Bourbaki

§ 7. Các biểu diễn bất khả quy của các nhóm Lie compact liên thông

Ta giữ lại các ký hiệu của §6. Một biểu diễn của G là một đồng cấu liên tục (do đó giải tích) từ G vào một nhóm GL(V)\mathbf{G}\mathbf{L}(V), trong đó V là một không gian vectơ phức hữu hạn chiều. Mọi biểu diễn của G đều nửa đơn (§1, no. 1).

Chọn một phòng C của t(\mathfrak{t}(§5, no. 2), và đặt Γ(T)++=C‾∩Γ(T)\Gamma (T)_{++}=\overline{C}\cap \Gamma (T).

1. Các đặc trưng trội

Ký hiệu X+X_+ là tập hợp các phần tử λ\lambda của X(T) sao cho ⟨λ,x⟩≥0\langle \lambda , x\rangle \geq 0 với mọi x∈Γ(T)++x\in \Gamma (T)_{++}, nghĩa là, sao cho dạng tuyến tính δ(λ):tC→C\delta (\lambda ) :\mathfrak{t}_{\mathbf{C}}\rightarrow \mathbf{C} biến phòng C của t\mathfrak{t} thành iR+i\mathbf{R}_+.

Trang bị cho X(T) cấu trúc nhóm có thứ tự mà các phần tử dương là các phần tử của X+X_+; đặt R+=R(G,T)∩X+R_+= R(G,T)\cap X_+ và R−=−R+R_-=-R_+. Các phần tử của R+R_+ được gọi là các nghiệm dương, các phần tử của R−R_- được gọi là các nghiệm âm; mỗi nghiệm hoặc là dương hoặc là âm (Chap. VI, §1, no. 6, Định lý 3). Một nghiệm dương không phải là tổng của hai nghiệm dương được gọi là đơn; mọi nghiệm dương là tổng của các nghiệm đơn (loc. cit.); các nghiệm đơn tạo thành một cơ sở của nhóm con của X(T) sinh bởi các nghiệm, một nhóm con có thể được đồng nhất với X(T/C(G))X(T/C(G)) (§4, no. 4); các phép phản xạ đối với các nghiệm đơn sinh ra nhóm Weyl W=WG(T)W = W_G(T) (Chap. VI, §1, no. 5, Định lý 2).

Bổ đề 1 01FZ

Cho λ\lambda là một phần tử của X(T). Các điều kiện sau là tương đương:

(i) λ−w(λ)≥0\lambda -w(\lambda )\geq 0 (resp. >0>0) với mọi w∈Ww\in W sao cho w≠1w\not= 1;

(ii) với mọi w∈Ww\in W sao cho w≠1,λ−w(λ)w\not= 1,\lambda -w(\lambda ) là một tổ hợp tuyến tính với các hệ số dương (resp. các hệ số dương không phải tất cả đều bằng không) của các nghiệm đơn;

(iii) ⟨λ,Kα⟩≥0\langle \lambda , K_{\alpha}\rangle \geq 0 (resp. >0>0) với mọi nghiệm dương α\alpha;

(iv) ⟨λ,Kα⟩≥0\langle \lambda , K_{\alpha}\rangle \geq 0 (resp. >0>0) với mọi nghiệm đơn α\alpha.

Sự tương đương của (iii) và (iv) là ngay lập tức. Vì tập hợp các KαK_{\alpha} có thể được đồng nhất với hệ nghiệm nghịch đảo của R(G,T)(R(G,T) (§4, no. 5), sự tương đương của (i) và (iii) suy ra từ Chap. VI, §1, no. 6, Mệnh đề 18 và Hệ quả. Hàm ý (ii) ⇒\Rightarrow (i) là tầm thường, và hàm ý đối suy ra từ loc. cit.

Ký hiệu X++X_{++} là tập hợp các phần tử của X(T) sao cho ⟨λ,Kα⟩≥0\langle \lambda , K_{\alpha}\rangle \geq 0 với mọi nghiệm dương α\alpha. Các phần tử của X++X_{++} được gọi là trội. Chúng tạo thành một miền cơ bản cho phép toán của W trên X(T) (Chap. VI, §1, no. 10). Ta có X++⊂X+X_{++}\subset X_+.

Nếu G đơn liên, với mỗi nghiệm đơn α\alpha tồn tại một phần tử ϖα\varpi_{\alpha} của X(T) sao cho ⟨ϖβ,Kα⟩=δαβ\langle \varpi_{\beta}, K_{\alpha}\rangle =\delta_{\alpha \beta} với mỗi nghiệm đơn β\beta, nghĩa là, sα(ϖα)=s_{\alpha}(\varpi_{\alpha}) = ϖα−α,sβ(ϖα)=ϖα\varpi_{\alpha}-\alpha ,s_{\beta}(\varpi_{\alpha}) =\varpi_{\alpha} với mỗi nghiệm đơn β≠α\beta \not=\alpha; các ϖα\varpi_{\alpha} được gọi là các trọng số trội cơ bản; chúng tạo thành một cơ sở của nhóm giao hoán X(T) và của nửa nhóm giao hoán X++X_{++}; chính xác hơn, mỗi phần tử λ\lambda của X(T) có thể được viết dưới dạng λ=∑α⟨λ,Kα⟩ϖα\lambda =\sum_{\alpha}\langle \lambda , K_{\alpha}\rangle \varpi_{\alpha}.

