Квадратичная йорданова алгебра
В математике квадратичные йордановые алгебры являются обобщением йордановых алгебр, введенных Кевином МакКриммоном ( 1966 ). Фундаментальные тождества квадратичного представления линейной йордановой алгебры используются в качестве аксиом для определения квадратичной йордановой алгебры над полем произвольной характеристики. Существует равномерное описание конечномерных простых квадратичных йордановых алгебр, не зависящее от характеристики. Если 2 обратима в поле коэффициентов, то теория квадратичных йордановых алгебр сводится к теории линейных йордановых алгебр.
Определение
[ редактировать ]Квадратичная йорданова алгебра состоит из векторного пространства A над полем K с выделенным элементом 1 и квадратичного отображения A в K -эндоморфизмы A , a ↦ Q ( a ), удовлетворяющего условиям:
- Q (1) = идентификатор ;
- Q ( Q ( a ) b ) = Q ( a ) Q ( b ) Q ( a ) («фундаментальное тождество»);
- Q ( a ) R ( b , a ) = R ( a , b ) Q ( a ) («коммутационное тождество»), где R ( a , b ) c = ( Q ( a + c ) - Q ( a ) - Q ( c )) б .
Кроме того, эти свойства должны сохраняться при любом расширении скаляров . [1]
Элементы
[ редактировать ]Элемент a обратим, если Q ( a ) обратим и существует b такой, что Q ( b ) является обратным элементу Q ( a ) и Q ( a ) b = a : такой b уникален, и мы говорим, что b является инверсия a . Жорданова алгебра с делением — это алгебра, в которой каждый ненулевой элемент обратим. [2]
Структура
[ редактировать ]Пусть B — подпространство A . Определим B как квадратичный идеал. [3] или внутренний идеал , если образ Q ( b ) содержится в B для всех b в B ; определите B как внешний идеал если B отображается в себя каждым Q ( a ) для всех a в A. , Идеал — A это подпространство , которое является одновременно внутренним и внешним идеалом. [1] Квадратичная йорданова алгебра называется простой , если она не содержит нетривиальных идеалов. [2]
Для данного b образ Q ( b ) является внутренним идеалом: мы называем его главным внутренним идеалом на b . [2] [4]
Центроид , Γ группы A — это подмножество End K ( A ), состоящее из эндоморфизмов T которые «коммутируют» с Q в том смысле, что для всех a
- Т Q ( а ) знак равно Q ( а ) Т ;
- Q ( Та ) знак равно Q ( а ) Т 2 .
Центроид простой алгебры — это поле: A является центральным если его центроид — это просто K. , [5]
Примеры
[ редактировать ]Квадратичная йорданова алгебра из ассоциативной алгебры
[ редактировать ]Если A — ассоциативная алгебра с единицей над K с умножением ×, то квадратичное отображение Q можно определить из A в End K ( A ) с помощью Q ( a ): b ↦ a × b × a . Это определяет структуру квадратичной йордановой алгебры на A . Квадратичная йорданова алгебра называется специальной , если она изоморфна подалгебре такой алгебры, в противном случае — исключительной . [2]
Квадратичная йорданова алгебра из квадратичной формы
[ редактировать ]Пусть A — векторное пространство над K с квадратичной формой q и связанной с ней симметричной билинейной формой q ( x , y ) = q ( x + y ) - q ( x ) - q ( y ). Пусть e будет «базовой точкой» A , то есть элементом с q ( e ) = 1. Определим линейный функционал T ( y ) = q ( y , e ) и «отражение» y ∗ знак равно Т ( y ) е - y . Для каждого x мы определяем Q ( x ) по формуле
- Q ( Икс ): y ↦ q ( Икс , y ∗ ) Икс - q ( Икс ) y ∗ .
