อ่าน 12 นาที
การแทนแบบแอดจอยต์
ในทางคณิตศาสตร์การแทนแบบแอดจอยต์ (หรือการกระทำแบบแอดจอยต์ ) ของกลุ่มลีGคือวิธีการแทนสมาชิกของกลุ่มในรูปของการแปลงเชิงเส้น ของ...
การแทนแบบแอดจอยต์
| กลุ่มลีและพีชคณิตลี |
|---|
ในทางคณิตศาสตร์การแทนแบบแอดจอยต์ (หรือการกระทำแบบแอดจอยต์ ) ของกลุ่มลีGคือวิธีการแทนสมาชิกของกลุ่มในรูปของการแปลงเชิงเส้น ของ พีชคณิตลีของกลุ่มซึ่งถือว่าเป็นปริภูมิเวกเตอร์ตัวอย่างเช่น ถ้าGคือกลุ่มลีของเมทริกซ์ผกผันได้ขนาดn x n ที่เป็นจำนวนจริง การแทนแบบแอดจอยต์คือโฮโมมอร์ฟิซึมของกลุ่มที่ส่งเมทริกซ์ ผกผันได้ขนาด n x nไปยังเอนโดมอร์ฟิซึมของปริภูมิเวกเตอร์ของการแปลงเชิงเส้นทั้งหมดของซึ่งกำหนดโดย:
สำหรับกลุ่มลีใดๆการแสดงแทน ตามธรรมชาติแบบนี้ ได้มาจากการทำให้เป็นเชิงเส้น (กล่าวคือ การหาอนุพันธ์ของ) การกระทำของGบนตัวมันเองโดยการ สังยุค การแสดงแทนแบบผกผันสามารถกำหนดได้สำหรับกลุ่มพีชคณิตเชิงเส้นเหนือฟิลด์ ใด ๆ
คำนิยาม
ให้Gเป็นกลุ่ม Lieและให้
ให้g ↦ Ψ gเป็นฟังก์ชันที่ Aut( G ) เป็น กลุ่มออโตมอร์ฟิซึมของGและΨ g : G → Gกำหนดโดยออโตมอร์ฟิซึมภายใน (คอนจูเกชัน)
Ψ นี้เป็นโฮโมมอร์ฟิซึมของกลุ่ม (เป็นโฮโมมอร์ฟิซึมของกลุ่ม Lieถ้าเชื่อมต่อกัน[ 1 ] )
สำหรับแต่ละgในGให้กำหนดAd gเป็นอนุพันธ์ของΨ gที่จุดกำเนิด:
โดยที่ dคืออนุพันธ์ และคือปริภูมิสัมผัสที่จุดกำเนิด e ( โดยที่ eคือองค์ประกอบเอกลักษณ์ของกลุ่ม G ) เนื่องจากเป็นออโตมอร์ฟิซึมของกลุ่ม Lie ดังนั้น Ad gจึงเป็นออโตมอร์ฟิซึมของพีชคณิต Lie กล่าว คือ เป็นการแปลงเชิงเส้น ผกผัน ของไปยังตัวมันเองที่รักษาวงเล็บ Lie ไว้ ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากเป็นโฮโมมอร์ฟิซึมของกลุ่มดังนั้น ก็เป็นโฮโมมอร์ฟิซึมของกลุ่มเช่นกัน[ 2 ]ดังนั้น แผนที่
เป็นการแทนกลุ่มที่ เรียกว่าการแทนแบบผกผันของG
ถ้าGเป็นกลุ่มลีเชิงเส้น (linear Lie group ) แล้วพีชคณิตลี (Lie algebra) จะ ประกอบด้วยเมทริกซ์ และแผนที่เอกซ์โพเนนเชียล (exponential map)คือเมทริกซ์เอกซ์โพเนนเชียลสำหรับเมทริกซ์Xที่มีบรรทัดฐานตัวดำเนินการขนาดเล็ก เราจะคำนวณอนุพันธ์ของ ที่ t = 0 สำหรับgในGและX ขนาดเล็ก ในเส้นโค้งจะมีอนุพันธ์ที่t = 0 จากนั้นจะได้:
โดยที่ด้านขวาคือผลคูณของเมทริกซ์ ถ้าG เป็นกลุ่มย่อยปิด (นั่นคือGเป็นกลุ่ม Lie ของเมทริกซ์) สูตรนี้จะใช้ได้กับg ทุกตัว ในGและX ทุกตัว ใน
กล่าวโดยสรุป การแทนแบบแอดจอยต์คือการแทนแบบไอโซโทร ปี ที่เกี่ยวข้องกับการกระทำแบบคอนจูเกชันของG รอบองค์ประกอบเอกลักษณ์ของG
