Гомоморфизм и изоморфизм алгебр
Дипломная работа специалиста
СИМФЕРОПОЛЬ 2003
СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………………………………………………..4 Глава I . Основные понятия и определения…………………………………….6 § 1. * - алгебры……………………………………………………………………...6 1.1. Определение * - алгебры……………………………………………………….6 1.2. Примеры…………………………………………………………………………7 1.3. Алгебры с единицей…………………………………………………………….7 1.4. Простейшие свойства * - алгебр……………………………………………….9 1.5. Гомоморфизм и изоморфизм алгебр…………………………………………11 § 2. Представления ……………………………………………………………….13 2.1. Определение и простейшие свойства представлений……………………….13 2.2. Прямая сумма представлений ………………………………………………..15 2.3. Неприводимые представления………………………………………………..16 2.4. Конечномерные представления……………………………………………….19 2.5. Интегрирование и дезинтегрирование представлений ……………………..20 § 3. Тензорные произведения……………………………………………………26 3.1. Тензорные произведения пространств……………………………………….26 3.2. Тензорные произведения операторов………………………………………..28 Глава II . Задача о двух ортопроекторах………………………………………..31 § 1. Два ортопроектора в унитарном пространстве…………………………..31 1.1. Постановка задачи……………………………………………………………..31 1.2. Одномерные *-представления *-алгебры P2……………………………….31 1.3. Двумерные *-представления *-алгебры P2……………………………….32 1.4. n-мерные *-представления *-алгебры P2…………………………………35 1.5. Спектральная теорема…………………………………………………………37 § 2. Два ортопроектора в сепарабельном гильбертовом пространстве……39 2.1. Неприводимые *-представления *-алгебры P2…………………………...39 2.2. Спектральная теорема…………………………………………………………41 Глава III . Спектр суммы двух ортопроекторов ……………………………...45 § 1. Спектр суммы двух ортопроекторов в унитарном пространстве……...45 1.1. Спектр ортопроектора в гильбертовом пространстве……………………….45 1.2. Постановка задачи……………………………………………………………..45 1.3. Спектр в одномерном пространстве………………………………………….45 1.4. Спектр в двумерном пространстве……………………………………….…..46 1.5. Спектр в n-мерном пространстве……………………………………………..47 1.6. Линейная комбинация ортопроекторов………………………………………49 Спектр суммы двух ортопроекторов в сепарабельном гильбертовом пространстве …………………………………………………….52 2.1. Спектр оператора А = Р1 +Р2 …………………………………………………52 2.2. Спектр линейной комбинации А = аР1 + bР2 (0<а< b ) ……………………..53 Заключение………………………………………………………………………..55 Литература ………………………………………………………………………..56
ВВЕДЕНИЕ Пусть Н – гильбертово пространство, L (Н) – множество непрерывных линейных операторов в Н. Рассмотрим подмножество А в L (Н), сохраняющееся при сложении, умножении, умножении на скаляры и сопряжении. Тогда А – операторная *-алгебра. Если дана абстрактная *-алгебра А, то одна из основных задач теории линейных представлений (*-гомоморфизмов А в L (Н)) – перечислить все ее неприводимые представления (с точностью до эквивалентности). Теория унитарных представлений групп восходит к XIX веку и связана с именами Г.Фробениуса, И.Шура, В.Бернсайда, Ф.Э. Молина и др. В связи с предложениями к квантовой физике теория унитарных представлений топологических групп, групп Ли, С*-алгебр была разработана И.М.Гельфандом, М.А. Наймарком, И.Сигалом, Ж.Диксмье, А.А. Кирилловым и др. в 60-70-х годах XX века. В дальнейшем интенсивно развивается теория представлений *-алгебр, заданных образующими и соотношениями. Дипломная работа посвящена развитию теории представлений (конечномерных и бесконечномерных) *-алгебр, порожденных двумя проекторами. Глава I в краткой форме содержит необходимые для дальнейшего сведения из теории представлений и функционального анализа. В §1 дано определение *-алгебры и приведены простейшие свойства этих алгебр. В §2 излагаются основные свойства представлений, вводятся следующие понятия: неприводимость, эквивалентность, прямая сумма, интегрирование и дезинтегрирование представлений. В §3 определяются тензорные