Модули Верма , названные в честь Дайя-Nand Верма , являются объектами в теории представлений о алгебр Ли , филиал математики .
Модули Верма можно использовать при классификации неприводимых представлений комплексной полупростой алгебры Ли. В частности, хотя сами модули Верма являются бесконечномерными, их частные можно использовать для построения конечномерных представлений с наивысшим весом , где является доминирующим и целым. [1] Их гомоморфизмы соответствуют инвариантным дифференциальным операторам над многообразиями флагов .
Неформальное строительство [ править ]
Мы можем объяснить идею модуля Верма следующим образом. [2] Позвольте быть полупростой алгеброй Ли (над , для простоты). Позвольте быть фиксированной подалгеброй Картана в и пусть быть ассоциированной корневой системой. Позвольте быть фиксированным набором положительных корней. Для каждого выберите ненулевой элемент для соответствующего корневого пространства и ненулевой элемент в корневом пространстве . Мы думаем о 'как о «операторах повышения», а ' s как о «операторах опускания».
Теперь позвольте быть произвольным линейным функционалом, не обязательно доминирующим или целым. Наша цель состоит в том, чтобы построить представление о с высоким весом , который генерируется один ненулевой вектор с весом . Модуль Верма является одним из таких модулей со старшим весом, который является максимальным в том смысле, что любой другой модуль со старшим весом является частным по отношению к модулю Верма. Оказывается, модули Верма всегда бесконечномерны; если - доминантный интеграл, однако можно построить конечномерный фактормодуль модуля Верма. Таким образом, модули Верма играют важную роль в классификации конечномерных представлений о. В частности, они являются важным инструментом в жесткой части теоремы о наивысшем весе, а именно, показывая, что каждый доминирующий интегральный элемент на самом деле возникает как наивысший вес конечномерного неприводимого представления .
Теперь мы пытаемся интуитивно понять, как должен выглядеть модуль Verma с наибольшим весом . Поскольку должен быть вектором с наибольшим весом с весом , мы определенно хотим
а также
- .
Затем должны быть охвачены элементы, полученные путем понижения под действием 's:
- .
Теперь мы устанавливаем только те отношения между векторами указанного выше вида, которые требуются коммутационными отношениями между 's. В частности, модуль Верма всегда бесконечномерен. Веса модуля Верма с наивысшим весом будут состоять из всех элементов, которые могут быть получены путем вычитания целочисленных комбинаций положительных корней. На рисунке показаны веса модуля Верма для .
Простой аргумент переупорядочения показывает, что есть только один возможный способ действия полной алгебры Ли на этом пространстве. В частности, если есть любой элемент из , то по простой части теоремы Пуанкаре – Биркгофа – Витта мы можем переписать
как линейная комбинация произведений элементов алгебры Ли с повышающими операторами, действующими первыми, элементами подалгебры Картана и, наконец, понижающими операторами . Применяя эту сумму членов к , любой член с оператором возведения равен нулю, любые множители в Картане действуют как скаляры, и, таким образом, мы получаем элемент исходной формы.
Чтобы лучше понять структуру модуля Верма, мы можем выбрать порядок положительных корней как и позволить соответствующим операторам понижения на . Затем с помощью простого аргумента переупорядочения каждый элемент приведенной выше формы может быть переписан как линейная комбинация элементов с 's в определенном порядке:
- ,
где неотрицательные целые числа. Собственно оказывается, что такие векторы составляют основу модуля Верма.
Хотя это описание модуля Верма дает интуитивное представление о том, как он выглядит, все же остается дать его строгое построение. В любом случае модуль Верма дает - для любого , не обязательно доминирующего или интегрального - представление с наивысшим весом . Цена, которую мы платим за эту относительно простую конструкцию, всегда бесконечна. В случае доминирующего и целого можно построить конечномерный неприводимый фактор модуля Верма. [3]
Случай [ править ]
Пусть будет обычным основанием для :
с подалгеброй Картана, являющейся оболочкой . Позвольте быть определено для произвольного комплексного числа . Тогда модуль Верма со старшим весом натянут на линейно независимые векторы, и действие базисных элементов будет следующим: [4]
- .