Ký hiệu ρ\rho là phần tử của X(T)⊗QX(T)\otimes \mathbf{Q} sao cho

2ρ=∑α∈R+α 2\rho =\sum_{\alpha\in R_+}\alpha

Ta có ⟨ρ,Kα⟩=1\langle \rho , K_{\alpha}\rangle = 1 với mọi nghiệm đơn α\alpha (Chap. VI, §1, no. 10, Mệnh đề 29). Nếu G đơn liên, ρ\rho là tổng của các trọng số trội cơ bản.

2. Trọng số cao nhất của một biểu diễn bất khả quy

Gắn với mọi biểu diễn τ:G→GL(V)\tau : G\rightarrow \mathbf{G}\mathbf{L}(V) đồng cấu L(τ)(C)L(\tau )_{(\mathbf{C})} từ đại số Lie C\mathbf{C}-Lie gC\mathfrak{g}_{\mathbf{C}} vào End(V) mở rộng biểu diễn tuyến tính L(τ)L(\tau ) của g\mathfrak{g} trên không gian vectơ thực nền của V (Chap. III, §3, no. 11). Theo Mệnh đề 7 của §4, no. 3, ánh xạ δ\delta từ X(T) vào HomC(tC,C)=tC∗_{\mathbf{C}}(\mathfrak{t}_{\mathbf{C}},\mathbf{C}) =\mathfrak{t}^*_{\mathbf{C}} cảm sinh một song ánh từ tập hợp các trọng số của τ\tau tương đối với T vào tập hợp các trọng số của L(τ)(C)L(\tau )_{(\mathbf{C})} tương đối với đại số con Cartan tC\mathfrak{t}_{\mathbf{C}} của gC\mathfrak{g}_{\mathbf{C}}.

Bổ đề 2 01G0

Cho φ\varphi là một biểu diễn tuyến tính của đại số Lie phức gC\mathfrak{g}_{\mathbf{C}} trên một không gian vectơ phức hữu hạn chiều V. Tồn tại một biểu diễn τ\tau của G trên V sao cho L(τ)(C)=φL(\tau )_{(\mathbf{C})}=\varphi khi và chỉ khi φ\varphi là nửa đơn và các trọng số của tC\mathfrak{t}_{\mathbf{C}} trên V thuộc δ(X(T))\delta (X(T)).

Nếu tồn tại một biểu diễn τ\tau của G sao cho L(τ)(C)=φL(\tau )_{(\mathbf{C})}=\varphi, thì φ\varphi là nửa đơn vì G liên thông và τ\tau là nửa đơn (Chap. III, §6, no. 5, Hệ quả 2 của Mệnh đề 13), và các trọng số của tC\mathfrak{t}_{\mathbf{C}} trên V thuộc ảnh của δ\delta. Do đó, điều kiện là cần thiết; ta sẽ chứng minh rằng nó là đủ. Nếu φ\varphi là nửa đơn, V là tổng trực tiếp của các Vμ(tC)V_\mu(\mathfrak{t}_{\mathbf{C}}), trong đó μ\mu thuộc tập hợp các trọng số của tC\mathfrak{t}_{\mathbf{C}} trên V (Chap. VII, §2, no. 4, Hệ quả 3 của Định lý 2); nếu tất cả các trọng số thuộc ảnh của δ\delta, thì tồn tại một biểu diễn τT\tau_T của T trên V sao cho L(τT)(C)=φ∣tC:L(\tau_T)_{(\mathbf{C})}=\varphi |\mathfrak{t}_{\mathbf{C}}: thực vậy, chỉ cần đặt τT(t)v=tλv\tau_T(t)v=t^{\lambda}v với t∈Tt\in T và v∈Vδ(λ)(tC)v\in V_{\delta(\lambda)}(\mathfrak{t}_{\mathbf{C}}). Bổ đề được suy ra từ Mệnh đề 8 của §2, no. 6.

Định lý 1 01G1

a) Cho τ:G→GL(V)\tau : G\rightarrow \mathbf{G}\mathbf{L}(V) là một biểu diễn bất khả quy của G. Khi đó tập hợp các trọng số của τ\tau (tương đối với T) có một phần tử lớn nhất λ\lambda, là trội, và không gian Vλ(T)V_{\lambda}(T) có chiều 1.

b) Hai biểu diễn bất khả quy của G là tương đương khi và chỉ khi các trọng số cao nhất của chúng bằng nhau.

c) Với mọi phần tử trội λ\lambda của X(T), tồn tại một biểu diễn bất khả quy của G có trọng số cao nhất λ\lambda.

Theo Bổ đề 2, các lớp tương đương của các biểu diễn bất khả quy của G tương ứng song ánh với các lớp của các biểu diễn bất khả quy hữu hạn chiều của g\mathfrak{g} có các trọng số thuộc δ(X(T))\delta (X(T)).

