Jump to content

Матрица Манина

(Перенаправлено из матриц Манина )

В математике матрицы Манина , названные в честь Юрия Манина, представившего их примерно в 1987–88 годах, [1] [2] [3] — это класс матриц с элементами в необязательно коммутативном кольце , которые в определенном смысле ведут себя как матрицы, элементы которых коммутируют. В частности, для них существует естественное определение определителя , большинство линейной алгебры, теорем таких как правило Крамера , теорема Кэли-Гамильтона и для них справедливо и т. Д. Любая матрица с коммутирующими элементами является матрицей Манина. Эти матрицы имеют приложения в теории представлений , в частности, в тождестве Капелли , янгианских и квантовых интегрируемых системах .

Матрицы Манина являются частными примерами общей конструкции Манина «некоммутативных симметрий», которую можно применить к любой алгебре.С этой точки зрения они являются «некоммутативными эндоморфизмами» алгебры полиномов C [ x 1 , ... x n ].Взяв (q)-(супер)-коммутирующие переменные, получим (q)-(супер)-аналоги матриц Манина, тесно связанных с квантовыми группами. Работы Манина находились под влиянием квантовой теории групп .Он обнаружил, что квантованная алгебра функций Fun q (GL) может быть определена требованием, чтобы T и T т одновременно являются q-матрицами Манина.В этом смысле следует подчеркнуть, что (q)-матрицы Манина определяются только половиной отношений родственной квантовой группы Fun q (GL) и этих отношений достаточно для многих теорем линейной алгебры.

Определение

[ редактировать ]

Контекст

[ редактировать ]

Матрицы с общими некоммутативными элементами не допускают естественной конструкции определителя со значениями в основном кольце, и основные теоремы линейной алгебры не выполняются. Существует несколько модификаций теории детерминантов: Определитель Дьедонне , который принимает значения в абелианизации K * /[ К * , К * ] мультипликативной группы K * заземляющего кольца К ; и теория квазидетерминантов . Но аналогия между этими определителями и коммутативными определителями не полная. С другой стороны, если рассмотреть некоторые конкретные классы матриц с некоммутативными элементами, то найдутся примеры, где можно определить определитель и доказать теоремы линейной алгебры, очень похожие на их коммутативные аналоги. Примеры включают: квантовые группы и q-детерминант; матрица Капелли и определитель Капелли ; суперматрицы и Березиниан .

Матрицы Манина — это общий и естественный класс матриц с необязательно коммутативными элементами, которые допускают естественное определение определителя и обобщения теорем линейной алгебры.

Формальное определение

[ редактировать ]

размера n на m Матрица M с элементами M ij над кольцом R (не обязательно коммутативная) является матрицей Манина, если все элементы в данном столбце коммутируют и если для всех i , j , k , l выполняется условие [ M ij , M kl ] знак равно [ M kj , M il ]. Здесь [ a , b ] обозначает ab ba ) коммутатор a b и ( . [3]

Определение лучше видно из следующих формул.Прямоугольная матрица M называется матрицей Манина, если для любой подматрицы размера 2×2, состоящей из строк i и k и столбцов j и l :

имеют место следующие коммутационные соотношения

Повсеместное распространение матриц Манина 2 × 2

[ редактировать ]

Ниже представлены примеры проявления свойства Манина в различных очень простых и естественных вопросах, касающихся матриц 2×2. Общая идея заключается в следующем: рассмотрим хорошо известные факты линейной алгебры и посмотрим, как ослабить предположение о коммутативности матричных элементов так, чтобы результаты сохранялись истинными. Ответ: тогда и только тогда, когда M — матрица Манина. [3] Доказательством всех наблюдений является прямая проверка в одну строку.

Рассмотрим матрицу 2×2.

Наблюдение 1. Кодействие на плоскости.
Рассмотрим кольцо полиномов C [ x 1 , x 2 ] и предположим, что матричные элементы a , b , c , d коммутируют с x 1 , x 2 .Определите y 1 , y 2 по

Тогда y 1 , y 2 коммутируют между собой тогда и только тогда, когда M — матрица Манина.

Доказательство:

Требуя, чтобы это значение было равно нулю, мы получаем отношения Манина.