อนุพันธ์ของ Ad
เราสามารถเปลี่ยนจากตัวแทนของกลุ่มลีGไปเป็นตัวแทนของพีชคณิตลีของกลุ่มลีนั้น ได้เสมอ โดยการหาอนุพันธ์ที่เอกลักษณ์
การหาอนุพันธ์ของแผนที่ผกผัน
ที่องค์ประกอบเอกลักษณ์จะให้การแสดงแทนแบบผกผันของพีชคณิตลีของG :
โดยที่พีชคณิตลีของซึ่งสามารถระบุได้ว่าเป็นพีชคณิตอนุพันธ์ของสามารถแสดงได้ว่า
สำหรับทุก ๆโดยที่ด้านขวามือกำหนด (เหนี่ยวนำ) โดยวงเล็บ Lie ของฟิลด์เวกเตอร์อันที่จริง[ 3 ]โปรดจำไว้ว่า เมื่อมองว่าเป็นพีชคณิต Lie ของฟิลด์เวกเตอร์ที่ไม่เปลี่ยนแปลงทางซ้ายบนGวงเล็บบนจะกำหนดเป็น: [ 4 ]สำหรับฟิลด์เวกเตอร์ที่ไม่เปลี่ยนแปลงทางซ้ายX , Y ,
โดยที่แสดงถึงการไหลที่เกิดจากXปรากฏว่าโดยประมาณ เนื่องจากทั้งสองข้างเป็นไปตามสมการเชิงอนุพันธ์สามัญเดียวกันที่กำหนดการไหล นั่นคือโดยที่แสดงถึงการคูณทางขวาด้วย ในทางกลับกัน เนื่องจากโดยกฎ ลูกโซ่
เนื่องจากYเป็นค่าคงที่ทางซ้าย ดังนั้น
- ,
ซึ่งเป็นสิ่งที่จำเป็นต้องแสดงให้เห็น
ดังนั้น จึงสอดคล้องกับสิ่งเดียวกันที่กำหนดไว้ใน§ การแสดงแทนแบบผกผันของพีชคณิตลีด้านล่าง Ad และ ad มีความสัมพันธ์กันผ่านแผนที่เลขชี้กำลัง : โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Ad exp( x ) = exp(ad x ) สำหรับทุกxในพีชคณิตลี[ 5 ]เป็นผลสืบเนื่องมาจากผลลัพธ์ทั่วไปที่เชื่อมโยงโฮโมมอร์ฟิซึมของกลุ่มลีและพีชคณิตลีผ่านแผนที่เลขชี้กำลัง[ 6 ]
ถ้าGเป็นกลุ่ม Lie เชิงเส้น การคำนวณข้างต้นจะง่ายขึ้น ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้และด้วยเหตุนี้
- .
เมื่อหาอนุพันธ์ของสมการนี้ที่จุดเราจะได้:
- .
กรณีทั่วไปสามารถอนุมานได้จากกรณีเชิงเส้นเช่นกัน กล่าวคือ ให้ G เป็นกลุ่ม Lie เชิงเส้นที่มีพีชคณิต Lie เดียวกันกับของGแล้วอนุพันธ์ของ Ad ที่องค์ประกอบเอกลักษณ์ของGและอนุพันธ์ของ Ad ที่G 'จะตรงกัน ดังนั้นโดยไม่เสียความเป็นทั่วไป เราสามารถถือว่า GคือG 'ได้
การใช้ตัวพิมพ์ใหญ่/ตัวพิมพ์เล็กเป็นสัญลักษณ์นั้นมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเอกสารทางวิชาการ ตัวอย่างเช่น เวกเตอร์x ในพีชคณิตจะสร้างฟิลด์เวกเตอร์X ในกลุ่ม Gในทำนองเดียวกัน แผนที่ผกผันad x y = [ x , y ]ของเวกเตอร์ใน นั้นสมมูลกับอนุพันธ์ลีL X Y = [ X , Y ]ของฟิลด์เวกเตอร์บนกลุ่ม Gที่ถือว่าเป็นแมนิโฟลด์
ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการหาอนุพันธ์ของแผนที่เลขชี้กำลังได้ที่นี่