Ký hiệu CgC\mathscr{C}\mathfrak{g}_{\mathbf{C}} là tâm và DgC\mathscr{D}\mathfrak{g}_{\mathbf{C}} là đại số Lie dẫn xuất của gC\mathfrak{g}_{\mathbf{C}}, sao cho gC=CgC⊕DgC\mathfrak{g}_{\mathbf{C}}=\mathscr{C}\mathfrak{g}_{\mathbf{C}}\oplus \mathscr{D}\mathfrak{g}_{\mathbf{C}}. Với mọi dạng song tuyến tính μ\mu trên tC∩DgC\mathfrak{t}_{\mathbf{C}}\cap \mathscr{D}\mathfrak{g}_{\mathbf{C}}, ký hiệu E(μ)E(\mu) là môđun DgC\mathscr{D}\mathfrak{g}_{\mathbf{C}} đơn được đưa vào trong Chap. VIII, §6, no. 3; với mọi dạng tuyến tính ν\nu trên CgC\mathscr{C}\mathfrak{g}_{\mathbf{C}}, ký hiệu C(ν)\mathbf{C}(\nu ) là môđun CgC\mathscr{C}\mathfrak{g}_{\mathbf{C}} chiều 1 trên C\mathbf{C} liên kết với nó. Khi đó các môđun gC\mathfrak{g}_{\mathbf{C}} C(ν)⊗E(μ)\mathbf{C}(\nu )\otimes E(\mu) là đơn, và theo Chap. VIII, §7, no. 2, Hệ quả 2 của Định lý 1 và Đại số, Chap. VIII, §11, no. 1, Định lý 1, mọi môđun gC\mathfrak{g}_{\mathbf{C}} đơn hữu hạn chiều đều đẳng cấu với một trong các môđun C(ν)⊗E(μ)\mathbf{C}(\nu )\otimes E(\mu); hơn nữa (loc. cit.)C(ν)⊗E(μ)\mathbf{C}(\nu )\otimes E(\mu) là hữu hạn chiều khi và chỉ khi μ(Hα)\mu(H_{\alpha}) là một số nguyên dương với mọi nghiệm đơn α\alpha. Nếu ta ký hiệu ν+μ\nu +\mu là dạng tuyến tính trên tC\mathfrak{t}_{\mathbf{C}} cảm sinh ν\nu trên CgC\mathscr{C}\mathfrak{g}_{\mathbf{C}} và μ\mu trên tC∩DgC\mathfrak{t}_{\mathbf{C}}\cap \mathscr{D}\mathfrak{g}_{\mathbf{C}}, thì (ν+μ)(Hα)=μ(Hα)(\nu +\mu)(H_{\alpha}) =\mu(H_{\alpha}); hơn nữa, các trọng số của C(ν)⊗E(μ)\mathbf{C}(\nu )\otimes E(\mu) là các ν+λ\nu +\lambda, trong đó λ\lambda là một trọng số bất kỳ của E(μ)E(\mu), và do đó có dạng ν+μ−θ\nu +\mu-\theta, với θ∈δ(X+)\theta \in \delta (X_+) (Chap. VIII, §6, no. 2, Bổ đề 2).

Ta kết luận rằng môđun g\mathfrak{g}-môđun C(ν)⊗E(μ)\mathbf{C}(\nu )\otimes E(\mu) là hữu hạn chiều khi và chỉ khi (ν+μ)(Hα)(\nu +\mu)(H_{\alpha}) là một số nguyên dương với mọi nghiệm đơn α\alpha, và các trọng số của nó thuộc δ(X(T))\delta (X(T)) khi và chỉ khi ν+μ\nu +\mu thuộc δ(X(T))\delta (X(T)). Phép hội của hai điều kiện này có nghĩa là ν+μ\nu +\mu thuộc δ(X++)\delta (X_{++}); trong trường hợp đó, ν+μ\nu +\mu là trọng số cao nhất của C(ν)⊗E(μ)\mathbf{C}(\nu )\otimes E(\mu). Như vậy, ta đã xây dựng với mỗi trọng số trội λ\lambda của X(T) một biểu diễn bất khả quy của G có trọng số cao nhất λ\lambda, và do đó đã thu được, sai khác một tương đương, tất cả các biểu diễn bất khả quy của G. Vì các vectơ có trọng số ν+μ\nu +\mu trong C(ν)⊗E(μ)\mathbf{C}(\nu )\otimes E(\mu) tạo thành một không gian con có chiều 1, nên chứng minh đầy đủ.

Hệ quả 01G2

Nhóm G có một biểu diễn tuyến tính trung thành (hữu hạn chiều).

