Bourbaki

Lemma 1

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Algebra, chapter IX, § 4. Sous-espaces totalement isotropes. Théorème de Witt

Let Φ\Phi be an ε\varepsilon-hermitian form satisfying (T) (resp. the bilinear form associated with a quadratic form Q) on EE, and let F be a totally isotropic (resp. totally singular) subspace of EE, not reduced to 0. For every x∈Ex \in E not orthogonal to F and every α∈A\alpha \in A, there exists y∈Fy \in F such that

Φ(x+y,x+y)=α+εαˉ(resp. Q(x+y)=α). \Phi(x + y, x + y) = \alpha + \varepsilon \bar{\alpha} \quad (\text{resp. } Q(x + y) = \alpha).

Put Φ(x,x)=β+εβˉ\Phi(x, x) = \beta + \varepsilon \bar{\beta} (resp. Q(x)=βQ(x) = \beta). For y∈Fy \in F we then have Φ(x+y,x+y)=(β+Φ(x,y))+ε(β+Φ(x,y))\Phi(x + y, x + y) = (\beta + \Phi(x, y)) + \varepsilon (\beta + \Phi(x, y)) since Φ(y,y)=0\Phi(y, y) = 0 (resp. Q(x+y)=β+Φ(x,y)Q(x + y) = \beta + \Phi(x, y) since Q(y)=0Q(y) = 0). Since xx is not orthogonal to F, the affine linear function y→Φ(x,y)+βy \to \Phi(x, y) + \beta on F is not constant; it therefore takes the value α\alpha for some element yy of F, which thus answers the question.

On appelle décomposition de Witt de E toute décomposition de E en somme directe de trois sous-espaces F, F', G tels que F et F' soient totalement isotropes (resp. totalement singuliers) et que G soit non isotrope et soit orthogonal à F+F′F + F'; si E est de dimension finie, la matrice de Φ\Phi par rapport à une base de E adaptée à une décomposition de Witt de E se met sous la forme

(0U0εU‾0000V) \begin{pmatrix} 0 & U & 0 \\ \varepsilon \overline{U} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & V \end{pmatrix}

(1)

On dit que Φ\Phi est une forme neutre si elle est non dégénérée et si E est de dimension finie et est somme directe de deux sous-espaces totalement isotropes (resp. totalement singuliers). La somme directe de deux formes neutres est une forme neutre.

Bourbaki puts the proof directly after the statement, so what is above is the statement and its proof together.

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