja Liego poniżej Reklama i reklama są powiązane poprzez mapę wykładniczą : w szczególności Ad exp( x ) = exp(ad x ) dla wszystkich x w algebrze Liego. Jest to konsekwencja ogólnego wyniku odnoszącego homomorfizmy grupy Liego i algebry Liego za pomocą mapy wykładniczej.

Jeśli G jest głęboko liniową grupą Liego, to powyższe obliczenia upraszczają: rzeczywiście, jak zauważono wcześniej, , a zatem z

.

Biorąc pochodną tego w , mamy:

.

można również wywnioskować z przypadku liniowego: rzeczywiście, niech będzie Liego mającą taką samą algebrę Liego jak G Wtedy pochodna Ad w elemencie identycznym dla G i pochodna dla G ' pokrywają się; stąd, bez utraty ogólności, można założyć, że G jest G ' .

Notacja z dużymi / małymi literami jest szeroko stosowana w literaturze. Tak więc na przykład wektor x w algebrze pole wektorowe X w grupie G Podobnie mapa sprzężona ad x y = [ x , y ] wektorów w homomorficzna [ potrzebne wyjaśnienie ] względem pochodnej Liego L X Y = [ X , Y ] pól wektorowych na grupie G rozpatrywanej jako rozmaitość .

Zobacz dalej pochodną mapy wykładniczej .

Sprzężona reprezentacja algebry Liego

Niech algebrą Liego na jakimś polu element x algebry Liego definiuje się działanie sprzężone x na mapie jako

dla wszystkich y w . Nazywa się to endomorfizmem sprzężonym lub działaniem sprzężonym . ( jest również często oznaczany jako .) Ponieważ nawias jest dwuliniowy, określa to liniowy mapowanie

dany przez x ↦ ad x . Wewnątrz End nawias jest z definicji podawany przez komutator dwóch operatorów:

gdzie skład map liniowych Korzystając z powyższej definicji nawiasu, tożsamość Jacobiego

przyjmuje formę

gdzie x , y i z są dowolnymi elementami .

Ta ostatnia tożsamość mówi, że ad jest homomorfizmem algebry Liego; tj. odwzorowanie liniowe, które przenosi nawiasy do nawiasów. reklama jest reprezentacją algebry Liego jest nazywana sprzężoną reprezentacją algebry .

sol jest skończenie wymiarowy i wybrano dla niego podstawę, to jest algebrą Liego macierzy kwadratowych, a skład odpowiada mnożeniu macierzy .

na teorii modułów konstrukcja mówi, że modułem samym w sobie.

reklamy jest centrum ( to tylko przeformułowanie definicji) Z drugiej strony, dla każdego elementu , odwzorowanie liniowe jest zgodne z zasadą Leibniza prawo :

dla wszystkich x i y w algebrze (przekształcenie tożsamości Jacobiego). To znaczy ad { \ Displaystyle ( { , przestrzeń wszystkich wyprowadzeń .

Kiedy jest algebrą Liego grupy Liego G , ad jest różniczką Ad na elemencie tożsamości G .

Istnieje następujący wzór podobny do Leibniza : dla skalarów elementów algebry Liego ,

Stałe struktury

Wyraźne elementy macierzowe reprezentacji sprzężonej są określone przez stałe strukturalne algebry. To znaczy, niech {e i } będzie zbiorem wektorów bazowych dla algebry, z

Następnie elementy macierzy dla ad e i są podane przez

Tak więc, na przykład, sprzężona reprezentacja su(2) jest definiującą reprezentacją so(3) .

Przykłady

  • Jeśli G jest abelem wymiaru n , sprzężona reprezentacja G jest trywialną n -wymiarową reprezentacją.
  • Jeśli G jest macierzową grupą Lie podgrupą to jej algebra Liego n n macierzy z komutatorem dla nawiasu Liego (tj. podalgebry sol . W tym przypadku mapa przylegająca jest dana przez Ad g ( x ) = gxg −1 .
  • Jeśli G to SL(2, R ) (rzeczywiste macierze 2×2 z wyznacznikiem 1), algebra Liego G składa się z rzeczywistych macierzy 2×2 ze śladem 0. Reprezentacja jest równoważna z reprezentacją daną przez działanie G przez liniową podstawienie w przestrzeni form binarnych (tj. 2 zmiennych) form kwadratowych .