Trước hết hãy nhận xét rằng mọi phần tử của X(T) đều bằng hiệu của hai trọng số trội: chính xác hơn, hãy lấy ϖ\varpi là một phần tử của X++X_{++} sao cho ⟨ϖ,Kα⟩>0\langle \varpi , K_{\alpha}\rangle >0 với mọi nghiệm đơn α\alpha; với mọi λ∈X(T)\lambda \in X(T) tồn tại một số nguyên dương nn sao cho ⟨λ+nϖ,Kα⟩≥0\langle \lambda +n\varpi , K_{\alpha}\rangle \geq 0 với mọi nghiệm đơn α\alpha, nghĩa là (no. 1, Bổ đề 11)λ+nϖ∈X++\lambda +n\varpi \in X_{++}.

Do đó, tồn tại một họ hữu hạn (λi)i∈I(\lambda_i)_{i\in I} các phần tử của X++X_{++} sinh môđun Z\mathbf{Z}-môđun X(T). Với i∈Ii\in I, cho τi\tau_i là một biểu diễn bất khả quy của G có trọng số cao nhất λi\lambda_i (Định lý 1); gọi biểu diễn τ\tau là tổng trực tiếp của các τi\tau_i. Theo phép dựng, tập hợp P(τ,T)P(\tau ,T) các trọng số của τ\tau (đối với T) sinh môđun Z\mathbf{Z}-môđun X(T). Bây giờ, từ Mệnh đề 6 của §4, no. 3 suy ra rằng đồng cấu τ\tau là đơn ánh, do đó là hệ quả.

Nhận xét 1 01G3

Cho n+\mathfrak{n}_+ là đại số con của gC\mathfrak{g}_{\mathbf{C}} là tổng của các gα\mathfrak{g}^{\alpha} với α>0\alpha >0. Cho τ:G→GL(V)\tau : G\rightarrow \mathbf{G}\mathbf{L}(V) là một biểu diễn bất khả quy, λ∈X++\lambda \in X_{++} là trọng số cao nhất của nó và τ′:gC→gl(V)\tau ':\mathfrak{g}_{\mathbf{C}}\rightarrow \mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) là biểu diễn cảm sinh bởi τ\tau. Khi đó Vλ(T)V_{\lambda}(T) là không gian con gồm các vectơ vv trong V sao cho τ′(x)v=0\tau '(x)v= 0 với mọi x∈n+x\in \mathfrak{n}_+.

Thật vậy, điều này suy ra từ mệnh đề tương ứng đối với các gC\mathfrak{g}_{\mathbf{C}}-môđun C(ν)⊗E(μ)\mathbf{C}(\nu )\otimes E(\mu) (Chương VIII, §6, no. 2, Mệnh đề 3).

Nhận xét 2 01G4

Cho Θ(G)\Theta (G) là đại số các hàm đại diện liên tục trên G với các giá trị trong C(\mathbf{C}(Đại số, Chương VIII). Cho G tác động trên Θ(G)\Theta (G) bằng các phép tịnh tiến trái và phải. Với mỗi λ∈X++\lambda \in X_{++}, cho (Vλ,τλ)(V_{\lambda}, \tau_{\lambda}) là một biểu diễn bất khả quy của G có trọng số cao nhất λ\lambda (Định lý 1), và (Vλ∗,τˇλ)(V^*_{\lambda},\check{\tau}_{\lambda}) là biểu diễn đối ngẫu (Chương III, §3, no. 11); theo Các lý thuyết phổ, biểu diễn của G×GG\times G trên Θ(G)\Theta (G) là đẳng cấu với tổng trực tiếp của các biểu diễn (Vλ⊗Vλ∗,τλ⊗τˇλ)(V_{\lambda}\otimes V^*_{\lambda}, \tau_{\lambda}\otimes \check{\tau}_{\lambda}) với mọi λ\lambda trong X++X_{++}. Nhận xét 1 bây giờ kéo theo mệnh đề sau: Cho λ∈X++\lambda \in X_{++}, và cho EλE_{\lambda} là không gian con vectơ của Θ(G)\Theta (G) gồm các hàm đại diện liên tục ff trên G sao cho f(gt)=λ(t)−1f(g)f(gt) =\lambda (t)^{-1}f(g) với mọi g∈Gg\in G và mọi t∈Tt\in T, và sao cho f∗x=0f*x= 0 với mọi x∈n−=⨁α<0gαx\in \mathfrak{n}_-=\bigoplus_{\alpha <0}\mathfrak{g}^{\alpha}.

Khi đó EλE_{\lambda} ổn định đối với các phép tịnh tiến trái, và biểu diễn của G trên EλE_{\lambda} bởi các phép tịnh tiến trái là bất khả quy có trọng số cao nhất λ\lambda.

Nhận xét 3 01G5

Cho τ:G→GL(V)\tau : G\rightarrow \mathbf{G}\mathbf{L}(V) là một biểu diễn bất khả quy. Tồn tại một phần tử ν\nu của X(C(G)) sao cho τ(s)v=ν(s)v\tau (s)v=\nu (s)v với mọi s∈C(G),v∈V:s\in C(G), v\in V: thật vậy, τ(C(G))\tau (C(G)) được chứa trong hoán tập của τ\tau(G), là C∗.1V(\mathbf{C}^*.1_V(Đại số, Chap. VIII, §3, no. 2, Th. 1). Với mọi trọng số λ\lambda của τ\tau, hạn chế của λ\lambda trên C(G) bằng ν\nu.

