Jump to content

Ассоциативная алгебра

В математике A ассоциативная алгебра над коммутативным кольцом (часто полем ) K представляет собой A вместе с колец из K в центр A. гомоморфизмом кольцо Таким образом, это алгебраическая структура со сложением, умножением и скалярным умножением (умножением на образ кольцевого гомоморфизма элемента из K ). Операции сложения и умножения вместе придают A структуру кольца ; операции сложения и скалярного умножения вместе дают A структуру модуля или векторного пространства над K . В этой статье мы также будем использовать термин K -алгебра для обозначения ассоциативной алгебры над K . Стандартным первым примером K -алгебры является кольцо квадратных матриц над коммутативным кольцом K с обычным умножением матриц .

Коммутативная алгебра — это ассоциативная алгебра, для которой умножение коммутативно , или, что то же самое, ассоциативная алгебра, которая также является коммутативным кольцом .

В этой статье предполагается, что ассоциативные алгебры имеют мультипликативное тождество, обозначаемое 1; их иногда для пояснения называют ассоциативными алгебрами с единицей . В некоторых областях математики это предположение не делается, и мы будем называть такие структуры неединичными ассоциативными алгебрами. Мы будем также предполагать, что все кольца унитальны и все гомоморфизмы колец унитальны.

Каждое кольцо является ассоциативной алгеброй над своим центром и над целыми числами.

Определение [ править ]

Пусть R коммутативное кольцо (так что R может быть полем). Ассоциативная R R -алгебра A (или проще говоря, -алгебра A ) — это кольцо A это также R -модуль , так что два сложения (сложение кольца и сложение модуля) представляют собой одну и ту же операцию, а скалярное умножение удовлетворяет условию

для всех r в R и x , y в алгебре. (Из этого определения следует, что алгебра, будучи кольцом, унитальна , поскольку предполагается, что кольца обладают мультипликативным тождеством .)

Эквивалентно, ассоциативная алгебра A представляет собой кольцо вместе с колец из R в центр A гомоморфизмом . Если f — такой гомоморфизм, скалярное умножение равно ( r , x ) ↦ f ( r ) x (здесь умножение — это кольцевое умножение); если задано скалярное умножение, гомоморфизм колец определяется равенством r r ⋅ 1 A . (См. также § Из кольцевых гомоморфизмов ниже).

Каждое кольцо является ассоциативной Z -алгеброй, где Z обозначает кольцо целых чисел .

А Коммутативная алгебра — ассоциативная алгебра, которая также является коммутативным кольцом .

Как моноидный объект в категории модулей [ править ]

Это определение эквивалентно утверждению, что ассоциативная R -алгебра с единицей является моноидным объектом в R -Mod ( моноидальной категории R - модулей). По определению кольцо — это моноидный объект в категории абелевых групп ; таким образом, понятие ассоциативной алгебры получается заменой категории абелевых групп категорией модулей .

Развивая эту идею, некоторые авторы ввели «обобщенное кольцо» как моноидный объект в какой-то другой категории, которая ведет себя как категория модулей. Действительно, такая реинтерпретация позволяет избежать явного указания на элементы A. алгебры Например, ассоциативность можно выразить следующим образом. По универсальному свойству тензорного произведения модулей умножению ( R -билинейному отображению) соответствует уникальное R -линейное отображение.

.

Тогда ассоциативность относится к идентичности:

кольцевых гомоморфизмов Из

Ассоциативная алгебра представляет собой кольцевой гомоморфизм , образ которого лежит в центре . Действительно, начиная с кольца A и кольцевого гомоморфизма η : R A образ которого лежит в центре A -алгеброй , , мы можем сделать A R , определив

для r R и x A. всех Если A R -алгебра, принимая x = 1 , та же формула, в свою очередь, определяет кольцевой гомоморфизм η : R A , образ которого лежит в центре.

Если кольцо коммутативно, то оно равно его центру, так что коммутативную R -алгебру можно определить просто как коммутативное кольцо A вместе с коммутативным гомоморфизмом колец η : R A .

Кольцевой гомоморфизм η , возникающий выше, часто называют структурным отображением . В коммутативном случае можно рассмотреть категорию, объектами которой являются кольцевые гомоморфизмы R A для фиксированного R , т. е. коммутативные R -алгебры, и чьи морфизмы являются кольцевыми гомоморфизмами A A , находящимися под действием R ; т. е. R A A есть R A (т. е. категория косслиц категории коммутативных колец под R .) Функтор простого спектра Spec затем определяет антиэквивалентность этой категории категории аффинных схем над Спец Р.