การแทนแบบแอดจอยต์ของพีชคณิตลี
ให้เป็นพีชคณิตลีเหนือฟิลด์บางฟิลด์ เมื่อกำหนดสมาชิกxของพีชคณิตลีเราจะนิยามการกระทำร่วมของxบนเป็นแผนที่
สำหรับทุกyในเรียกว่าเอนโดมอร์ฟิซึมผกผันหรือแอคชั่นผกผัน ( มักใช้สัญลักษณ์ แทนด้วย) เนื่องจากวงเล็บเป็นแบบทวิเชิงเส้น จึงกำหนดการแมปเชิงเส้นได้
กำหนดโดยx ↦ ad xภายใน End วงเล็บจะถูกกำหนดโดยตัวสลับของตัวดำเนินการทั้งสองตามคำนิยาม:
โดยที่หมายถึงการประกอบกันของแผนที่เชิงเส้น โดยใช้คำจำกัดความของวงเล็บข้างต้นเอกลักษณ์ของจาโคบี
มีรูปแบบ
โดยที่x , yและzเป็นองค์ประกอบใดๆของ
เอกลักษณ์สุดท้ายนี้กล่าวว่า ad เป็นโฮโมมอร์ฟิซึมของพีชคณิตลี กล่าวคือ การแมปเชิงเส้นที่แปลงวงเล็บเป็นวงเล็บ ดังนั้น ad จึงเป็นการแทนพีชคณิตลีและเรียกว่าการแทนแบบแอดจอยต์ของพีชคณิตในภาษาเชิงทฤษฎีโมดูลมากขึ้น การสร้างนี้กล่าวว่าเป็นโมดูลเหนือตัวมันเอง
แก่นของโฆษณาคือศูนย์กลางของ(นั่นเป็นเพียงการเรียบเรียงนิยามใหม่) ในทางกลับกัน สำหรับแต่ละองค์ประกอบzในการแมปเชิงเส้นจะเป็นไปตามกฎของไลบ์นิซ :
สำหรับxและy ทั้งหมด ในพีชคณิต (การกล่าวซ้ำของเอกลักษณ์ของจาโคบี) กล่าวคือ ad zเป็นอนุพันธ์และภาพของภายใต้ ad เป็นพีชคณิตย่อยของ Der ซึ่งเป็นปริภูมิของอนุพันธ์ทั้งหมดของ
เมื่อใดที่ พีชคณิตลีของกลุ่มลีG , ad คืออนุพันธ์ของ Adที่องค์ประกอบเอกลักษณ์ของG
มีสูตรต่อไปนี้ที่คล้ายกับสูตรของไลบ์นิซ : สำหรับสเกลาร์และองค์ประกอบของพีชคณิตลี
ค่าคงที่โครงสร้าง
องค์ประกอบเมทริกซ์ที่ชัดเจนของการแสดงแทนแบบผกผันนั้นกำหนดโดยค่าคงที่โครงสร้างของพีชคณิต นั่นคือ ให้ {e i } เป็นเซตของเวกเตอร์ฐานสำหรับพีชคณิต โดยที่
จากนั้นองค์ประกอบเมทริกซ์สำหรับ ad e i จะได้รับโดย
ดังนั้น ตัวอย่างเช่น การแสดงแทนแบบผกผันของsu(2)คือการแสดงแทนแบบกำหนดของso(3 )
ตัวอย่าง
- ถ้าGเป็นกลุ่มอาเบเลียนที่มีมิติnการแสดงแทนแบบแอดจอยต์ของGคือการแสดงแทนแบบนิรนัย ที่มีมิติ n
- ถ้าGเป็นกลุ่ม Lie เมทริกซ์ (กล่าวคือเป็นกลุ่มย่อยปิดของ) แล้วพีชคณิต Lie ของ G จะเป็นพีชคณิตของเมทริก ซ์ n × nที่มีคอมมิวเทเตอร์สำหรับวงเล็บ Lie (กล่าวคือเป็นพีชคณิตย่อยของ) ในกรณีนี้ แผนที่แอดจอยต์จะกำหนดโดย Ad g ( x ) = gxg −1
- ถ้าGคือSL(2, R ) (เมทริกซ์จริง 2×2 ที่มีดีเทอร์มิแนนต์ 1) พีชคณิตลีของGจะประกอบด้วยเมทริกซ์จริง 2×2 ที่มีร่องรอย 0 การแสดงผลนี้เทียบเท่ากับการแสดงผลที่ได้จากการกระทำของG โดยการแทนที่เชิงเส้นบนปริภูมิของ รูปแบบกำลังสองแบบไบนารี (เช่น 2 ตัวแปร)