Nhận xét 4 01G6

Các định nghĩa và các mệnh đề của Chap. VIII, §7, nos. 2 đến 5 có thể được tổng quát hóa không khó khăn cho tình huống hiện tại; ta để các chi tiết cho người đọc.

Mệnh đề 1 01G7

Cho τ:G→GL(V)\tau : G\rightarrow \mathbf{G}\mathbf{L}(V) là một biểu diễn bất khả quy của G có trọng số cao nhất λ∈X++\lambda \in X_{++}. Gọi mm là số nguyên ∑α∈R+⟨λ,Kα⟩\sum_{\alpha\in R_+}\langle \lambda , K_{\alpha}\rangle, và gọi w0w_0

là phần tử của nhóm Weyl sao cho w0(R+)=R−w_0(R_+) = R_- (Chap. VI, § 6, Hệ quả 3 của Mệnh đề 17). Có ba trường hợp có thể xảy ra:

a)w0(λ)=−λ)w_0(\lambda ) =-\lambda và mm là chẵn. Khi đó tồn tại một dạng song tuyến tính đối xứng tách được bất biến bởi G trên V; biểu diễn τ\tau có kiểu thực (Phụ lục II).

b)w0(λ)≠−λ)w_0(\lambda )\not=-\lambda. Mọi dạng song tuyến tính bất biến bởi G trên V đều bằng không; biểu diễn τ\tau có kiểu phức (loc. cit.).

c)w0(λ)=−λ)w_0(\lambda ) =-\lambda và mm là lẻ. Khi đó tồn tại một dạng song tuyến tính phản xứng tách được bất biến bởi G trên V; biểu diễn τ\tau có kiểu quaternion (loc. cit.).

Nếu hạn chế của τ\tau trên C(G)0C(G)_0 không tầm thường, ta ở trường hợp b).

Một dạng song tuyến tính B trên V là bất biến dưới G khi và chỉ khi nó bất biến dưới gC\mathfrak{g}_{\mathbf{C}} (Chap. III, §6, no. 5, Hệ quả 3). Vì vậy, nếu G là nửa đơn, mệnh đề suy ra từ Chap. VIII, §7, no. 5, Mệnh đề 12 và Mệnh đề 3 của Phụ lục II.

Trong trường hợp tổng quát, đặt C(G)0=SC(G)_0= S, và đồng nhất X(T/S)X(T/S) với một nhóm con của X(T) (ổn định dưới W). Nếu τ(S)={1V},τ\tau (S) =\{1_V\},\tau cảm sinh qua phép đi qua thương một biểu diễn τ′:G/S→GL(V)\tau ': G/S\rightarrow \mathbf{G}\mathbf{L}(V) có trọng số cao nhất λ\lambda; trong trường hợp này mệnh đề suy ra từ điều trước, áp dụng cho G/SG/S.

Giả sử rằng τ(S)≠{1V}\tau (S)\not=\{1_V\}. Tồn tại một phần tử khác không ν\nu của X(S) sao cho τ(s)=ν(s)V\tau (s) =\nu (s)_V với mọi s∈Ss\in S (Nhận xét 3). Khi đó ν\nu là ảnh của λ\lambda qua đồng cấu hạn chế X(T)→X(S)X(T)\rightarrow X(S); vì W tác động tầm thường trên X(S), đẳng thức w0(λ)=−λw_0(\lambda ) =-\lambda kéo theo rằng ν=−ν\nu =-\nu, điều này là không thể: do đó w0(λ)≠−λw_0(\lambda )\not=-\lambda. Mặt khác, nếu B là một dạng song tuyến tính bất biến bởi G trên V, ta có, với mọi x,yx, y trong V và ss trong S,

B(ν(s)x,ν(s)y)=B(x,y)=ν(s)2B(x,y) B(\nu (s)x, \nu (s)y) = B(x, y) =\nu (s)^2B(x, y)

điều này suy ra rằng B = 0, do đó mệnh đề được chứng minh.

Gọi SR(G)\mathfrak{S}_{\mathbf{R}}(G) là tập hợp các lớp của các biểu diễn liên tục bất khả quy của G trên các không gian vectơ thực hữu hạn chiều. Mệnh đề 1 và các kết quả của Phụ lục II cho một song ánh Φ:X++/Σ→SR\Phi : X_{++}/\Sigma \rightarrow \mathfrak{S}_{\mathbf{R}}(G), trong đó Σ\Sigma ký hiệu nhóm con {1,−w0}\{1,-w_0\} của Aut(X(T)). Chính xác hơn, cho λ∈X++\lambda \in X_{++}, và gọi EλE_{\lambda} là một biểu diễn của G có trọng số cao nhất λ\lambda; khi đó