Как ослабить предположение о коммутативности, является предметом некоммутативной алгебраической геометрии , а в последнее время и производной алгебраической геометрии . См. также: Родовое матричное кольцо .

гомоморфизмы Алгебрические

Гомоморфизм . между двумя R -алгебрами — это R -линейный кольцевой гомоморфизм Явно, φ : A 1 A 2 является гомоморфизмом ассоциативной алгебры , если

Класс всех R -алгебр вместе с гомоморфизмами алгебр между ними образуют категорию , иногда обозначаемую R -Alg .

Подкатегория - алгебр коммутативных R может быть охарактеризована как кос-категория R / CRing, где CRing категория коммутативных колец .

Примеры [ править ]

Самый простой пример — само кольцо; это алгебра над своим центром или любым подкольцом, лежащим в центре. В частности, любое коммутативное кольцо является алгеброй над любым своим подкольцом. Других примеров имеется множество как из алгебры, так и из других областей математики.

Алгебра [ править ]

  • Любое кольцо A можно рассматривать как Z -алгебру. Единственный гомоморфизм колец из Z в A определяется тем фактом, что он должен переводить 1 в единицу в A . Следовательно, кольца и Z -алгебры — эквивалентные понятия, точно так же, как абелевы группы и Z -модули. эквивалентны
  • Любое кольцо характеристики n является ( Z / n Z )-алгеброй. аналогичным образом
  • Для данного R -модуля M , эндоморфизмов кольцо M обозначаемое End R ( M ), является R -алгеброй по определению ( r · φ )( x ) = r · φ ( x ) .
  • Любое кольцо матриц с коэффициентами из коммутативного кольца R образует R -алгебру при сложении и умножении матриц. Это совпадает с предыдущим примером, когда M — конечно порожденный свободный R -модуль.
    • В частности, квадратные размером n × n матрицы с элементами из поля K образуют ассоциативную алгебру K. над
  • Комплексные числа образуют двумерную коммутативную алгебру над действительными числами .
  • Кватернионы образуют 4-мерную ассоциативную алгебру над действительными числами (но не алгебру над комплексными числами , поскольку комплексные числа не находятся в центре кватернионов).
  • Каждое кольцо полиномов R [ x 1 , ..., x n ] является коммутативной R -алгеброй. Фактически это свободная коммутативная R -алгебра на множестве { x1 ... , xn } , .
  • Свободная и некоммутирующими неопределёнными , R -алгебра на множестве E это алгебра «многочленов» с коэффициентами из R взятыми из множества E.
  • Тензорная алгебра -модуля, R естественно, является ассоциативной R -алгеброй. То же самое верно и для таких факторов, как внешние и симметрические алгебры . Категорически говоря, функтор , отображающий R -модуль в его тензорную алгебру, сопряжен слева с функтором, который переводит R -алгебру в лежащий в ее основе R -модуль (забывая о мультипликативной структуре).
  • Следующее кольцо используется в теории λ-колец . Для коммутативного кольца A пусть G(A) = 1 + tA т , набор формальных степенных рядов с постоянным членом 1. Это абелева группа с групповой операцией, которая представляет собой умножение степенных рядов. Тогда это кольцо с умножением, обозначаемым ∘, таким, что (1 + at ) ∘ (1 + bt ) = 1 + abt , определяемое этим условием и аксиомами кольца. Аддитивное тождество равно 1, а мультипликативное тождество равно 1 + t . Тогда A имеет каноническую структуру G ( A )-алгебры, заданную кольцевым гомоморфизмом

С другой стороны, если A — λ-кольцо, то существует кольцевой гомоморфизм
придающий G ( A ) структуру A -алгебры.

  • Учитывая модуль M над коммутативным кольцом R , прямая сумма модулей R M имеет структуру R -алгебры, поскольку M состоит из бесконечно малых элементов; т.е. умножение задается как ( a + x )( b + y ) = ab + ay + bx . Это понятие иногда называют алгеброй двойственных чисел .
  • , Квазисвободная алгебра введенная Кунцем и Квилленом, является своего рода обобщением свободной алгебры и полупростой алгебры над алгебраически замкнутым полем.

