Reduktív csoport

A reduktív csoport olyan algebrai csoport , amelynek egységkomponensének unipotens gyökje [ triviális. Egy nem zárt mező felett egy algebrai csoport reduktivitását úgy definiáljuk, mint a talajmező zárása feletti reduktivitását .

A lineárisan reduktív csoport olyan csoport, amelynek minden racionális reprezentációja teljesen redukálható. Bármely lineárisan reduktív csoport reduktív. A 0 karakterisztikájú mező felett ennek a fordítottja is igaz, vagyis ezek a tulajdonságok egyenértékűek.

A reduktív csoportok közé tartoznak a legfontosabb csoportok, mint például az invertálható mátrixok teljes lineáris csoportja GL ( n ) , a speciális ortogonális csoport SO ( n ) és az Sp ( 2n ) szimplektikus csoport . Az egyszerű algebrai csoportok és (általánosabb) félig egyszerű algebrai csoportok reduktívak.

Claude Chevalley kimutatta, hogy a reduktív csoportok osztályozása megegyezik bármely algebrailag zárt mezővel . Különösen az egyszerű algebrai csoportokat Dynkin-diagramok osztályozzák , mint a kompakt Lie-csoportok vagy az összetett félig egyszerű Lie-csoportok elméletében . Egy tetszőleges mező feletti reduktív csoportokat nehezebb besorolni, de sok mező esetében, mint például az R valós számmező vagy a számmező , az osztályozás meglehetősen egyértelmű. Az egyszerű véges csoportok osztályozása kimondja, hogy a legtöbb véges egyszerű csoport egy egyszerű G algebrai csoport G ( k ) k racionális pontjaként [ egy k véges mező felett , vagy egy ilyen konstrukció enyhén deviáns változataként.

A reduktív csoportok számos kontextusban gazdag reprezentációs elmélettel rendelkeznek. Először is tanulmányozhatjuk a G reduktív csoport reprezentációit egy k mező felett, mint algebrai csoportokat, amelyek a G csoport cselekvései egy k vektortéren. A G ( k ) csoport komplex reprezentációit is tanulmányozhatjuk, amikor k véges mező, a valós reduktív csoport végtelen dimenziós unitárius reprezentációja vagy az algebrai adele csoport automorf reprezentációja en] . A reduktív csoportok szerkezetelméletét mindezen területeken alkalmazzák.

Definíció

A k mező feletti lineáris algebrai csoport a GL ( n ) csoport sima zárt alcsoportsémája egy k mező felett valamilyen n pozitív egész számra . Ezzel egyenértékűen egy k feletti lineáris algebrai csoport egy k mező feletti sima affin csoportséma .

Egy algebrailag zárt mező felett összefüggő G lineáris algebrai csoportot félegyszerűnek mondunk , ha G bármely simán összefüggő oldható normális részcsoportja triviális. Általánosabban fogalmazva, egy algebrailag zárt mező felett összefüggő G lineáris algebrai csoportot reduktívnak mondunk, ha G bármely simán összefüggő unipotens normális részcsoportja triviális [1] . (Egyes szerzők nem írnak elő konnektivitást a reduktív csoportokhoz.) Egy tetszőleges k mező feletti G csoportot félig egyszerűnek vagy reduktívnak mondjuk, ha a [2] báziskiterjesztéssel kapott séma félig egyszerű vagy reduktív, ahol a mező algebrai lezárása k . (Ez megegyezik a reduktív csoportok definíciójával, feltéve, hogy a k mező tökéletes [3] .) A k mező feletti bármely tórusz , mint például a G m multiplikatív csoport , reduktív.

A nem reduktív lineáris algebrai csoport alapvető példája a G a additív csoport egy mező felett.

A k mező feletti G lineáris algebrai csoportot egyszerűnek (vagy k - egyszerű ) nevezzük , ha félig egyszerű, nem triviális, és G bármely simán összefüggő normál részcsoportja egy k mező felett triviális vagy egyenlő G -vel [4] . (Egyes szerzők ezt a tulajdonságot "majdnem egyszerűnek" nevezik.) Ez némileg eltér az absztrakt csoportterminológiától, mivel egy egyszerű algebrai csoportnak lehet nem triviális középpontja (bár a középpontnak végesnek kell lennie). Például bármely 2-nél nem kisebb n egész szám és bármely k mező esetén az SL ( n ) csoport k felett egyszerű, és középpontja az egység μ n n - edik gyökének csoportséma .

A reduktív csoportok központi izogénje egy szürjektív homomorfizmus egy véges központi alcsoport-séma formájában lévő kernellel . Bármely mező feletti reduktív csoport beenged egy központi izogeniát egy tórusz és néhány egyszerű csoport szorzatából. Például bármely k mező felett ,

Kicsit ügyetlennek tűnik, amikor egy mező fölött reduktív csoportot határozunk meg, ami egy algebrai lezárásra utal. Egy tökéletes k mező esetén ez elhagyható – egy k mező feletti G lineáris algebrai csoport akkor és csak akkor reduktív, ha G bármely simán összefüggő unipotens normál k -alcsoportja triviális . Egy tetszőleges mező esetében az utolsó tulajdonság egy pszeudo-reduktív csoportot határoz meg , ami valamivel általánosabb.

A k mező feletti G reduktív csoportot splitnek nevezzük, ha tartalmaz egy felosztott maximális T tórusz k felett ( vagyis egy G - beli osztott tórusz , amelynek alapja változása maximális tórusz ad benne ). Alexander Grothendieck szerint ez egyenértékű azzal, hogy azt mondjuk, hogy T egy kettéosztott tórusz G -ben, ahol T  a maximális a G -beli k -tori között [5] .

