Klasická skupina - Classical group
Lež skupiny |
---|
![]() |
|
v matematika, klasické skupiny jsou definovány jako speciální lineární skupiny přes realitu R, komplexní čísla C a čtveřice H společně se speciálními[1] automorfické skupiny z symetrický nebo šikmo symetrický bilineární formy a Hermitian nebo šikmo-poustevník sesquilineární formy definované na reálných, komplexních a kvaternionových konečných trojrozměrných vektorových prostorech.[2] Z nich složité klasické Lieovy skupiny jsou čtyři nekonečné rodiny Lež skupiny že spolu s výjimečné skupiny vyčerpat klasifikaci jednoduché Lieovy skupiny. The kompaktní klasické skupiny jsou kompaktní skutečné formy komplexních klasických skupin. Konečnými analogy klasických skupin jsou klasický skupiny typu Lie. Termín „klasická skupina“ vytvořil Hermann Weyl, což je název jeho monografie z roku 1939 Klasické skupiny.[3]
Klasické skupiny tvoří nejhlubší a nejužitečnější část předmětu lineárních Lieových skupin.[4] Většina typů klasických skupin najde uplatnění v klasické i moderní fyzice. Následuje několik příkladů. The rotační skupina SO (3) je symetrie Euklidovský prostor a všechny základní fyzikální zákony, Skupina Lorentz O (3,1) je skupina symetrie vesmírný čas z speciální relativita. The speciální jednotná skupina SU (3) je skupina symetrie kvantová chromodynamika a symplektická skupina Sp (m) najde aplikaci v Hamiltoniánská mechanika a kvantově mechanické jeho verze.
Klasické skupiny
The klasické skupiny jsou přesně obecné lineární skupiny přes R, C a H společně se skupinami automorfismu nedegenerovaných forem popsaných níže.[5] Tyto skupiny jsou obvykle dodatečně omezeny na podskupiny, jejichž prvky mají určující 1, takže jejich centra jsou diskrétní. Klasické skupiny s podmínkou determinantu 1 jsou uvedeny v tabulce níže. V pokračování je podmínka determinantu 1 ne důsledně používány v zájmu větší obecnosti.
název | Skupina | Pole | Formulář | Maximální kompaktní podskupina | Lež algebra | Kořenový systém |
---|---|---|---|---|---|---|
Speciální lineární | SL (n, R) | R | - | TAK(n) | ||
Komplexní speciální lineární | SL (n, C) | C | - | SU(n) | Komplex | |
Kvartérní speciální lineární | SL (n, H) = SU∗(2n) | H | - | Sp (n) | ||
(Neurčitý) speciální ortogonální | TAK(p, q) | R | Symetrický | TAK(p) × O (q)) | ||
Komplexní speciální ortogonální | TAK(n, C) | C | Symetrický | TAK(n) | Komplex | |
Symplektický | Sp (n, R) | R | Šikmo symetrické | U (n) | ||
Komplexní symplektik | Sp (n, C) | C | Šikmo symetrické | Sp(n) | Komplex | |
(Neurčitý) speciální unitární | SU (p, q) | C | Hermitian | S (U (p) × U (q)) | ||
(Neurčitý) kvartérní unitární | Sp (p, q) | H | Hermitian | Sp (p) × Sp (q) | ||
Kvartérní ortogonální | TAK∗(2n) | H | Skew-Hermitian | SO (2n) |
The složité klasické skupiny jsou SL (n, C), TAK(n, C) a Sp (n, C). Skupina je složitá podle toho, zda je její Lieova algebra složitá. The skutečné klasické skupiny odkazuje na všechny klasické skupiny, protože jakákoli Lieova algebra je skutečná algebra. The kompaktní klasické skupiny jsou kompaktní skutečné formy komplexních klasických skupin. To jsou zase SU (n), TAK(n) a Sp (n). Jedna z charakteristik kompaktní reálné formy je z hlediska Lieovy algebry G. Li G = u + iu, komplexifikace z u, a pokud je připojená skupina K. generováno uživatelem {exp (X): X ∈ u} je tedy kompaktní K. je kompaktní skutečná forma.[6]
Klasické skupiny lze jednotně charakterizovat odlišným způsobem pomocí skutečné formy. Klasické skupiny (zde s podmínkou determinant 1, ale to není nutné) jsou následující:
- Komplexní lineární algebraické skupiny SL (n, C), TAK(n, C), a Sp (n, C) společně s jejich skutečné formy.[7]
Například, TAK∗(2n) je skutečná forma SO (2n, C), SU (p, q) je skutečná forma SL (n, C), a SL (n, H) je skutečná forma SL (2n, C). Bez podmínky determinantu 1 nahraďte speciální lineární skupiny v charakterizaci odpovídajícími obecnými lineárními skupinami. Dotčené algebraické skupiny jsou Lieovy skupiny, ale pro získání správného pojmu „reálná forma“ je zapotřebí kvalifikace „algebraický“.
