Reprezentacja jednostajnie ograniczona

W matematyce ograniczona reprezentacja grupy lokalnie zwartej w przestrzeni Hilberta homomorfizmem ograniczonych operatorów odwracalnych, który jest ciągły dla silnego operatora T { i takie, że jest skończony. W 1947 roku Béla Szőkefalvi-Nagy ustalił, że każda jednostajnie ograniczona reprezentacja liczb całkowitych lub rzeczywistych jest unitaryzowalna , tj. sprzężona przez operator odwracalny z reprezentacją unitarną . W przypadku liczb całkowitych daje to kryterium, aby operator odwracalny był podobny do operatora unitarnego: normy operatorów wszystkich potęg dodatnich i ujemnych muszą być jednostajnie ograniczone. Wynik dotyczący unitaryzowalności reprezentacji jednostajnie ograniczonych został rozszerzony w 1950 roku przez Dixmiera , Daya i Nakamurę-Takedę na wszystkie lokalnie zwarte podatnych grup , zgodnie zasadniczo z metodą dowodu Sz-Nagya. Wiadomo, że wynik kończy się niepowodzeniem dla grup nienadających się do manipulacji, takich jak SL(2, R ) i grupa wolna na dwóch generatorach. Dixmier (1950) przypuszczał, że lokalnie zwarta grupa jest podatna wtedy i tylko wtedy, gdy każda jednostajnie ograniczona reprezentacja jest unitaryzowalna.

Oświadczenie

Niech G będzie lokalnie zwartą podatną grupą i niech T g będzie homomorfizmem G do GL ( H ), grupą odwracalnych operatorów na przestrzeni Hilberta, taką, że

  • dla każdego x w H wartość wektora gx na G jest ciągła;
  • normy operatorów operatorów T g są jednostajnie ograniczone.

Wtedy istnieje dodatni operator odwracalny S na H taki, że S T g S −1 jest jednostkowy dla każdego g w G .

W konsekwencji, jeśli T jest operatorem odwracalnym, którego wszystkie dodatnie i ujemne potęgi są równomiernie ograniczone w normie operatora, to T jest sprzężone przez dodatni operator odwracalny z jednostką.

Dowód

Przy założeniu funkcji ciągłych

wygenerować rozdzielną jednostkową podalgebrę C* A jednostajnie ograniczonych funkcji ciągłych na G . Z konstrukcji algebra jest niezmienna przy tłumaczeniu w lewo. Przez podatność istnieje niezmienny stan φ na A . Wynika, że

to nowy produkt wewnętrzny na H satysfakcjonujący

Gdzie

Istnieje więc dodatni operator odwracalny P taki, że

Według konstrukcji

Niech S będzie unikalnym dodatnim pierwiastkiem kwadratowym z P . Następnie

Z zastosowania S -1 do x i y wynika, że

Od operatorów

są odwracalne, wynika z tego, że są one jednostkowe.

Przykłady reprezentacji nieunitaryzowalnych

SL(2,R)

Szereg uzupełniający nieredukowalnych reprezentacji unitarnych SL(2,R) został wprowadzony przez Bargmanna (1947) . Te reprezentacje mogą być realizowane na funkcjach na okręgu lub na linii rzeczywistej: transformata Cayleya zapewnia jednostkową równoważność między dwiema realizacjami.

W rzeczywistości dla 0 < σ < 1/2 i f , g funkcje ciągłe na okręgu definiują

Gdzie

Ponieważ funkcja k σ jest całkowalna, ta całka jest zbieżna. W rzeczywistości

gdzie normy są zwykłymi normami L2 .

Funkcje

są ortogonalne z

Ponieważ wielkości te są dodatnie, ( f , g ) σ definiuje iloczyn wewnętrzny. Uzupełnienie przestrzeni Hilberta jest oznaczone przez H σ .

Dla funkcji ciągłych F , G zwartej podpory na R zdefiniuj

Ponieważ uważana za dystrybucję transformata Fouriera | x | 2σ – 1 to C σ | t | −2σ dla pewnej dodatniej stałej C σ powyższe wyrażenie można przepisać:

Jest to więc produkt wewnętrzny. Niech H' σ oznacza dopełnienie przestrzeni Hilberta.

