Freudenthal magický čtverec - Freudenthal magic square

A B
A1
Dyn-node.png
A2
Dyn-node.pngDyn-3.pngDyn-node.png
C3
Dyn-node.pngDyn-4b.pngDyn-nodeg.pngDyn-3.pngDyn-nodeg.png
F4
Dyn-node.pngDyn-3.pngDyn-node.pngDyn-4b.pngDyn-nodeg.pngDyn-3.pngDyn-nodeg.png
A2
Dyn-node.pngDyn-3.pngDyn-node.png
A2 × A2
Dyn-nodes.pngDyn-3s.pngDyn-nodes.png
A5
Dyn-loop1.pngDyn-nodes.pngDyn-3s.pngDyn-nodes.png
E6
Dyn-node.pngDyn-3.pngDyn-loop1.pngDyn-nodes.pngDyn-3s.pngDyn-nodes.png
C3
Dyn-node.pngDyn-4b.pngDyn-nodeg.pngDyn-3.pngDyn-nodeg.png
A5
Dyn-node.pngDyn-3.pngDyn-node.pngDyn-3.pngDyn-node.pngDyn-3.pngDyn-node.pngDyn-3.pngDyn-node.png
D6
Dyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-branch.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.png
E7
Dyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-branch.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.png
F4
Dyn-node.pngDyn-3.pngDyn-node.pngDyn-4b.pngDyn-nodeg.pngDyn-3.pngDyn-nodeg.png
E6
Dyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-branch.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.png
E7
Dyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-branch.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.png
E8
Dyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-branch.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.pngDyn2-3.pngDyn2-node.png

v matematika, Freudenthal magický čtverec (nebo Freudenthal – Prsa magický čtverec) je konstrukce týkající se několika Lež algebry (a jejich přidružené Lež skupiny ). Je pojmenován po Hans Freudenthal a Jacques prsa, kteří tuto myšlenku vyvinuli samostatně. Přiřazuje Lieovu algebru k dvojici dělících algeber A, B. Výsledné Lieovy algebry mají Dynkinovy ​​diagramy podle tabulky vpravo. „Magie“ magického čtverce Freudenthal spočívá v tom, že konstruovaná Lieova algebra je symetrická A a B, i když původní konstrukce není symetrická Vinbergova symetrická metoda dává symetrickou konstrukci.

Freudenthalův magický čtverec zahrnuje všechny výjimečné Lie skupiny na rozdíl od G2, a poskytuje jeden možný přístup k ospravedlnění tvrzení, že „všechny výjimečné Lieovy skupiny existují kvůli octonions ": G2 sám o sobě je automorfická skupina octonionů (také je v mnoha ohledech jako a klasická Lieova skupina protože je to stabilizátor obecné 3-formy na 7-dimenzionálním vektorovém prostoru - viz prehomogenní vektorový prostor ).

Stavby

Vidět Dějiny pro kontext a motivaci. Ty byly původně postaveny kolem roku 1958 Freudenthalem a Titsem, v pozdějších letech následovaly elegantnější formulace.[1]

Přístup kozy

Kozí přístup, objeven kolem roku 1958 a publikován v (Prsa 1966 ), je následující.

Spojeno s jakýmkoli normovaným skutečným divize algebra A (tj. R, C, H nebo O) existuje a Jordan algebra, J3(A), 3 × 3 A-Hermitovské matice. Pro jakýkoli pár (A, B) takových dělících algeber lze definovat a Lež algebra

kde označuje Lieovu algebru z derivace algebry a dolní index 0 označuje bez stop část. Lieova algebra L jako subalgebra, a to přirozeně působí . Držák Lie zapnutý (což není subalgebra) není zřejmé, ale Tits ukázal, jak by to mohlo být definováno, a že vytvořil následující tabulku kompaktní Lieovy algebry.

BRCHÓ
Ader(A / B)00
R0
C0
H
Ó

Podle konstrukce je řádek tabulky s A=R dává , a podobně naopak.

