Kvadratisk Jordan algebra

Inom matematiken är kvadratiska Jordanalgebror en generalisering av Jordanalgebror som introducerades av Kevin McCrimmon ( 1966 ) . De grundläggande identiteterna för den kvadratiska representationen av en linjär Jordanalgebra används som axiom för att definiera en kvadratisk Jordanalgebra över ett fält med godtyckliga egenskaper. Det finns en enhetlig beskrivning av ändliga dimensionella enkla kvadratiska Jordanalgebror, oberoende av karaktäristika. Om 2 är inverterbar inom koefficientområdet, reduceras teorin för kvadratiska Jordanalgebror till den för linjära Jordanalgebror.

Definition

En kvadratisk Jordanalgebra består av ett vektorrum A över ett fält K med ett framstående element 1 och en kvadratisk karta av A till K -endomorfismerna av A , a Q ( a ), som uppfyller villkoren:

  • Q (1) = id ;
  • Q ( Q ( a ) b ) = Q ( a ) Q ( b ) Q ( a ) ("grundläggande identitet");
  • Q ( a ) R ( b , a ) = R ( a , b ) Q ( a ) ("kommuteringsidentitet"), där R ( a , b ) c = ( Q ( a + c ) − Q ( a ) − Q ( c )) b .

Vidare måste dessa egenskaper hållas under alla skalärförlängningar .

Element

Ett element a är inverterbart om Q ( a ) är inverterbart och det finns b så att Q ( b ) är inversen av Q ( a ) och Q ( a ) b = a : sådan b är unik och vi säger att b är invers av a . En Jordan-divisionsalgebra är en där varje element som inte är noll är inverterbart.

Strukturera

Låt B vara ett delrum till A . Definiera B som ett kvadratiskt ideal eller ett inre ideal om bilden av Q ( b ) finns i B för alla b i B ; definiera B som ett yttre ideal om B mappas in i sig själv av varje Q ( a ) för alla a i A. Ett ideal av A är ett delrum som är både ett inre och ett yttre ideal. En kvadratisk Jordanalgebra är enkel om den inte innehåller några icke-triviala ideal.

För givet b är bilden av Q ( b ) ett inre ideal: vi kallar detta det huvudsakliga inre idealet b .

Centroiden Γ av A är delmängden av End K ( A ) som består av endomorfismer T som " pendlar" med Q i den meningen att för alla a

  • T Q ( a ) = Q ( a ) T ;
  • Q ( Ta ) = Q ( a ) T2 .

Centroiden för en enkel algebra är ett fält: A är central om dess tyngdpunkt bara är K .

Exempel

Kvadratisk Jordanalgebra från en associativ algebra

Om A är en enhetlig associativ algebra över K med multiplikation × så kan en kvadratisk karta Q definieras från A till End K ( A ) med Q ( a ): b a × b × a . Detta definierar en kvadratisk Jordan algebrastruktur på A . En kvadratisk Jordanalgebra är speciell om den är isomorf till en subalgebra av en sådan algebra, annars exceptionell .

Kvadratisk Jordanalgebra från en kvadratisk form

Låt A vara ett vektorrum över K med en kvadratisk form q och tillhörande symmetrisk bilinjär form q ( x , y ) = q ( x + y ) - q ( x ) - q ( y ). Låt e vara en "baspunkt" för A , det vill säga ett element med q ( e ) = 1. Definiera en linjär funktionell T ( y ) = q ( y , e ) och en "reflektion" y = T ( y ) e - y . För varje x definierar vi Q ( x ) med

Q ( x ) : y q ( x , y ) x q ( x ) y .

Sedan definierar Q en kvadratisk Jordanalgebra på A .

Kvadratisk Jordanalgebra från en linjär Jordanalgebra

Låt A vara en enhetlig Jordanalgebra över ett fält K med karakteristik som inte är lika med 2. För a i A , låt L beteckna den vänstra multiplikationskartan i den associativa envelopperande algebra

och definiera en K -endomorfism av A , kallad kvadratisk representation , av

Sedan definierar Q en kvadratisk Jordanalgebra.

Kvadratisk Jordanalgebra definierad av en linjär Jordanalgebra

De kvadratiska identiteterna kan bevisas i en ändlig dimensionell Jordan algebra över R eller C efter Max Koecher , som använde ett inverterbart element. De är också lätta att bevisa i en jordansk algebra definierad av en enhetlig associativ algebra (en "särskild" jordansk algebra) eftersom i så fall Q ( a ) b = aba . De är giltiga i vilken jordansk algebra som helst över ett fält med karakteristik som inte är lika med 2. Detta antogs av Jacobson och bevisades i Macdonald (1960 ) : Macdonald visade att om en polynomidentitet i tre variabler, linjär i den tredje, är giltig i alla speciell Jordanalgebra, då gäller den i alla Jordanalgebror. I Jacobson (1969 , s. 19–21) ges ett elementärt bevis, på grund av McCrimmon och Meyberg, för Jordan algebror över ett fält av karakteristik som inte är lika med 2.