Transformata Cayleya daje początek operatorowi U :

U rozciąga się do izometrii H σ na H ' σ . Jego sprzężenie jest podane przez

Transformata Cayleya wymienia działania transformacji Möbiusa SU(1,1) na S 1 i SL(2, R ) na R .

Operator U przeplata odpowiednie działania SU(1,1) na H σ i SL(2, R ) na H ' σ .

Dla g w SU(1,1) podane przez

z

i f ciągły, zestaw

Dla g' w SL(2, R ) dane przez

z reklamą bc = 1, zestaw

Jeśli g ' odpowiada g pod transformatą Cayleya, to wtedy

Dekompozycja biegunowa pokazuje, że SL(2,R) = KAK z K = SO(2) i A jest podgrupą dodatnich macierzy diagonalnych. K odpowiada macierzom diagonalnym w SU(1,1). Ponieważ oczywiście K działa unitarnie na H σ i A działa unitarnie na H ' σ , obie reprezentacje są unitarne. Reprezentacje są nieredukowalne, ponieważ działanie algebry Liego na wektorach bazowych f m jest nieredukowalny. Ta rodzina nieredukowalnych reprezentacji unitarnych nazywana jest serią komplementarną .

Ehrenpreis i Mautner (1955) skonstruowali analityczną kontynuację tej rodziny reprezentacji w następujący sposób. Jeśli s = σ + iτ, g leży w SU(1,1) i f w H σ , zdefiniuj

Podobnie jeśli g ' leży w SL(2, R ) a F w H ' σ , zdefiniuj

Tak jak poprzednio, unitarne U przeplata te dwa działania. K działa unitarnie na H σ i A przez jednostajnie ograniczoną reprezentację na H ' σ . Działanie standardowej bazy złożonej algebry Liego na tej podstawie można obliczyć:

Gdyby reprezentacja była unitaryzowalna dla τ ≠ 0, to operator podobieństwa T na H σ musiałby komutować z K , ponieważ K zachowuje oryginalny iloczyn wewnętrzny. Wektory Tf m byłyby zatem nadal ortogonalne dla nowego iloczynu wewnętrznego i operatorów

spełniałby te same relacje dla

W tym przypadku

Elementarne jest sprawdzenie, że nieskończenie mała taka reprezentacja nie może istnieć, jeśli τ ≠ 0.

00 Rzeczywiście, niech v = f ' i ustaw

Następnie

dla pewnej stałej c . Z drugiej strony,

Zatem c musi być rzeczywiste i dodatnie. Świadczą o tym powyższe wzory

więc reprezentacja π s jest unitaryzowalna tylko wtedy, gdy τ = 0.

Wolna grupa na dwóch generatorach

Grupa G = SL(2, R ) zawiera dyskretną grupę Γ = SL(2, Z ) jako zamkniętą podgrupę o skończonej kowalności, ponieważ ta podgrupa działa na górnej półpłaszczyźnie z podstawową domeną skończonego obszaru hiperbolicznego. Grupa SL(2, Z ) zawiera podgrupę o indeksie 12 izomorficzną z wolną grupą F 2 na dwóch generatorach. Stąd G ma podgrupę Γ 1 o skończonej kowalności, izomorficznej z F 2 . Jeśli L jest zamkniętą podgrupą o skończonej kowalności w grupie lokalnie zwartej G , a π jest jednostajnie ograniczoną reprezentacją G niepodlegającą unitaryzacji w przestrzeni Hilberta L , to jego ograniczenie do L jest jednostajnie ograniczone i niejednolicie ograniczone. Bo jeśli nie, stosując ograniczony operator odwracalny, iloczyn wewnętrzny można uczynić niezmiennym pod L ; a potem z kolei niezmiennik pod G przez przedefiniowanie

Podobnie jak w poprzednim dowodzie, jednolita granica gwarantuje, że norma zdefiniowana przez ten iloczyn wewnętrzny jest równoważna oryginalnemu iloczynowi wewnętrznemu. Ale wtedy pierwotna reprezentacja byłaby unitaryzowalna na G , sprzeczność. Ten sam argument działa dla dowolnej dyskretnej podgrupy G o skończonej kowalności. W szczególności grupy powierzchniowe , które są podgrupami kozwartymi, mają reprezentacje jednolicie ograniczone, których nie można zunifikować.