Vinbergova symetrická metoda

„Magie“ magického čtverce Freudenthal spočívá v tom, že konstruovaná Lieova algebra je symetrická A a B. To není z konstrukce Tits zřejmé. Ernest Vinberg dal konstrukci, která je zjevně symetrická, v (Vinberg 1966 ). Namísto použití Jordanovy algebry používá algebru zkresleně poustevnických matic bez stop se záznamy v AB, označeno . Vinberg definuje strukturu Lieovy algebry

Když A a B nemají žádné derivace (tj. R nebo C), toto je jen držák Lie (komutátor) . V přítomnosti derivací tvoří tyto subalgebry působící přirozeně jako v konstrukci Tits a držák komutátoru bez stop je upraven výrazem s hodnotami v .

Soudnost

Novější stavba, kvůli Pierre Ramond (Ramond 1976 ) a Bruce Allison (Allison 1978 ) a vyvinutý Chrisem Bartonem a Anthony Sudbery, používá soudnost ve formě vyvinuté John Frank Adams; toto bylo představeno v (Barton & Sudbery 2000 ) a ve zjednodušené podobě v (Barton & Sudbery 2003 ). Zatímco Vinbergova konstrukce je založena na automorfických skupinách divizní algebry A (nebo spíše jejich Lieovy algebry odvozenin), Barton a Sudbery používají skupinu automorfismů odpovídající triability. Zkušenost je trilineární mapa

získáno pořízením tří kopií divizní algebry Aa použití vnitřního produktu na A k zdvojnásobení násobení. Skupina automorfismu je podskupinou SO (A1) × SO (A2) × SO (A3) zachování této trilineární mapy. Označuje se Tri (A). Následující tabulka porovnává jeho Lieovu algebru s Lieovou algebrou derivací.

A:RCHÓ
00
0

Barton a Sudbery poté identifikují magický čtverec Lie algebry odpovídající (A,B) se strukturou Lieovy algebry ve vektorovém prostoru

Držák Lie je kompatibilní s Z2 × Z2 známkování, s tri(A) a tri(B) ve stupních (0,0) a tři kopie AB ve stupních (0,1), (1,0) a (1,1). Konzola se zachová tri(A) a tri(B) a tyto působí přirozeně na tři výtisky AB, stejně jako v jiných konstrukcích, ale závorky mezi těmito třemi kopiemi jsou omezenější.

Například když A a B jsou oktoniony, zkouškou je to u Spinu (8), dvojitého krytu SO (8) a výtěžek popisu Barton-Sudbery

kde V, S+ a S. jsou tři 8-dimenzionální reprezentace (základní reprezentace a dva rotační reprezentace ) a objekty s kloboukem jsou izomorfní kopií.

S ohledem na jednu z Z2 známkování, první tři sčítání dávají dohromady a poslední dva společně tvoří jednu ze svých spinových reprezentací Δ+128 (horní index označuje dimenzi). To je dobře známé symetrický rozklad z E8.

Konstrukce Barton – Sudbery to rozšiřuje na další Lieovy algebry na magickém náměstí. Zejména pro výjimečné Lieovy algebry v posledním řádku (nebo sloupci) jsou symetrické rozklady:

Zobecnění

Rozdělit složení algebry

Navíc k normované dělení algebry, existují i ​​další složení algebry přes R, jmenovitě rozdělená komplexní čísla, rozdělené čtveřice a split-octonions. Pokud je někdo použije namísto komplexních čísel, čtveřic a oktonionů, získá následující variantu magického čtverce (kde jsou rozdělené verze dělících algeber označeny pomlčkou).

A BRC'H 'Ó'
R
C'
H '
Ó'

Tady jsou všechny Lieovy algebry rozdělit skutečnou podobu až na tak3, ale k vytvoření děleného tvaru lze použít změnu znaménka v definici Lžiho závorky tak2,1. Zejména pro výjimečné Lieovy algebry jsou maximální kompaktní subalgebry následující:

Rozdělit formu
Maximálně kompaktní

Nesymetrickou verzi magického čtverce lze také získat kombinací dělených algeber s obvyklými dělícími algebrami. Podle Bartona a Sudbery je výsledná tabulka Lieových algeber následující.