Φ({λ,−w0(λ)})=Eλ[R]\Phi (\{\lambda ,-w_0(\lambda )\}) = E_{\lambda[\mathbf{R}]} nếu λ≠−w0(λ)\lambda \not=-w_0(\lambda ) hoặc nếu ∑α∈R+⟨λ,Kα⟩∉2Z\sum_{\alpha\in R_+}\langle \lambda , K_{\alpha}\rangle \notin2\mathbf{Z}

Φ({λ,−w0(λ)})=Eλ′\Phi (\{\lambda ,-w_0(\lambda )\}) = E'_{\lambda} nếu λ=−w0(λ)\lambda =-w_0(\lambda ) và ∑α∈R+⟨λ,Kα⟩∈2Z\sum_{\alpha\in R_+}\langle \lambda , K_{\alpha}\rangle \in 2\mathbf{Z}

trong đó Eλ′E'_{\lambda} là một R\mathbf{R}-cấu trúc trên EλE_{\lambda} bất biến dưới tác động của G.

3. Vành r(g)

Cho R(G) là vành các biểu diễn (liên tục, trên các không gian vectơ phức hữu hạn chiều) của G (Đại số, Chương VIII, §10, no. 6). Nếu τ\tau là một biểu diễn của G, ký hiệu [τ][\tau ] là lớp của nó trong R(G); nếu τ\tau và τ′\tau ' là hai biểu diễn của G, theo định nghĩa ta có,

[τ]+[τ′]=[τ⊕τ′] [\tau ] + [\tau '] = [\tau \oplus \tau ']
[τ][τ′]=[τ⊗τ′] [\tau ][\tau '] = [\tau \otimes \tau ']

Vì mọi biểu diễn của G đều nửa đơn, môđun Z\mathbf{Z} R(G) là tự do và nhận tập các lớp của các biểu diễn bất khả quy của G làm cơ sở, một tập có thể đồng nhất với X++X_{++} theo Định lý 1. Ánh xạ τ→L(τ)(C)\tau \rightarrow L(\tau )_{(\mathbf{C})} cảm sinh một đồng cấu ll từ vành R(G) đến vành R(gC)\mathscr{R}(\mathfrak{g}_{\mathbf{C}}) các biểu diễn của gC\mathfrak{g}_{\mathbf{C}} (Chương VIII, §7, no. 6).

Cho τ:G→GL(V)\tau : G\rightarrow \mathbf{G}\mathbf{L}(V) là một biểu diễn của G; ta xét sự phân bậc (Vλ(T))λ∈X(T)(V_{\lambda}(T))_{\lambda\in X(T)} của không gian vectơ trên C\mathbf{C} V. Ký hiệu Ch(V), hoặc Ch(τ\tau ), là đặc trưng của không gian vectơ phân bậc V (Chương VIII, §7, no. 7); nếu (eλ)λ∈X(T)(e^{\lambda})_{\lambda\in X(T)} ký hiệu cơ sở chính tắc của đại số Z[X(T)]=Z(X(T))\mathbf{Z}[X(T)] =\mathbf{Z}^{(X(T))}, ta có, theo định nghĩa,

Ch(τ\tau ) =∑λ∈X(T)=\sum_{\lambda\in X(T)}(dim Vλ(T)V_{\lambda}(T))eλe^{\lambda}.

Theo cách tương tự (loc. cit.) ta định nghĩa một đồng cấu vành, cũng ký hiệu Ch, từ R(G) đến Z[X(T)]\mathbf{Z}[X(T)]. Nếu G nửa đơn, ta có một biểu đồ giao hoán

R(G) ⟶ChZ[X(T)]\longrightarrow^{Ch}\mathbf{Z}[X(T)]

lδ~(1) _{l\widetilde{\delta}} \tag{1}
R(gC)⟶chZ[P] \mathscr{R}(\mathfrak{g}_{\mathbf{C}})\longrightarrow^{ch}\mathbf{Z}[P]

trong đó P ký hiệu nhóm các trọng số của R(gC,tC)R(\mathfrak{g}_{\mathbf{C}},\mathfrak{t}_{\mathbf{C}}) và δ~\widetilde{\delta} là đồng cấu cảm sinh bởi δ\delta.

Nhóm Weyl W tác động bằng các tự đẳng cấu lên nhóm X(T), và do đó lên vành Z[X(T)]\mathbf{Z}[X(T)]. Theo Mệnh đề 5 của §4, no. 3, ảnh của Ch chứa trong vành con Z[X(T)]W\mathbf{Z}[X(T)]^W gồm các phần tử bất biến dưới W.

Mệnh đề 2 01G8

Đồng cấu Ch cảm sinh một đẳng cấu từ R(G) đến Z[X(T)]WZ[X(T)]^W.

Với λ∈X++\lambda \in X_{++}, ký hiệu [λ][\lambda ] là lớp trong R(G) của biểu diễn bất khả quy có trọng số cao nhất λ\lambda. Vì họ ([λ])λ∈X++([\lambda ])_{\lambda\in X_{++}} là một cơ sở của môđun Z\mathbf{Z} R(G), chỉ cần chứng minh mệnh đề sau:

Họ (Ch[λ]\lambda ])λ∈X++_{\lambda\in X_{++}} là một cơ sở của môđun Z[X(T)]W\mathbf{Z}[X(T)]^W.

