Representação da álgebra de Lie

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Em matemática , uma representação de uma álgebra de Lie é uma maneira de escrever esta álgebra como uma álgebra de matrizes , ou mais geralmente de endomorfismos de um espaço vetorial , com o colchete de Lie dado pelo comutador .

Álgebras de Lie

Seja K um campo comutativo com característica diferente de 2. Uma álgebra de Lie em K é um espaço vetorial dotado de um mapa bilinear de em que satisfaz as seguintes propriedades:

  1.  ;

Qualquer espaço vetorial pode ser fornecido com uma estrutura de álgebra de Lie, por posar . Essa álgebra de Lie, em que o colchete de Lie é identicamente zero, é chamada de abeliana . Outro exemplo, fundamental para o que se segue, é o seguinte. Deixe que V um espaço vectorial sobre K . O espaço vectorial final (V) de endomorfismo de V pode ser fornecida com uma estrutura de álgebra de Lie, por definição: . Também denotamos a álgebra de Lie assim obtida. Quando V é dimensão finita n , identifica o tamanho de matrizes de coeficientes em K . Em seguida, é anotado .

A álgebra sub-Lie de um subespaço vector de estável do suporte de Lie, isto é, de tal modo que .

Exemplos

Um ideal de álgebra de Lie é um subespaço vetorial de tal . Qualquer ideal de uma álgebra de Lie é, em particular, uma subálgebra de Lie (mas o inverso é falso).

Exemplos

Um morfismo entre duas álgebras de Lie e é um mapa linear tal que . O núcleo de um morfismo da álgebra de Lie é então um ideal da álgebra de Lie de origem e a imagem uma subálgebra de Lie da álgebra de Lie objetivo. Um isomorfismo entre duas álgebras de Lie é um morfismo de álgebras de Lie que é um isomorfismo de espaços vetoriais.

Exemplos

Representações

Definições

Uma representação da álgebra de Lie em um espaço vetorial V são os dados de um morfismo . Em outras palavras, é um mapa linear que também verifica . Notamos esta representação ou simplesmente quando não há ambigüidade possível em . Também dizemos que V é um - módulo ou simplesmente um módulo . Às vezes, notamos, em vez da ação do elemento no vetor .

Uma representação é considerada fiel se o morfismo for injetivo. Nesse caso, a álgebra de Lie pode ser vista como uma subálgebra de Lie de .

Uma sub-representação de uma representação de é os dados de um subespaço vetorial W de V estável pela ação de , ou seja, tal que . Em particular, para que uma linha de vetor D gerada por um vetor v seja estável, é necessário e suficiente que v seja um autovetor comum a todos os endomorfismos . Uma representação é irredutível se admite nenhuma sub-representação limpo, isto é, com excepção das sub-espaços e V . Em particular, qualquer representação de dimensão 1 é irredutível, porque neste caso os únicos subespaços de V são precisamente e V . Let Ser uma sub-representação de . A representação quociente é a representação de no espaço quociente definido por .

Um morfismo entre duas representações e da mesma álgebra de Lie são os dados de um mapa linear que comuta à ação de , isto é, tal aquele . Quando é um isomorfismo de espaços vetoriais, dizemos que as duas representações são isomórficas. O conjunto de todos os morfismos entre representações e forma um espaço vetorial, denotado .

O lema de Schur é um resultado importante para a compreensão desse espaço . Aqui está a declaração:

Lema de Schur  - 

Observações

Exemplos

Construções de representações

Uma representação de é indecomponível se não for isomórfica à soma direta de duas sub-representações adequadas. Em particular, qualquer representação irredutível é indecomponível, mas o inverso é falso. Uma representação é semi-simples (ou completamente redutível ) se for isomórfica a uma soma direta de sub-representações irredutíveis (possivelmente em número infinito). Uma representação indecomponível e semi-simples é necessariamente irredutível.

Exemplos

Esses três exemplos refletem o fato de que uma matriz real pode ser diagonalizável ou trigonalizável, mas não diagonalizável, ou não tem autovalores reais. Vemos, portanto, que a noção de representação de uma álgebra de Lie generaliza a noção clássica de redução de endomorfismos .

Link com representações de álgebra envolvente

A álgebra envolvente de uma álgebra de Lie

Seja A uma álgebra associativa com unidade. Então existe em A uma estrutura de álgebra de Lie para a qual o colchete de Lie é dado pela fórmula . Às vezes denotamos essa álgebra de Lie. Assim, qualquer álgebra associativa fornece uma álgebra de Lie. Vimos que é um exemplo dessa construção. Podemos dar o inverso a este resultado? Podemos construir uma álgebra associativa a partir de uma álgebra de Lie. Esta ideia leva à noção de álgebra envolvente de uma álgebra de Lie.

É uma álgebra de Lie sobre K . Seja a álgebra tensorial de . Seja J o ideal bilateral de gerado pelos tensores para todo x e y de . A álgebra envolvente de é a álgebra associativa unitária definida como quociente . Nós notamos isso . A composição é chamada de aplicação canônica de em sua álgebra envolvente. Como álgebra, é gerado por 1 e a imagem . Além disso, é um morfismo de álgebras de Lie de em . A álgebra envolvente de uma álgebra de Lie satisfaz a seguinte propriedade universal:

Propriedade universal da álgebra envolvente  -  Seja A uma álgebra associativa com uma unidade. Let Ser um morfismo de Lie álgebras de in . Em seguida, existe um único morfismo de álgebra associativos de em Um tal que e .

Exemplo

Representações de uma álgebra de Lie vs representações de sua álgebra envolvente

Deixe ser uma representação de . Visto que é uma álgebra associativa com unidade, a propriedade universal de implica que existe um morfismo único de álgebras tal que . Esta operação, portanto, torna possível mudar de uma representação de uma álgebra de Lie para um morfismo de álgebras associativas. Inversamente, qualquer morfismo de álgebras associativas dá por restrição a um morfismo de álgebras de Lie, isto é, a uma representação de . Este princípio é interpretado como uma equivalência de categorias entre a categoria de representações de uma dada álgebra de Lie e a categoria de representações de sua álgebra envolvente.

Este novo ponto de vista é importante porque permite considerar novos objetos fundamentais. O primeiro deles é o cancelamento de uma performance. Deixe ser uma representação de . Notemos novamente pela carta a representação da qual ela é deduzida. Então, o cancelador de V é o conjunto . É um ideal bilateral de porque é um morfismo de álgebras. Qualquer ideal que seja o anulante de uma representação irredutível de é chamado de ideal primitivo .

Deixe ser uma representação de . Notemos novamente pela carta a representação da qual ela é deduzida. Para todos v em V , o conjunto define um sub-representação diferente de zero V . Quando V é irredutível, então temos . De forma mais geral, uma representação V é dita cíclica se existir de forma que . O vetor v é chamado de vetor cíclico . Uma representação V é irredutível se e somente se qualquer vetor diferente de zero de V for cíclico. Uma representação V é dita do tipo finito se existe um número finito de vetores de V tal que . Uma representação irredutível é, portanto, de tipo finito. Seja V uma representação cíclica e seja v um vetor cíclico. Em seguida, definimos uma aplicação pela fórmula . O kernel de é o cancelador de v , denotado . Esta é uma esquerda ideal de . Como V é cíclico, a imagem é igual para todos V . Portanto, deduzimos isso . Assim, qualquer representação cíclica (e em particular qualquer representação irredutível) aparece como um quociente da álgebra envolvente de . Além disso, quando V é irredutível, o ideal é máximo. Assim, a classificação das representações irredutíveis de é equivalente à classificação dos ideais de esquerda máxima de sua álgebra envolvente.


Exemplo Considere a álgebra de Lie comutativa . Identifique sua álgebra envolvente com o anel de polinômios . Este anel é o principal e, portanto, seus ideais são gerados por um único polinômio. Além disso, se um polinômio P (X) pode se decompor na forma , então o ideal gerado por P está contido no ideal gerado por . O d'Alembert-Gauss teorema implica então que os ideais máximas de são os ideais da forma , para um tudo descrevendo . O quociente correspondente é então isomórfico a e a ação de é dada por e . Agora vamos olhar para o quociente onde . Se , o quociente é uma representação semi-simples, soma direta das duas representações irredutíveis e . A situação é fundamentalmente diferente quando . Neste caso, o quociente é um espaço vetorial de dimensão 2 no qual o operador dado pela multiplicação por é nilpotente do índice 2. Em termos da representação da álgebra de Lie , este quociente corresponde à representação dada pela fórmula , que é indecomponível, mas não irredutível.

Indução

Deixe ser uma álgebra de Lie. Let Be a Lie subalgebra of . Deixe ser uma representação de . Vimos que podemos obter uma representação de por restrição. A noção de álgebra envolvente fornecerá um meio simples de considerar o problema recíproco. Deixe, portanto, ser uma representação de , que vemos como uma representação de sua álgebra envolvente . Uma consequência do teorema de Poincaré-Birkhoff-Witt é que aparece como uma subálgebra de . Por outro lado, fornece uma representação de fazendo ato por multiplicação à esquerda nos tensores. Em seguida, construímos a representação . É chamada de representação induzida de para por .

Link com representações de grupos de Lie

Nesta parte, o corpo K é (ou ). Um grupo de Lie G é uma variedade diferencial real (ou complexa) dotada de dois mapas e suave (ou holomórfica) tal que é um grupo . O próprio campo K é um grupo de Lie comutativo. Outro exemplo de grupos de Lie é o grupo de matrizes invertíveis de tamanho n . Um morfismo de grupo de Lie é um morfismo de grupo diferenciável (ou holomórfico). Uma representação dimensional finita do grupo de Lie G é um morfo-tempo de G in .