Bilineární a seskvilineární formy
Klasické skupiny jsou definovány z hlediska forem definovaných na Rn, Cn, a Hn, kde R a C jsou pole z nemovitý a komplexní čísla. The čtveřice, H, nepředstavují pole, protože násobení nedojíždí; tvoří a dělící prsten nebo a šikmé pole nebo nekomutativní pole. Stále je však možné definovat kvaternionové skupiny matic. Z tohoto důvodu vektorový prostor PROTI je možné definovat znovu R, C, stejně jako H níže. V případě H, PROTI je že jo vektorový prostor umožňující reprezentaci skupinové akce jako násobení matice z vlevo, odjet, stejně jako pro R a C.[8]
Formulář φ: PROTI × PROTI → F na nějakém konečném trojrozměrném pravém vektorovém prostoru F = R, Cnebo H je bilineární -li
- a pokud
To se nazývá sesquilinear -li
- a pokud :
Tyto konvence jsou vybrány, protože fungují ve všech zvažovaných případech. An automorfismus z φ je mapa Α v sadě lineárních operátorů PROTI takhle
(1)
Soubor všech automorfismů φ tvoří skupinu, nazývá se to automorfická skupina φ, označeno Aut (φ). To vede k předběžné definici klasické skupiny:
- Klasická skupina je skupina, která zachovává bilineární nebo seskvilineární formu na konečných trojrozměrných vektorových prostorech nad R, C nebo H.
Tato definice má určitou redundanci. V případě F = R, bilineární je ekvivalentní seskvilineární. V případě F = H, neexistují žádné nenulové bilineární formy.[9]
Symetrické, šikmo-symetrické, hermitovské a zkosené-hermitovské formy
Formulář je symetrický -li
to je šikmo symetrický -li
to je Hermitian -li
Konečně je šikmo-poustevník -li
Bilineární forma φ je jednoznačně součet symetrické formy a zkosené symetrické formy. Zachování transformace φ konzervuje obě části samostatně. Skupiny zachovávající symetrické a zkosené symetrické tvary lze tedy studovat samostatně. Totéž platí mutatis mutandis pro hermitovské a zkosené hermitovské formy. Z tohoto důvodu se pro účely klasifikace berou v úvahu pouze čistě symetrické, šikmo-symetrické, hermitovské nebo zkosené-hermitovské formy. The normální formy formy odpovídají konkrétním vhodným volbám základen. Jedná se o báze dávající v souřadnicích následující normální formy:
The j v zkosené-hermitovské formě je třetím základním prvkem v základu (1, i, j, k) pro H. Důkaz o existenci těchto základen a Sylvestrov zákon setrvačnosti nezávislost počtu znamének plus a minus, p a q, v symetrické a hermitovské formě, stejně jako přítomnost nebo nepřítomnost polí v každém výrazu, lze nalézt v Rossmann (2002) nebo Goodman & Wallach (2009). Dvojice (p, q), a někdy p − q, se nazývá podpis formuláře.