Với mỗi phần tử u=∑λaλeλu=\sum_{\lambda}a_{\lambda}e^{\lambda} của Z[X(T)]\mathbf{Z}[X(T)], một số hạng aλeλa_{\lambda}e^{\lambda} trong uu được gọi là cực đại nếu λ\lambda là một phần tử cực đại của tập các μ∈X(T)\mu\in X(T) sao cho aμ≠0a_\mu\not= 0. Định lý 1 suy ra rằng Ch[λ]\lambda ] có một số hạng cực đại duy nhất, cụ thể là eλe^{\lambda}. Do đó, mệnh đề suy ra từ bổ đề sau.

Bổ đề 3 01G9

Với mỗi λ∈X++\lambda \in X_{++}, cho CλC_{\lambda} là một phần tử của Z[X(T)]W\mathbf{Z}[X(T)]^W có số hạng cực đại duy nhất eλe^{\lambda}. Khi đó họ (Cλ)λ∈X++(C_{\lambda})_{\lambda\in X_{++}} là một cơ sở của Z[X(T)]W\mathbf{Z}[X(T)]^W.

Chứng minh này giống hệt chứng minh của Mệnh đề 3 của Chương VI, §3, no. 4, bằng cách thay A bởi Z,P\mathbf{Z}, P bởi X(T) và P∩C‾P\cap \overline{C} bởi X++X_{++}.

Gọi Θ(G)\Theta (G) (tương ứng Θ(T)\Theta (T)) là đại số C\mathbf{C} của các hàm đại diện liên tục trên G (tương ứng T), và gọi ZΘ(G)Z\Theta (G) (tương ứng Θ(T)W\Theta (T)^W) là đại số con gồm các hàm trung tâm (tương ứng W-bất biến). Ánh xạ hạn chế Θ(G)→Θ(T)\Theta (G)\rightarrow \Theta (T) cảm sinh một đồng cấu của các vành r:ZΘ(G)→Θ(T)Wr: Z\Theta (G)\rightarrow \Theta (T)^W. Mặt khác, ánh xạ gán cho một biểu diễn τ\tau đặc trưng của nó (nghĩa là, hàm g→g \rightarrow Tr τ(g)\tau (g)) mở rộng thành một đồng cấu của các đại số C\mathbf{C} Tr:C⊗ZR(G)→ZΘ(G):\mathbf{C}\otimes_{\mathbf{Z}}R(G)\rightarrow Z\Theta (G) mà, theo Spectral Theories, là một đẳng cấu. Tương tự, đơn ánh chính tắc X(T)→Θ(T)X(T)\rightarrow \Theta (T) cảm sinh một đẳng cấu của các đại số C\mathbf{C} ι:C[X(T)]→Θ\iota :\mathbf{C}[X(T)]\rightarrow \Theta(T), đẳng cấu này cảm sinh một đẳng cấu ι:C[X(T)]W→Θ(T)W\iota :\mathbf{C}[X(T)]^W\rightarrow \Theta (T)^W. Biểu đồ

C⊗ZR(G)⟶1⊗ChC[X(T)]W \mathbf{C}\otimes_{\mathbf{Z}}R(G)\overset{1\otimes Ch}{\longrightarrow}\mathbf{C}[X(T)]^W
Trι(2) _{Tr}^{\iota} \tag{2}
ZΘ(G)⟶rΘ(T)W Z\Theta (G)\longrightarrow^r\Theta (T)^W

là giao hoán: thật vậy, với mọi biểu diễn τ:G→GL(V)\tau : G\rightarrow \mathbf{G}\mathbf{L}(V) và mọi t∈Tt\in T,

Tr τ(t)=∑λ∈X(T)\tau (t) =\sum_{\lambda\in X(T)}(dim Vλ(T)V_{\lambda}(T))λ(t)=ι\lambda (t) =\iota(Chτ\tau )(t)(t),

nghĩa là, (r∘(r\circ Tr)[τ]=(ι∘\tau ] = (\iota \circ Ch)[τ]\tau ].

Bây giờ ta có thể suy ra từ mệnh đề kết quả sau.

Hệ quả 01GA

Ánh xạ hạn chế r:ZΘ(G)→Θ(T)Wr: Z\Theta (G)\rightarrow \Theta (T)^W là song ánh.

4. Công thức đặc trưng

Trong số này, ta viết nhóm X(T) theo phép nhân, và xem các phần tử của nó như các hàm nhận giá trị phức trên T. Ta giả sử rằng phần tử ρ\rho của X(T)⊗QX(T)\otimes \mathbf{Q} thuộc về X(T).

Ký hiệu L2(T)L^2(T) là không gian Hilbert của các lớp các hàm phức khả tích bình phương trên T, và Θ(T)\Theta (T) là không gian con gồm các hàm đại diện liên tục. Theo Spectral Theories, X(T) là một cơ sở trực chuẩn của L2(T)L^2(T) và là một cơ sở đại số của Θ(T)\Theta (T).