Теория представлений [ править ]

  • Универсальная обертывающая алгебра алгебры Ли — это ассоциативная алгебра, которую можно использовать для изучения данной алгебры Ли.
  • Если G — группа, а R — коммутативное кольцо, множество всех функций от G до R с конечным носителем образует R -алгебру со сверткой как умножением. называется групповой алгеброй группы G. Она Конструкция является отправной точкой для применения к изучению (дискретных) групп.
  • Если G алгебраическая группа (например, полупростая комплексная группа Ли ), то кольцо координатное G — это алгебра Хопфа A соответствующая G. , Многие структуры G в структуры A. транслируются
  • Колчанная алгебра (или алгебра путей) ориентированного графа — это свободная ассоциативная алгебра над полем, порожденным путями в графе.

Анализ [ править ]

Геометрия и комбинаторика [ править ]

Математическая физика [ править ]

  • Алгебра Пуассона — это коммутативная ассоциативная алгебра над полем вместе со структурой алгебры Ли так, что скобка Ли {,} удовлетворяет правилу Лейбница; то есть { ж , час } знак равно ж { г , час } + грамм { ж , час } .
  • Дана алгебра Пуассона , рассмотрим векторное пространство формального степенного ряда по . Если имеет структуру ассоциативной алгебры с умножением такой, что для ,
    ,
затем называется квантованием деформационным .

Конструкции [ править ]

Подалгебры
Подалгебра R -алгебры A — это подмножество A которое является одновременно подкольцом и подмодулем A , . То есть он должен быть замкнутым относительно сложения, кольцевого умножения, скалярного умножения и должен содержать единичный элемент A .
Факторалгебры
Пусть A — -алгебра R . Любой теоретико-кольцевой идеал I в A автоматически является R -модулем, поскольку r · x = ( r 1 A ) x . Это придает фактор-кольцу A / I структуру R -модуля и, по сути, R -алгебры. Отсюда следует, что любой кольцевой гомоморфный образ A также является R -алгеброй.
Прямые продукты
Прямое произведение семейства R -алгебр - это теоретико-кольцевое прямое произведение . Это становится R -алгеброй с очевидным скалярным умножением.
Бесплатные продукты
алгебр можно образовать Свободное произведение R - аналогично свободному произведению групп. Свободный продукт — это копроизведение в категории R -алгебр.
Тензорные продукты
Тензорное произведение двух R -алгебр также является R -алгеброй естественным образом. см . в тензорном произведении алгебр Более подробную информацию . Для коммутативного кольца R и любого кольца A тензорному произведению R Z   A можно придать структуру R -алгебры, определив r · ( s a ) = ( rs a ) . Функтор, переводящий A в R Z A, сопряжен слева с функтором, переводящим R -алгебру в лежащее в ее основе кольцо (забывая о структуре модуля). Читайте также: Смена колец .
Бесплатная алгебра
Свободная алгебра это алгебра, порожденная символами. Если кто-то навязывает коммутативность; т. е. факторизуем по коммутаторам, то получаем полиномиальную алгебру.

Двойственная ассоциативной алгебре [ править ]

Пусть A ассоциативная алгебра над коммутативным кольцом R. — Поскольку A , в частности, является модулем, мы можем взять двойственный модуль A * А. ​Априори двойственное A * не обязательно иметь структуру ассоциативной алгебры. Однако A может иметь дополнительную структуру (а именно структуру алгебры Хопфа), так что двойственная алгебра также является ассоциативной алгеброй.

Например, возьмем A — кольцо непрерывных функций на компактной группе G . Тогда не только A является ассоциативной алгеброй, но она также имеет ко-умножение Δ( f )( g , h ) = f ( gh ) и коединицу ε ( f ) = f (1) . [1] «Со-» относится к тому факту, что они удовлетворяют двойственному обычному умножению и единице в аксиоме алгебры. Следовательно, двойственное A * является ассоциативной алгеброй. Коумножение и коединица также важны для формирования тензорного произведения представлений ассоциативных алгебр (см. § Представления ниже).

Обертывающая алгебра [ править ]

Для ассоциативной алгебры A над коммутативным кольцом R алгебра обертывающая A и группы A является алгебра A R A на или А на Р А , в зависимости от авторов. [2]

Заметим, что бимодуль над A — это в точности левый модуль над A. и .