A BRCHÓ
R
C'
H '
Ó'

Skutečné výjimečné Lieovy algebry, které se zde objevují, lze opět popsat pomocí jejich maximálních kompaktních subalgeber.

Lež algebra
Maximálně kompaktní

Libovolná pole

Rozdělené formy kompozičních algeber a Lieových algeber lze definovat přes libovolné pole K.. Tím se získá následující magický čtverec.

Existuje zde určitá nejasnost, pokud K. není algebraicky uzavřeno. V případě K. = C, toto je komplexizace freudenthalských magických čtverců pro R dosud diskutováno.

Obecnější Jordan algebry

Dosud diskutované čtverce se týkají jordánských algeber J3(A), kde A je divizní algebra. Existují také jordánské algebry Jn(A), pro jakékoli kladné celé číslo n, tak dlouho jak A je asociativní. Tyto výnosy rozdělené formy (přes jakékoli pole K.) a kompaktní formy (přes R) zobecněných magických čtverců.

Pro n = 2, J2(Ó) je také Jordánská algebra. V kompaktním případě (přes R) získá se magický čtverec ortogonálních Lieových algeber.

A BRCHÓ
R
C
H
Ó

Poslední řádek a sloupec jsou částí ortogonální algebry izotropní algebry v symetrickém rozkladu výše zmíněných výjimečných Lieových algeber.

Tyto stavby úzce souvisí s hermitovské symetrické prostory - srov. prehomogenní vektorové prostory.

Symetrické prostory

Riemannovy symetrické prostory, jak kompaktní, tak nekompaktní, lze klasifikovat jednotně pomocí magické čtvercové konstrukce, v (Huang & Leung 2011 ). Neredukovatelné kompaktní symetrické prostory jsou až do konečných obalů buď kompaktní jednoduchá Lieova skupina, Grassmannian, Lagrangian Grassmannian nebo dvojitý Lagrangian Grassmannian podprostorů pro algebry normovaného dělení A a B. Podobná konstrukce vytváří neredukovatelné nekompaktní symetrické prostory.

Dějiny

Rosenfeldova projektivní letadla

Následující Ruth Moufang objev v roce 1933 Cayley projektivní letadlo nebo „oktonionová projektivní rovina“ P2(Ó), jehož skupinou symetrie je výjimečná Lieova skupina F4, as vědomím, že G2 je automorphism skupina octonions, to bylo navrhl Rozenfeld (1956) že zbývající výjimečné Lie skupiny E6, E7, a E8 jsou izomorfistické skupiny projektivních rovin nad určitými algebrami nad oktoniony:[1]

  • the bioktoniony, CÓ,
  • the kvateroktokony, HÓ,
  • the oktoktoniony, ÓÓ.

Tento návrh je přitažlivý, protože existují určité výjimečné kompakty Riemannovy symetrické prostory s požadovanými skupinami symetrie a jejichž dimenze souhlasí s dimenzí domnělých projektivních rovin (dim (P2(K.K.′)) = 2 dim (K.)ztlumit(K.′)), A to by dalo jednotnou konstrukci výjimečných Lieových skupin jako symetrií přirozeně se vyskytujících objektů (tj. Bez apriorní znalosti výjimečných Lieových skupin). Riemannovy symetrické prostory byly klasifikovány Cartanem v roce 1926 (v pokračování jsou použity Cartanovy štítky); vidět klasifikace pro podrobnosti a příslušné prostory jsou:

  • the oktonionová projektivní rovina - FII, rozměr 16 = 2 × 8, F4 symetrie, Cayley projektivní letadlo P2(Ó),
  • bioktonionová projektivní rovina - EIII, rozměr 32 = 2 × 2 × 8, E6 symetrie, komplexizovaná Cayleyova projektivní rovina, P2(CÓ),
  • kvateroktokonová projektivní rovina"[2] - EVI, rozměr 64 = 2 × 4 × 8, E.7 symetrie, P2(HÓ),
  • oktoktonionová projektivní rovina"[3] - EVIII, rozměr 128 = 2 × 8 × 8, E.8 symetrie, P2(ÓÓ).

