В математике , квадратичные алгебры йордановых являются обобщением йордановых алгебр , введенных Кевины Маккриммоном ( 1966 ). Фундаментальные тождества квадратичного представления линейной йордановой алгебры используются в качестве аксиом для определения квадратичной йордановой алгебры над полем произвольной характеристики. Имеется единое описание конечномерных простых квадратичных йордановых алгебр, не зависящих от характеристики. Если 2 обратима в поле коэффициентов, теория квадратичных йордановых алгебр сводится к теории линейных йордановых алгебр.
Определение [ править ]
Квадратичная йорданова алгебра состоит из векторного пространства А над полем K с выделенным элементом 1 и квадратичной карте A в K - эндоморфизмов А , в ↦ Q ( ), удовлетворяющих условиям:
- Q (1) = id;
- Q ( Q ( a ) b ) = Q ( a ) Q ( b ) Q ( a ) («фундаментальная идентичность»);
- 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 выполняться при любом расширении скаляров . [1]
Элементы [ править ]
Элемент является обратимым , если Q ( ) обратит , и существует б таких , что Q ( б ) является обратным Q ( ) и Q ( ) Ь = : такие б уникальны и мы говорим , что б является инвертировать из . Jordan алгебра с делением является один , в котором каждый ненулевой элемент обратим. [2]
Структура [ править ]
Пусть B подпространство A . Определим B как квадратичный идеал [3] или внутренний идеал, если образ Q ( b ) содержится в B для всех b из B ; определяет B , чтобы быть внешней идеальным , если B отображается в себя каждый Q ( в ) для всех а в А . Идеал из А является подпространством , которое является как внутренним и внешним идеалом. [1] Квадратичная йорданова алгебра проста, 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 из A есть подмножество End K ( A ) , состоящая из эндоморфизмов Т , который «коммутируют» с Q в том смысле , что для всех а
- Т Q ( а ) = Q ( а ) Т ;
- Q ( Та ) = Q ( а ) Т 2 .
Центроид простой алгебры является полем: является центральным , если его медианы только K . [5]
Примеры [ править ]
Квадратичная йорданова алгебра из ассоциативной алгебры [ править ]
Если A - ассоциативная алгебра с единицей над K с умножением ×, то квадратичное отображение Q может быть определено из A в End K ( A ) с помощью Q ( a ): b ↦ a × b × a . Это определяет квадратичную структуру алгебры Джордана на A . Квадратичная йорданова алгебра является специальной, если она изоморфна подалгебре такой алгебры, в противном случае - исключительной . [2]
Квадратичная йорданова алгебра из квадратичной формы [ править ]
Пусть A - векторное пространство над K с квадратичной формой q и ассоциированной 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 ∗ = T ( y ) e - y . Для каждого x определим Q ( x ) следующим образом:
- Q ( x ): y ↦ q ( x , y ∗ ) x - q ( x ) y ∗ .
Тогда Q определяет квадратный Джордан алгебру на А . [6] [7]
Квадратичная йорданова алгебра из линейной йордановой алгебры [ править ]
Пусть A - унитальная йорданова алгебра 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 , формулой
Тогда Q определяет квадратичную йорданову алгебру.
Квадратичная йорданова алгебра, определяемая линейной йордановой алгеброй [ править ]
Квадратичные тождества могут быть доказаны в конечномерной йордановой алгебре над R или C вслед за Максом Кохером , 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 верны в любой йордановой алгебре над полем характеристики, не равной 2. Это было предположено Якобсоном и доказано в Macdonald (1960) : Macdonaldпоказал, что если полиномиальное тождество от трех переменных, линейное по третьей, верно в любой специальной йордановой алгебре, то оно верно во всех йордановых алгебрах. [9] В Джекобсоне (1969 , стр. 19–21) дано элементарное доказательство, принадлежащее Маккриммону и Мейбергу, для йордановых алгебр над полем характеристики, не равной 2.
