Algebra nieskojarzeniowa - Non-associative algebra
Struktura algebraiczna → Teoria pierścieni Teoria pierścieni |
---|
Nie-asocjatywnym Algebra (lub rozdzielcze Algebra ) jest Algebra na polu , gdzie binarna operacji mnożenia nie zakłada się asocjacyjne . Oznacza to, że algebraiczna struktura jest nie-asocjatywnym Algebra na polu K , jeśli jest to przestrzeń wektora przez K i jest wyposażony w K - dwuliniowo binarny operacji mnożenia A x A → A , które mogą lub nie mogą być asocjacyjne. Przykłady obejmują algebr Liego , Jordan algebry Z octonions i trójwymiarowej przestrzeni euklidesowej wyposażony w przekroju produktów pracy. Ponieważ nie zakłada się, że mnożenie jest łączne, konieczne jest użycie nawiasów do wskazania kolejności mnożenia. Na przykład, wyrażenia ( ab )( cd ), ( a ( bc )) d i a ( b ( cd )) mogą dawać różne odpowiedzi.
Chociaż to użycie nieskojarzonego oznacza, że nie zakłada się asocjatywności, nie oznacza to, że asocjatywność jest niedozwolona. Innymi słowy, „nieskojarzony” oznacza „niekoniecznie skojarzony”, podobnie jak „nieprzemienny” oznacza „niekoniecznie przemienny” dla nieprzemiennych pierścieni .
Algebrą jest unital lub jednolita , jeśli ma tożsamości elementu e z ex = x = XE dla wszystkich x w algebrze. Na przykład oktonony są jednością, ale algebry Liego nigdy.
Niezwiązane Kolejność struktura Algebra A mogą być badane przez połączenie go z innymi asocjacyjnych algebrach które subalgebras z pełnego algebrze K - endomorfizm w A jak K miejsca-wektor. Dwoma takimi są algebra derywacji i ( algebra asocjacyjna) otaczająca , przy czym ta ostatnia jest w pewnym sensie „najmniejszą algebrą asocjacyjną zawierającą A ”.
Mówiąc bardziej ogólnie, niektórzy autorzy rozważają koncepcję algebry nieasocjacyjnej nad pierścieniem przemiennym R : moduł R wyposażony w R- biliniową operację mnożenia binarnego. Jeśli struktura przestrzega wszystkich aksjomatów pierścienia z wyjątkiem asocjatywności (na przykład dowolna R -algebra), to naturalnie jest -algebrą, więc niektórzy autorzy nazywają nieskojarzone -algebry pierścieniami nieasocjacyjnymi .
Struktury algebraiczne |
---|
Algebry spełniające tożsamości
Struktury podobne do pierścienia z dwiema operacjami binarnymi i bez żadnych innych ograniczeń stanowią szeroką klasę, zbyt ogólną, aby ją zbadać. Z tego powodu najbardziej znane rodzaje algebr nieasocjacyjnych spełniają tożsamości lub właściwości, które nieco upraszczają mnożenie. Należą do nich następujące.
Zwykłe właściwości
Niech x , y i z oznaczają dowolne elementy algebry A nad ciałem K . Niech potęgi dodatnich (niezerowych) liczb całkowitych będą rekurencyjnie definiowane przez x 1 ≝ x i albo x n +1 ≝ x n x (prawe potęgi) albo x n +1 ≝ xx n (lewe potęgi) w zależności od autorów.
- Unital : istnieje element e , więc ex = x = xe ; w takim przypadku możemy zdefiniować x 0 ≝ e .
- Asocjacyjne : ( xy ) z = x ( yz ) .
- Przemienność : xy = yx .
- Nieprzemienne : xy = − yx .
- Tożsamość Jacobiego : ( xy ) z + ( yz ) x + ( zx ) y = 0 lub x ( yz ) + y ( zx ) + z ( xy ) = 0 w zależności od autorów .