Példák

A reduktív csoport alapvető példája az invertálható n × n mátrixok teljes lineáris csoportja GL ( n ) egy n természetes szám k mezőjén . Konkrétan a G m multiplikatív csoport egy GL (1) csoport, majd a k -racionális pontokból álló G m ( k ) csoportja a k csoport k * nem nulla elemeinek csoportja szorzással. Egy másik reduktív csoport az SL ( n ) speciális lineáris csoport a k mező felett , 1-es determinánsú mátrixok alcsoportja. Valójában az SL ( n ) egy egyszerű algebrai csoport n -re, nem kevesebb, mint 2.

Fontos egyszerű csoport a k mező feletti Sp (2 n ) szimplektikus csoport , a GL (2 n ) csoport alcsoportja , amely a k 2 n vektortéren egy nem degenerált váltakozó bilineáris formát őriz . Szintén az O ( q ) ortogonális csoport az általános lineáris csoport alcsoportja, amely megőrzi a q nem degenerált másodfokú formát a k mező feletti vektortéren . Az O ( q ) algebrai csoportnak két összefüggő komponense van , és az SO ( q ) azonossági komponense reduktív, és valójában egyszerű q esetén , amelynek n mérete legalább 3 . egy páratlan n , az O ( q ) csoportséma valójában össze van kötve, de nem sima k felett. Egy egyszerű SO ( q ) csoport mindig definiálható O ( q ) maximális sima összefüggő részcsoportjaként egy k mező felett .) Ha a k mező algebrailag zárt, akkor bármely két azonos dimenziójú (nem degenerált) másodfokú alak izomorf, ezért célszerű ezt a csoportot SO ( n )-nek nevezni. Egy általános k mezőre az n dimenzió különböző másodfokú formái adhatnak nemizomorf egyszerű csoportokat SO ( q ) k felett , bár mindegyiküknek van bázisváltozása algebrai zárásra .

A reduktív csoportok egyéb leírásai

Bármely kompakt összekapcsolt Lie csoportnak van egy komplexitása , ami egy komplex reduktív algebrai csoport. Valójában ez a konstrukció egy az egyhez megfeleltetést ad a kompakt összekapcsolt Lie csoportok és az összetett reduktív csoportok között (az izomorfizmusig). Egy kompakt K Lie-csoport esetében G komplexezéssel a K -ből a G komplex reduktív csoportba ( C ) való felvétel homotópia ekvivalencia a G ( C ) klasszikus topológiájához képest. Például az U ( n ) unitárius csoportból a GL ( n , C )-be való felvétel homotópia-ekvivalencia.

Egy karakterisztikus nullával rendelkező mező feletti reduktív G csoport esetén a G csoport (mint algebrai csoport) összes reprezentációja teljesen redukálható, azaz irreducibilis (redukálható) reprezentációk közvetlen összege [6] . Ez a tény a "reduktív" név eredete. Megjegyzendő azonban, hogy a teljes redukálhatóság nem érvényes a pozitív jellemzőkkel rendelkező reduktív csoportokra (a tori kivételével). Részletesebben, egy k mező feletti véges típusú G affin csoportsémát lineárisan reduktívnak nevezünk, ha reprezentációi teljesen reduktívak. Egy nulla karakterisztikus k mezőre a G csoport akkor és csak akkor lineárisan reduktív, ha a G csoport G o azonosságkomponense reduktív [7] . A p >0 karakterisztikájú k mezőre azonban Masayoshi Nagata kimutatta, hogy egy G csoport akkor és csak akkor lineárisan reduktív, ha a G o csoport multiplikatív típusú , és G / G o koprime sorrendje p -re [8]. .

Roots

A reduktív algebrai csoportok osztályozása a kapcsolódó gyökérrendszer alapján történik , mint a komplex félig egyszerű Lie-algebrák vagy a kompakt Lie-csoportok elméleteiben.

Legyen G egy felosztott reduktív csoport egy k mező felett, és legyen T egy felosztott maximális tórusz G -ben . Ekkor T izomorf valamilyen n -re , és n - t G rangjának nevezzük . A T tórusz bármely reprezentációja (mint algebrai csoport) 1-dimenziós reprezentációk közvetlen összege [9] . A G csoport súlya a T tórusz egydimenziós reprezentációinak izomorfizmus osztályát jelenti , vagy ezzel egyenértékű homomorfizmust . A súlyok az ábrázolások tenzorszorzatával alkotják az X ( T ) csoportot , ahol X ( T ) izomorf a Zn egész számok csoportjának n példányának szorzatával .

Az adjunkt reprezentáció a G csoportnak a Lie algebráján végzett konjugációja . A G csoport gyöke nullától eltérő súlyt jelent, amely a tórusz működésében jelenik meg a -n . Az egyes gyökeknek megfelelő tér altere egydimenziós, a T tórusz által rögzített tér altere pedig pontosan a T tórusz Lie algebrája [ 10 ] . Ezért a G csoportok Lie algebrája felbomlik egydimenziós alterekre, amelyeket a Φ gyökhalmaz indexel:

Például, ha G egy GL csoport ( n ), akkor a Lie algebra a k mező feletti összes mátrix vektortere . Legyen T a G -beli átlós mátrixok részcsoportja . Ekkor a gyökérterekre való bontás az átlós mátrixok és az 1-dimenziós alterek közvetlen összegeként fejeződik ki, átlón kívüli pozíciókkal indexelve ( i , j ). Ha a súlyrács standard alapját L 1 ,..., L n jelöli, a gyökök 1 - től n -ig lesznek elemek .