Доказательство Кехера [ править ]
Аргументы Кохера применимы к конечномерным йордановым алгебрам над действительными или комплексными числами. [10]
Фундаментальная идентичность I [ править ]
Элемент a в A называется обратимым, если он обратим в R [ a ] или C [ a ]. Если б означает обратное, то мощность ассоциативность из через показывает , что L ( ) и L ( б ) коммутируют.
Фактически a обратимо тогда и только тогда, когда Q ( a ) обратимо. В таком случае
В самом деле, если Q ( a ) обратимо, оно переносит R [ a ] на себя. С другой стороны, Q ( a ) 1 = a 2 , поэтому
Иорданская идентичность
можно поляризовать , заменив a на a + tc и взяв коэффициент при t . Переписав это как оператор, примененный к c, получим
Взяв b = a −1 в этом поляризованном жордановом тождестве, получаем
Заменяя a на обратное, соотношение следует, если L ( a ) и L ( a −1 ) обратимы. Если нет, то это верно для a + ε1 со сколь угодно малым ε, а значит, и в пределе.
- 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 ) будет производной F ( a + tc ) в точке t = 0 . потом
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, получаем
С другой стороны, L ( Q ( a ) b ) обратим на открытом плотном множестве, где Q ( a ) b также должен быть обратимым с
Взяв производную D c в переменной b в приведенном выше выражении, получаем
Это дает фундаментальное тождество для плотного множества обратимых элементов, поэтому в общем случае следует по непрерывности. Фундаментальное тождество означает, что c = Q ( a ) b обратимо, если a и b обратимы, и дает формулу, обратную Q ( c ). Применение его к c дает обратное тождество в полной общности.
Идентификатор коммутации I [ править ]
Как показано выше, если a обратимо,
Принимая D c с a в качестве переменной, получаем
Замена a на a −1 дает, применение Q ( a ) и использование фундаментального тождества дает
Следовательно
Меняя местами b и c, получаем
С другой стороны, R ( x , y ) определяется как R ( x , y ) z = 2 Q ( x , z ) y , поэтому отсюда следует
так что в обратимых и , следовательно , по непрерывности для всех а
Доказательство Маккриммона – Мейберга [ править ]
Идентификатор коммутации II [ править ]
Тождество Жордана a ( a 2 b ) = a 2 ( ab ) можно поляризовать, заменив a на a + tc и взяв коэффициент при t . Это дает [11]
В обозначениях операторов это означает
Поляризационный в снова дает
Написанный как операторы, действующие на d , это дает
Замена c на b и b на a дает
Кроме того, поскольку правая часть симметрична относительно b и ' c , меняя местами b и c слева и вычитая, следует, что коммутаторы [ L ( b ), L ( c )] являются производными йордановой алгебры.
Позволять
Тогда Q ( a ) коммутирует с L ( a ) по жорданову тождеству.
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
В самом деле
- 2 Q ( ab , a ) - L ( b ) Q ( a ) - Q ( a ) L ( b ) = 2 L ( ab ) L ( a ) + 2 L ( a ) L ( ab ) - 2 L ( a ( ab )) - 2 л ( а ) 2 л ( б ) - 2 л ( б ) л( a ) 2 + L ( a 2 ) L ( b ) + L ( b ) L ( a 2 ).
Из второго и первого поляризованных тождеств Жордана это влечет
- 2 Q ( ab , a ) - L ( b ) Q ( a ) - Q ( a ) L ( b ) = 2 [ L ( a ), L ( ab )] + [ L ( b ), L ( a 2 ) ] = 0.
Поляризованная версия [ Q ( a ), L ( a )] = 0 является
Теперь, когда R ( a , b ) = 2 [ L ( a ), L ( b )] + 2 L ( ab ) , следует, что
Таким образом, последнее тождество с ab вместо b подразумевает 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 затем дает
Фундаментальная идентичность II [ править ]
Тождество Q ( Q ( a ) b ) = Q ( a ) Q ( b ) Q ( a ) доказывается с помощью соотношений скобок Ли [12]
Действительно, поляризация по 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 верны при x = ab . С другой стороны, если T = [ L ( a ), L ( b )], то D ( z ) = Tz является дифференцированием йордановой алгебры, так что
Соотношения скобок Ли вытекают из того, что R ( a , b ) = T + L ( ab ).
Поскольку скобка Ли в левой части антисимметрична,
Как следствие
Действительно, положим a = y , b = x , c = z , d = x и заставим обе стороны действовать на y .
С другой стороны
В самом деле, это следует, если положить x = Q ( a ) b в
Следовательно, комбинируя эти уравнения с усиленным коммутационным тождеством,
Линейная йорданова алгебра, определяемая квадратичной йордановой алгеброй [ править ]
Пусть квадратичная йорданова алгебра над R или C . Следуя Джекобсону (1969) , линейная структура йордановой алгебры может быть ассоциирована с A так , что если L ( a ) является умножением Жордана, то квадратичная структура задается формулой Q ( a ) = 2 L ( a ) 2 - L ( a 2 ).
Во-первых, аксиому 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 затем дает
Теперь позвольте
Замена b на a и a на 1 в приведенном выше тождестве дает
Особенно
Если к тому же a обратимо, то
Аналогично, если ' b обратимо
Произведение Иордана дается формулой
так что
Приведенная выше формула показывает, что 1 - это тождество. Определив a 2 как a ∘ a = Q ( a ) 1, единственное оставшееся условие, которое нужно проверить, - это тождество Жордана
В фундаментальной идентичности
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 ) должен коммутировать с L ( a 2 ).
Смена личности [ править ]
В унитальной линейной йордановой алгебре тождество сдвига утверждает, что
Следуя Мейбергу (1972) , его можно установить как прямое следствие поляризованных форм фундаментального тождества и коммутационного или гомотопического тождества. Это также следствие теоремы Макдональда, поскольку это операторное тождество, включающее только две переменные. [13]
Для a в унитальной линейной йордановой алгебре A квадратичное представление имеет вид
поэтому соответствующее симметричное билинейное отображение
Остальные операторы задаются формулой
так что
Коммутация 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 t дает (меняя местами a и b )
Комбинирование двух предыдущих отображаемых идентификаторов дает
Замена a на a + t 1 в фундаментальном тождестве и взятие коэффициента при t 2 дает
Поскольку правая часть симметрична, отсюда следует
Эти удостоверения могут быть использованы для подтверждения личности смены:
Это эквивалентно тождеству
По предыдущему отображаемому идентификатору это эквивалентно
С другой стороны, заключенные в квадратные скобки термины могут быть упрощены с помощью третьего отображаемого идентификатора. Это означает, что обе стороны равны ½ L ( a ) R ( b , a ) L ( b ) .
Для конечномерных йордановых алгебр с единицей тождество сдвига можно увидеть более непосредственно с помощью мутаций . [14] Пусть a и b обратимы, и пусть L b ( a ) = R ( a , b ) - жорданов умножение в A b . Тогда Q ( b ) L b ( a ) = L a ( b ) Q ( b ) . Кроме того, Q ( b )Q b ( a ) = Q ( b ) Q ( a ) Q ( b ) = Q a ( b ) Q ( b ) . с другой стороны, Q b ( a ) = 2 L b ( a ) 2 - L b ( a 2, b ) и аналогично сместами a и b . Следовательно
Таким образом
так что тождество сдвига следует сокращением Q ( b ). Аргумент плотности позволяет отказаться от предположения об обратимости.
Иорданские пары [ править ]
Линейная унитальная йорданова алгебра порождает квадратичное отображение Q и соответствующее отображение R, удовлетворяющее фундаментальному тождеству, коммутации гомотопического тождества и тождеству сдвига. Джордан пара ( V + , V - ) состоит из двух векторного пространства V ± и двух квадратичных отображений Q ± от V ± в V ∓ . Они определяют билинейные отображения R ± из V ± × V ∓ в V ± по формулеR ( a , b ) c = 2 Q ( a , c ) b, где 2 Q ( a , c ) = Q ( a + c ) - Q ( a ) - Q ( c ) . Опуская ± нижние индексы, они должны удовлетворять [15]
фундаментальная идентичность
коммутация или гомотопическое тождество
и сменная личность
Унитальная Джордан алгебра определяет пару Jordan, принимая V ± = A с квадратичной структурой отображает Q и R .
См. Также [ править ]
- Мутация (йорданова алгебра)
Заметки [ править ]
- ^ a b Расин (1973) стр.1
- ^ a b c d Расин (1973) стр.2
- ^ Якобсон (1968) стр.153
- ^ Якобсон (1968) стр.154
- Перейти ↑ Racine (1973) p.3
- ^ Якобсон (1969) стр.35
- ^ Racine (1973) pp.5-6
- ^
См .:
- Koecher 1999 , стр. 72–76.
- Фараут и Кораньи , стр. 32–34.
- ^ См .:
- Якобсон, 1968 , стр. 40–47,52.
- ^ См .:
- Кехер 1999
- Faraut & Koranyi 1994 , стр. 32–35.
- ^ Meyberg 1972 , стр. 66-67
- ^ Мейберг 1972
- ^ См .:
- Мейберг, 1972 , стр. 85–86.
- МакКриммон 2004 , стр. 202–203.
- ^ Кехера 1999
- ^ Лоос 1975
Ссылки [ править ]
- Faraut, J .; Кораньи, А. (1994), Анализ на симметричных конусах , Oxford Mathematical Monographs, Oxford University Press, ISBN 0198534779
- Джейкобсон, Н. (1968), Структура и представления йордановых алгебр , Публикации коллоквиума Американского математического общества, 39 , Американское математическое общество
- Джейкобсон, Н. (1969), Лекции по квадратичным йордановым алгебрам (PDF) , Институт фундаментальных исследований Тата Лекции по математике, 45 , Бомбей: Институт фундаментальных исследований Тата, MR 0325715
- Кочер, М. (1999), Миннесотские заметки о йордановых алгебрах и их приложениях , Лекционные заметки по математике, 1710 , Springer, ISBN 3-540-66360-6, Zbl 1072,17513
- Лоос, Оттмар (1975), Иорданские пары , Лекционные заметки по математике, 460 , Springer-Verlag
- Лоос, Оттмар (1977), Ограниченные симметричные области и Джордановы пары (PDF) , Математические лекции, Калифорнийский университет, Ирвин, заархивировано из оригинала (PDF) 03 марта 2016 г.
- Макдональд, И.Г. (1960), "Йордановы алгебры с тремя образующими" , Proc. Лондонская математика. Soc. , 10 : 395-408, DOI : 10.1112 / PLMS / s3-10.1.395
- МакКриммон, Кевин (1966), "Общая теория жордановых колец", Proc. Natl. Акад. Sci. США , 56 : 1072-1079, DOI : 10.1073 / pnas.56.4.1072 , JSTOR 57792 , МР 0202783 , КУП 220000 , PMID 16591377 , Zbl +0139,25502
- МакКриммон, Кевин (1975), "Квадратичные методы в неассоциативных алгебрах", Труды Международного конгресса математиков (Ванкувер, Британская Колумбия, 1974), Vol. 1 (PDF) , стр. 325–330
- Маккриммон, Kevin (2004), Вкус Иордания алгебр , Universitext, Берлин, Нью - Йорк: Springer-Verlag , да : 10,1007 / b97489 , ISBN 978-0-387-95447-9, MR 2014924 , Zbl 1044.17001 , Errata
- МакКриммон, Кевин (1978), "Йордановы алгебры и их приложения" , Bull. Амер. Математика. Soc. , 84 : 612-627, DOI : 10,1090 / s0002-9904-1978-14503-0
- Мейберг, К. (1972), Лекции по алгебрам и тройным системам (PDF) , Университет Вирджинии
- Расин, Мишель Л. (1973), Арифметика квадратичных йордановых алгебр , Мемуары Американского математического общества, 136 , Американское математическое общество , ISBN 978-0-8218-1836-7, Zbl 0348,17009
Дальнейшее чтение [ править ]
- Фолкнер, Джон Р. (1970), Октонионные плоскости, определенные квадратичными йордановскими алгебрами , Мемуары Американского математического общества, 104 , Американское математическое общество , ISBN 0-8218-5888-2, Zbl 0206,23301