Istnieje więcej bezpośrednich konstrukcji jednostajnie ograniczonych reprezentacji wolnych grup, których nie da się zunifikować: są one badane w Pisier (2001) . Pierwsze takie przykłady opisano w Figà-Talamanca & Picardello (1983) , gdzie konstruuje się odpowiednik szeregu komplementarnego.

Później Szwarc (1988) podał pokrewną, ale prostszą konstrukcję , na przestrzeni Hilberta 2 ( fa 2 ) holomorficznej rodziny jednostajnie ograniczonych reprezentacji π z fa 2 | z | < 1; są one nieunitaryzowalne, gdy 1/√ 3 <| z | < 1 i z nie jest rzeczywiste. Niech L ( g ) oznacza skróconą długość słowa na F 2 dla danego zbioru generatorów a , b . Niech T będzie operatorem ograniczonym zdefiniowanym na elementach bazowych przez

gdzie g ' uzyskuje się przez wymazanie ostatniej litery w wyrażeniu g jako słowa zredukowanego; identyfikując F 2 z wierzchołkami swojego wykresu Cayleya , drzewa ukorzenionego, odpowiada to przejściu od wierzchołka do następnego wierzchołka najbliższego początku lub korzeniowi. dla |z| < 1

jest dobrze zdefiniowany na skończenie obsługiwanych funkcjach. Pytlik i Szwarc (1986) wcześniej udowodnili, że rozciąga się ona na jednostajnie ograniczoną reprezentację na H spełniającą

W rzeczywistości łatwo sprawdzić, że operator λ( g ) T λ( g ) −1 T ma skończony rząd, z rozpiętością V g , skończenie wymiarową przestrzenią funkcji obsługiwanych na zbiorze wierzchołków łączących g z początkiem . Dla dowolnej funkcji znikającej w tym skończonym zbiorze T i λ( g ) T λ ( g ) −1 są równe; i obaj pozostawiają niezmiennik V g , na których działają jako skurcze i styki względem siebie. Stąd jeśli f ma skończone wsparcie i normę 1,

dla |z| < 1/√3, wszystkie te reprezentacje są podobne do reprezentacji regularnej λ. Jeśli z drugiej strony 1/√3 < |z| <1, następnie operator

zadowala

gdzie f w H jest określone przez

Tak więc, jeśli z nie jest rzeczywiste, D ma wartość własną, która nie jest rzeczywista. Ale wtedy π z nie może być unitaryzowalne, ponieważ w przeciwnym razie D byłby podobny do operatora samosprzężonego.

Problem Dixmiera

Jacques Dixmier zapytał w 1950 r., czy podatne grupy charakteryzują się unitaryzowalnością , tj. właściwością, że wszystkie ich jednolicie ograniczone reprezentacje są unitaryzowalne. Ten problem pozostaje otwarty do dziś.

Elementarny argument indukcyjny pokazuje, że podgrupa grupy możliwej do unitaryzacji pozostaje unitaryzowalna. Dlatego hipoteza von Neumanna sugerowałaby pozytywną odpowiedź na problem Dixmiera, gdyby była prawdziwa. W każdym razie wynika z tego, że kontrprzykładem dla hipotezy Dixmiera może być tylko grupa niepodlegająca podporządkowaniu bez wolnych podgrup. W szczególności hipoteza Dixmiera jest prawdziwa dla wszystkich grup liniowych według alternatywy cycków .

Kryterium pochodzące od Epsteina i Monoda pokazuje, że istnieją również grupy, których nie można zjednoczyć, bez wolnych podgrup. W rzeczywistości nawet niektóre grupy Burnside'a nie dają się zunifikować, jak wykazali Monod i Ozawa.

Znacznego postępu dokonał Pisier , który powiązał unitaryzowalność z pojęciem długości faktoryzacji. To pozwoliło mu rozwiązać zmodyfikowaną postać problemu Dixmiera.

Potencjalną lukę między unitaryzowalnością a podatnością można dalej zilustrować następującymi otwartymi problemami, z których wszystkie stają się elementarne, jeśli „ujednolicać” zastąpi się „podatnym”:

  • Czy bezpośredni iloczyn dwóch unitaryzowalnych grup jest unitaryzowalny?
  • Czy ukierunkowane połączenie grup, które można zjednoczyć, można zunifikować?
  • Jeśli normalną podlegającą podgrupę, można , czy wynika jest to, że , jeśli jest i jest

Notatki