(Это означает, в частности, то и то .) Эти формулы основаны на том, как базисные элементы действуют в конечномерных представлениях , за исключением того, что мы больше не требуем, чтобы "цепочка" собственных векторов для должна завершаться.
В этой конструкции - произвольное комплексное число, не обязательно действительное, положительное или целое. Тем не менее, случай, когда - целое неотрицательное число, особенный. В этом случае легко увидеть , что промежуток векторов инвариантен - потому что . Фактормодуль тогда является конечномерным неприводимым представлением размерности
Определение модулей Verma [ править ]
Есть две стандартные конструкции модуля Верма, каждая из которых включает концепцию универсальной обертывающей алгебры . Мы продолжаем обозначения предыдущего раздела: является комплексной полупростой алгеброй Ли, является фиксированной подалгеброй Картана, является ассоциированной корневой системой с фиксированным набором положительных корней. Для каждого выберем ненулевые элементы и .
Как частное от обертывающей алгебры [ править ]
Первая конструкция [5] модуля Верма является фактором универсальной обертывающей в . Поскольку предполагается, что модуль Верма является -модулем, он также будет -модулем в силу универсального свойства обертывающей алгебры. Таким образом, если у нас есть модуль Верма с вектором старшего веса , будет линейное отображение из в, заданное формулой
- .
Поскольку предполагается, что он порождается , карта должна быть сюръективной. Поскольку предполагается, что это вектор с наивысшим весом, ядро должно включать все корневые векторы для in . Поскольку также предполагается, что это весовой вектор с весом , ядро должно включать все векторы вида
- .
Наконец, ядро должно быть левым идеалом в ; в конце концов, если то для всех .
Предыдущее обсуждение мотивирует следующую конструкцию модуля Верма. Мы определяем как фактор-векторное пространство
- ,
где левый идеал порожден всеми элементами вида
а также
- .
Поскольку является левым идеалом, естественное левое действие элемента на себя переносится на частное. Таким образом, является -модулем, а значит, и -модулем.
Расширением скаляров [ править ]
Процедура « расширения скаляров » - это метод замены левого модуля над одной алгеброй (не обязательно коммутативным) в левый модуль над большей алгеброй, которая содержит в качестве подалгебры. Мы можем рассматривать его как правый -модуль, где действует умножением справа. Поскольку является левым -модулем и правым -модулем, мы можем сформировать тензорное произведение двух над алгеброй :
- .
Теперь, поскольку является левым -модулем над собой, указанное выше тензорное произведение несет структуру левого модуля над большей алгеброй , однозначно определяемую требованием, чтобы
для всех и в . Таким образом, начиная с левого -модуля , мы получили левый -модуль .
Теперь применим эту конструкцию к полупростой алгебре Ли. Мы выпускаем подалгебра натянутое и корневых векторов с . (Таким образом, это "борелевская подалгебра" .) Мы можем сформировать левый модуль над универсальной обертывающей алгеброй следующим образом:
- это один-мерное векторное пространство , натянутое на одном векторе вместе с - модуль структуры таким образом, что действует как умножение на и положительные корневые пространства действуют тривиально:
- .
Мотивация для этой формулы заключается в том, что она описывает, как предполагается действовать на вектор наивысшего веса в модуле Верма.
Теперь из теоремы Пуанкаре – Биркгофа – Витта следует, что является подалгеброй в . Таким образом, мы можем применить расширение техники скаляров для преобразования левого -модуля в левый -модуль следующим образом:
- .
Поскольку является левым -модулем, он, в частности, является модулем (представлением) для .
Структура модуля Верма [ править ]
Какую бы конструкцию модуля Верма ни использовали, нужно доказать, что он нетривиален, т. Е. Не нулевой модуль. На самом деле, можно использовать теорему Пуанкаре – Биркгофа – Витта, чтобы показать, что лежащее в основе векторное пространство изоморфно
где - подалгебра Ли, порожденная отрицательными корневыми пространствами (то есть 's). [6]
Основные свойства [ править ]
Модули Верма, рассматриваемые как - модули , являются модулями старшего веса , т. Е. Они порождаются вектором старшего веса . Этот вектор наивысшего веса (первый - это единица измерения, а второй - это единица поля , рассматриваемый как - модуль ), и он имеет вес .
Кратности [ править ]
Модули Верма являются весовыми модулями , т.е. представляют собой прямую сумму всех своих весовых пространств . Каждое весовое пространство в конечномерно, а размерность -весового пространства - это количество способов выражения в виде суммы положительных корней (это тесно связано с так называемой статистической суммой Костанта ). Это утверждение следует из предыдущего утверждения, что модуль Верма изоморфен как векторное пространство , наряду с теоремой Пуанкаре – Биркгофа – Витта для .
Универсальное свойство [ править ]
Модули Верма имеют очень важное свойство: если любое представление , порожденное старшим вектором веса , есть сюръективны - гомоморфизм То есть, все представления с наибольшим весом , которые порождаются вектором старшего веса (так называемые высокие модули веса ) являются частными от
Модуль неприводимого частного [ править ]
содержит единственный максимальный подмодуль , а его фактор - единственное (с точностью до изоморфизма ) неприводимое представление со старшим весом [7]. Если старший вес является доминантным и целым, то доказывается, что этот неприводимый фактор действительно конечномерен. [8]
В качестве примера рассмотрим рассмотренный выше случай . Если наивысший вес - это «доминирующий интеграл», то есть просто неотрицательное целое число, тогда диапазон элементов остается неизменным. Тогда фактор-представление неприводимо с размерностью . Фактор-представление натянуто на линейно независимые векторы . Действие такое же, как в модуле Верма, за исключением того, что в частном по сравнению с модулем Верма.
Сам модуль Верма неприводим тогда и только тогда, когда ни одна из координат в базисе фундаментальных весов не принадлежит множеству .
Другие свойства [ править ]
Модуль Верма называется регулярным , если его старший вес λ лежит на аффинной орбите Вейля доминантного веса . Другими словами, существует такой элемент w группы Вейля W, что
где - аффинное действие группы Вейля .
Модуль Верма называется сингулярным , если на аффинной орбите λ нет доминирующего веса. В этом случае существует вес, который находится на стенке фундаментальной камеры Вейля (δ - это сумма всех основных весов ).
Гомоморфизмы модулей Верма [ править ]
Для любых двух весов нетривиальный гомоморфизм
может существовать, только если и связаны с аффинным действием группы Вейля алгебры Ли . Это легко следует из теоремы Хариш-Чандры о бесконечно малых центральных характерах .
Каждый гомоморфизм модулей Верма инъективен и размерность
для любого . Итак, ненулевой существует тогда и только тогда, когда он изоморфен (уникальному) подмодулю модуля .
Полная классификация гомоморфизмов модулей Верма была проведена Бернштейном – Гельфандом – Гельфандом [9] и Верма [10] и может быть резюмирована в следующем утверждении:
Ненулевой гомоморфизм существует тогда и только тогда, когда существует
последовательность весов
таким образом, что для некоторых положительных корней (и является соответствующим корнем отражения и является суммой всех основных весов ) и для каждого является натуральным числом ( это кокорень связан с корнем ).
Если модули Вермы и являются регулярными , то существует единственный доминантный вес и уникальные элементы ш , ш 'из группы Вейля W таким образом, что
а также
где - аффинное действие группы Вейля. Если веса далее целые , то существует ненулевой гомоморфизм
если и только если
в порядке Брюа группы Вейля.