Тогда Q определяет квадратичную йорданову алгебру на A . [6] [7]
Квадратичная йорданова алгебра из линейной йордановой алгебры
[ редактировать ]Пусть A — йордановая алгебра с единицей над полем K характеристики, не равной 2. Для a в A пусть L обозначает левое отображение умножения в ассоциативной обертывающей алгебре
и определим K -эндоморфизм A , называемый квадратичным представлением , по формуле
Тогда Q определяет квадратичную йорданову алгебру.
Квадратичная йорданова алгебра, определяемая линейной йордановой алгеброй
[ редактировать ]Квадратичные тождества могут быть доказаны в конечномерной йордановой алгебре над R или C, следуя Максу Кёхеру , который использовал обратимый элемент. Их также легко доказать в йордановой алгебре, определенной ассоциативной алгеброй с единицей («специальной» йордановой алгеброй), поскольку в этом случае Q ( a ) b = aba . [8] Они действительны в любой йордановой алгебре над полем характеристики, не равной 2. Это было высказано Джейкобсоном и доказано в Макдональде (1960) : Макдональд показал, что если полиномиальное тождество от трех переменных, линейное по третьей, справедливо в любом специальной йордановой алгебры, то оно справедливо во всех йордановых алгебрах. [9] В Джейкобсоне (1969 , стр. 19–21) дано элементарное доказательство МакКриммона и Мейберга для йордановых алгебр над полем характеристики, не равной 2.
Доказательство Кехера
[ редактировать ]Аргументы Кехера применимы к конечномерным йордановым алгебрам над действительными или комплексными числами. [10]
Фундаментальная идентичность I
[ редактировать ]Элемент a в A называется обратимым, если он обратим в R [ a ] или C [ a ]. Если b обозначает инверсию, то ассоциативность a степенная показывает, что L ( a ) и L ( b ) коммутируют.
Фактически a обратима тогда и только тогда, когда Q ( a ) обратима. В этом случае
Действительно, если Q ( a ) обратима, то она переносит R [ a ] на себя. С другой стороны Q ( a )1 = a 2 , так
Идентичность Джордана
можно поляризовать , заменив a на a + tc и взяв коэффициент при t . Переписав это как оператор, примененный к c, получим
Взяв б = а −1 в этом поляризованном жордановом тождестве получается
Заменяя a на обратное, соотношение получается, если L ( a ) и L ( a −1 ) обратимы. В противном случае оно справедливо для a + ε1 с сколь угодно малым ε и, следовательно, также в пределе.
- Если a и b обратимы, то обратим и Q ( a ) b , и он удовлетворяет обратному тождеству:
- Квадратичное представление удовлетворяет следующему фундаментальному тождеству:
Для c в A и F ( a ) функции на A со значениями в End A , пусть D c F ( a ) — производная в точке t = 0 от F ( a + tc ). Затем
где Q ( a , b ), если поляризация Q
Поскольку L ( a ) коммутирует с L ( a −1 )
Следовательно
так что
Применяя D c к L ( a −1 ) Q ( a ) = L ( a ) и действуя на b = c −1 урожайность
С другой стороны, L ( Q ( a ) b ) обратима на открытом плотном множестве, где Q ( a ) b также должна быть обратима с
Взяв производную D c по переменной b в приведенном выше выражении, получим
Это дает фундаментальное тождество для плотного набора обратимых элементов, поэтому оно, вообще говоря, следует из непрерывности. Фундаментальное тождество подразумевает, что c = Q ( a ) b обратимо, если a и b обратимы, и дает формулу для обратного значения Q ( c ). Применение его к c дает обратное тождество в полной общности.