Наблюдение 2. Кодействие на суперплоскости.
Рассмотрим алгебру Грассмана C [ ψ 1 , ψ 2 ] и предположим, что матричные элементы a , b , c , d коммутируют с ψ 1 , ψ 2 .Определим φ 1 , φ 2 как

Тогда φ 1 , φ 2 являются переменными Грассмана (т.е. антикоммутируют между собой и φ i 2 =0) тогда и только тогда, когда M — матрица Манина.

Наблюдения 1,2 справедливы для общих матриц Манина размера n × m .Они демонстрируют оригинальный подход Манина, описанный ниже (обычные матрицы следует рассматривать как гомоморфизмы колец полиномов, тогда как матрицы Манина являются более общими «некоммутативными гомоморфизмами»).Обратите внимание, что генераторы полиномиальной алгебры представлены в виде векторов-столбцов, а алгебры Грассмана — в виде векторов-строок, то же самое можно обобщить на произвольную пару двойственных алгебр Кошуля и связанных с ними общих матриц Манина.

Наблюдение 3. Правило Крамера . Обратная матрица задается стандартной формулой

тогда и только тогда, когда M — матрица Манина.

Доказательство:

Наблюдение 4. Теорема Кэли–Гамильтона . Равенство

выполняется тогда и только тогда, когда M — матрица Манина.

Наблюдение 5. Мультипликативность определителей.

тот столбец ( MN ) = оно столбец ( M )det( N ) выполняется для всех комплексных матриц N тогда и только тогда, когда M является матрицей Манина.

Где это столбец Матрица 2×2 определяется как ad cb , т.е. элементы из первого столбца ( a , c ) стоят первыми в произведениях.

Концептуальное определение. Понятие «некоммутативных симметрий»

[ редактировать ]

По словам Ю. Согласно идеологии Манина, любой алгебре можно сопоставить определенную биалгебру ее «некоммутативных симметрий (т.е. эндоморфизмов)». В более общем смысле паре алгебр A , B можно сопоставить ее алгебру «некоммутативных гомоморфизмов» A и B. между Эти идеи естественным образом связаны с идеями некоммутативной геометрии .Рассмотренные здесь матрицы Манина являются примерами этой общей конструкции, применяемой к полиномиальным алгебрам C [ x 1 , ... x n ].

Область геометрии касается пространств, а область алгебры, соответственно, алгебр, мостом между двумя областями является привязка к каждому пространству алгебры функций на нем, которая является коммутативной алгеброй.Многие понятия геометрии можно переписать на языке алгебр и наоборот.

Идею симметрии G пространства V можно рассматривать как действие G на V , т.е. существование отображения G× V -> V.Эту идею можно перевести на алгебраический язык как существование гомоморфизма Fun(G) Fun(V) <- Fun(V) (поскольку обычно отображения между функциями и пространствами идут в противоположных направлениях).Также могут быть составлены отображения пространства в себя (они образуют полугруппу), следовательно, двойственный объект Fun(G) является биалгеброй .

Наконец, можно взять эти два свойства за основу и дать чисто алгебраическое определение «симметрии», которое можно применить к произвольной алгебре (не обязательно коммутативной):

Определение. Алгебра некоммутативных симметрий (эндоморфизмов) некоторой алгебры A — это биалгебра End(A) такая, что существуют гомоморфизмы, называемые кодействием :

которое естественным образом совместимо с коумножением.Наконец, End(A) должна удовлетворять только отношениям, вытекающим из вышеизложенного, и никаким другим отношениям, т. е. это универсальная кодействующая биалгебра для A .

Кодействие следует мыслить как двойственное действию G× V -> V , поэтому оно и называется кодействием . Совместимость отображения коумножения с отображением кодействия двойственна g (hv) = (gh) v . Эту совместимость можно легко написать.

факт, что эта конструкция, примененная к алгебре многочленов C [ x1 Несколько удивительным является тот ,..., xn ] , даст не обычную алгебру матриц Mat n (точнее, алгебру функций на ней), а гораздо большую некоммутативную алгебра матриц Манина (точнее, алгебра, порожденная элементами M ij .Точнее, справедливы следующие простые предложения.

