Algebra nieskojarzeniowa - Non-associative algebra

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 AA , 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 .

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 1x i albo x n +1x n x (prawe potęgi) albo x n +1xx n (lewe potęgi) w zależności od autorów.

  • Unital : istnieje element e , więc ex = x = xe ; w takim przypadku możemy zdefiniować x 0e .
  • 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 2x n = 0 i istnieje n −1 elementów tak, że y 1 y 2y 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 ≤ Nn .
  • Jednostka i zero indeksu n są niezgodne.

Jeżeli KGF (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 ) zx ( 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:

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

Cytaty

Uwagi

Bibliografia