Nieruchomości

Poniższa tabela podsumowuje właściwości różnych map wymienionych w definicji

homomorfizm grupy kłamstw:
Automorfizm grupy kłamstw:
Homomorfizm grup kłamstw:
Automorfizm algebry kłamstw:
  • jest
Homomorfizm algebry kłamstw:
  • jest liniowa
Wyprowadzenie z algebry kłamstw:
  • jest liniowy

Obraz G pod reprezentacją sprzężoną jest oznaczony przez Ad ( G ) . Jeśli G jest spójny , jądro sprzężonej reprezentacji pokrywa się z jądrem Ψ, które jest po prostu środkiem G. Dlatego sprzężona reprezentacja połączonej grupy Liego G jest wierna wtedy i tylko wtedy, gdy G jest bez środka. Mówiąc bardziej ogólnie, jeśli G nie jest spójny, to jądrem mapy sprzężonej jest 0 centralizator składnika tożsamości G z G . Z pierwszego twierdzenia o izomorfizmie mamy

Biorąc pod uwagę skończenie wymiarową rzeczywistą algebrę Liego na podstawie trzeciego twierdzenia Liego , istnieje połączona grupa Liego , którego algebra Liego jest obrazem sprzężonej reprezentacji (tj. to sprzężoną grupą }

, jeśli jest algebrą Liego połączonej grupy Liego \ Int jest obrazem sprzężonej reprezentacji sol .

Pierwiastki półprostej grupy Liego

Jeśli G jest półproste , niezerowe wagi sprzężonej reprezentacji tworzą system główny . (Ogólnie rzecz biorąc, zanim przejdziemy dalej, należy przejść do złożoności algebry Liego.) Aby zobaczyć, jak to działa, rozważmy przypadek G = SL( n , R ). Możemy przyjąć grupę macierzy diagonalnych diag( t 1 , ..., t n ) jako nasz maksymalny torus T . Koniugacja przez element T wysyła

Zatem T działa trywialnie na diagonalną część algebry Liego G i z wektorami własnymi t it j -1 na różne wpisy poza przekątną. Pierwiastki G to wagi diag( t 1 , ..., t n ) → t ja t j −1 . Stanowi to standardowy opis systemu korzeniowego G = SL n ( R ) jako zbiór wektorów postaci e ja - e j .

Przykład SL(2, R)

Przy obliczaniu systemu korzeniowego dla jednego z najprostszych przypadków Grup Liego grupa SL(2, R ) dwuwymiarowych macierzy o wyznaczniku 1 składa się ze zbioru macierzy postaci:

gdzie a , b , c , d real i ad bc = 1.

Maksymalnie zwarta spójna abelowa podgrupa Liego, czyli maksymalny torus T , jest dana przez podzbiór wszystkich macierzy postaci

z . Algebrą Liego maksymalnego torusa jest podalgebra Cartana składająca się z macierzy

Jeśli sprzężymy element SL(2, R ) z elementem maksymalnego torusa, otrzymamy

Matryce

są wtedy „wektory własne” operacji koniugacji o wartościach własnych . Funkcja Λ, która daje, R. Funkcja λ dająca θ jest wagą algebry Liego z przestrzeń wagowa określona przez rozpiętość macierzy.

Satysfakcjonujące jest pokazanie multiplikatywności postaci i liniowości wagi. Można dalej udowodnić, że różniczkę Λ można wykorzystać do stworzenia wagi. Pouczające jest również rozważenie przypadku SL(3, R ).

Warianty i analogi

Reprezentację sprzężoną można również zdefiniować dla grup algebraicznych w dowolnym polu. [ wymagane wyjaśnienie ]

Reprezentacja sprzężona jest przeciwstawną reprezentacją reprezentacji sprzężonej. Alexandre Kirillov zauważył, że orbita dowolnego wektora w reprezentacji współsprzężonej jest rozmaitością symplektyczną . Zgodnie z filozofią teorii reprezentacji znaną jako metoda orbity (patrz także wzór na postać Kirillova ), nieredukowalne reprezentacje grupy Liego G powinien być w jakiś sposób indeksowany przez jego współsączące orbity. Zależność ta jest najściślejsza w przypadku nilpotentnych grup Liego .

Zobacz też

  • Adjoint bundle – pakiet wektorowy powiązany z dowolnym pakietem głównym przez reprezentację adjoint

Notatki

  •     Fulton, William ; Harris, Joe (1991). Teoria reprezentacji. Pierwszy kurs . Podyplomowe teksty z matematyki , Lektury z matematyki. Tom. 129. Nowy Jork: Springer-Verlag. doi : 10.1007/978-1-4612-0979-9 . ISBN 978-0-387-97495-8 . MR 1153249 . OCLC 246650103 .
  •   Kobayashi, Shoshichi; Nomizu, Katsumi (1996). Podstawy geometrii różniczkowej, tom. 1 (nowe wydanie). Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-15733-5 .
  •   Hall, Brian C. (2015), Lie Groups, Lie Algebras and Representations: An Elementary Introduction , Absolwent Teksty z matematyki, tom. 222 (wyd. 2), Springer, ISBN 978-3319134666 .