อ่าน 8 นาที
พีชคณิตบานาค
ในทางคณิตศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวิเคราะห์เชิงฟังก์ชันพีชคณิตบานาค (Banach algebra ) ซึ่งตั้งชื่อตามสเตฟาน บานาค (Stefan Banach ) คือพีชคณิตแบบสมาคม (associative algebra ) บน..
พีชคณิตบานาค
ในทางคณิตศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวิเคราะห์เชิงฟังก์ชันพีชคณิตบานาค (Banach algebra ) ซึ่งตั้งชื่อตามสเตฟาน บานาค (Stefan Banach ) คือพีชคณิตแบบสมาคม (associative algebra ) บน จำนวน จริงหรือจำนวนเชิงซ้อน (หรือบนฟิลด์บรรทัดฐานสมบูรณ์ที่ไม่ใช่แบบอาร์คิมีเดียน ) ซึ่งในขณะเดียวกันก็เป็น ปริภูมิ บานาค (Banach space ) ด้วย กล่าว คือ เป็น ปริภูมิบรรทัดฐานที่สมบูรณ์ในเมตริกที่กำหนดโดยบรรทัดฐานนั้น บรรทัดฐานนั้นจะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขบางประการ
วิธี นี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการดำเนินการคูณนั้นต่อเนื่องเมื่อเทียบกับโทโพโลยีเมตริก
พีชคณิตบานาคเรียกว่ามีเอกลักษณ์ (unital)ถ้ามีองค์ประกอบเอกลักษณ์สำหรับการคูณซึ่งมีค่าบรรทัดฐานเท่ากับและ เรียกว่า สลับที่ได้ (commutative ) ถ้าการคูณของมัน เป็นไปในลักษณะ สลับ ที่ได้ พีชคณิตบานาคใดๆ(ไม่ว่าจะมีเอกลักษณ์หรือไม่) สามารถฝังตัวแบบไอโซเมตริกเข้าไปในพีชคณิตบานาค ที่มีเอกลักษณ์ได้ เพื่อสร้างอุดมคติปิดของบ่อยครั้งที่เรามักจะสมมติล่วงหน้าว่าพีชคณิตที่กำลังพิจารณานั้นมีเอกลักษณ์ เพราะเราสามารถพัฒนาทฤษฎีส่วนใหญ่ได้โดยการพิจารณาและนำผลลัพธ์ไปใช้กับพีชคณิตดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่กรณีเสมอไป ตัวอย่างเช่น เราไม่สามารถกำหนดฟังก์ชันตรีโกณมิติ ทั้งหมด ในพีชคณิตบานาคที่ไม่มีเอกลักษณ์ได้
ทฤษฎีของพีชคณิตบานาคจริงอาจแตกต่างจากทฤษฎีของพีชคณิตบานาคเชิงซ้อนมาก ตัวอย่างเช่นสเปกตรัมของสมาชิกในพีชคณิตบานาคเชิงซ้อนที่ไม่ใช่แบบศูนย์ จะไม่มีวันว่างเปล่า ในขณะที่ในพีชคณิตบานาคจริง สเปกตรัมอาจว่างเปล่าสำหรับบางสมาชิก
พีชคณิตบานาคสามารถนิยามได้บนฟิลด์ของจำนวน -adic ด้วย เช่น กัน นี่เป็นส่วนหนึ่งของการวิเคราะห์ -adic
ตัวอย่าง
ตัวอย่างต้นแบบของพีชคณิตบานาคคือซึ่งเป็นปริภูมิของฟังก์ชันต่อเนื่อง (ค่าเชิงซ้อน) ที่นิยามบน ปริภูมิเฮาส์ดอร์ ฟแบบกระชับเฉพาะที่ และมีค่าเป็นศูนย์ที่อนันต์จะ มีเอกลักษณ์ก็ต่อ เมื่อ เป็นปริภูมิกระชับ เนื่องจาก การผันเชิงซ้อนเป็นการผกผันจึงเป็นพีชคณิต C*โดยทั่วไปแล้ว พีชคณิต C* ทุกตัวเป็นพีชคณิตบานาคตามนิยาม