- Tożsamość Jordana : ( x 2 y ) x = x 2 ( yx ) lub ( xy ) x 2 = x ( yx 2 ) w zależności od autorów.
- Alternatywa : ( xx ) y = x ( xy ) (lewa alternatywa) i ( yx ) x = y ( xx ) (prawa alternatywa).
- Elastyczny : ( xy ) x = x ( yx ) .
-
Połączenie n- tej potęgi z n ≥ 2 : x n−k x k = x n dla wszystkich liczb całkowitych k tak, że 0 < k < n .
- Skojarzenie trzeciej potęgi: x 2 x = xx 2 .
- Łącznik czwartej potęgi: x 3 x = x 2 x 2 = xx 3 (porównaj z czwartą potęgą przemienną poniżej).
- Moc asocjacyjne : the podalgebrą generowane przez dowolny element jest asocjacyjne, czyli n th asocjacyjne moc dla wszystkich n ≥ 2 .
-
n- ta potęga przemienna z n ≥ 2 : x n−k x k = x k x n−k dla wszystkich liczb całkowitych k tak, że 0 < k < n .
- Trzecia potęga przemienna: x 2 x = xx 2 .
- Przemienność czwartej potęgi: x 3 x = xx 3 (porównaj z skojarzeniem czwartej potęgi powyżej).
- Moc przemienna: podalgebra generowana przez dowolny element jest przemienna, tj. n- ta potęga przemienna dla wszystkich n ≥ 2 .
- Nilpotent indeksu n ≥ 2 : iloczyn dowolnych n elementów, w dowolnej asocjacji, znika, ale nie dla niektórych n −1 elementów: x 1 x 2 … x n = 0 i istnieje n −1 elementów tak, że y 1 y 2 … y n −1 ≠ 0 dla określonej asocjacji.
- Nil o indeksie n ≥ 2 : asocjat potęgowy i x n = 0 i istnieje element y taki, że y n −1 ≠ 0 .
Relacje między właściwościami
Dla K o dowolnej charakterystyce :
- Skojarzenie oznacza alternatywę .
- Jakiekolwiek dwie z trzech właściwości left alternative , right alternative i flexible , implikują trzecią.
- Zatem alternatywa oznacza elastyczność .
- Alternatywa oznacza tożsamość Jordana .
- Przemienność oznacza elastyczność .
- Antyprzemienny oznacza elastyczny .
- Alternatywa oznacza skojarzenie władzy .
- Elastyczny oznacza asocjację trzeciej potęgi .
- Drugi asocjacyjne moc i drugi przemienna moc są zawsze prawdziwe.
- Trzeci asocjacyjne moc i trzeci przemienne zasilania są równoważne.
- n- ta potęga asocjacyjna implikuje n- tą potęgę przemienną .
- Brak indeksu 2 oznacza antyprzemienny .
- Brak indeksu 2 oznacza tożsamość Jordana .
- Nilpotent indeksu 3 implikuje tożsamość Jacobiego .
- Nilpotent indeksu n oznacza zero indeksu N przy 2 ≤ N ≤ n .
- Jednostka i zero indeksu n są niezgodne.
Jeżeli K ≠ GF (2) lub dim ( ) ≤ 3 :
- Tożsamość Jordana i przemienność razem implikują skojarzenie władzy .
Jeśli znak( K ) ≠ 2 :
-
Właściwa alternatywa zakłada asocjację władzy .
- Podobnie lewa alternatywa implikuje skojarzenie władzy .
- Tożsamość unitarna i jordańska razem oznaczają elastyczność .
- Tożsamość Jordana i elastyczność razem oznaczają skojarzenie władzy .
- Przemienne i anticommutative razem oznaczać nilpotent o indeksie 2 .
- Antyprzemienne implikuje zero indeksu 2 .
- Unitalne i antyprzemienne są nie do pogodzenia.
Jeśli znak( K ) ≠ 3 :
- Tożsamość jedności i Jacobiego są nie do pogodzenia.