Сепарабельная алгебра [ править ]

Пусть A — над коммутативным кольцом R. алгебра Тогда алгебра A является правой [а] модуль над A и := А на р А с действием Икс ⋅ ( а б ) знак равно ахб . Тогда по определению называется сепарабельным, если отображение умножения A RA A A : x y xy распадается как A и -линейная карта, [3] где A A A и -модуль на ( Икс y ) ⋅ ( а б ) знак равно топор yb . Эквивалентно, [б] A сепарабельна, если она является проективным модулем над A. и ; таким образом, А и размерность A , иногда называемая двумерностью A -проективная , измеряет невозможность разделимости.

Конечномерная алгебра [ править ]

Пусть A — конечномерная алгебра над полем k . Тогда A артиново кольцо .

Коммутативный падеж [ править ]

Поскольку A артиново, если оно коммутативно, то оно является конечным произведением артиновых локальных колец, поля вычетов которых являются алгебрами над базовым полем k . Теперь приведенное артиново локальное кольцо является полем, и, следовательно, следующие утверждения эквивалентны: [4]

  1. является разделимым.
  2. сокращается, где является некоторым алгебраическим замыканием k .
  3. для некоторых н .
  4. это количество гомоморфизмы -алгебр .

Позволять , проконечная группа конечных расширений Галуа поля k . Затем является антиэквивалентностью категории конечномерных сепарабельных k -алгебр категории конечных множеств с непрерывным -действия. [5]

Некоммутативный случай [ править ]

Поскольку простое артиново кольцо является (полным) матричным кольцом над телом, если A — простая алгебра, то A — (полная) матричная алгебра над телом D над k ; т. е. А знак равно M п ( D ) . В более общем смысле, если A — полупростая алгебра, то это конечное произведение матричных алгебр (над различными k -алгебрами с делением), этот факт известен как теорема Артина-Веддерберна .

Тот факт, что A является артиновым, упрощает понятие радикала Джекобсона; для артинова кольца радикал Джекобсона кольца A является пересечением всех (двусторонних) максимальных идеалов (напротив, в общем случае радикал Джекобсона представляет собой пересечение всех левых максимальных идеалов или пересечение всех правых максимальных идеалов.)

гласит Основная теорема Веддерберна : [6] для конечномерной алгебры A с нильпотентным идеалом I , если проективная размерность A / I как модуля над обертывающей алгеброй ( A / I ) и не более единицы, то естественная сюръекция p : A A / I расщепляется; т. е. A содержит подалгебру B такую, что p | B : B ~ A / I — изоморфизм. Принимая I за радикал Джекобсона, теорема, в частности, утверждает, что радикал Джекобсона дополняется полупростой алгеброй. Теорема является аналогом теоремы Леви для алгебр Ли .

Решетки и порядки [ править ]

Пусть R — нётерова область целостности с полем частных K (например, Z , Q ) . Решетка , L в конечномерном K -векторном пространстве V — это конечно порожденный R -подмодуль V натягивающий V ; другими словами, L R K = V .

Пусть AK конечномерная K -алгебра. Порядок в AK -подалгебра , это R являющаяся решеткой. В общем, порядков гораздо меньше, чем решеток; например, 1/2 , но не порядок ( Z — решетка в Q поскольку не является алгеброй). [7]

Максимальный порядок — это порядок, который является максимальным среди всех порядков.

Связанные понятия [ править ]

Коалгебры [ править ]

Ассоциативная алгебра над K задается K -векторным пространством A, наделенным билинейным отображением A × A A, имеющим два входа (мультипликатор и множимое) и один выход (произведение), а также морфизм K A, идентифицирующий скаляр кратные мультипликативному тождеству. Если билинейное отображение A × A A переинтерпретировать как линейное отображение (т. е. морфизм в категории K -векторных пространств) A A A (по универсальному свойству тензорного произведения ), то мы можем рассматривать ассоциативное алгебра над K как K -векторное пространство A, наделенное двумя морфизмами (одним из формы A A A и одним из формы K A ), удовлетворяющими определенным условиям, которые сводятся к аксиомам алгебры. Эти два морфизма можно дуализировать, используя категориальную двойственность , меняя местами все стрелки в коммутативных диаграммах , описывающих аксиомы алгебры ; это определяет структуру коалгебры .

Существует также абстрактное понятие F -коалгебры , где F функтор . Это отдаленно связано с обсуждавшимся выше понятием коалгебры.

Представления [ править ]

Представлением V алгебры A является гомоморфизм алгебры ρ : A End( ) ) из A в алгебру эндоморфизмов некоторого векторного пространства (или модуля V. → Свойство ρ быть гомоморфизмом алгебры означает, что ρ сохраняет мультипликативную операцию (то есть ρ ( xy ) = ρ ( x ) ρ ( y ) для всех x и y в A ), и что ρ отправляет единицу A в единице End( V ) (т. е. тождественному эндоморфизму V ).

Если A и B , а ρ : A → End( V ) и τ : B → End( W ) — два представления, то существует (каноническое) представление A B → End( V W ) — две алгебры тензорная алгебра произведений A B в векторном пространстве V W . Однако не существует естественного способа определить тензорное произведение двух представлений одной ассоциативной алгебры таким образом, чтобы результат по-прежнему оставался представлением той же алгебры (а не ее тензорного произведения с самой собой), не налагая при этом каким-либо образом дополнительных условий. . Здесь под тензорным произведением представлений подразумевается обычное значение: результатом должно быть линейное представление той же алгебры в векторном пространстве произведения. Наложение такой дополнительной структуры обычно приводит к идее алгебры Хопфа или алгебры Ли , как показано ниже.

алгебры Хопфа для Мотивация

Рассмотрим, например, два представления σ : A → End( V ) и τ : A → End( W ) . Можно попытаться сформировать представление тензорного произведения ρ : x σ ( x ) ⊗ τ ( x ) в соответствии с тем, как оно действует на векторное пространство произведения, так что

Однако такая карта не была бы линейной, поскольку можно было бы иметь

для k K . Можно спасти эту попытку и восстановить линейность, наложив дополнительную структуру, определив гомоморфизм алгебры Δ : A A A и определив представление тензорного произведения как

Такой гомоморфизм ∆ называется коумножением, если он удовлетворяет некоторым аксиомам. Полученная структура называется биалгеброй . Чтобы соответствовать определениям ассоциативной алгебры, коалгебра должна быть коассоциативной, а если алгебра унитальна, то и коалгебра должна быть коунитальной. Алгебра Хопфа — это биалгебра с дополнительным участком структуры (так называемым антиподом), который позволяет определить не только тензорное произведение двух представлений, но и модуль Hom двух представлений (опять аналогично тому, как это делается в теории представлений групп).

алгебры Ли для Мотивация

Можно попытаться быть более умным в определении тензорного произведения. Рассмотрим, например,

так что действие на пространстве тензорных произведений определяется выражением

.

Это отображение явно линейно по x , поэтому у него нет проблем, связанных с предыдущим определением. Однако он не сохраняет умножение:

.

Но в целом это не равно

.

Это показывает, что такое определение тензорного произведения слишком наивно; очевидное решение состоит в том, чтобы определить его так, чтобы он был антисимметричным, чтобы два средних члена сокращались. Это приводит к понятию алгебры Ли .

Неединичные алгебры [ править ]

Некоторые авторы используют термин «ассоциативная алгебра» для обозначения структур, которые не обязательно имеют мультипликативную идентичность, и, следовательно, рассматривают гомоморфизмы, которые не обязательно являются единицами.

Одним из примеров неединичной ассоциативной алгебры является набор всех функций f : R R которых , предел при приближении x к бесконечности равен нулю.

Другим примером является векторное пространство непрерывных периодических функций вместе с произведением свертки .

См. также [ править ]

Примечания [ править ]

  1. Примечание редакции: как оказалось, А. и в интересных случаях является полным матричным кольцом, и более общепринято позволять матрицам действовать справа.
  2. ^ часть A RA Чтобы убедиться в эквивалентности, обратите внимание, что A можно использовать для построения части сюръекции.

Цитаты [ править ]

  1. ^ Тджин 1992 , Пример 1
  2. ^ Vale 2009 , Определение 3.1.
  3. ^ Кон 2003 , § 4.7.
  4. ^ Уотерхаус 1979 , § 6.2.
  5. ^ Уотерхаус 1979 , § 6.3
  6. ^ Кон 2003 , Теорема 4.7.5.
  7. ^ Артин 1999 , Гл. IV, § 1

Ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 01c317428918a44d0cf71b8c821dc47f__1716033480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/01/7f/01c317428918a44d0cf71b8c821dc47f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Associative algebra - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)