- เซตของจำนวนจริง (หรือจำนวนเชิงซ้อน) คือพีชคณิตแบบบานาค (Banach algebra) ที่มีนอร์มกำหนดโดยค่าสัมบูรณ์
- เซตของเมทริกซ์จริงหรือเมทริกซ์ เชิงซ้อนขนาด x ทั้งหมด จะกลายเป็น พีชคณิตบานาค ที่มีเอกลักษณ์ หากเรากำหนด นอร์มเมทริกซ์แบบย่อยคูณให้กับ เซต นั้น
- ใช้ปริภูมิบานาค(หรือ) ที่มีนอร์มและกำหนดการคูณแบบแยกส่วน:
- ควอเทอร์เนียนก่อให้เกิดพีชคณิตบานาคจริง 4 มิติ โดยที่นอร์มกำหนดโดยค่าสัมบูรณ์ของควอเทอร์เนียน
- พีชคณิตของฟังก์ชันค่าจริงหรือค่าเชิงซ้อนที่มีขอบเขตทั้งหมดซึ่งกำหนดบนเซตบางเซต (โดยใช้การคูณแบบจุดต่อจุดและ บรรทัดฐาน สูงสุด ) คือพีชคณิตบานาคที่มีเอกลักษณ์
- พีชคณิตของ ฟังก์ชัน ต่อเนื่องที่ มีขอบเขตทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นค่าจริงหรือค่าเชิงซ้อน บนปริภูมิกระชับเฉพาะที่ (โดยมีการดำเนินการแบบจุดต่อจุดและบรรทัดฐานสูงสุด) คือพีชคณิตบานาค
- พีชคณิตของ ตัวดำเนินการ เชิงเส้นต่อเนื่อง ทั้งหมด บนปริภูมิบานาค(โดยมีการประกอบฟังก์ชันเป็นการคูณและบรรทัดฐานของตัวดำเนินการเป็นบรรทัดฐาน) เป็นพีชคณิตบานาคเอกลักษณ์ เซตของตัวดำเนินการกระชับ ทั้งหมด บนเป็นพีชคณิตบานาคและอุดมคติปิด ไม่มีเอกลักษณ์ถ้า[ 1 ]
- ถ้าเป็นกลุ่มทอพอโลยีเฮาส์ด อร์ฟ ที่กระชับเฉพาะที่และเป็นการวัดฮาร์ ของกลุ่ม นั้น พื้นที่บานาคของฟังก์ชันอินทิเกรตได้ทั้งหมดบนจะกลายเป็นพีชคณิตบานาคภายใต้การสังเคราะห์สำหรับ[ 2 ]
- พีชคณิตเอกรูป : พีชคณิตบานาคที่เป็นพีชคณิตย่อยของพีชคณิตเชิงซ้อนที่มีบรรทัดฐานสูงสุด และประกอบด้วยค่าคงที่และแยกจุดของ(ซึ่งต้องเป็นปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟแบบกระชับ)
- พีชคณิตฟังก์ชันบานาคธรรมชาติ : พีชคณิตเอกรูปที่อักขระทั้งหมดเป็นการประเมินค่าที่จุดต่างๆ
- C*-algebra : พีชคณิตแบบ Banach ที่เป็น *-subalgebra แบบปิดของพีชคณิตของตัวดำเนินการที่มีขอบเขตบนปริภูมิHilbert บางแห่ง
- พีชคณิตการวัด : พีชคณิต Banach ที่ประกอบด้วยการวัด Radon ทั้งหมด บนกลุ่มกระชับเฉพาะที่ บางกลุ่ม โดยที่ผลคูณของการวัดสองรายการกำหนดโดยการสังเคราะห์การวัด[ 2 ]
- พีชคณิตของควอเทอร์เนียน เป็นพีชคณิตบานาคจริง แต่ไม่ใช่พีชคณิตเชิงซ้อน (และด้วยเหตุนี้จึงไม่ใช่พีชคณิตบานาคเชิงซ้อน) ด้วยเหตุผลที่ว่าศูนย์กลางของควอเทอร์เนียนคือจำนวนจริง ซึ่งไม่สามารถบรรจุสำเนาของจำนวนเชิงซ้อนได้