произведения пространств, тензорные произведения операторов и др. (см. [2], [3], [4], [8], [9]) В Главе II изучаются представления *-алгебры P2 P2= С < p 1 , p 2 | p 1 2 = p 1 * = p 1 , p 2 2 = p 2 * = p 2 >, порожденной двумя самосопряженными идемпотентами, то есть проекторами (см., например, [12]). Найдены все неприводимые *-представления *-алгебры P2, с точностью до эквивалентности., доказаны соответствующие спектральные теоремы. В §1 рассматриваются только конечномерные *-представления π в унитарном пространстве Н. Описаны все неприводимые и неэквивалентные *-представления *-алгебры P2 . Неприводимые *-представления P2 одномерны и двумерны: 4 одномерных: π0,0( p 1 ) = 0, π0,0( p 2 ) = 0; π0,1( p 1 ) = 0, π0,1( p 2 ) = 1; π1,0( p 1 ) = 1, π1,0( p 2 ) = 0; π1,1( p 1 ) = 1, π1,1( p 2 ) = 1. И двумерные: , τ (0, 1). Доказана спектральная теорема о разложении пространства Н в ортогональную сумму инвариантных относительно π подпространств Н, а также получено разложение π на неприводимые *-представления. Результаты §1 относятся к математическому фольклору. В §2 получены основные результаты работы. Для пары проекторов в сепарабельном гильбертовом пространстве Н приведено описание всех неприводимых представлений, доказана спектральная теорема. В Главе III спектральная теорема для пары проекторов Р1, Р2, применяется к изучению сумм Р1+Р2, аР1+ b Р2 (0 < a < b ). Получены необходимое и достаточное условие на самосопряженный оператор А для того чтобы А = Р1+Р2 или А = аР1+ b Р2, 0 < a < b , (этот частный случай задачи Г.Вейля (1912 г.) о спектре суммы пары самосопряженных операторов).
§ 1. - алгебры 1.1. Определение - алгебры. Определение 1.1. Совокупность А элементов x , y , … называется алгеб- 1) А есть линейное пространство; 2) в А введена операция умножения (вообще некоммутативного), удовлет- α (x y) = ( α x) y, x ( α y) = α (x y), (x y) z = x (y z), (x + y) = xz +xy, x ( y + z ) = xy + xz для любых x , y , z А и любых чисел α. Два элемента x , y алгебры А называются перестановочными, если xy = yx. Алгебра А называется коммутативной, если все ее элементы попарно пере- Определение 1.2. Пусть А – алгебра над полем С комплексных чисел. Инволюцией в А называется такое отображение x → x * алгебры А в А, что (i) (x*)* = x; (ii) (x + y)* = x* + y*; (iii) ( α x)* = x*; (iv) ( x y )* = y * x * для любых x , y С. Алгебра над С, снабженная инволюцией, называется инволютивной алгеброй или *- алгеброй. Элемент х* называют сопряженным к х. Подмножество А, сохраняющееся при инволюции, называется само- Из свойства ( i ) следует, что инволюция в А необходимо является биекцией А на А. Примеры 1) На А = С отображение z → (комплексное число, сопряженное к z) есть инволюция, превращающая С в коммутативную *- алгебру. 2) Пусть Т – локально компактное пространство, А = С(Т) – алгебра непре- 3) Пусть Н – гильбертово пространство. А = L ( H ) – алгебра ограниченных линейных операторов в Н. Зададим инволюцию как переход к сопряженному оператору. Тогда А - *- алгебра. 4) Обозначим через К(Н) совокупность всех компактных операторов в гильбертовом пространстве Н; операции сложения, умножения на число и умножения определим как соответствующие действия с операторами. Тогда К(Н) будет *- алгеброй, если ввести инволюцию А→А* (А К(Н)). Алгебра К(Н) в случае бесконечного Н есть алгебра без единицы. Действительно, если единичный оператор I принадлежит К(Н), то он переводит открытый единичный шар S H в себя. Значит I не может быть компактным оператором. 