Potíž s tímto návrhem spočívá v tom, že zatímco oktoniony jsou divizní algebrou, a tudíž je nad nimi definována projektivní rovina, bioktoniony, kvateroktokoniony a oktooktoniony nejsou algebry dělení, a proto obvyklá definice projektivní roviny nefunguje. To lze vyřešit u bioktonionů, přičemž výslednou projektivní rovinou je složitá Cayleyova rovina, ale konstrukce nefungují pro kvateroktokony a oktooktoniony a dotyčné prostory se neřídí obvyklými axiomy projektivních rovin,[1] odtud tedy uvozovky na „(domnělé) projektivní rovině“. Tangenciální prostor v každém bodě těchto prostor však lze identifikovat s rovinou (HÓ)2, nebo (ÓÓ)2 dále zdůvodňující intuici, že se jedná o formu zobecněné projektivní roviny.[2][3] Podle toho se výsledné prostory někdy nazývají Rosenfeldova projektivní letadla a notovány, jako by to byla projektivní letadla. Obecněji řečeno, tyto kompaktní formy jsou Rosenfeldovy eliptické projektivní roviny, zatímco duální nekompaktní formy jsou Rosenfeldovy hyperbolické projektivní roviny. Modernější prezentace Rosenfeldových myšlenek je v (Rosenfeld 1997 ), zatímco krátká poznámka k těmto „letadlům“ je v (Besse 1987, s. 313–316).[4]

Prostory mohou být konstruovány pomocí Titsovy teorie budov, která umožňuje konstruovat geometrii s jakoukoli danou algebraickou skupinou jako symetrie, ale to vyžaduje začít s Lieovými skupinami a z nich konstruovat geometrii, spíše než konstruovat geometrii nezávisle na znalost Lieových skupin.[1]

Kouzelný čtverec

Zatímco na úrovni potrubí a Lieových skupin, konstrukce projektivní roviny P2(K.K.′) Dvou normovaných divizních algeber nefunguje, odpovídající konstrukce na úrovni Lieových algeber dělá práce. To znamená, že pokud rozložíme Lieovu algebru nekonečně malých izometrií projektivní roviny P2(K.) a použije stejnou analýzu na P2(K.K.′), Lze použít tento rozklad, který platí kdy P2(K.K.′) Lze ve skutečnosti definovat jako projektivní rovinu, jako a definice „magického čtverce Lie Algebra“ M(K.,K.′). Tato definice je čistě algebraická a platí i bez předpokladu existence odpovídajícího geometrického prostoru. To bylo provedeno nezávisle kolem roku 1958 v (Prsa 1966 ) a Freudenthal v sérii 11 článků, počínaje (Freudenthal 1954 ) a končí na (Freudenthal 1963 ), ačkoli zde uvedená zjednodušená konstrukce je způsobena (Vinberg 1966 ).[1]

Viz také

Poznámky

Reference

  • Adams, John Frank (1996). Mahmud, Zafer; Mimura, Mamora (eds.). Přednášky o výjimečných lžových skupinách. Chicago přednášky z matematiky. University of Chicago Press. ISBN  978-0-226-00527-0.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Allison, B.N. (1978). "Strukturovatelné algebry". Matematika. Ann. 237 (2): 133–156. doi:10.1007 / bf01351677.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Baez, John C. (2002). "Octonions". Bulletin of the American Mathematical Society. 39 (2): 145–205. arXiv:matematika / 0105155. doi:10.1090 / S0273-0979-01-00934-X. ISSN  0273-0979. PAN  1886087.CS1 maint: ref = harv (odkaz)4.3: The Magic Square
  • Baez, John C. (2005). „Errata pro Octonions" (PDF). Bulletin of the American Mathematical Society. 42 (2): 213–214. doi:10.1090 / S0273-0979-05-01052-9.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Barton, C. H .; Sudbery, A. (2000). „Kouzelné čtverce Lie Algebry“. arXiv:matematika / 0001083.
  • Barton, C. H .; Sudbery, A. (2003). "Magické čtverce a maticové modely Lieových algeber". Pokroky v matematice. 180 (2): 596–647. arXiv:math.RA / 0203010. doi:10.1016 / S0001-8708 (03) 00015-X.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Besse, Arthur L. (1987). Rozdělovače Einstein. Berlín: Springer. ISBN  978-3-540-15279-8.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Freudenthal, Hans (1954). „Beziehungen der E7 und E8 zur Oktavenebene. Já ". Indagationes Math. (v němčině). 16: 218–230. PAN  0063358.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Freudenthal, Hans (1954). „Beziehungen der E7 und E8 zur Oktavenebene. II ". Indagationes Math. (v němčině). 16: 363–368. PAN  0068549.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Freudenthal, Hans (1955). „Beziehungen der E7 und E8 zur Oktavenebene. III ". Indagationes Math. (v němčině). 17: 151–157. PAN  0068550.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Freudenthal, Hans (1955). „Beziehungen der E7 und E8 zur Oktavenebene. IV “. Indagationes Math. (v němčině). 17: 277–285. PAN  0068551.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Freudenthal, Hans (1959). „Beziehungen der E7 und E8 zur Oktavenebene. V – IX “. Indagationes Math. (v němčině). 21: 165–201, 447–474.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Freudenthal, Hans (1963). „Beziehungen der E7 und E8 zur Oktavenebene. X, XI ". Indagationes Math. (v němčině). 25: 457–471, 472–487. PAN  0163203.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Freudenthal, Hans (1951), Oktaven, Ausnahmegruppen und Oktavengeometrie„Mathematisch Instituut der Rijksuniversiteit te Utrecht
  • Freudenthal, Hans (1985), „Oktaven, Ausnahmegruppen und Oktavengeometrie“, Geom. Dedicata, 19: 7–63, doi:10.1007 / bf00233101 (dotisk článku z roku 1951)
  • Huang, Yongdong; Leung, Naichung Conan (2010). „Jednotný popis kompaktních symetrických prostorů jako Grassmannians pomocí magického čtverce“ (PDF). Mathematische Annalen. 350 (1): 79–106. doi:10.1007 / s00208-010-0549-8.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Landsberg, J. M .; Manivel, L. (2001). „Projektivní geometrie Freudenthalova magického náměstí“. Journal of Algebra. 239 (2): 477–512. arXiv:math.AG/9908039. doi:10.1006 / jabr.2000.8697.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Postnikov, M. (1986), Lie skupiny a Lie algebry. Přednášky z geometrie. Semestr V, Mir
  • Pierre Ramond (1976), Úvod do výjimečných skupin lži a algeber, CALT-68-577, California Institute of Technology, Pasadena.
  • Rozenfeld, Boris A. (1956). „[Geometrická interpretace kompaktních jednoduchých Lieových skupin třídy E]". Dokl. Akad. Nauk SSSR (v Rusku). 106: 600–603.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Rosenfeld, Boris A. (1997). Geometrie Lieových skupin. Matematika a její aplikace. 393. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers Group. str. xviii + 393. ISBN  978-0-7923-4390-5.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Kozy, Jacques (1966). „Algèbres alternatives, algèbres de Jordan et algèbres de Lie exceptionnelles“ [Alternativní algebry, Jordanské algebry a výjimečné Lieovy algebry]. Indagationes Math. (francouzsky). 28: 223–237. PAN  0219578.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Vinberg, E.B. (1966). „[Konstrukce výjimečných jednoduchých Lieových algeber]“. Trudy Sem. Vekt. Tenz. Anální. (v Rusku). 13: 7–9.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Vinberg, E.B. (2005). "Konstrukce výjimečných jednoduchých Lieových algeber". Amer. Matematika. Soc. Transl. 213: 241–242.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Yokota, Ichiro (1985). „Nesymetrie Freudenthalova magického čtverce“. J. Fac. Sci. Shinshu Univ. 20: 13–13.CS1 maint: ref = harv (odkaz)