- พีชคณิตแอฟฟินอยด์ (Affinoid algebra)คือพีชคณิตแบบบานาค (Banach algebra) ชนิดหนึ่งบนฟิลด์ที่ไม่ใช่แบบอาร์คิมีเดียน (nonarchimedean field) พีชคณิตแอฟฟินอยด์เป็นองค์ประกอบพื้นฐานในเรขาคณิตวิเคราะห์แบบแข็ง (rigid analytic geometry )
คุณสมบัติ
ฟังก์ชันพื้นฐานหลาย ฟังก์ชัน ที่นิยามผ่านอนุกรมกำลังสามารถนิยามได้ในพีชคณิตบานาคแบบเอกลักษณ์ใดๆ ตัวอย่างเช่นฟังก์ชันเลขชี้กำลังและฟังก์ชันตรีโกณมิติและโดยทั่วไปแล้วฟังก์ชันเอนไทร์ ใดๆ (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แผนที่เลขชี้กำลังสามารถใช้เพื่อกำหนดกลุ่มดัชนีเชิงนามธรรมได้ ) สูตรสำหรับอนุกรมเรขาคณิตยังคงใช้ได้ในพีชคณิตบานาคแบบเอกลักษณ์ทั่วไป ทฤษฎีบททวินามยังคงใช้ได้กับองค์ประกอบสองตัวที่สลับกันได้ของพีชคณิตบานาค
เซตขององค์ประกอบที่ผกผันได้ในพีชคณิต Banach เอกลักษณ์ใดๆ ถือเป็นเซตเปิดและการดำเนินการผกผันบนเซตนี้มีความต่อเนื่อง (และด้วยเหตุนี้จึงเป็นโฮมีโอเมอร์ฟิซึม) ดังนั้นจึงก่อให้เกิดกลุ่มโทโพโลยีภายใต้การคูณ[ 3 ]
ถ้าพีชคณิตบานาคมีหน่วยแล้วจะไม่สามารถเป็นตัวสลับเปลี่ยนได้นั่นคือสำหรับใดๆนี่เป็นเพราะและ มี สเปกตรัมเดียวกันยกเว้นอาจจะเป็น
พีชคณิตของฟังก์ชันต่างๆ ที่แสดงในตัวอย่างข้างต้นมีคุณสมบัติที่แตกต่างอย่างมากจากตัวอย่างพีชคณิตมาตรฐาน เช่น จำนวนจริง ตัวอย่างเช่น:
- พีชคณิตบานาคจริงทุกตัวที่เป็นพีชคณิตการหารนั้นสมมูลกับจำนวนจริง จำนวนเชิงซ้อน หรือควอเทอร์เนียน ดังนั้น พีชคณิตบานาคเชิงซ้อนเพียงอย่างเดียวที่เป็นพีชคณิตการหารคือจำนวนเชิงซ้อน (นี่คือสิ่งที่เรียกว่าทฤษฎีบทของเกลฟานด์-มาซูร์ )
- พีชคณิต Banach จริงที่มีเอกลักษณ์ทุกตัวที่ไม่มีตัวหารศูนย์และซึ่งอุดมคติหลัก ทุกตัว ปิดอยู่จะสมสัณฐานกับจำนวนจริง จำนวนเชิงซ้อน หรือควอเทอร์เนียน[ 4 ]
- พีชคณิตบานาค แบบโนเธอร์เรียนที่สลับที่และมีเอกลักษณ์ทุกตัวที่ไม่มีตัวหารศูนย์นั้น สม isomorphic กับจำนวนจริงหรือจำนวนเชิงซ้อน
- พีชคณิตบานาคแบบโนเธอร์เรียนที่สลับที่และมีเอกลักษณ์ทุกตัว (ซึ่งอาจมีตัวหารเป็นศูนย์) มีมิติจำกัด
- องค์ประกอบเอกฐานถาวรในพีชคณิตบานาคคือตัวหารเชิงทอพอโลยีของ ศูนย์ กล่าวคือ เมื่อพิจารณาส่วนขยายของพีชคณิตบานาคองค์ประกอบบางตัวที่เป็นเอกฐานในพีชคณิตที่กำหนดจะมีองค์ประกอบผกผันการคูณในส่วนขยายของพีชคณิตบานาค ตัวหาร เชิงทอพอโลยีของศูนย์ในพีชคณิตบานาคจะเป็นเอกฐานถาวรในส่วนขยายบานาคใดๆของ พีชคณิตบานาค