5) Обозначим через W совокупность всех абсолютно сходящихся рядов . Алгебра W есть *- алгебра, если положить . ( ) Алгебры с единицей Определение 1.3. Алгебра А называется алгеброй с единицей, если А содержит элемент е, удовлетворяющий условию ех = хе = х для всех х А (1.1.) Элемент е называют единицей алгебры А. Теорема 1.1. Алгебра А не может иметь больше одной единицы. Доказательство. Действительно, если е΄ - также единица в А, то е΄х = хе΄ = х, для всех х А (1.2.) Полагая в (1.1.) х = е΄, а в (1.2.) х = е, получим: ее΄ = е΄е = е΄ и е΄е = ее΄ =е, следовательно е΄ = е. Теорема 1.2. Всякую алгебру А без единицы можно рассматривать как подалгебру некоторой алгебры А΄ с единицей. Доказательство. Искомая алгебра должна содержать все суммы х΄=αе + х, х А; с другой стороны, совокупность всех таких сумм образует алгебру А΄, в которой основные операции определяются формулами: β(αе + х) = βαе + βх, (α1е + х1) + (α2е + х2) = (α1 + α2)е + (х1 + х2), (α1 е + х1)(α2 е+ х2 )=α1 α2 е +α1 х2 +α2 х1 + х1 х2 (1.3.) Каждый элемент х΄ из А΄ представляется единственным образом в виде х΄ = αе + х, х А, так как по условию А не содержит единицы. Поэтому А΄ можно реализовать как совокупность всех формальных сумм х΄ = αе + х, х А, в которой основные операции определяются формулами (1.3.); сама алгебра А получится при α = 0. Алгебру А΄ можно также реализовать как совокупность всех пар (α, х), х А, в которой основные операции определяются по формулам: β (α, х) = (βα, βх), (α1, х1) + (α2, х2) = (α1 + α2, х1 + х2), (α1, х1)(α2, х2) = (α1α2, α1х2 + α2 х1 + х1х2), (1.4.) аналогично тому, как определяются комплексные числа. Саму алгебру А можно тогда рассматривать как совокупность всех пар (0, х), х А и не делать различия между х и (0, х). Полагая е = (0, х), мы получим: (α, х) = α(1, 0) + (0, х) = αе + х, так что вторая реализация алгебры А΄ равносильна первой. Переход от А к А΄ называется присоединением единицы. Определение 1.4. Элемент y называется левым обратным элемента х, если xy = e. Элемент z называется правым обратным элемента х, если xz = e. Если элемент х имеет и левый, и правый обратные, то все левые и правые обратные элемента х совпадают. Действительно, умножая обе части равенства yx = e справа на z, получим z = (yx)z = y(xz) = ye, В этом случае говорят, что существует обратный х-1 элемента х.
1.4. Простейшие свойства - алгебр Определение 1.5. Элемент х *-алгебры А называется эрмитовым или самосопряженным, если х* = х, нормальным, если хх* = х*х. Идемпотентный эрмитов элемент называется проектором. Элемент алгебры называется идемпотентным, если все его (натуральные) степени совпадают. Каждый эрмитов элемент нормален. Множество эрмитовых элементов есть вещественное векторное подпространство А. Если х и y эрмитовы, то ( xy )*= y * x * = yx; следовательно, xy эрмитов, если x и y перестановочны. Для каждого х А элементы хх* и х*х эрмитовы. Но, вообще говоря, эрмитов элемент не всегда представим в этом виде, как показывает пример 1 из пункта 1.2. Действительно, для любого z C , но если z действительно отрицательное число, то его нельзя представить в виде . Теорема 1.3. Всякий элемент х *-алгебры А можно представить, и притом единственным образом, в виде х = х1 + i х2, где х1, х2 – эрмитовы элементы. Доказательство. Если такое представление имеет место, то х* = х1 + i х2, следовательно: , (1.5.) Таким образом, это представление единственно. Обратно, элементы х1, х2, определенные равенством (1.5.), эрмитовы и х = х1 + i х2. Эти элементы х1, х2 называются эрмитовыми компонентами элемента х. Заметим, что хх* = х12 + х22 + i (х2х1 – х1х2), хх* = х12 + х22 - i (х2х1 – х1х2) так что х нормален тогда и только тогда, когда х1 и х2 перестановочны. Так как е*е = е* есть эрмитов элемент, то е* = е , то есть единица эрмитов элемент. Если А - *-алгебра без единицы, а А΄ - алгебра, полученная из А присоединением единицы, то, положив при х А, мы определим инволюцию в А΄, удовлетворяющую всем требованиям определения 2. Так что А΄ станет *-алгеброй. Говорят, что А΄ есть *-алгебра, полученная из А присоединением единицы. Теорема 1.4. Если х-1 существует, то (х*)-1 также существует и (х*)-1 = (х-1)* Доказательство. Применяя операцию * к обеим частям соотношения х-1х = хх-1 = е, получим х*(х-1)*= (х*)-1х*=е. Но это означает, что (х-1)* есть обратный к х*. Подалгебра А1 алгебры А называется *-подалгеброй, если из х А1 следует, что х* А1 . Непустое пересечение *-подалгебр есть также *-подалгебра. В частности, пересечение всех *-поалгебр, содержащих данное множество S А, есть минимальная *-подалгебра, содержащая S . Коммутативная *-алгебра называется максимальной, если она не содержится ни в какой другой коммутативной *-подалгебре. Теорема 1.5. Если В – максимальная коммутативная *-подалгебра, содержащая нормальный элемент х , и если х-1 существует, то х-1 В. Доказательство. Так как х т х* перестановочны со всеми элементами из В, то этим же свойством обладают х-1 и (х*)-1 = (х-1)*. В силу максимальности В отсюда следует, что х-1 В. Определение 1.6. Элемент х А - *-алгебры называется унитарным, если хх* = х*х = е, иначе говоря, если х обратим и х = (х*)-1. В примере 1 п.1.2. унитарные элементы – комплексные числа с модулем, равным 1. Унитарные элементы А образуют группу по умножению – унитарную группу А. Действительно, если x и y – унитарные элементы *-алгебры А, то ((х y )*)-1 = (у*х*)-1 =(х*)-1 (y *)-1 = xy, поэтому xy унитарен, и так как ((х-1)*)-1= ((х*)-1)-1 = х-1, то х-1 унитарен.
Гомоморфизм и изоморфизм алгебр Определение 1.7. Пусть А и В – две *-алгебры. Назовем гомоморфизмом (*-гомоморфизмом) А в В такое отображение f множества А в В, что f (x + y) = f (x) + f (y), f (αx) = α f (x), f (xy) = f (x) f (y), f (x*) = f (x)* для любых х, y А, α С. Если отображение f биективно, то f называют изоморфизмом (*-изоморфизмом). Определение 1.8. Совокупность I элементов алгебры А называется левым идеалом, если: (i) I ≠ A; (ii) Из х, y I следует x + y I; (iii) Из х I, аα А следует α х I . Если I = А, то I называют несобственным идеалом. Аналогично определяется и правый идеал. Идеал, являющийся одновременно и левым, и правым, называется двусторонним. Всякий идеал автоматически оказывается алгеброй. Пусть I – двусторонний идеал в алгебре А. Два элемента х, y из А назовем эквивалентными относительно идеала I, если х- y I. Тогда вся алгебра А разбивается на классы эквивалентных между собой элементов. Обозначим через А совокупность всех этих классов. Введем в А1 операции сложения, умножения на число и умножения, производя эти действия над представителями классов. Так как I – двусторонний идеал, то результат операций не зависит от выбора этих представителей. Следовательно, А1 становится алгеброй. Эта алгебра называется фактор-алгеброй алгебры А по идеалу I и обозначается A / I. *-гомоморфизм алгебр описывается при помощи так называемых самосопряженных двусторонних идеалов. Определение 1.9. Идеал I (левый, правый или двусторонний) называется самосопряженным, если из х I следует х* I. Самосопряженный идеал автоматически является двусторонним. Действительно, отображение х → х* переводит левый идеал в правый и правый идеал в левый; если поэтому отображение х → х* переводит I в I, то I есть одновременно и левый и правый идеал. В фактор-алгебре A / I по самосопряженному двустороннему идеалу I можно определить инволюцию следующим образом. Если х- y I, то х*- y * I. Поэтому при переходе от х к х* каждый класс вычетов х по идеалу I переходит в некоторый другой класс вычетов по I. Все условия из определения 1.2. выполнены; следовательно, A / I есть *-алгебра. Если х → х΄ есть *-гомоморфизм А на А΄, то полный прообраз I нуля (то есть ядро данного гомоморфизма) есть самосопряженный двусторонний идеал в А. Фактор-алгебра A / I *-изоморфна *-алгебре А΄. Обратно, отображение х → [х] каждого элемента х А в содержащий его класс вычетов по I есть *-гомоморфизм алгебра А на A / I.
Представления
Популярное: Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (185)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |