Bourbaki

Exercice 3, § 6

Groupes et algèbres de Lie, II

On pose M(U,V)=H(−U,U+V)M(U, V) = H(-U, U + V). On a exp⁡(M(U,V))=exp⁡(−U).exp⁡(U+V)\exp(M(U, V)) = \exp(-U) . \exp(U + V). On note M1(U,V)M_1(U, V) (resp. H1(U,V)H_1(U, V)) la somme des termes bihomogènes de la série MM (resp. de la série HH) dont le degré en VV est 1. a) Montrer que l’on a

M1(U,V)=∑n=0∞(−1)n(n+1)!(ad U)n(V)=(f(ad U))(V) M_1(U, V) = \sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^n}{(n+1)!} (\mathrm{ad}\ U)^n(V) = (f(\mathrm{ad}\ U))(V)
avec f(T)=(1−e−T)/Tf(T) = (1 - e^{-T})/T. (Même argument que pour la démonstration de la prop. 5. On peut aussi se ramener à la prop. 5 en utilisant l’identité
exp⁡(U).exp⁡(M(U,V)).exp⁡(−U)=exp⁡(H(U+V,−U)), \exp(U) . \exp(M(U, V)) . \exp(-U) = \exp(H(U + V, -U)),
combinée avec l’exerc. 1.) b) Montrer que H(U,M(U,V))=U+VH(U, M(U, V)) = U + V. En déduire que H1(U,M1(U,V))=VH_1(U, M_1(U, V)) = V. c) On pose g(T)=1/f(T)=1+T/2+∑n=1∞1(2n)!b2nT2ng(T) = 1/f(T) = 1 + T/2 + \sum_{n=1}^\infty \frac{1}{(2n)!} b_{2n} T^{2n}, où les b2nb_{2n} sont les nombres de Bernoulli (FVR, VI, § 1, n° 4). Montrer que l’on a
H1(U,V)=(g(ad U))(V)=V+12[U,V]+∑n=1∞1(2n)!b2n(ad U)2n(V). H_1(U, V) = (g(\mathrm{ad}\ U))(V) = V + \frac{1}{2}[U, V] + \sum_{n=1}^\infty \frac{1}{(2n)!} b_{2n} (\mathrm{ad}\ U)^{2n}(V).
En déduire les premiers termes du développement de H1(U,V)H_1(U, V):
H1(U,V)=V+12(ad U)(V)+112(ad U)2(V)−1720(ad U)4(V)+130240(ad U)6(V)−⋯ H_1(U, V) = V + \frac{1}{2}(\mathrm{ad}\ U)(V) + \frac{1}{12}(\mathrm{ad}\ U)^2(V) - \frac{1}{720} (\mathrm{ad}\ U)^4(V) + \frac{1}{30240} (\mathrm{ad}\ U)^6(V) - \cdots
d) Montrer que la somme des termes bihomogènes de H(U,V)H(U, V) dont le degré en UU est 1 est la série:
U+12[U,V]+∑n=1∞1(2n)!b2n(ad V)2n(U). U + \frac{1}{2}[U, V] + \sum_{n=1}^\infty \frac{1}{(2n)!} b_{2n} (\mathrm{ad}\ V)^{2n}(U).
(Appliquer c) à H(V,U)H(V, U) et utiliser l’exerc. 2 pour passer de H(V,U)H(V, U) à H(U,V)H(U, V).) e) Soit WW une autre indéterminée, et soit X(U,V,W)X(U, V, W) la somme des termes trihomogènes de H(U,V+W)H(U, V + W) dont le degré en WW est 1. Montrer que l’on a
X(U,H1(V,W))=H1(H(U,V),W). X(U, H_1(V, W)) = H_1(H(U, V), W).
(Utiliser l’identité H(U,H(V,W))=H(H(U,V),W)H(U, H(V, W)) = H(H(U, V), W).) En déduire que
X(U,V,W)=(g(ad H(U,V))∘f(ad V))(W). X(U, V, W) = (g(\mathrm{ad}\ H(U, V)) \circ f(\mathrm{ad}\ V))(W).

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