Предложение . Рассмотрим алгебру полиномов Pol = C [ x 1 ,..., x n ] и матрицу M с элементами из некоторой алгебры EndPol .Элементы коммутируют между собой тогда и только тогда, когда M — матрица Манина.

Следствие. Карта является гомоморфизмом из Pol в EndPol Пол . Это определяет сотрудничество.

Действительно, чтобы убедиться в том, что отображение является гомоморфизмом, нам нужно лишь проверить, что y i коммутируют между собой.

Предложение . Определим карту коумножения по формуле .Тогда оно коассоциативно и согласовано с кодействием на алгебре полиномов, определенной в предыдущем предложении.

Из двух приведенных выше предложений следует, что алгебра, порожденная элементами матрицы Манина, является биалгеброй, взаимодействующей с алгеброй полиномов. Если не накладывать других соотношений, получается алгебра некоммутативных эндоморфизмов алгебры полиномов.

Характеристики

[ редактировать ]

Элементарные примеры и свойства

[ редактировать ]
  • Любая матрица с коммутирующими элементами является матрицей Манина.
  • Любая матрица, элементы которой из разных строк коммутируют между собой (такие матрицы иногда называют матрицами Картье Фоата ), является матрицей Манена.
  • Любая подматрица матрицы Манина является матрицей Манина.
  • В матрице Манина можно менять местами строки и столбцы, результат также будет матрицей Манина. Можно добавить строку или столбец, умноженный на центральный элемент, в другую строку или столбец, и результат снова будет матрицей Манина. Т.е. можно производить элементарные преобразования с ограничением на то, что множитель является центральным.
  • Рассмотрим две матрицы Манина M , N такие, что все их элементы коммутируют, тогда сумма M+N и произведение MN также будут матрицами Манина.
  • Если матрица M и одновременно транспонировать матрицу M т являются матрицами Манина, то все элементы M коммутируют друг с другом.
  • Недопустимые факты: M к вообще не является матрицей Манина (за исключением k = -1, обсуждаемого ниже); ни det( M ), ни Tr( M ) не являются центральными в алгебре, порожденной M ij вообще (этим матрицы Манина отличаются от квантовых групп); дет( е М ) ≠ и Тр( М ) ; log(it( M )) ≠ Tr(log( M )).
  • Рассмотрим алгебру полиномов C [ x ij ] и обозначим через операторы дифференцирования по

x ij , формируем матрицы X, D с соответствующими элементами.Также рассмотрим переменную z и соответствующий дифференциальный оператор . Ниже приведен пример матрицы Манина, котораяважно для идентичности Капелли :

можно Заменить X , D любыми матрицами, элементы которыхудовлетворяют соотношению: X ij D kl - D kl X ij = δ ik δ kl , то же самое касается z и его производной.

Вычисление определителя этой матрицы двумя способами: прямым и через формулу дополнения Шура по существу дает тождество Капелли. и его обобщение (см. раздел 4.3.1, [4] на основе [5] ).

Определитель = определитель столбца

[ редактировать ]

Определитель матрицы Манина можно определить по стандартной формуле с указанием, что в произведении первыми стоят элементы из первых столбцов.

Теоремы линейной алгебры

[ редактировать ]

Многие утверждения линейной алгебры справедливы для матриц Манина, даже если R не коммутативен. В частности, определитель можно определить стандартным способом с помощью перестановок и он удовлетворяет правилу Крамера . [3] Теорема Мак-Магона справедлива для матриц Манина и, собственно, для их обобщений (супер), (q) и т. д. аналогов.

Предложение. Правило Крамера (см. [2] или раздел 4.1. [3] )Обратная матрица Манина M может быть определена по стандартной формуле: где М прил. - это сопряженная матрица, заданная стандартной формулой - ее (i,j)-й элемент является определителем столбца матрицы (n - 1) × (n - 1), полученной в результате удаления строки j и столбца i из M и умножения на (-1) я+дж .

Единственное отличие от коммутативного случая состоит в том, что следует обратить внимание, что все определители вычисляются как определители-столбцы, а также сопряженная матрица стоит справа, а коммутативная, обратная к определителю M , стоит слева, т.е. из-за некоммутативности порядок важен.

Предложение. Инверсия – это тоже Манин. (См. раздел 4.3. [3] )Предположим, что существует двусторонняя обратная матрица Манина M , тогда она также будет матрицей Манина.Более того, det(M −1 ) = (оно(М)) −1 .

Это предложение несколько нетривиально, из него следует результат Энрикеса-Рубцова и Бабелон-Талона в теории квантовых интегрируемых систем (см. раздел 4.2.1). [4] ).

Предложение. Теорема Кэли–Гамильтона (см. раздел 7.1. [3] )

Где σi коэффициенты характеристического многочлена .

Предложение. Тождества Ньютона (см. раздел 7.2.1. [3] )

Где σi коэффициенты характеристического многочлена ,и по соглашению σ i =0 для i>n , где n — размер M. матрицы

Предложение. Определитель через дополнение Шура (См. раздел 5.2. [3] )Предположим, что приведенная ниже блочная матрица представляет собой матрицу Манина и двусторонние обратные M −1 , А −1 , Д −1 существовать, то

Более того, Шур дополняет являются матрицами Манина.

Предложение. Основная теорема Мак-Магона

[6]

Примеры и приложения

[ редактировать ]

Матрица Капелли как матрица Манина и центр U(gl n )

[ редактировать ]

Тождество Капелли XIX века дает один из первых примеров определителей для матриц с некоммутирующими элементами. Матрицы Манина открывают новый взгляд на эту классическую тему. Этот пример связан с алгеброй Ли gl n и служит прототипом для более сложных приложений петлевой алгебры Ли для gl n , янгианских и интегрируемых систем.

Возьмем E ij — матрицы с 1 в позиции ( i,j ) и нулями во всех остальных местах.Сформируйте матрицу E с элементами E ij в позиции ( i,j ). Это матрица с элементами в кольце матриц Mat n . Это не матрица Манина, однако существуют модификации, которые преобразуют ее в матрицу Манина, как описано ниже.

Введем формальную переменную z коммутирующую с Eij , , соответственно d/dz — оператор дифференцирования по z . Единственное, что будет использоваться, это то, что коммутатор этих операторов равен 1.

Наблюдение. Матрица является матрицей Манина.

Здесь Id — единичная матрица.

Пример 2 × 2:

Полезно проверить требование коммутативности столбцов: .

Наблюдение. Матрица является матрицей Манина.

Единственное, что требуется от для Eij это то, что они удовлетворяют коммутационным соотношениям [ Eij наблюдений , , Ekl этих ]= δ jk E il - δ li E kj . Таким образом, наблюдения верны, если E ij являются генераторами универсальной обертывающей алгебры Ли gl n или ее образов в любом представлении.Например, можно взять

Здесь ψ — переменные Грассмана .

Наблюдение.

В правой части этого равенства находится определитель Капелли (или, точнее, характеристический полином Капелли), а в левой части — матрица Манина с ее естественным определителем.Таким образом, матрицы Манина дают новый взгляд на определитель Капелли. Более того, тождество Капелли и его обобщение могут быть получены с помощью методов матриц Манина.Также это дает простой способ доказать, что это выражение принадлежит центру универсальной обертывающей алгебры U(gl n ), что далеко не тривиально. Действительно, достаточно проверить инвариантность относительно действия группы GL n методом сопряжения. . Таким образом, единственное свойство, используемое здесь, это то, что что верно для любой матрицы Манина M и любой матрицы g с центральными (например, скалярными) элементами.

Петлевая алгебра для gl n , соответствие Ленглендса и матрица Манина

[ редактировать ]

Матрицы типа Янга как матрицы Манина

[ редактировать ]

Наблюдение. Пусть T(z) — порождающая матрица янгиана для gl n .Тогда матрица exp(-d/dz) T(z) является матрицей Манина.

Квантовый определитель Янгиана можно определить как exp (nd/dz) det столбец (exp(-d/dz) T(z)) . Обратите внимание, что exp(-d/dz) можно отменить, поэтому выражение от него не зависит. Таким образом, определитель в теории Янга имеет естественную интерпретацию через матрицы Манина.