Egy félig egyszerű csoport gyökerei gyökérrendszert alkotnak . Ez egy kombinatorikus szerkezet, amely teljesen osztályozható. Általánosabban fogalmazva, egy reduktív csoport gyökerei a gyökéradatok kissé eltérő változatát alkotják [11] . A G reduktív csoport Weil-csoportja egy maximális tórusz tórusszal való normalizálójának hányadoscsoportját jelenti . A Weil-csoport valójában egy véges csoport, amelyet a reflexiók generálnak. Például a GL ( n ) (vagy SL ( n )) csoport esetében a Weyl-csoport az S n szimmetrikus csoport .

Egy adott maximális tóruszot véges számú Borel-alcsoport tartalmaz, és ezeket a Weil-csoport egyszerűen tranzitív módon permutálja ( konjugációként viselkedve ) [12] . A Borel-alcsoport választása pozitív gyökhalmazt határoz meg azzal a tulajdonsággal, hogy Φ Φ + és −Φ + diszjunkt uniója . Nyilvánvaló, hogy a B Borel alcsoport Lie algebrája a T csoport Lie algebrájának és a pozitív gyökök tereinek közvetlen összege :

Például, ha B a felső háromszögmátrixok Borel-alcsoportja GL -ben ( n ), akkor ez nyilvánvalóan a felső háromszögmátrixok altérbeli dekompozíciója . A pozitív gyökerek a .

Az egyszerű gyök olyan pozitív gyöket jelent, amely nem két pozitív gyök összege. Jelölje az összes egyszerű gyök halmazával. A G kommutátor alcsoportjának rangjával egyenlő egyszerű gyökök r számát G félegyszerű rangjának nevezzük ( ami G egyszerű rangja, ha G félegyszerű). Például az egyszerű csoportgyökök (vagy ) a .

A gyökérrendszereket a megfelelő Dynkin-diagramok osztályozzák , amelyek véges gráfok (amelyekben egyes élek iránya vagy többszöröse lehet). A Dynkin-diagram csúcsainak halmaza az egyszerű gyökök halmaza. Röviden, a Dynkin-diagram leírja az egyszerű gyökök közötti szögeket és azok relatív hosszát, figyelembe véve a súlyrácson a (Weyl-csoport invariáns) skalárszorzatát . Az alábbiakban az összekapcsolt Dynkin-diagramokat mutatjuk be (amelyek az egyszerű csoportoknak felelnek meg).

Egy k mező felett felosztott G reduktív csoport esetében a fontos az, hogy a gyök nemcsak G Lie algebrájának egy 1-dimenziós alterét határozza meg, hanem a G -beli G a additív csoport másolatát is az adott Lie algebrával . , amelyet U α gyökér alcsoportnak nevezünk . A gyökér alcsoport a G -beli additív csoport egyetlen olyan másolata, amelyet a T tórusz normalizál , és amely rendelkezik az adott Lie algebrával [10] . A teljes G csoportot (mint algebrai csoportot) a tórusz T és a gyökér alcsoportok, míg a Borel B alcsoportot a T tórusz és a pozitív gyökér alcsoportok generálják. Valójában egy felosztott félig egyszerű G csoportot egyetlen gyökér alcsoport generál.

Parabolikus alcsoportok

Egy k mező felett felosztott G reduktív csoport esetén G simán összefüggő részcsoportjai, amelyek G adott B Borel-alcsoportját tartalmazzák, egy az egyhez felelnek meg az egyszerű gyökök Δ halmazának részhalmazainak (vagy ezzel egyenértékűen a csúcshalmaz egy részhalmazának) a Dynkin-diagram). Legyen r a Δ halmaz sorrendje, a G csoport félig egyszerű rangja . G bármely parabola alcsoportja G ( k ) valamely elemével konjugált egy B -t tartalmazó alcsoporthoz . Ennek eredményeként pontosan 2 r konjugáltsági osztálya van a parabola alcsoportoknak egy G csoportban egy k mező felett [13] . Nyilvánvaló, hogy a Δ halmaz adott S részhalmazának megfelelő parabola részcsoport az a csoport, amelyet a B alcsoport generál az S -ből származó α gyökéralcsoportjaival együtt . Például a GL ( n ) csoport parabolikus alcsoportjai, amelyek a Borel B alcsoportot tartalmazzák , olyan invertálható mátrixcsoportok, amelyekben nulla bejegyzés található egy adott négyzethalmaz alatt az átló mentén, például:

Definíció szerint a G reduktív csoport P parabola alcsoportja egy k mező felett egy sima k -alcsoport úgy, hogy a G / P hányadosváltozat megfelelő k felett , vagy ezzel egyenértékű projektív k felett . Ekkor a parabolikus alcsoportok osztályozása ekvivalens a projektív homogén fajták G - hez való besorolásával (sima stacionárius alcsoporttal, azaz nincs korlátozás a nulla karakterisztikával rendelkező k mezőre). GL ( n ) esetén ez egy zászlósokaság , amely adott a 1 ,..., a i méretű lineáris alterek sorozatát paraméterezi , amelyek egy n dimenziójú V fix vektortérben találhatók :

Egy ortogonális csoport vagy szimplektikus csoport esetében a projektív homogén fajták leírása hasonló az izotróp zászlós fajtákhoz, amelyek adott kvadratikus vagy szimplektikus formát kapnak. Bármely B Borel-alcsoporttal rendelkező reduktív G csoport esetében a G / B - t a G csoport zászlóváltozatának vagy zászlóváltozatának nevezik .