Koechers bevis

Koechers argument gäller för finita dimensionella Jordanalgebror över de reella eller komplexa talen.

Grundläggande identitet I

Ett element a i A kallas inverterbart om det är inverterbart i R [ a ] ​​eller C [ a ]. Om b betecknar inversen, så visar kraftassociativiteten för a att L ( a ) och L ( b ) pendlar.

Faktum är att a är inverterbart om och endast om Q ( a ) är inverterbar. Isåfall

Om Q ( a ) är inverterbar bär den R [ a ] på sig själv. Å andra sidan Q ( a )1 = a2 , alltså

Jordans identitet

kan polariseras genom att ersätta a med a + tc och ta koefficienten för t . Att skriva om detta som en operator tillämpas på c ger

Att ta b = a −1 i denna polariserade Jordan-identitet ger

a ersätts med dess invers, följer relationen om L ( a ) och L ( a −1 ) är inverterbara. Om inte gäller det för a + ε1 med ε godtyckligt liten och därmed också i gränsen.

  • Om a och b är inverterbara så är Q ( a ) b det också och det uppfyller den inversa identiteten:
  • :

För c i A och F ( a ) en funktion på A med värden i End A , låt D c F ( a ) vara derivatan vid t = 0 av F ( a + tc ). Sedan

där Q ( a , b ) om polariseringen av Q

Eftersom L ( a ) pendlar med L ( a −1 )

Därav

så att

Att applicera D c L ( a −1 ) Q ( a ) = L ( a ) och agera på b = c −1 ger

Å andra sidan är L ( Q ( a ) b ) inverterbar på en öppen tät uppsättning där Q ( a ) b också måste vara inverterbar med

Att ta derivatan D c i variabeln b i uttrycket ovan ger

Detta ger den grundläggande identiteten för en tät uppsättning inverterbara element, så det följer i allmänhet av kontinuitet. Den grundläggande identiteten innebär att c = Q ( a ) b är inverterbar om a och b är inverterbara och ger en formel för inversen av Q ( c ). Att tillämpa det på c ger den omvända identiteten i full allmänhet.

Kommuteringsidentitet I

Som visas ovan, om a är inverterbar,

Att ta D c med a som variabel ger

Att ersätta a med a −1 ger, tillämpar Q ( a ) och använder den grundläggande identiteten ger

Därav

Att byta b och c ger

Å andra sidan definieras R ( x , y ) av R ( x , y ) z = 2 Q ( x , z ) y , så detta innebär

så att för en inverterbar och därmed genom kontinuitet för alla en

Mccrimmon–Meyberg bevis

Kommuteringsidentitet II

Jordan-identiteten a a a ta ( a2b ) = a2 ( ab ) kan polariseras genom att ersätta med + tc och koefficienten för t . Detta ger

I operatornotation innebär detta

Polariserande i en igen ger

Skrivet som operatörer som agerar på d , detta ger

Att ersätta c med b och b med a ger

Dessutom, eftersom den högra sidan är symmetrisk i b och ' c , växlar b och c till vänster och subtraherar, följer det att kommutatorerna [ L ( b ),L( c )] är härledningar av Jordanalgebra.

Låta

Sedan pendlar Q ( a ) med L ( a ) med Jordan-identiteten.

Från definitionerna om Q ( a , b ) = ½ ( Q ( a = b ) − Q ( a ) − Q ( b )) är den associerade symmetriska bilinjära mappningen, då Q ( a , a ) = Q ( a ) och

Dessutom

Verkligen

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 L ( a ) 2 L ( b ) − 2 L ( b ) L ( a ) 2 + L ( a 2 ) L ( b ) + L ( b ) L ( a 2 ).

Genom den andra och första polariserade Jordan-identiteten innebär detta

2 Q ( ab , a ) − L ( b ) Q ( a ) − Q ( a ) L ( b ) = 2[ L ( a ), L ( ab )] + [ L ( b ), L ( a 2 ) ] = 0.

Den polariserade versionen av [ Q ( a ), L ( a )] = 0 är

Nu med R ( a , b ) = 2[ L ( a ), L ( b )] + 2 L ( ab ) , följer det att

Så med den sista identiteten med ab i stället för b antyder detta kommuteringsidentiteten:

Identiteten Q ( a ) R ( b , a ) = R ( a , b ) Q ( a ) kan förstärkas till

Verkligen tillämpat på c , ger de två första termerna

Att byta b och c ger då

Grundläggande identitet II

Identiteten Q ( Q ( a ) b ) = Q ( a ) Q ( b ) Q ( a ) bevisas med hjälp av Lie-parentesrelationer

ger polariseringen i c av identiteten Q ( c ) L ( x ) + L ( x ) Q ( c ) = 2 Q ( cx , c )

Om du applicerar båda sidorna på d visar detta det

I synnerhet gäller dessa ekvationer för x = ab . Å andra sidan om T = [ L ( a ), L ( b )] så är D ( z ) = Tz en härledning av Jordanalgebra, så att

Lie-parentesrelationerna följer eftersom R ( a , b ) = T + L ( ab ).