ทฤษฎีสเปกตรัม
พีชคณิตบานาคเอกลักษณ์เหนือฟิลด์เชิงซ้อนเป็นกรอบทั่วไปในการพัฒนาทฤษฎีสเปกตรัม สเปกตรัมขององค์ประกอบหนึ่ง ๆ ที่ใช้สัญลักษณ์ประกอบด้วยสเกลาร์ เชิงซ้อนทั้งหมด ที่ทำให้ไม่สามารถผกผันได้ใน สเปกตรัมขององค์ประกอบใดๆ ก็ตามเป็นเซตย่อยปิดของดิสก์ปิดใน ที่มีรัศมีและจุดศูนย์กลางและดังนั้นจึงเป็น เซตกระชับยิ่งไปกว่านั้น สเปกตรัมขององค์ประกอบหนึ่งๆ นั้นไม่ว่างเปล่าและสอดคล้องกับ สูตร รัศมีสเปกตรัม :
เนื่องจากแคลคูลัสเชิงฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกช่วยให้สามารถกำหนดฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิก ใดๆ ในบริเวณใกล้เคียง ได้ นอกจากนี้ ทฤษฎีบทการแมปสเปกตรัมยังเป็นจริงอีกด้วย: [ 5 ]
เมื่อพีชคณิตบานาคเป็นพีชคณิตของตัวดำเนินการเชิงเส้นที่มีขอบเขตบนปริภูมิบานาคเชิงซ้อน(ตัวอย่างเช่น พีชคณิตของเมทริกซ์จัตุรัส) แนวคิดของสเปกตรัมในจะตรงกับแนวคิดปกติในทฤษฎีตัวดำเนินการสำหรับ(ด้วยปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟแบบกระชับ) จะเห็นได้ว่า:
ค่ามาตรฐานขององค์ประกอบปกติของพีชคณิต C* จะตรงกับรัศมีสเปกตรัมของมัน นี่เป็นการขยายข้อเท็จจริงที่คล้ายคลึงกันสำหรับตัวดำเนินการปกติ
ให้เป็นพีชคณิตบานาคเชิงซ้อนที่มีเอกลักษณ์ ซึ่งทุกองค์ประกอบที่ไม่เป็นศูนย์สามารถผกผันได้ (พีชคณิตการหาร) สำหรับทุก ๆจะมีอยู่เช่นนั้นที่ ไม่สามารถผกผันได้ (เนื่องจากสเปกตรัมของไม่ว่างเปล่า) ดังนั้นพีชคณิตนี้จึงสมมูลกับ โดยธรรมชาติ(กรณีเชิงซ้อนของทฤษฎีบท Gelfand–Mazur)
อุดมคติและลักษณะนิสัย
ให้เป็นพีชคณิตบานาคแบบสลับที่ที่มีเอกลักษณ์เหนือเนื่องจากเป็นวงแหวนสลับที่ที่มีเอกลักษณ์ ดังนั้น สมาชิกที่ไม่สามารถผกผันได้ทั้งหมดของจึงเป็นของอุดมคติสูงสุด บางตัว ของเนื่องจากอุดมคติสูงสุดในเป็นวงแหวนปิดดังนั้น จึงเป็นพีชคณิตบานาคที่เป็นฟิลด์ และจากทฤษฎีบท Gelfand–Mazur จะได้ ว่ามีการจับคู่แบบหนึ่งต่อหนึ่งทั่วถึงระหว่างเซตของอุดมคติสูงสุดทั้งหมดของและเซตของโฮโมมอร์ฟิซึมที่ไม่เป็นศูนย์ทั้งหมดจากไปยังเซตนี้เรียกว่าปริภูมิ โครงสร้างหรือปริภูมิอักขระของ