Для квантовых интегрируемых систем важно построить коммутативные подалгебры в янгиане.Хорошо известно, что в классических предельных выражениях Tr(T к (z)) порождают пуассоновскую коммутативную подалгебру. Правильное квантованиеиз этих выражений было впервые предложено с использованием тождеств Ньютона для матриц Манина:

Предложение. Коэффициенты Tr(T(z+k-1)T(z+k-2)...T(z)) для всех k коммутируют между собой. Они порождают коммутативную подалгебру в Янгиане. Та же подалгебра, что и коэффициенты характеристического многочлена det столбец (1-exp(-d/dz) T(z)) .

(Подалгебру иногда называют подалгеброй Бете, поскольку анзац Бете — это метод поиска ее совместных собственных пар.)

Дополнительные вопросы

[ редактировать ]

Манин предложил общую конструкцию «некоммутативных симметрий» в: [1] частный случай, называемый матрицами Манина, обсуждается в [2] где были изложены некоторые основные свойства. Основной мотивацией этих работ было дать новый взгляд на квантовые группы. Квантовые матрицы Fun q ( GL n ) можно определить как такие матрицы, что T и одновременно T т являются q-матрицами Манина (т.е. являются некоммутативными симметриями q-коммутирующих полиномов x i x j = qx j x i .После оригинальных работ Манина до 2003 года было всего несколько статей по матрицам Манина.Но около и некоторые после этой даты матрицы Манина появились в нескольких не совсем связанных между собой областях: [6] получил некоторое некоммутативное обобщение главного тождества Мак-Магона, которое использовалось в теории узлов; были найдены приложения к квантовым интегрируемым системам, в которых были найдены алгебры Ли; [4] появились обобщения тождества Капелли с использованием матриц Манина. [7] Направления, предложенные в этих работах, получили дальнейшее развитие.

  1. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Манин, Юрий (1987), «Некоторые замечания об алгебрах Кошуля и квантовых группах» , Annales de l'Institut Fourier , 37 (4): 191–205, doi : 10.5802/aif.1117 , Zbl   0625.58040
  2. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Манин, Ю. (1988). «Квантовые группы и некоммутативная геометрия» . Университет Монреаля, Центр математических исследований : 91 страница. ISBN  978-2-921120-00-5 . Збл   0724.17006 .
  3. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я А. Червов; Г. Фальки; В. Рубцов (2009). «Алгебраические свойства матриц Манина I». Достижения прикладной математики . 43 (3). Эльзевир: 239–315. arXiv : 0901.0235 . дои : 10.1016/j.aam.2009.02.003 . ISSN   0196-8858 . S2CID   14101198 . Збл   1230.05043 .
  4. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с А. Червов; Г. Фальки (2008). «Матрицы Манина и формула Талалаева» . Журнал физики А. 41 (19): 239–315. arXiv : 0711.2236 . Бибкод : 2008JPhA...41s4006C . дои : 10.1088/1751-8113/41/19/194006 . S2CID   16193419 . Збл   1151.81022 .
  5. ^ Мухин Е.; Тарасов В.; Варченко, А. (2006), Обобщение тождества Капелли , arXiv : math/0610799 , Bibcode : 2006math.....10799M
  6. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Гаруфалидис, Ставрос; Ле, ТТК; Зейлбергер, Дорон (2006), «Квантовая основная теорема Мак-Магона», Proc. Натл. акад. наук. США , 103 (38): 13928–13931, arXiv : math/0303319 , Bibcode : 2006PNAS..10313928G , doi : 10.1073/pnas.0606003103 , PMC   1599890 , PMID   16966614
  7. ^ Караччиоло, Серджио; Спортиелло, Андреа; Сокал, Алан Д. (2009), «Некоммутативные определители, формулы Коши – Бине и тождества типа Капелли. I. Обобщения тождеств Капелли и Тернбулла» (Исследовательская статья) , Electron. Дж. Комб. , 16 (1, номер R103): 43, arXiv : 0809.3516 , Bibcode : 2008arXiv0809.3516C , doi : 10.37236/192 , ISSN   1077-8926 , S2CID   1765203 , Zbl   1192.15001

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 902c7a70c7423e9d6da04c3d49699978__1714171080
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/90/78/902c7a70c7423e9d6da04c3d49699978.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Manin matrix - 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.)