Коммутационная идентичность I
[ редактировать ]Как показано выше, если a обратимо,
Взяв D c с a в качестве переменной, получим
Замена а на а −1 дает, применяя Q ( a ) и используя фундаментальное тождество, дает
Следовательно
Поменяв местами b и c, получим
С другой стороны, R ( x , y ) определяется как R ( x , y ) z знак равно 2 Q ( x , z ) y , поэтому это подразумевает
так что для обратимого и, следовательно, по непрерывности для всех a
Доказательство Маккриммона-Мейберга
[ редактировать ]Коммутационная идентичность II
[ редактировать ]Жордановское тождество a ( a 2 б ) = а 2 ( ab ) можно поляризовать, заменив a на a + tc и взяв коэффициент при t . Это дает [11]
В операторной записи это означает
Поляризация снова дает
Записанный в виде операторов, действующих на d , это дает
Замена c на b и b на a дает
Кроме того, поскольку правая часть симметрична относительно b и ' c , замена b и c слева и вычитание , отсюда следует, что коммутаторы [ L ( b ),L( c )] являются производными йордановой алгебры.
Позволять
Тогда Q ( a ) коммутирует с L ( a ) по тождеству Жордана.
Из определений, если Q ( a , b ) = ½ ( Q ( a = b ) − Q ( a ) − Q ( b )) — ассоциированное симметричное билинейное отображение, то Q ( a , a ) = Q ( a ) и
Более того
Действительно
- 2 Q ( ab , а ) - L ( б ) Q ( а ) - Q ( а ) L ( б ) знак равно 2 L ( ab ) L ( а ) + 2 L ( а ) L ( ab ) - 2 L ( а ( аб )) - 2 L ( а ) 2 L ( б ) - 2 L ( б ) L ( а ) 2 + Л ( а 2 ) L ( б ) + L ( б ) L ( а 2 ).
Из второго и первого поляризованных тождеств Жордана это следует
- 2 Q ( ab , а ) - L ( б ) Q ( а ) - Q ( а ) L ( б ) знак равно 2[ L ( а ), L ( ab )] + [ L ( б ), L ( а 2 )] = 0.
Поляризованная версия [ Q ( a ), L ( a )] = 0 равна
Теперь, когда R ( a , b ) = 2[ L ( a ), L ( b )] + 2 L ( ab ) , отсюда следует, что
Таким образом, из последнего тождества с ab вместо b следует тождество коммутации:
Тождество Q ( a ) R ( b , a ) = R ( a , b ) Q ( a ) можно усилить до
Действительно, применительно к c первые два члена дают
Переключение b и c дает
Фундаментальная идентичность II
[ редактировать ]Тождество Q ( Q ( a ) b ) = Q ( a ) Q ( b ) Q ( a ) доказывается с использованием соотношений скобок Ли [12]
Действительно, поляризация в c тождества Q ( c ) L ( x ) + L ( x ) Q ( c ) = 2 Q ( cx , c ) дает
Применяя обе части к d , это показывает, что
В частности, эти уравнения справедливы для x = ab . С другой стороны, если T = [ L ( a ), L ( b )], то D ( z ) = Tz является дифференцированием йордановой алгебры, так что
Отношения в скобках Ли следуют потому, что R ( a , b ) = T + L ( ab ).
Поскольку скобка Ли в левой части антисимметрична,
Как следствие
Действительно, установите a = y , b = x , c = z , d = x и заставьте обе стороны действовать на y .
С другой стороны
Действительно, это следует из установки x = Q ( a ) b в
Следовательно, объединяя эти уравнения с усиленным коммутационным тождеством,
Линейная йорданова алгебра, определяемая квадратичной йордановой алгеброй
[ редактировать ]Пусть A — квадратичная йорданова алгебра R или C. над Следуя Джейкобсону (1969) , линейная структура йордановой алгебры может быть связана с A так, что, если L ( a ) является йордановым умножением, то квадратичная структура задается формулой Q ( a ) = 2 L ( a ) 2 − L ( а 2 ).