คุณสมบัติ
ตารางต่อไปนี้สรุปคุณสมบัติของแผนที่ต่างๆ ที่กล่าวถึงในคำนิยาม
| โฮโมมอร์ฟิซึมของกลุ่มลี: | ออโตมอร์ฟิซึมของกลุ่มลี: |
| โฮโมมอร์ฟิซึมของกลุ่มลี: | ออโตมอร์ฟิซึมของพีชคณิตลี:
|
โฮโมมอร์ฟิซึมของพีชคณิตลี:
| การพิสูจน์พีชคณิตลี:
|
ภาพของGภายใต้การแสดงแทนแบบแอดจอยต์จะถูกแทนด้วย Ad( G )ถ้าGเป็นกลุ่มเชื่อมต่อเคอร์เนลของการแสดงแทนแบบแอดจอยต์จะตรงกับเคอร์เนลของ Ψ ซึ่งก็คือศูนย์กลางของGดังนั้น การแสดงแทนแบบแอดจอยต์ของกลุ่มลีเชื่อมต่อGจะซื่อสัตย์ก็ต่อเมื่อGไม่มีศูนย์กลาง โดยทั่วไปแล้ว ถ้าGไม่เชื่อมต่อ เคอร์เนลของแผนที่แอดจอยต์จะเป็นตัวทำให้เป็นศูนย์กลางของส่วนประกอบเอกลักษณ์G₀ของGจาก ทฤษฎีบทไอโซมอ ร์ฟิซึมข้อแรกเรามี
กำหนดให้พีชคณิตลีจริงมิติจำกัดตามทฤษฎีบทที่สามของลีจะมีกลุ่มลีที่เชื่อมต่อกัน ซึ่งพีชคณิตลีของ กลุ่ม นั้นคือภาพของการแสดงแทนแบบผกผันของ(นั่นคือ) กลุ่มนี้เรียกว่ากลุ่มผกผันของ
ถ้าเป็นพีชคณิตลีของกลุ่มลีที่เชื่อมต่อกันGแล้วคือภาพของการแสดงแทนแบบผกผันของG : .
รากของกลุ่ม Lie กึ่งง่าย
ถ้าGเป็นเซมิซิมเพิลน้ำหนัก ที่ไม่เป็น ศูนย์ของการแสดงแทนแบบแอดจอยต์จะก่อให้เกิดระบบราก[ 7 ] (โดยทั่วไป จำเป็นต้องผ่านไปยังการทำให้ซับซ้อนของพีชคณิตลี ก่อนที่จะดำเนินการต่อ) เพื่อดูว่าสิ่งนี้ทำงานอย่างไร ให้พิจารณากรณีG = SL( n , R ) เราสามารถใช้กลุ่มของเมทริกซ์แนวทแยง diag( t 1 , ..., t n ) เป็นทอรัสสูงสุดT ของเรา การผันแปรโดยองค์ประกอบของTส่ง
ดังนั้นT จึง กระทำอย่างไม่สำคัญต่อส่วนแนวทแยงของพีชคณิตลีของGและมีเวกเตอร์ลักษณะเฉพาะ t i t j −1บนรายการนอกแนวทแยงต่างๆ รากของGคือน้ำหนัก diag( t 1 , ..., t n ) → t i t j −1ซึ่งอธิบายคำอธิบายมาตรฐานของระบบรากของG = SL n ( R ) ว่าเป็นเซตของเวก เตอร์ ในรูปแบบe i − e j
ตัวอย่าง SL(2, R)
เมื่อคำนวณระบบรากสำหรับกรณีที่ง่ายที่สุดกรณีหนึ่งของกลุ่มลี กลุ่ม SL(2, R ) ของเมทริกซ์สองมิติที่มีดีเทอร์มิแนนต์เท่ากับ 1 ประกอบด้วยเซตของเมทริกซ์ในรูปแบบ:
โดยที่a , b , c , dเป็นจำนวนจริง และad − bc = 1
กลุ่มย่อย Lie แบบอาเบเลียนที่เชื่อมต่อกันและกะทัดรัดที่สุด หรือทอรัสT ที่ใหญ่ที่สุด จะถูกกำหนดโดยเซตย่อยของเมทริกซ์ทั้งหมดที่มีรูปแบบ
โดยที่. พีชคณิตลีของทอรัสสูงสุดคือพีชคณิตย่อยคาร์ตันซึ่งประกอบด้วยเมทริกซ์
ถ้าเราจับคู่องค์ประกอบของ SL(2, R ) กับองค์ประกอบของทอรัสสูงสุด เราจะได้
เมทริกซ์