Az osztott reduktív csoportok osztályozása

Chevalley 1958-ban kimutatta, hogy az algebrailag zárt mező feletti reduktív csoportokat gyökök szerint osztályozzák az izomorfizmusig [14] [15] . Az algebrailag zárt mezőn lévő félig egyszerű alcsoportokat Dynkin-diagramjaik a központi izogeniáig osztályozzák, míg az egyszerű csoportok az összekapcsolt diagramoknak felelnek meg. Vagyis vannak egyszerű A n , B n , C n , D n , E 6 , E 7 , E 8 , F 4 , G 2 típusú csoportok . Ez az eredmény lényegében megegyezik Wilhelm Killing és Ely Joseph Cartan által az 1880-as és 1890-es években a kompakt Lie-csoportok vagy az összetett félig egyszerű Lie-algebrák osztályozásával . Különösen az egyszerű algebrai csoportok méretei, középpontjai és egyéb tulajdonságai nyerhetők az egyszerű Lie-csoportok listájából . Figyelemre méltó, hogy a reduktív csoportok ezen osztályozása nem függ a jellemzőitől . Összehasonlításképpen, sokkal több egyszerű Lie-algebra van pozitív karakterisztikával, mint nulla karakterisztikával.

A G 2 és E 6 típusú kivételes G csoportokat korábban, legalábbis absztrakt G ( k ) csoportok formájában Leonard Dickson készítette . Például a G 2 csoport az oktonionalgebra automorfizmuscsoportja a k mező felett . Ezzel szemben az F 4 , E 7 , E 8 típusú Chevalley csoportok egy pozitív karakterisztikával rendelkező mező felett teljesen újak voltak.

Általánosságban elmondható, hogy az osztott reduktív csoportok osztályozása minden területen azonos [16] . Egy k mező feletti félig egyszerű G csoportot egyszerűen összefüggőnek mondjuk , ha a félig egyszerű csoportból a G csoportba vezető bármely központi izogén izomorfizmus. (A komplex számok feletti félig egyszerű G csoport esetében, ha ebben az értelemben egyszerűen összefüggő tér, az ekvivalens azzal, hogy a G ( C ) csoport egyszerűen összefüggő tér a klasszikus topológiában.) A Chevalley osztályozás azt mutatja, hogy bármely k mező fölött létezik . egyedi egyszerű, egyszerűen összekapcsolt osztott félig egyszerű G csoport adott Dynkin diagrammal, az összekapcsolt diagramoknak megfelelő egyszerű csoportokkal. Ezzel szemben egy félig egyszerű csoport konjugált típusú , ha a középpontja triviális. Egy adott Dynkin-diagrammal rendelkező k mezőre osztott egyszerű csoportok pontosan a G / A csoportok , ahol G  egy egyszerűen összefüggő csoport, A  pedig G középpontjának k -alcsoportjának sémája .

Például a „klasszikus” Dynkin-diagramoknak megfelelő, egyszerűen összekapcsolt osztott egyszerű csoportok a k mező felett a következők:

Egy k mező felett felosztott G reduktív csoport külső automorfizmuscsoportja izomorf G gyökadatainak automorfizmuscsoportjával. Ezenkívül a G automorfizmuscsoportja félig közvetlen szorzatként hasad:

ahol Z  a G csoport középpontja [17] . Egy mező felett felosztott, félig egyszerű, egyszerűen összekapcsolt G csoport esetében a G csoport külső automorfizmusainak csoportja egyszerűbb leírással rendelkezik: ez a G csoport Dynkin-diagramjainak automorfizmusainak csoportja .

Reduktív csoportok sémái

A G csoportsémát az S sémával szemben reduktívnak mondjuk , ha a morfizmus sima és affin, és bármely geometriai szál reduktív. ( S egy p pontja esetén a megfelelő geometriai szál azt jelenti, hogy a G csoport alapját a p maradék mező algebrai lezárásával helyettesítjük .) Chevalley, Demazure és Grothendieck munkájának kiterjesztése azt mutatta, hogy egy reduktív csoport sémái kettéválnak. minden nem üres S sémát gyökéradatok alapján osztályozzuk [18] [19] . Ez az állítás magában foglalja a Chevalley-csoportok, mint Z feletti csoportsémák létezését , és azt állítja, hogy az S sémán keresztül bármely felosztott reduktív csoport izomorf azzal, hogy a Chevalley-csoport bázisát Z -ről S -re változtatja.

Valódi reduktív csoportok

A Lie -csoportok kontextusában algebrai csoportok helyett a valódi reduktív csoport egy G Lie-csoport úgy, hogy létezik egy L lineáris algebrai csoport R felett, amelynek azonosságkomponense ( a Zariski topológiában ) reduktív, és egy homomorfizmus, amelynek kernel véges. és amelynek képe L ( R ) -ben nyitott (a klasszikus topológiában). Általában azt feltételezik, hogy az Ad( G ) adjunkt reprezentáció képe benne van (ami automatikusan megtörténik egy kapcsolt G csoport esetén ) [20] .

Konkrétan minden összekapcsolt félig egyszerű Lie csoport (ami azt jelenti, hogy a Lie algebra félig egyszerű) reduktív. Ebben az értelemben a Lie csoport is reduktív, mivel a GL (1, R ) ≅ R * csoport identitáskomponensének tekinthető . A valódi reduktív csoportok osztályozásának problémája nagymértékben lecsökken az egyszerű Lie-csoportok osztályozásánál. A Satake diagramjaik alapján osztályozzák őket . Utalhatunk az egyszerű Lie-csoportok listájára is (véges borítókig).

Valós reduktív csoportokra általánosságban kidolgozták az elfogadható reprezentációk és az egységes reprezentációk hasznos elméleteit . A fő különbség e definíció és a reduktív alegbrai csoport definíciója között az, hogy egy R feletti G algebrai csoport összekapcsolható algebrai csoportként, de nem kapcsolható Lie csoportként G ( R ), és hasonlóan egyszerűen összefüggő csoportok esetén.