Во-первых, аксиома Q ( a ) R ( b , a ) = R ( a , b ) Q ( a ) можно усилить до
Действительно, применительно к c первые два члена дают
Переключение b и c дает
Теперь позвольте
Замена b на a и a на 1 в приведенном выше тождестве дает
В частности
Если, кроме того, a обратимо, то
Аналогично, если ' b обратимо
Произведение Джордана определяется выражением
так что
Формула выше показывает, что 1 — тождество. Определение 2 ввиду a ∘ a = Q ( a )1, единственным оставшимся условием, которое необходимо проверить, является тождество Жордана
В фундаментальном тождестве
Замените a на a + t , установите b = 1 и сравните коэффициенты t 2 с обеих сторон:
Установка b = 1 во второй аксиоме дает
и поэтому L ( a ) должно коммутировать с L ( a 2 ).
Сменить личность
[ редактировать ]В единичной линейной йордановой алгебре тождество сдвига утверждает, что
Следуя Мейбергу (1972) , это можно установить как прямое следствие поляризованных форм фундаментального тождества и коммутационного или гомотопического тождества. Это также следствие теоремы Макдональда, поскольку это тождество оператора, включающее только две переменные. [13]
Для a в линейной йордановой алгебре A с единицей квадратичное представление имеет вид
поэтому соответствующее симметричное билинейное отображение есть
Остальные операторы задаются формулой
так что
Коммутационное или гомотопическое тождество
может быть поляризован . в Замена a на a + t 1 и взятие коэффициента при t дает
Фундаментальная идентичность
может быть поляризован . в Замена a на a + t 1 и взятие коэффициентов при t дает (меняя местами a и b )
Объединение двух предыдущих отображаемых идентификаторов дает
Заменив a на a + t 1 в основном тождестве и взяв коэффициент при t 2 дает
Поскольку правая часть симметрична, это означает, что
Эти тождества можно использовать для доказательства тождества сдвига:
Это эквивалентно тождеству
Согласно предыдущему отображаемому идентификатору это эквивалентно
С другой стороны, термины в квадратных скобках можно упростить с помощью третьего отображаемого идентификатора. Это означает, что обе стороны равны ½ L ( a ) R ( b , a ) L ( b ) .
Для конечномерных унитальных йордановых алгебр тождество сдвига можно увидеть более непосредственно с помощью мутаций . [14] Пусть a и b обратимы, и пусть L b ( a ) = R ( a , b ) — йорданово умножение в A б . Затем Q ( б ) L б ( а ) знак равно L а ( б ) Q ( б ) . Более того Q ( б ) Q б ( а ) знак равно Q ( б ) Q ( а ) Q ( б ) знак равно Q а ( б ) Q ( б ) .с другой стороны Q b ( a )=2 L b ( a ) 2 − L b ( а 2, б ) и аналогично с заменой a и b . Следовательно
Таким образом
поэтому тождество сдвига следует за сокращением Q ( b ). Аргумент плотности позволяет отказаться от предположения об обратимости.
Джорданские пары
[ редактировать ]Линейная унитарная йорданова алгебра порождает квадратичное отображение Q и связанное с ним отображение R, удовлетворяющее фундаментальному тождеству, коммутации гомотопического тождества и тождеству сдвига. Жорданова пара ( V + , V − ) состоит из двух векторных пространств V ± и двух квадратичных отображений Q ± из V ± в V ∓ . Они определяют билинейные отображения R ± из V ± × V ∓ в V ± по формуле R ( a , b ) c = 2 Q ( a , c ) b где 2 Q ( a , c ) = Q ( a + c ) − Q ( а ) - Q ( c ) . Опуская индексы ±, они должны удовлетворять [15]
фундаментальная идентичность
коммутационное или гомотопическое тождество
и идентификатор смены
Унитальная йордановая алгебра A определяет йордановую пару, беря V ± = A с ее отображениями квадратичной структуры Q и R .