จากนั้นจะเป็น 'เวกเตอร์ลักษณะเฉพาะ' ของการดำเนินการคอนจูเกชันที่มีค่าลักษณะเฉพาะฟังก์ชัน Λ ซึ่งให้ค่าเป็นอักขระการคูณ หรือโฮโมมอร์ฟิซึมจากทอรัสของกลุ่มไปยังฟิลด์พื้นฐาน R ฟังก์ชัน λ ที่ให้ค่า θ เป็นน้ำหนักของพีชคณิตลีที่มีปริภูมิของน้ำหนักที่กำหนดโดยช่วงของเมทริกซ์
การแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการคูณของลักษณะเฉพาะและความเป็นเชิงเส้นของน้ำหนักนั้นเป็นเรื่องที่น่าพอใจ นอกจากนี้ยังสามารถพิสูจน์ได้ว่าอนุพันธ์ของ Λ สามารถนำมาใช้สร้างน้ำหนักได้ และการพิจารณากรณีของ SL(3, R ) ก็เป็นประโยชน์เช่นกัน
ตัวแปรและสิ่งที่คล้ายคลึงกัน
การแสดงแทนแบบผกผันสามารถกำหนดได้สำหรับกลุ่มพีชคณิตเหนือฟิลด์ใดๆ ก็ได้
การแทนแบบโคแอดจอยต์คือการแทนแบบคอนทราเกรเดียนต์ของการแทนแบบแอดจอยต์ อ เล็กซานเดอร์ คิริลลอฟสังเกตว่าวงโคจรของเวกเตอร์ใดๆ ในการแทนแบบโคแอดจอยต์คือแมนิโฟล ด์เชิงซิมเพล็กติก ตามปรัชญาในทฤษฎีการแทนที่เรียกว่าวิธีวงโคจร (ดูสูตรอักขระของคิริลลอฟ ด้วย ) การแทนแบบลดทอนไม่ได้ของกลุ่มลีGควรได้รับการจัดทำดัชนีในบางวิธีโดยวงโคจรโคแอดจอยต์ ความสัมพันธ์นี้ใกล้เคียงที่สุดในกรณีของกลุ่มลีแบบนิลโพเทนต์
ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
- ^คำว่า "เชื่อมต่อ" ใช้เพื่อกำหนดโครงสร้างกลุ่ม Lie บนกลุ่มออโตมอร์ฟิซึม ดู [1 ]
- ^จริง ๆ แล้ว ตามกฎลูกโซ่
- ↑โคบายาชิและโนมิสึ 2539 , หน้า 41
- ↑โคบายาชิและโนมิซุ 1996 , ข้อเสนอที่ 1.9
- ^ห้องประชุม 2015ข้อเสนอ 3.35
- ^ฮอลล์ 2015ทฤษฎีบท 3.28
- ^อาคาร 2015ส่วนที่ 7.3
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การแทนแบบแอดจอยต์
ในทางคณิตศาสตร์การแทนแบบแอดจอยต์ (หรือการกระทำแบบแอดจอยต์ ) ของกลุ่มลีGคือวิธีการแทนสมาชิกของกลุ่มในรูปของการแปลงเชิงเส้น ของ...
อนุพันธ์ของ Ad
เราสามารถเปลี่ยนจากตัวแทนของกลุ่มลี G ไปเป็น ตัวแทนของพีชคณิตลีของกลุ่มลีนั้น ได้เสมอ โดยการหาอนุพันธ์ที่เอกลักษณ์
การแทนแบบแอดจอยต์ของพีชคณิตลี
ให้เป็นพีชคณิตลีเหนือฟิลด์บางฟิลด์ เมื่อกำหนดสมาชิก x ของพีชคณิตลีเราจะนิยามการกระทำร่วมของ x บนเป็นแผนที่ จี {\displaystyle {\mathfrak {g}}} จี {\displaystyle {\mathfrak {g}}} จี {\displaystyle {\mathfrak {g}}}
ค่าคงที่โครงสร้าง
องค์ประกอบเมทริกซ์ที่ชัดเจนของการแสดงแทนแบบผกผันนั้นกำหนดโดย ค่าคงที่โครงสร้าง ของพีชคณิต นั่นคือ ให้ {e i } เป็นเซตของ เวกเตอร์ฐาน สำหรับพีชคณิต โดยที่