Például a PGL (2) projektív csoport algebrai csoportként kapcsolódik tetszőleges mezőhöz, de valós pontcsoportjának PGL (2, R ) két összefüggő komponense van. A PGL (2, R ) identitáskomponense (néha PSL -nek (2, R )) egy valódi reduktív csoport, amely nem tekinthető algebrai csoportnak. Hasonlóképpen, SL (2) egyszerűen össze van kötve algebrai csoportként bármely mező felett, de az SL (2, R ) Lie csoportnak van egy alapvető csoportja , amely izomorf a Z egész számok csoportjával , így SL (2, R ) nem triviális takaró terek . Definíció szerint az SL (2, R ) csoport minden véges fedője (például a metaplektikus csoport ) valódi reduktív csoport. Másrészt az SL (2, R ) csoport univerzális borítója nem reduktív csoport, annak ellenére, hogy algebrája reduktív , azaz egy félig egyszerű Lie algebra és egy Abeli ​​Lie algebra szorzata.

Egy összefüggő valós G reduktív csoportra a G csoport G / K hányadosváltozata a K maximális kompakt alcsoporttal egy nem kompakt típusú szimmetrikus tér . Valójában bármilyen nem kompakt típusú szimmetrikus teret kapunk így. Ezek központi példái a nem pozitív metszetgörbületű gyűjtők Riemann-geometriájának . Például az SL (2, R )/ SO (2) egy hiperbolikus sík , az SL (2, C )/ SU (2) pedig egy hiperbolikus 3 dimenziós tér.

Egy olyan k mező feletti G reduktív csoportnál , amely egy diszkrét értékeléshez (például Q p p-adikus számokhoz ) képest teljes, G affin szerkezete X szimmetrikus tér szerepét tölti be. Nevezetesen, X egy egyszerű komplexum G ( k ) hatására , és G ( k ) megőrzi a CAT(0) metrikát X -en , amely egy nem pozitív görbületű metrika analógja. Az affin struktúrák dimenziója megegyezik a G csoport k -rangjával . Például az SL (2, Q p ) csoport szerkezete egy fa .

Reduktív csoportok ábrázolásai

Egy k mező felett felosztott G reduktív csoport esetén a G csoport (mint algebrai csoport) irreducibilis reprezentációit fősúlyokkal paraméterezzük, amelyeket a súlyrács és a konvex kúp ( Weil-kamra ) metszéspontjaként határozunk meg R n -ben. . Ez a paraméterezés különösen nem függ a k mező jellemzőitől . Részletesebben, ha rögzítünk egy hasított maximális tórusz és egy Borel alcsoportot, akkor B egy félig közvetlen szorzata egy T tórusznak egy simán kapcsolódó unipotens U alcsoporttal . A legnagyobb súlyú vektort a G csoport V reprezentációjában a k mező felett nem nulla v vektorként definiáljuk úgy, hogy B a v vektor által generált egyenest önmagába képezi le. Ekkor B hat ezen az egyenesen a T faktorcsoportján keresztül az X ( T ) súlyrács valamely elemén keresztül . Chevalley kimutatta, hogy a G csoport bármely irreducibilis reprezentációja rendelkezik egy skalárig terjedő legnagyobb súlyú egyedi vektorral. A megfelelő "legnagyobb súly" a domináns, és bármely fősúly a G csoport egyedi irreducibilis reprezentációjának legnagyobb súlya az izomorfizmusig [21] .

A probléma továbbra is az irreducibilis ábrázolás leírása a megadott maximális súllyal. Egy karakterisztikus nullával rendelkező k mezőre teljesen teljes válaszok vannak. A fősúlyhoz a Schur-modulust egy G - ekvivalens egydimenziós köteg metszeteinek k -vektortereként definiáljuk a G / B zászlósokaton , amelyhez kapcsolódik . A modul a G csoport reprezentációja . Egy karakterisztikus nullával rendelkező k mezőre a Borel-Weil tétel kimondja, hogy egy irreducibilis reprezentáció izomorf a Schur modulussal . Ezenkívül a Weyl-képlet az karakterekre megadja ennek a reprezentációnak a karakterét (és különösen a dimenzióját).

Egy pozitív karakterisztikájú k mező felett felosztott G reduktív csoport esetében a helyzet sokkal finomabb, mivel G reprezentációi jellemzően nem az irreducibilisek közvetlen összege. A fősúly esetében az irreducibilis reprezentáció a Schur modul egyetlen egyszerű almodulja ( socle ) , de nem feltétlenül egyenlő a Schur modullal. George Kempf szerint a Schur-modulus dimenzióját és karakterét a Weyl-karakter adja (mint a karakterisztikus nulla esetében) [22] . Az irreducibilis reprezentációk dimenziója és karakterei általában nem ismertek, bár számos elméleti fejlesztés történt ezen reprezentációk elemzésére. Henning Andersen, Jens Jentzen és Wolfgang Sorgel fontos eredménye (bizonyítva Lustig sejtését ), hogy a dimenzió és a karakter akkor ismert, ha a k mező p jellemzői sokkal nagyobbak, mint a G csoport Coxeter-száma . Nagy p karakterképletük a Kazhdan-Lustig polinomokra támaszkodik , amelyek kombinatorikusan összetettek [23] . Simon Rich és Geordie Williamson megsejtette a reduktív csoport irreducibilis karaktereit bármely p prímszámra a Kazhdan-Lustig p -polinomok alapján, amelyek még bonyolultabbak, de legalábbis kiszámíthatók [24] .

Nem osztott reduktív csoportok

Ahogy fentebb leírtuk, az osztott reduktív csoportok besorolása minden területen azonos. Ezzel szemben a tetszőleges reduktív csoportok osztályozása a mögöttes területtől függően eltérő nehézségekkel járhat. Néhány példa a klasszikus csoportok közül

Ennek eredményeként a reduktív csoportok k mező feletti osztályozásának problémája magában foglalja az összes másodfokú alak k fölé vagy az összes központi egyszerű algebra k feletti osztályozásának problémáját . Ezek a problémák egyszerűek egy algebrailag zárt k mező esetén , és érthetők néhány más mező esetében, mint például a számmezők, de sok nyitott kérdés van tetszőleges mezőkre vonatkozóan.

A k mező feletti reduktív csoportot izotrópnak mondjuk , ha k -rangja nagyobb, mint 0 (vagyis ha nem triviális hasított tórusz van benne), ellenkező esetben anizotropnak mondjuk . Egy k mező feletti félig egyszerű G csoport esetén a következő feltételek egyenértékűek:

Ha a k mező tökéletes, ez egyenértékű azzal, hogy G ( k ) 1-től eltérő unipotens elemet tartalmaz [27] .

Egy karakterisztikus nulla karakterisztikus nullájú k lokális mező (például a valós számok) felett összefüggő lineáris algebrai G csoport esetén a G ( k ) csoport akkor és csak akkor kompakt a klasszikus topológiában (a k mező topológiája alapján ) , ha G reduktív és anizotróp [28] . Példa: egy R feletti SO ( p , q ) ortogonális csoport min( p , q ) rangú, és akkor és csak akkor anizotrop, ha p vagy q egyenlő nullával [25] .

Egy k mező feletti G reduktív csoportot kvázi felosztottnak mondunk , ha tartalmaz egy k feletti Borel-alcsoportot . Az osztott reduktív csoport kvázi felosztása. Ha G kváziosztva van k felett, akkor G bármely két Borel-alcsoportja konjugált G ( k ) valamely elemével [29] . Példa: Egy SO ( p , q ) ortogonális csoport R felett akkor és csak akkor , és kvázi akkor és csak akkor, ha [25] .

Félig egyszerű csoportok felépítése absztrakt csoportokként

Egy k mező felett egyszerűen összekapcsolt , félig egyszerű G csoportra Robert Steinberg explicit definíciót adott a G ( k ) absztrakt csoportra [30] . A csoportot a k mező additív csoportjának másolata hozza létre, amelyet a G csoport (a gyökök egy alcsoportja) gyökerei indexelnek, a G csoport Dynkin diagramja által meghatározott kapcsolatokkal .

Egy tökéletes k mező fölött egyszerűen összekapcsolt, felosztott G csoporthoz Steinberg meghatározza a G ( k ) absztrakt csoport automorfizmuscsoportját is . Bármely automorfizmus egy belső automorfizmus , egy átlós automorfizmus (ami egy maximális tórusz megfelelő pontjával való konjugációt jelent ), egy gráfautomorfizmus (amely egy Dynkin-diagram automorfizmusának felel meg) és egy mező automorfizmus (egy automorfizmusból eredő) terméke. a mező k ) [31] .

Egy k -egyszerű algebrai G csoportra a Tits-féle egyszerűségi tétel kimondja, hogy a G ( k ) absztrakt csoport enyhe körülmények között közel áll egy egyszerű csoporthoz. Nevezetesen tegyük fel, hogy a G csoport izotróp egy k mező felett , és tegyük fel, hogy a k mezőnek legalább 4 eleme van. Legyen a G ( k ) absztrakt csoport egy alcsoportja, amelyet a G -ben található G a additív csoport k feletti k - pontos másolatai generálnak . (Feltételezve, hogy a G csoport izotróp k -ra , a csoport nem triviális, sőt Zariski sűrű is G -n , ha k végtelen.) Ekkor a csoport faktorcsoportja a középpontjához képest egyszerű (absztrakt csoportként) [32] [33] . A bizonyítás a párok (B, N) elrendezését használja Jacques Tits által .

A 2. vagy 3. sorrendű mezők kivételei jól fejlettek. Ha k = F 2 , Tits egyszerűségi tétele igaz marad, kivéve ha G egy A 1 , B 2 vagy G 2 típusú osztott csoport vagy egy nem osztott (azaz egységes) A ​​2 típusú . k = F 3 esetén a tétel igaz, kivéve azt az esetet, amikor G A 1 típusú [34] .

Egy k -egyszerű G csoport esetében a teljes G ( k ) csoport megértéséhez figyelembe vesszük a Whitehead csoportot . Egy egyszerűen összekötött és kvázi felosztott G csoport esetén a Whitehead csoport triviális, a teljes G ( k ) csoport pedig a központjának prímmodulja [35] . Általánosabban, a Kneser-Cinege sejtés azt kérdezi, hogy mely izotróp k - egyszerű csoportokra triviális a Whitehead-csoport. Az összes ismert példában W ( k , G ) Abel-féle.

Egy anizotróp k -egyszerű G csoport esetén a G ( k ) absztrakt csoport távolról sem lehet egyszerű. Legyen például D egy osztásalgebra , amelynek középpontja k p -adikus mező . Tegyük fel, hogy D dimenziója k felett véges és nagyobb 1-nél. Ekkor G = SL (1, D ) egy anizotróp k -egyszerű csoport. Mint fentebb említettük, G ( k ) kompakt a klasszikus topológiában. Mivel ez is egy teljesen szétkapcsolt tér , G ( k ) profinit csoport (de nem véges). Ennek eredményeként G ( k ) végtelen sok véges indexű normál részcsoportot tartalmaz [36] .

Rácsok és aritmetikai csoportok

Legyen G egy Q racionális számok feletti lineáris algebrai csoport . Ekkor G kiterjeszthető egy affin G csoportsémára Z felett, és ez meghatároz egy absztrakt G csoportot ( Z ). Az aritmetikai csoport a G ( Q ) csoport bármely olyan alcsoportját jelenti , amely összemérhető G -vel ( Z ). (A G ( Q ) alcsoport aritmetikaisága független a Z - struktúra megválasztásától.) Például SL ( n , Z ) az SL ( n , Q ) csoport aritmetikai alcsoportja .

Egy G Lie csoport esetében a G - beli rács a G csoport diszkrét Γ részcsoportját jelenti úgy, hogy a G /Γ sokaság véges térfogatú (figyelembe véve a G -invariáns mértéket). Például egy diszkrét Γ részcsoport egy rács, ha G /Γ kompakt. Margulis aritmetizálási tétele különösen azt állítja, hogy egy legalább 2-vel egyenlő valós rangú egyszerű G Lie-csoport esetén G bármely rácsa egy aritmetikai csoport.

Galois-akció Dynkin-diagramokon

A nem feltétlenül felosztott reduktív csoportok osztályozásának keresésekor az egyik lépés a Tits index , amely a problémát az anizotróp csoportok esetére redukálja. Ez a redukció általánosít néhány alapvető algebrai tételt. Például a Witt-dekompozíciós tétel kimondja, hogy egy mező feletti nem degenerált másodfokú formát az izomorfizmusig a Witt-index és egy anizotróp mag határozza meg. Hasonlóképpen, az Artin-Wedderburn-tétel a központi egyszerű algebrák mező feletti osztályozását osztásalgebrák esetére redukálja. Ezeket az eredményeket általánosítva Tits kimutatta, hogy a k mező feletti reduktív csoportot az izomorfizmusig a Tits indexe határozza meg, valamint az anizotrop mag, a hozzá tartozó anizotróp félig egyszerű k - csoport.

Egy k mező feletti G reduktív csoport esetén a Gal( k s / k ) abszolút Galois-csoport (folyamatosan) a G csoport "abszolút" Dynkin-diagramjára, azaz a G csoport Dynkin-diagramjára hat az elválasztható felett. zárás k s (ami a G csoport Dynkin-diagramja az algebrai zárás felett ). A G csoport Tits indexe a G k s csoport gyökéradataiból, a Dynkin-diagram Galois-műveleteiből, valamint a Dynkin-diagram csúcsainak Galois-invariánsainak egy részhalmazából áll. Hagyományosan a Tits indexet egy adott részhalmazban a Galois-pályák körüli kör képviseli.

Ezekben a kifejezésekben a kvázi felosztott csoportok teljes osztályozása létezik. Ugyanis a Dynkin-diagramon a k mező abszolút Galois-csoportjának minden egyes akciójához létezik egy egyedi egyszerűen összefüggő félig egyszerű kvázi felosztott H csoport a k mező felett egy adott akcióval. (Egy kvázi felosztott csoport esetén a Dynkin-diagram bármely Galois-pályája be van karikázva.) Ezen túlmenően bármely más egyszerűen összefüggő félegyszerű G csoport k felett egy adott cselekvéssel belső alakja a H kvázi osztott csoportnak , amely azt jelenti, hogy a G csoport a Galois-kohomológia halmaz H 1 ( k , H / Z ) egy eleméhez kapcsolódik , ahol Z a H csoport középpontja . Más szavakkal, G a H csoport torziója, amely valamilyen H / Z -torzorral van társítva k felett , a következő részben leírtak szerint.

Példa: Legyen q egy nem-degenerált másodfokú alak, páros 2 n dimenzióval egy k mező felett, amelynek karakterisztikája nem egyenlő 2-vel, ahol (ezek a korlátozások elhagyhatók). Legyen G egy egyszerű SO ( q ) csoport k felett . A G csoport abszolút Dynkin-diagramja egy D n típusú csoport úgy, hogy az automorfizmuscsoport 2-es rendű, és a D n diagram két "ágát" kapcsolja át . Egy k mező abszolút Galois-csoportjának hatása a Dynkin-diagramon akkor és csak akkor triviális, ha a q alakú (előjeles) d diszkrimináns a k */( k *) 2 mezőben triviális. Ha d nem triviális, akkor a Dynkin-diagramon a Galois-műveletben van kódolva: a Galois-csoport 2-es indexű részcsoportja, amely identitásként működik, a csoport . Egy G csoport akkor és csak akkor osztódik fel, ha q -nak a lehetséges legnagyobb Witt-indexe van n , és G akkor és csak akkor, ha q Witt indexe legalább n − 1 [25] .

Torsorok és a Hasse-elv

A torzor egy kmező felettiGaffin csoportséma eseténegykfelettiXaffin sémátGcsoportműveletével, úgy, hogyizomorf egy olyan csoporthoz, ahola csoportművelet bal oldali átvitele önmagán történik. A torzort úgy is tekinthetjük, mint egy fő G-köteget kfelett,ha az fppf topológiát ak, vagy az étale topológiát , ha aGsimak. AGalois-kohomológia nyelvén H1(k,G-nek nevezik aztG-torzorokosztályainak izomorfizmusak

Torzorok akkor keletkeznek, amikor egy adott Y algebrai objektum alakjait egy k mező fölé próbáljuk besorolni , ami azt jelenti, hogy az X objektumok k mező fölé kerülnek, amelyek a k mező algebrai záródása során Y - val izomorfokká válnak . Ugyanis az ilyen formák (az izomorfizmusig) egy az egyben megfelelnek a H 1 ( k ,Aut( Y ) halmaznak). Például a k feletti n dimenziójú (nem degenerált) másodfokú alakokat H 1 ( k , O ( n ) osztályozza ) , a k feletti n fokú központi egyszerű algebrákat pedig H 1 ( k , PGL ( n ) osztályozza ) ). Egy adott G algebrai csoport k -formáit is (amit néha G "torziójának" neveznek ) a H 1 ( k ,Aut( G )) osztályoz . Ezek a problémák a G -torzorok szisztematikus tanulmányozását teszik szükségessé, különösen a G reduktív csoportok esetében .

Amikor csak lehetséges, megpróbáljuk osztályozni a G -torsorokat kohemológiai invariánsok segítségével , amelyek Galois-féle kohemológiai invariánsok M , H a ( k , M ) Abel - együttható csoportokkal . Ebben az irányban Steinberg bebizonyította a Serra I sejtést : egy összefüggő lineáris G algebrai csoportra egy tökéletes kohomológiai dimenziójú mező felett, H 1 ( k , G ) = 1 [37] (véges esete). mező korábban Lenga tételként volt ismert ). Ebből például az következik, hogy egy véges mező felett bármely reduktív csoport kvázi felhasad.

A Serra II sejtés azt jósolja, hogy egy egyszerűen összefüggő félig egyszerű G csoportra egy kohomológiai dimenziójú mező felett legfeljebb 2 H 1 ( k , G ) = 1. A sejtés egy tisztán képzeletbeli számmezőről ismert (amely Kohomológiai dimenziója van 2) . Általánosabban fogalmazva, bármely k számmezőre Martin Kneser, Günther Harder és Vladimir Chernousov (1989) bebizonyította a Hasse-elvet – egy k mező felettegyszerűen összekapcsolt félig egyszerű G csoportra a leképezés

bijektíven [38] . Itt v átfut a k mező minden helyén , és k v a megfelelő helyi mező (esetleg R vagy C ). Ráadásul a megjelölt ponthalmaz triviális minden nem archimédeszi k v lokális mezőre , ezért csak a k mező valós helyei jelentősek. A pozitív karakterisztikájú globális k mező hasonló eredményét korábban Harder (1975) bizonyította – bármely egyszerűen összefüggő félegyszerű G csoportra egy k mező felett , triviális (mivel k -nek nincs valós helye) [39] [40] .

A G csoport k számmező feletti adjunkt ábrázolásának egy kicsit eltérő esetben a Hasse-elv gyengébb formában érvényes: a természetes leképezés.

injektív módon [39] . G = PGL ( n ) esetén ez ekvivalens az Albert-Brauer-Hasse-Noether tétellel , amely szerint egy számmező feletti egyszerű központi algebrát helyi invariánsok határoznak meg.

A félig egyszerű csoportok számmezőn alapuló osztályozása a Hasse-elv alapján jól fejlett. Például pontosan három Q -alakja van az E 8 kivételes csoportnak, amelyek megfelelnek az E 8 csoport három valós formájának .

Lásd még

Jegyzetek

  1. SGA 3 v3, 2011 , p. Definíció XIX.1.6.1.
  2. Az alap bővítéséről (vagy cseréjéről) lásd: Hartshorne's Algebraic Geometry, 124. oldal.
  3. Milne, 2017 , p. 21.60. javaslat.
  4. Conrad, 2014 , p. javaslat után 5.1.17.
  5. Borel, 1991 , p. 18.2. i.
  6. Milne, 2017 , p. 22.42. tétel.
  7. Milne, 2017 , p. Következmény 22.43.
  8. Demazure, Gabriel, 1970 , p. Tétel IV.3.3.6.
  9. Milne, 2017 , p. 12.12. tétel.
  10. Milne 12. , 2017 , p. 21.11. tétel.
  11. Milne, 2017 , p. Következmény 21.12.
  12. Milne, 2017 , p. 17.53. javaslat.
  13. Borel, 1991 , p. Javaslat 21.12.
  14. Chevalley, 2005 .
  15. Springer, 1998 , p. 9.6.2, 10.1.1.
  16. Milne, 2017 , p. Tételek 23.25, 23.55.
  17. Milne, 2017 , p. Következmény 23.47.
  18. SGA 3 v3, 2011 , p. XXV.1.1. tétel.
  19. Conrad, 2014 , p. 6.1.16., 6.1.17. tétel.
  20. Springer, 1979 , p. szakasz 5.1.
  21. Milne, 2017 , p. 22.2. Tétel.
  22. Jantzen, 2003 , p. II.4.5. tétel, Következmény II.5.11.
  23. Jantzen, 2003 , p. szakasz II.8.22.
  24. Riche, Williamson, 2018 , p. szakasz 1.8.
  25. 1 2 3 4 Borel, 1991 , p. szakasz 23.4.
  26. Borel, 1991 , p. szakasz 23.2.
  27. Borel, mellek, 1971 , p. Corollaire 3.8.
  28. Platonov, Rapinchuk, 1991 , p. 127, 1. tétel.
  29. Borel, 1991 , p. 20.9(i) tétel.
  30. Steinberg, 2016 , p. 8. tétel.
  31. Steinberg, 2016 , p. 30. tétel.
  32. Cicik, 1964 , p. Főtétel.
  33. Gille, 2009 , p. bevezetés.
  34. Cicik, 1964 , p. szakasz 1.2.
  35. Gille, 2009 , p. 6.1. tétel.
  36. Platonov, Rapinchuk, 1991 , p. 552 9.1.
  37. Steinberg, 1965 , p. 1.9. tétel.
  38. Platonov, Rapinchuk, 1991 , p. 318, 6. tétel.
  39. 1 2 Platonov, Rapinchuk, 1991 , p. 316, 4. tétel.
  40. Platonov, Rapinchuk, 1991 , p. 404 6.8.

Irodalom