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Расин 1973 , с. 1
- ^ Jump up to: а б с д Расин 1973 , с. 2
- ^ Джейкобсон 1968 , с. 153
- ^ Джейкобсон 1968 , с. 154
- ^ Расин 1973 , с. 3
- ^ Джейкобсон 1968 , с. 35
- ^ Расин 1973 , стр. 5–6.
- ^ Видеть:
- Кехер 1999 , стр. 72–76.
- Фараут и Кораньи 1994 , стр. 32–34
- ^ См.:
- Джейкобсон 1968 , стр. 40–47, 52
- ^ См.:
- Кехер 1999 г.
- Фараут и Кораньи 1994 , стр. 32–35
- ^ Мейберг 1972 , стр. 66–67.
- ^ Мейберг 1972
- ^ См.:
- Мейберг 1972 , стр. 85–86.
- Маккриммон 2004 , стр. 202–203.
- ^ Кехер 1999 г.
- ^ Лоос 2006
Ссылки
[ редактировать ]- Фараут, Дж.; Кораньи, А. (1994), Анализ симметричных конусов , Оксфордские математические монографии, Oxford University Press, ISBN 0198534779
- Джейкобсон, Н. (1968), Структура и представления йордановых алгебр , Публикации коллоквиума Американского математического общества, том. 39, Американское математическое общество, ISBN. 978-0-8218-4640-7
- Джейкобсон, Н. (1969), Лекции по квадратичным йордановым алгебрам (PDF) , Лекции по математике Института фундаментальных исследований Таты, том. 45, Бомбей: Институт фундаментальных исследований Тата, MR 0325715
- Кечер, М. (1999), Миннесотские заметки по йордановым алгебрам и их приложениям , Конспекты лекций по математике, том. 1710, Спрингер, ISBN 3-540-66360-6 , Збл 1072.17513
- Лоос, Оттмар (2006) [1975], Иорданские пары , Конспекты лекций по математике, том. 460, Спрингер, ISBN 978-3-540-37499-2
- Лоос, Оттмар (1977), Ограниченные симметричные области и жордановые пары (PDF) , Математические лекции, Калифорнийский университет, Ирвин, заархивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 г.
- Макдональд, И.Г. (1960), «Алгебры Джордана с тремя образующими» , Proc. Лондонская математика. Соц. , 10 : 395–408, doi : 10.1112/plms/s3-10.1.395 , заархивировано из оригинала 15 июня 2013 г.
- МакКриммон, Кевин (1966), «Общая теория жордановых колец», Proc. Натл. акад. наук. США , 56 (4): 1072–9, doi : 10.1073/pnas.56.4.1072 , JSTOR 57792 , MR 0202783 , PMC 220000 , PMID 16591377 , Zbl 0139.25502
- МакКриммон, Кевин (1975), «Квадратичные методы в неассоциативных алгебрах» (PDF) , Труды Международного конгресса математиков (Ванкувер, Британская Колумбия, 1974), Vol. 1 , стр. 325–330.
- Маккриммон, Кевин (2004), Вкус йордановых алгебр , Universitext, Springer-Verlag , doi : 10.1007/b97489 , ISBN 978-0-387-95447-9 , MR 2014924 , Збл 1044.17001 , Исправления
- МакКриммон, Кевин (1978), «Алгебры Джордана и их приложения» , Bull. амер. Математика. Соц. , 84 (4): 612–627, doi : 10.1090/s0002-9904-1978-14503-0
- Мейберг, К. (1972), Лекции по алгебрам и системам троек (PDF) , Университет Вирджинии
- Расин, Мишель Л. (1973), Арифметика квадратичных йордановых алгебр , Мемуары Американского математического общества, том. 136, Американское математическое общество , ISBN. 978-0-8218-1836-7 , Збл 0348.17009
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Фолкнер, Джон Р. (1970), Плоскости октонионов, определяемые квадратичными алгебрами Джордана , Мемуары Американского математического общества, том. 104, Американское математическое общество , ISBN. 0-8218-5888-2 , Збл 0206.23301