Vysvětlení výskytu polí R, C, H: Neexistují žádné netriviální bilineární formy H. V symetrickém bilineárním případě se tvoří pouze nad R mít podpis. Jinými slovy, komplexní bilineární forma s „podpisem“ (p, q) může být změnou základny redukován do formy, kde jsou všechny znaky "+„ve výše uvedeném výrazu, zatímco ve skutečném případě je to nemožné p − q je při uvedení do této formy nezávislý na bázi. Hermitovské formy však mají podpis nezávislý na bázi jak v komplexním, tak v kvartérním případě. (Skutečný případ se zmenší na symetrický.) Zkosený-hermitovský tvar na komplexním vektorovém prostoru se vykreslí jako hermitovský vynásobením i, takže v tomto případě pouze H je zajímavý.
Automorfické skupiny

První část představuje obecný rámec. Ostatní oddíly vyčerpávají kvalitativně odlišné případy, které vznikají jako automorfní skupiny bilineárních a sesquilineárních forem na konečných trojrozměrných vektorových prostorech R, C a H.
Aut (φ) - skupina automorfismu
Předpokládat, že φ je nedegenerovaný tvoří na konečně-dimenzionálním vektorovém prostoru PROTI přes R, C nebo H. Skupina automorfismu je definována na základě podmínky (1), tak jako
Každý A ∈ Mn(PROTI) má adjoint Aφ s ohledem na φ definován
(2)
Použití této definice v podmínce (1), skupina automorfismu je patrně dána
(3)
Opravte základ pro PROTI. Z hlediska tohoto základu řečeno
kde ξi, ηj jsou komponenty X, y. To je vhodné pro bilineární formy. Sesquilinear formy mají podobné výrazy a jsou zpracovány samostatně později. V maticovém zápisu se najde
a
(4)
z (2) kde Φ je matice (φij). Podmínka nedegenerace to přesně znamená Φ je invertible, takže adjoint vždy existuje. Aut (φ) tímto vyjádřením se stává
Lieova algebra aut(φ) skupin automorfismu lze okamžitě zapsat. Abstraktně X ∈ aut(φ) kdyby a jen kdyby
pro všechny t, odpovídající podmínce v (3) pod exponenciální mapování Lieových algeber, takže
nebo na základě
(5)
jak je vidět pomocí výkonová řada expanze exponenciálního mapování a linearity zapojených operací. Naopak, předpokládejme to X ∈ aut(φ). Poté pomocí výše uvedeného výsledku φ(Xx, y) = φ (X, Xφy) = -φ (X, Xy). Ložní algebru lze tedy charakterizovat bez odkazu na základ nebo adjoint jako
Normální forma pro φ budou uvedeny pro každou klasickou skupinu níže. Z té normální formy, matice Φ lze odečíst přímo. V důsledku toho lze výrazy pro adjunkt a Lieovy algebry získat pomocí vzorců (4) a (5). To je ukázáno níže ve většině netriviálních případů.
Bilineární případ
Když je formulář symetrický, Aut (φ) je nazýván Ó(φ). Když je to šikmo symetrické, pak Aut (φ) je nazýván Sp (φ). To platí pro skutečné i složité případy. Kvaternionový případ je prázdný, protože na kvartérních vektorových prostorech neexistují žádné nenulové bilineární formy.[12]
Skutečný případ
Skutečný případ se dělí na dva případy, symetrickou a antisymetrickou formu, které by měly být zpracovány samostatně.
Ó(p, q) a O (n) - ortogonální skupiny
Li φ je symetrický a vektorový prostor je skutečný, lze zvolit základnu tak
Počet znamének plus a minus je nezávislých na konkrétním základě.[13] V případě PROTI = Rn jeden píše Ó(φ) = O (p, q) kde p je počet znamének plus a q je počet mínusů, p + q = n. Li q = 0 notace je Ó(n). Matice Φ je v tomto případě