Jeśli char( K ) ∉ {2,3,5 }:
- Przemienność i x 4 = x 2 x 2 (jedna z dwóch tożsamości definiujących skojarzenie potęgowe ) razem implikują łączenie potęgowe .
Jeśli znak( K ) = 0 :
- Skojarzenie potęgi trzeciej i x 4 = x 2 x 2 (jedna z dwóch tożsamości definiujących asocjat potęgi czwartej ) razem implikują asocjację potęgową .
Jeśli znak( K ) = 2 :
- Przemienne i antyprzemienne są równoważne.
Współpracownik
Associator na A jest K - Przekształcenie Wieloliniowe podane przez
- [ x , y , z ] = ( xy ) z − x ( yz ) .
Mierzy stopień braku asocjatywności i może być używany do wygodnego wyrażania niektórych możliwych tożsamości spełnianych przez A .
Niech x , y i z oznaczają dowolne elementy algebry.
- Asocjacyjne: [ x , y , z ] = 0 .
- Alternatywa: [ x , x , y ] = 0 (lewa alternatywa) i [ y , x , x ] = 0 (prawa alternatywa).
- Oznacza to, że permutacja dowolnych dwóch terminów zmienia znak: [ x , y , z ] = −[ x , z , y ] = −[ z , y , x ] = −[ y , x , z ] ; odwrotność zachodzi tylko wtedy, gdy char( K ) ≠ 2 .
- Elastyczne: [ x , y , x ] = 0 .
- Oznacza to, że permutacja wyrazów ekstremalnych zmienia znak: [ x , y , z ] = −[ z , y , x ] ; odwrotność zachodzi tylko wtedy, gdy char( K ) ≠ 2 .
- Tożsamość Jordana: [ x 2 , y , x ] = 0 lub [ x , y , x 2 ] = 0 w zależności od autorów.
- Łącznik trzeciej potęgi: [ x , x , x ] = 0 .
Rdzeń jest zestawem elementów, które wiążą się ze wszystkimi innymi: to znaczy, że n w tak, że
- [ n , A , A ] = [ A , n , A ] = [ A , A , n ] = {0} .
Jądro jest asocjacyjnym podpierścieniem A .
Środek
Centrum od A jest zbiorem elementów, dojazdy i współpracownik ze wszystkim w A , czyli przecięcie
z jądrem. Okazuje się, że dla elementów C(A) wystarczy, że dwa z nich są zbiorem, aby trzeci również był zbiorem zerowym.
Przykłady
- Przestrzeń euklidesowa R 3 z mnożeniem podanym przez iloczyn wektorowy jest przykładem algebry, która jest antyprzemienna, a nie asocjacyjna. Produkt krzyżowy spełnia również tożsamość Jacobiego.
- Algebry Liego to algebry spełniające antyprzemienność i tożsamość Jacobiego.
- Algebry pól wektorowych na rozmaitości różniczkowej (jeśli K jest R lub liczbami zespolonymi C ) lub rozmaitości algebraicznej (dla ogólnego K );
- Algebry Jordana to algebry, które spełniają prawo przemienne i tożsamość Jordana.
- Każda algebra asocjacyjna daje początek algebrze Liego, używając komutatora jako nawiasu Liego. W rzeczywistości każda algebra Liego może być albo skonstruowana w ten sposób, albo jest podalgebrą tak skonstruowanej algebry Liego.
- Każda algebra asocjacyjna nad ciałem cechy innym niż 2 daje początek algebrze Jordana poprzez zdefiniowanie nowego mnożenia x*y = ( xy + yx )/2. W przeciwieństwie do przypadku algebry Liego, nie każda algebra Jordana może być skonstruowana w ten sposób. Te, które można nazwać specjalnymi .
- Algebry alternatywne to algebry spełniające własność alternatywną. Najważniejszymi przykładami algebr alternatywnych są oktonions (algebry nad liczbami rzeczywistymi) i uogólnienia oktonionów nad innymi ciałami. Wszystkie algebry asocjacyjne są alternatywne. Aż do izomorfizmu, jedyną skończenie wymiarową alternatywą rzeczywistą, algebrami dzielenia (patrz poniżej) są liczby rzeczywiste, kompleksy, kwaterniony i oktonony.
- Algebry potęgowo-skojarzeniowe , to te algebry, które spełniają tożsamość potęgowo-skojarzeniową. Przykłady obejmują wszystkie algebry asocjacyjne, wszystkie alternatywne algebry, algebry Jordana nad ciałem innym niż GF(2) (patrz poprzedni rozdział) i sedeniony .
- Hiperboliczny kwaternion Algebra przez R , który był Algebra eksperymentalnych przyjęcia przestrzeni Minkowskiego dla szczególnego wzgl .
Więcej klas algebr:
- Algebry stopniowane . Należą do nich większość algebr interesujących multilinear algebry , takich jak algebra tensora , symetrycznego algebry i zewnętrznej algebry nad danej przestrzeni wektorowej . Stopniowane algebry można uogólnić na algebry filtrowane .
- Algebry dzielenia , w których istnieją odwrotności multiplikatywne. Sklasyfikowano skończenie wymiarowe alternatywne algebry podziału nad ciałem liczb rzeczywistych. Są to liczby rzeczywiste (wymiar 1), liczby zespolone (wymiar 2), kwaterniony (wymiar 4) i oktonony (wymiar 8). Quaternions i oktonions nie są przemienne. Wszystkie te algebry są asocjacyjne, z wyjątkiem oktonionów.
- Algebry kwadratowe , które wymagają xx = re + sx , dla niektórych elementów r i s w polu podstawowym, oraz e jednostki dla algebry. Przykłady obejmują wszystkie skończenie wymiarowe alternatywne algebry i algebra rzeczywistych macierzy 2 na 2. Aż do izomorfizmu jedyną alternatywną, kwadratową algebrą rzeczywistą bez dzielników zera są liczby rzeczywiste, kompleksy, kwaterniony i oktonony.
- W algebrami Cayley-Dickson (gdzie K jest R ), które rozpoczynają się:
- C (algebra przemienna i asocjacyjna);
- kwaterniony H (asocjacyjną Algebra);
- z octonions (e alternatywny Algebra );
- z sedenions i nieskończony sekwencja Cayley-Dickson algebrami ( algebrach napędem asocjacyjną ).
- Wszystkie algebry hiperkompleksowe są skończenie wymiarowymi algebrami z jedynką R , zawierają więc algebry Cayleya-Dicksona i wiele innych.
- W algebrami Poissona są brane pod uwagę geometryczny kwantyzacji . Przenoszą dwa mnożenia, zamieniając je w algebry przemienne i algebry Liego na różne sposoby.
- Algebry genetyczne to algebry nieasocjacyjne stosowane w genetyce matematycznej.
- Systemy potrójne
Nieruchomości
Istnieje kilka właściwości, które mogą być znane z teorii pierścieni lub z algebr asocjacyjnych, które nie zawsze są prawdziwe dla algebr nieskojarzeniowych. W przeciwieństwie do przypadku asocjacyjnego, elementy z (dwustronną) odwrotnością multiplikatywną mogą również być dzielnikiem zera . Na przykład wszystkie niezerowe elementy sedenonu mają odwrotność dwustronną, ale niektóre z nich są również dzielnikami zera.
Dowolna algebra niezwiązana
Wolnego, asocjacyjne Algebra na zbiorze X na polu K jest zdefiniowana jako Algebra z podstawą obejmujący wszystkie nie-asocjatywnym jednomianów skończonej formalne produktów pierwiastków X nawiasach mocujących. Iloczyn jednomianów u , v jest po prostu ( u )( v ). Algebra jest unitarna, jeśli weźmiemy pusty iloczyn jako jednomian.
Kurosh udowodnił, że każda podalgebra wolnej algebry nieskojarzeniowej jest wolna.
Algebry skojarzone
Algebra A nad ciałem K jest w szczególności K - przestrzenią wektorową , a więc można rozważyć algebrę asocjacyjną End K ( A ) endomorfizmu K - liniowej przestrzeni wektorowej A . Możemy powiązać ze strukturą algebry na A dwie podalgebry końca K ( A ), algebrę wyprowadzania i (asocjacyjną) algebrę obwiedni .
Algebra wyprowadzania
Wyprowadzenie na A jest mapą D z nieruchomości
Wyprowadzenia na A tworzą podprzestrzeń Der K ( A ) w End K ( A ). Komutator z dwóch wyprowadzeń ponownie pochodną, tak że wspornik Lie daje Der K ( A ) o strukturze Lie Algebra .
Algebra obwiedni
Do każdego elementu a algebry A dołączone są odwzorowania liniowe L i R :
Asocjacyjne algebra kopertowanie lub mnożenie algebra od A jest algebrą asocjacyjne generowane przez jego lewy i prawy przekształceń liniowych. Ciężkości z A jest centralizatorem algebry otaczającej w endomorfizm Algebra końcowego K ( A ). Algebra jest centralna, jeśli jej centroid składa się z K- skalarnych wielokrotności tożsamości.
Niektóre z możliwych tożsamości spełnianych przez algebry nieasocjacyjne można wygodnie wyrazić w postaci odwzorowań liniowych:
- Przemienność: każde L ( a ) jest równe odpowiadającemu R ( a );
- Asocjacyjne: dowolne L dojeżdża z dowolnym R ;
- Elastyczny: każdy L ( a ) dojeżdża z odpowiednim R ( a );
- Jordan: każde L ( a ) dojeżdża do R ( a 2 );
- Alternatywnie: każde L ( a ) 2 = L ( a 2 ) i podobnie po prawej stronie.
Reprezentacja kwadratowa Q jest zdefiniowana przez:
lub równoważnie
W artykule poświęconym uniwersalnym algebrom obwieszczenia opisano kanoniczną konstrukcję algebr obwiedniowych oraz twierdzenia typu PBW dla nich. W przypadku algebr Liego takie algebry otaczające mają uniwersalną właściwość, która nie obowiązuje w przypadku algebr nieskojarzeniowych. Najbardziej znanym przykładem jest być może algebra Alberta , wyjątkowa algebra Jordana, która nie jest otoczona kanoniczną konstrukcją algebry obwiedni dla algebr Jordana.
Zobacz też
- Lista algebr
- Magmy przemienne nieasocjacyjne , które dają początek algebrom nieskojarzeniowym
Cytaty
Uwagi
Bibliografia
- Albert, A. Adrian (2003) [1939]. Struktura algebr . Amerykańskie Towarzystwo Matematyczne Colloquium Publ. 24 (Poprawiony przedruk poprawionego wyd. 1961). Nowy Jork: Amerykańskie Towarzystwo Matematyczne . Numer ISBN 0-8218-1024-3. Zbl 0023.19901 .
- Albert, A. Adrian (1948a). „Pierścienie skojarzeniowe mocy” . Transakcje Amerykańskiego Towarzystwa Matematycznego . 64 : 552–593. doi : 10.2307/1990399 . ISSN 0002-9947 . JSTOR 1990399 . Numer MR 0027750 . Zbl 0033.15402 .
- Albert, A. Adrian (1948b). „Na prawostronnych algebrach alternatywnych”. Roczniki Matematyki . 50 : 318–328. doi : 10.2307/1969457 . JSTOR 1969457 .
- Bremnera, Murraya; Murakami, Łucja; Szestakow, Iwan (2013) [2006]. „Rozdział 86: Algebry nieasocjacyjne” (PDF) . W Hogben, Leslie (red.). Podręcznik algebry liniowej (2nd ed.). CRC Naciśnij . Numer ISBN 978-1-498-78560-0.
- Herstein, IN , wyd. (2011) [1965]. Niektóre aspekty teorii pierścieni: Wykłady wygłoszone w Letniej Szkole Centro Internazionale Matematico Estivo (CIME) w Varenna (Como), Włochy, 23-31 sierpnia 1965 . Letnie Szkoły CIME. 37 (przedruk wyd.). Springer-Verlag . Numer ISBN 3-6421-1036-3.
- Jacobson, Nathan (1968). Struktura i reprezentacje algebr Jordana . American Mathematical Society Colloquium Publications, tom. XXXIX. Providence, RI: Amerykańskie Towarzystwo Matematyczne . Numer ISBN 978-0-821-84640-7. MR 0251099 .
- Knus, Max-Albert; Merkurjew, Aleksander ; Rost, Markus ; Tignol, Jean-Pierre (1998). Księga inwolucji . Publikacje Kolokwium. 44 . Z przedmową J. Titsa. Providence, RI: Amerykańskie Towarzystwo Matematyczne . Numer ISBN 0-8218-0904-0. Zbl 0955.16001 .
- Koecher, Max (1999). Krieg, Aloys; Walcher, Sebastian (red.). Minnesota odnotowuje algebry Jordana i ich zastosowania . Notatki z wykładu z matematyki. 1710 . Berlin: Springer-Verlag . Numer ISBN 3-540-66360-6. Zbl 1072.17513 .
- Kokoris, Ludwik A. (1955). „Pierścienie mocowo-skojarzeniowe o charakterystycznej dwójce” . Procedury Amerykańskiego Towarzystwa Matematycznego . Amerykańskie Towarzystwo Matematyczne . 6 (5): 705–710. doi : 10.2307/2032920 .
- Kurosz AG (1947). „Algebry nieasocjacyjne i wolne produkty algebr”. Mata. Sbornik . 20 (62). MR 0020986 . Zbl 0041.16803 .
- McCrimmon, Kevin (2004). Smak algebr Jordana . Universitext. Berlin, Nowy Jork: Springer-Verlag . doi : 10.1007/b97489 . Numer ISBN 978-0-387-95447-9. MR 2014924 . Zbl 1044.17001 . Errata .
- Micheev, IM (1976). „Właściwa nilpotencja w prawo alternatywnych pierścieni”. Syberyjski Dziennik Matematyczny . 17 (1): 178–180. doi : 10.1007/BF00969304 .
- Okubo, Susumu (2005) [1995]. Wprowadzenie do Octonion i innych algebr nieskojarzonych w fizyce . Montroll Memorial Lecture Series in Mathematical Physics. 2 . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . doi : 10.1017/CBO9780511524479 . Numer ISBN 0-521-01792-0. Zbl 0841.17001 .
- Rosenfeld, Borys (1997). Geometria grup Liego . Matematyka i jej zastosowania. 393 . Dordrecht: Wydawnictwo Akademickie Kluwer. Numer ISBN 0-7923-4390-5. Zbl 0867.53002 .
- Rowen, Louis Halle (2008). Absolwent Algebra: Widok nieprzemienny . Studia magisterskie z matematyki. Amerykańskie Towarzystwo Matematyczne . Numer ISBN 0-8218-8408-5.
- Schafer, Richard D. (1995) [1966]. Wprowadzenie do algebr nieasocjacyjnych . Dover. Numer ISBN 0-486-68813-5. Zbl 0145.25601 .
- Zhevlakov, Konstantin A.; Ślinko, Arkadii M.; Szestakow, Iwan P.; Shirshov, Anatolij I. (1982) [1978]. Pierścienie, które są prawie skojarzone . Przetłumaczone przez Smitha, Harry F. ISBN 0-12-779850-1.