Серия Джордана – Гёльдера [ править ]
Позволять
последовательность -модулей, так что фактор-модуль B / A неприводим со старшим весом μ. Тогда существует ненулевой гомоморфизм .
Легким следствием этого является то, что для любых модулей старшего веса, таких что
существует ненулевой гомоморфизм .
Резолюция Бернштейна – Гельфанда – Гельфанда [ править ]
Пусть будет конечномерным неприводимым представлением в алгебре Ли с старшим весом Х. Из раздела о гомоморфизмах модулей Верма мы знаем, что существует гомоморфизм
если и только если
в порядке Брюа группы Вейля . Следующая теорема описывает решение о в терминах модулей Верма (это было доказано Бернштейна - Гельфанда - Гельфанд в 1975 г. [11] ):
Существует точная последовательность -гомоморфизмов
где n - длина наибольшего элемента группы Вейля.
Аналогичное разрешение существует и для обобщенных модулей Верма . Кратко обозначается как разрешение BGG .
См. Также [ править ]
- Классификация конечномерных представлений алгебр Ли
- Теорема старшего веса
- Обобщенный модуль Верма
- Модуль Вейля
Заметки [ править ]
- ^ Например, Холл 2015 Глава 9
- ^ Зал 2015 Раздел 9.2
- ^ Зал 2015 Разделы 9.6 и 9.7
- ^ Зал 2015 Разделы 9.2
- ^ Зал 2015 Раздел 9.5
- ^ Холл 2015 Теорема 9.14
- ^ Зал 2015 Раздел 9.6
- ^ Зал 2015 Раздел 9.7
- ^ Бернштейн И. Н., Гельфанд И. М., Гельфанд С. И., Структура представлений, которые порождаются векторами наивысшего веса, Функциональный. Анальный. Прил. 5 (1971)
- ^ Верма Н., Структура некоторых индуцированных представлений комплексных полупростых алгебр Ли, Бюлл. Амер. Математика. Soc. 74 (1968)
- ^ Бернштейн И. Н., Гельфанд И. М., Гельфанд С. И., Дифференциальные операторы на базовом аффинном пространстве и изучение g-модулей, групп Ли и их представлений , Под ред. И. М. Гельфанда, Адам Хильгер, Лондон, 1975.
Ссылки [ править ]
- Bäuerle, GGA; де Керф, EA; тен Кроуд, APE (1997). А. ван Грезен; Э. М. де Ягер (ред.). Конечномерные и бесконечномерные алгебры Ли и их применение в физике . Исследования по математической физике. 7 . Северная Голландия. Глава 20. ISBN 978-0-444-82836-1- через ScienceDirect .
- Картер Р. (2005), Алгебры Ли конечного и аффинного типа , Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-85138-1.
- Диксмье, Дж. (1977), Обертывающие алгебры , Амстердам, Нью-Йорк, Оксфорд: Северная Голландия, ISBN 978-0-444-11077-0.
- Холл, Брайан К. (2015), Группы Ли, алгебры Ли и представления: элементарное введение , Тексты для выпускников по математике, 222 (2-е изд.), Springer, ISBN 978-3319134666
- Хамфрис, Дж. (1980), Введение в алгебры Ли и теорию представлений , Springer Verlag, ISBN 978-3-540-90052-8.
- Кнапп, А.В. (2002), Группы Ли за пределами введения (2-е изд.), Биркхойзер, стр. 285, ISBN 978-0-8176-3926-6.
- Роча, Алвани (2001) [1994], "Разрешение BGG" , Энциклопедия математики , EMS Press CS1 maint: discouraged parameter (link)
- Roggenkamp, K .; Стефанеску, М. (2002), Алгебра - теория представлений , Springer, ISBN 978-0-7923-7114-4.
Эта статья включает материал из модуля Verma на PlanetMath , который находится под лицензией Creative Commons Attribution / Share-Alike License .