อักขระคือฟังก์ชันเชิงเส้นบนที่ในขณะเดียวกันก็เป็นฟังก์ชันคูณและสอดคล้องกับเงื่อนไขอักขระ ทุกตัวมีความต่อเนื่องจากไป โดยอัตโนมัติ เนื่องจากเคอร์เนลของอักขระเป็นอุดมคติสูงสุด ซึ่งเป็นเซตปิด ยิ่งไปกว่านั้น นอร์ม (นั่นคือ นอร์มของตัวดำเนินการ) ของอักขระคือหนึ่ง เมื่อพิจารณาด้วยโทโพโลยีของการลู่เข้าแบบจุดต่อจุดบน(นั่นคือ โทโพโลยีที่เกิดจากโทโพโลยีแบบอ่อน-*ของ) ปริภูมิอักขระจะเป็นปริภูมิเฮาส์ดอร์ฟแบบกระชับ
สำหรับ ที่ ใดก็ตาม การแทนแบบ Gelfandของถูกกำหนดดังนี้: คือฟังก์ชันต่อเนื่องจากไป ที่กำหนดโดย สเปกตรัมของในสูตรข้างต้น คือสเปกตรัมในฐานะองค์ประกอบของพีชคณิตของฟังก์ชันต่อเนื่องเชิงซ้อนบนปริภูมิกระชับ กล่าวคือ
ในฐานะพีชคณิต พีชคณิต Banach แบบสลับที่ที่มีเอกลักษณ์จะเป็นแบบกึ่งง่าย (นั่นคือราก Jacobson ของมัน เป็นศูนย์) ก็ต่อเมื่อการแทน Gelfand ของมันมีเคอร์เนลที่ไม่สำคัญ ตัวอย่างที่สำคัญของพีชคณิตดังกล่าวคือพีชคณิต C* แบบสลับที่ ในความเป็นจริง เมื่อเป็นพีชคณิต C* แบบสลับที่ที่มีเอกลักษณ์ การแทน Gelfand จะเป็นไอโซมอร์ฟิซึมแบบไอโซเมตริก * ระหว่างและ[ a ]
พีชคณิตบานาค *
พีชคณิตบานาค * คือพีชคณิตบานาคเหนือฟิลด์ของจำนวนเชิงซ้อนพร้อมด้วยแผนที่ที่มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:
- สำหรับทุกคน(ดังนั้นแผนที่จึงเป็นการผกผัน )
- สำหรับทุกคน
- สำหรับทุกๆและทุกๆที่นี่หมายถึงค่าสังยุคเชิงซ้อนของ
- สำหรับทุกคน
กล่าวอีกนัยหนึ่ง Banach *-algebra คือ Banach algebra บนซึ่งเป็น*-algebra ด้วยเช่น กัน
ในตัวอย่างทางธรรมชาติส่วนใหญ่ การผกผันนั้นเป็นแบบไอโซเมตริก ด้วย กล่าว คือ ผู้เขียนบางคนรวมคุณสมบัติไอโซเมตริกนี้ไว้ในคำจำกัดความของพีชคณิต Banach *-algebra
พีชคณิต Banach * ที่สอดคล้องกับเงื่อนไขดังกล่าวคือพีชคณิต C*
ดูเพิ่มเติม
- เอกลักษณ์โดยประมาณ – เน็ตในพีชคณิตบรรทัดฐาน
- ข้อสันนิษฐานของคาปลันสกี – ข้อสันนิษฐานมากมายของนักคณิตศาสตร์ เออร์วิง คาปลันสกี
- พีชคณิตตัวดำเนินการ – สาขาหนึ่งของการวิเคราะห์เชิงฟังก์ชัน
- เขตแดนชิโลฟ
หมายเหตุ
- ^บทพิสูจน์: เนื่องจากทุกองค์ประกอบของพีชคณิต C*-สลับที่กันนั้นเป็นปกติ ดังนั้นการแทนด้วย Gelfand จึงเป็นแบบไอโซเมตริก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันเป็นฟังก์ชันหนึ่งต่อหนึ่ง และภาพของมันเป็นเซตปิด แต่ภาพของตัวแทน Gelfand นั้นมีความหนาแน่นตามทฤษฎีบท Stone– Weierstrass
การอ้างอิง
- ^คอนเวย์ 1990 , ตัวอย่าง VII.1.8.