Eftersom Lie-konsolen på vänster sida är antisymmetrisk,

Som en konsekvens

Sätt verkligen a = y , b = x , c = z , d = x och få båda sidor att agera på y .

Å andra sidan

Detta följer faktiskt genom att sätta x = Q ( a ) b in

Därför, genom att kombinera dessa ekvationer med den förstärkta kommuteringsidentiteten,

Linjär Jordanalgebra definierad av en kvadratisk Jordanalgebra

Låt A vara en kvadratisk Jordanalgebra över R eller C . Efter Jacobson (1969) kan en linjär Jordan algebrastruktur associeras med A så att, om L ( a ) är Jordan multiplikation, då den kvadratiska strukturen ges av Q ( a ) = 2 L ( a ) 2 L ( a 2 ).

För det första kan axiomet Q ( a ) R ( b , a ) = R ( a , b ) Q ( a ) förstärkas till

Verkligen tillämpat på c , ger de två första termerna

Att byta b och c ger då

Låt nu

Att ersätta b med a och a med 1 i identiteten ovan ger

Särskilt

Om dessutom a är inverterbart då

På samma sätt om ' b är inverterbar

Jordan-produkten ges av

så att

Formeln ovan visar att 1 är en identitet. Om du definierar a 2 med a a = Q ( a )1, är det enda återstående villkoret som ska verifieras Jordan-identiteten

I den grundläggande identiteten

Ersätt a med a + t , sätt b = 1 och jämför koefficienterna för t 2 på båda sidor:

Inställning b = 1 i det andra axiomet ger

och därför måste L ( a ) pendla med L ( a 2 ).

Byt identitet

I en enhetlig linjär Jordanalgebra hävdar skiftidentiteten det

Efter Meyberg (1972) kan det fastställas som en direkt konsekvens av polariserade former av den grundläggande identiteten och kommuterings- eller homotopiidentiteten. Det är också en konsekvens av Macdonalds teorem eftersom det är en operatoridentitet som endast involverar två variabler.

För a i en enhetlig linjär Jordanalgebra A ges den kvadratiska representationen av

så den motsvarande symmetriska bilinjära kartläggningen är

De andra operatorerna ges av formeln

så att

Kommuterings- eller homotopiidentiteten

kan polariseras i en . Att ersätta a med a + t 1 och ta koefficienten för t ger

Den grundläggande identiteten

kan polariseras i en . Att ersätta a med a + t 1 och ta koefficienterna för t ger (byte a och b )

Att kombinera de två tidigare visade identiteterna ger

Att ersätta a med a + t 1 i grundidentiteten och ta koefficienten för t 2 ger

Eftersom den högra sidan är symmetrisk innebär detta

Dessa identiteter kan användas för att bevisa skiftets identitet:

Det är likvärdigt med identiteten

Med den tidigare visade identiteten motsvarar detta

Å andra sidan kan termerna inom parentes förenklas med den tredje visade identiteten. Det innebär att båda sidorna är lika med ½ L ( a ) R ( b , a ) L ( b ) .

För ändliga dimensionella enhetliga Jordanalgebror kan skiftidentiteten ses mer direkt med hjälp av mutationer . Låt a och b vara inverterbara och låt L b ( a )= R ( a , b ) vara Jordanmultiplikationen i A b . Då Q ( b ) Lb ( a = La ( b ) Q ( b ) . _ ) Dessutom Q ( b ) Qb ( a ) = Q ( b ) Q ( a ) Q ( b = Qa ( b ) Q ( b ) . ) å andra sidan Q b ( a )=2 L b ( a ) 2 L b ( a 2, b ) och på liknande sätt med a och b utbytta. Därav

Således

så skiftidentiteten följer genom att avbryta Q ( b ). Ett densitetsargument tillåter att invertibilitetsantagandet tas bort.

Jordan par

En linjär enhetlig Jordanalgebra ger upphov till en kvadratisk mappning Q och tillhörande mappning R som tillfredsställer den grundläggande identiteten, kommuteringen av homotopiidentitet och skiftidentiteten. Ett Jordan-par avbildningar ( V + , V− ) består av två vektorrum V ± och två kvadratiska Q ± från V ± till V . Dessa bestämmer bilinjära avbildningar R ± från V ± × V till V ± med formeln R ( a , b ) c = 2 Q ( a , c ) b där 2 Q ( a , c ) = Q ( a + c ) − Q ( a ) − Q ( c ) . Om ± prenumerationer utelämnas, måste dessa uppfylla

den grundläggande identiteten

kommuterings- eller homotopiidentiteten

och skiftidentiteten

En enhetlig Jordanalgebra A definierar ett Jordan-par genom att ta V ± = A med dess kvadratiska strukturkartor Q och R .

Se även

Anteckningar

Vidare läsning