Os grupos de Lie estão relacionados às álgebras de Lie. Na verdade, o espaço tangente a um grupo de Lie G em identidade é uma álgebra de Lie de dimensão finita, chamada álgebra de Lie do grupo G e anotada . Por exemplo, a álgebra de Lie de K é o próprio K ; a álgebra de Lie de é . Como a álgebra de Lie do grupo de Lie G é o espaço tangente na identidade, na verdade depende apenas do componente conectado da identidade. Assim, por exemplo, o grupo de matrizes reais com um determinante estritamente positivo tem a mesma álgebra de Lie que . Por outro lado, até o isomorfismo, existe um único grupo de Lie conectado e simplesmente conectado tendo uma dada álgebra de Lie (de dimensão finita).

Como qualquer morfismo entre grupos de Lie é, por hipótese, diferenciável, ele induz um mapeamento entre as álgebras de Lie subjacentes . Este mapa é na verdade um morfismo de álgebras de Lie. Em particular, para , qualquer representação de um grupo de Lie G dá origem a uma representação dimensional finita de sua álgebra de Lie . Por outro lado, qualquer representação dimensional finita de uma álgebra de Lie vem de uma representação do único grupo de Lie simplesmente conectado tendo a álgebra de Lie como sua álgebra de Lie .

Observação Existem noções mais fortes de representações de grupos de Lie tornando possível estender a teoria a dimensão infinita, mantendo uma analogia deste último resultado. São, por exemplo, representações admissíveis e a noção de -módulos.

Categoria de módulo

Deixe ser uma álgebra de Lie. O conjunto de todos os módulos (ou equivalentemente todas as representações de ) forma uma categoria , denotada . Esta categoria é abeliana . Em particular, pode-se considerar sequências exatas de módulos. Uma sequência exacta em é o dado de três módulos M , N , P e de dois injetivas e morphisms sobrejetivo. Notamos essa sequência. Um módulo P é projetivo se alguma seqüência exata for desdobrada, ou seja, se houver um morfismo como esse . Uma definição equivalente é a seguinte: o módulo P é projetivo se para qualquer morfismo sobrejetivo e qualquer morfismo existe um morfismo único tal que . De uma forma dupla, um módulo I é injetivo se qualquer sequência exata for dividida. Uma definição equivalente é a seguinte: o módulo I é injetivo se para qualquer morfismo injetivo e para qualquer morfismo existe um morfismo único como esse .

Como qualquer módulo também é um módulo no anel , podemos usar as noções gerais de módulos em um anel . Um módulo M é de comprimento finito se existe uma série finita de submódulos tal que os quocientes sucessivos são módulos irredutíveis. Tal sequência de um é chamado um Jordan-suporte de M . Para um módulo de comprimento finito, o quociente isomorfismos classe depende apenas módulo M . Em particular, o inteiro n depende apenas do módulo M e é chamada o comprimento do módulo M . Por exemplo, qualquer módulo irredutível tem comprimento 1, qualquer soma direta de dois módulos irredutíveis tem comprimento 2.

Um módulo M é artificial se qualquer sequência decrescente de submódulos for estacionária. Por exemplo, qualquer módulo dimensional finito é artificial. Um módulo M é noetheriano se qualquer sequência crescente de submódulos for estacionária. Uma vez que a álgebra envolvente é um anel Noetheriano , um módulo M é Noetheriano se e somente se for de tipo finito. Um módulo tem comprimento finito se e somente se for Noetheriano e Artiniano.

Exemplo Um módulo dimensional finito é sempre Noetheriano e Artiniano e, portanto, sempre tem comprimento finito. Isso não é mais válido em dimensão infinita, mesmo para uma álgebra de Lie abeliana. Suponha, por exemplo, isso . Considere o módulo onde a ação de é dada pela multiplicação pelo escalar z . A ação de é, portanto, dada pela multiplicação à esquerda. Assim, cada ideal esquerda é um sub-módulo L . Nota (P) o ideal gerado pelo polinómio P . Let Ser uma série infinita de números complexos. Temos, então, a seguinte ordem decrescente: . É uma série não estacionária de submódulos, cujos quocientes sucessivos são módulos irredutíveis (por causa da dimensão 1). Assim, L não é artístico e não tem comprimento finito. Observe que L é noetheriano porque é um módulo do tipo finito (na verdade cíclico, gerado pelo polinômio constante 1 ).


Uma subcategoria cheia de é Artiniano (respectivamente Noetheriano) se todos os seus objetos forem módulos Artiniano (respectivamente Noetheriano). Em uma subcategoria cheia de artinianos e noetherianos, qualquer objeto tem comprimento finito. A subcategoria de completo tem projectiva suficiente se, por qualquer objeto M na subclasse há um módulo projectiva P na subcategoria e um morfismo sobrejetivo P em M . Ela tem injective o suficiente , se por qualquer objeto M na sub-categoria há um módulo injective I na sub-categoria e um morphism injective M em I .

Referências

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