- ^ a b Conway 1990 , ตัวอย่าง VII.1.9.
- ^คอนเวย์ 1990ทฤษฎีบท VII.2.2.
- ^ García, Miguel Cabrera; Palacios, Angel Rodríguez (1995). "การพิสูจน์ทฤษฎีบท Gelfand-Mazur-Kaplansky แบบใหม่ที่ง่ายกว่า" . Proceedings of the American Mathematical Society . 123 (9): 2663– 2666. doi : 10.2307/2160559 . ISSN 0002-9939 . JSTOR 2160559 .
- ↑ทาเคซากิ 2522ข้อเสนอ 2.8
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ พีชคณิตบานาค
ในทางคณิตศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวิเคราะห์เชิงฟังก์ชันพีชคณิตบานาค (Banach algebra ) ซึ่งตั้งชื่อตามสเตฟาน บานาค (Stefan Banach ) คือพีชคณิตแบบสมาคม (associative algebra ) บน..
ตัวอย่าง
ตัวอย่างต้นแบบของพีชคณิตบานาคคือซึ่งเป็นปริภูมิของฟังก์ชันต่อเนื่อง (ค่าเชิงซ้อน) ที่นิยามบน ปริภูมิเฮาส์ดอร์ ฟ แบบกระชับเฉพาะ ที่ และมี ค่าเป็นศูนย์ที่อนันต์ จะ มีเอกลักษณ์ก็ต่อ เมื่อ เป็น ปริภูมิกระชับ เนื่องจาก การ ผันเชิงซ้อน เป็นการ ผกผัน จึงเป็น พีชคณิต...
คุณสมบัติ
ฟังก์ชันพื้นฐาน หลาย ฟังก์ชัน ที่นิยามผ่าน อนุกรมกำลัง สามารถนิยามได้ในพีชคณิตบานาคแบบเอกลักษณ์ใดๆ ตัวอย่างเช่น ฟังก์ชันเลขชี้กำลัง และ ฟังก์ชันตรีโกณมิติ และโดยทั่วไปแล้ว ฟังก์ชันเอนไทร์ ใดๆ (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แผนที่เลขชี้กำลังสามารถใช้เพื่อกำหนด...
ทฤษฎีสเปกตรัม
พีชคณิตบานาคเอกลักษณ์เหนือฟิลด์เชิงซ้อนเป็นกรอบทั่วไปในการพัฒนาทฤษฎีสเปกตรัม สเปกตรัม ของ องค์ประกอบหนึ่ง ๆ ที่ใช้สัญลักษณ์ประกอบด้วย สเกลาร์ เชิงซ้อนทั้งหมด ที่ทำให้ไม่สามารถผกผันได้ใน สเปกตรัมขององค์ประกอบใดๆ ก็ตามเป็นเซตย่อยปิดของดิสก์ปิดใน...