Với f∈L2(T)f\in L^2(T) và w∈Ww\in W, ký hiệu wf^wf là phần tử của L2(T)L^2(T) được xác định bởi wf(t)=f(w−1(t))^wf(t) =f(w^{-1}(t)); do đó, với λ∈X(T)\lambda \in X(T) ta có wλ=w(λ)^w\lambda =w(\lambda ). Ký hiệu ε:W→{1,−1}\varepsilon : W\rightarrow \{1,-1\} là dấu (đồng cấu duy nhất sao cho ε(s)=\varepsilon (s) = −1-1 với mọi phản xạ ss); với f∈L2f\in L^2(T), đặt

J(f)=∑w∈Wε(w)wf J(f) =\sum_{w\in W}\varepsilon (w)^wf

Nếu λ∈X++\lambda \in X_{++}, các đặc trưng w(λρ)^w(\lambda \rho ) là phân biệt; thật vậy, chỉ cần chứng minh rằng w(λρ)≠λρ^w(\lambda \rho )\not=\lambda \rho với mọi w≠1w\not= 1; nhưng điều này suy ra từ Bổ đề 1 (no. 1) và sự kiện rằng ⟨λρ,Kα⟩=⟨λ,Kα⟩+1>0\langle \lambda \rho , K_{\alpha}\rangle =\langle \lambda , K_{\alpha}\rangle + 1>0 với mọi nghiệm dương α\alpha. Do đó,

∥J(λρ)∥2=\|J(\lambda \rho )\|^2= Card(W) =w(G)=w(G).

Một phần tử f∈L2(T)f\in L^2(T) được gọi là phản bất biến nếu wf=ε(w)f^wf=\varepsilon (w)f với mọi w∈Ww\in W (nghĩa là, nếu sf=−f^sf=-f với mọi phép phản xạ ss). Ta sẽ chứng minh rằng 1w(G)J\frac{1}{w(G)}J là phép chiếu trực giao của L2(T)L^2(T) lên không gian con gồm các phần tử phản bất biến. Thật vậy, cho f,f′f, f' thuộc L2L^2(T), với f′f' phản bất biến; khi đó J(f)J(f) là phản bất biến và

⟨f′,J(f)⟩=∑w∈Wε(w)⟨f′,wf⟩=∑w∈W⟨wf′,wf⟩ \langle f',J(f)\rangle =\sum_{w\in W}\varepsilon (w)\langle f',^wf\rangle =\sum_{w\in W}\langle^wf',^wf\rangle
=∑w∈W⟨f′,f⟩=w(G)⟨f′,f⟩ =\sum_{w\in W}\langle f', f\rangle =w(G)\langle f', f\rangle

Mệnh đề 3 01GB

Các phần tử J(λρ)/√w(G)‾J(\lambda \rho )/\surd\overline{w(G)}, với λ∈X++\lambda \in X_{++}, lập thành một cơ sở trực chuẩn của không gian con các phần tử phản bất biến của L2(T)L^2(T), và một cơ sở đại số của không gian con các phần tử phản bất biến của Θ(T)\Theta (T).

Chứng minh giống hệt chứng minh của Chương VI, §3, no. 3, Mệnh đề 1.

Theo Chương VI, loc. cit., Mệnh đề 2,

J(ρ)=ρ∏α>0(1−α−1)=ρ−1∏α>0(α−1)(3) J(\rho ) =\rho \prod_{\alpha >0}(1-\alpha^{-1}) =\rho^{-1}\prod_{\alpha >0}(\alpha -1) \tag{3}

nên

J(ρ)J(ρ)=∏α(α−1)(4) J(\rho )J(\rho ) =\prod_{\alpha}(\alpha -1) \tag{4}

Theo Hệ quả 2 của Định lý 1 (§6, no. 2), ta suy ra:

Bổ đề 4 01GC

Nếu φ\varphi và ψ\psi là hai hàm trung tâm liên tục trên G,

∫Gφ(g)‾ψ(g)dg=1w(G)∫T(φ(t)J(ρ)(t))‾.(ψ(t)J(ρ)(t))dt \int_G\overline{\varphi(g)}\psi (g)dg=\frac{1}{w(G)}\int_T\overline{(\varphi(t)J(\rho)(t))}.(\psi (t)J(\rho )(t))dt

Với mọi λ∈X++\lambda \in X_{++}, ký hiệu χλ\chi_{\lambda} là đặc trưng của một biểu diễn bất khả quy của G có trọng số cao nhất λ\lambda.

Định lý 2 (H. Weyl) 01GD

Với mọi λ∈X++\lambda \in X_{++}, ta có J(ρ).χλ∣T=J(λρ)J(\rho ).\chi_{\lambda}|T = J(\lambda \rho ).

Hàm J(ρ).χλ∣TJ(\rho ).\chi_{\lambda}|T là phản bất biến dưới W, và là một tổ hợp tuyến tính với các hệ số nguyên của các phần tử của X(T). Vì vậy, theo Chương VI, §3, no. 3, Mệnh đề 1, nó có thể được viết thành ∑μaμJ(μρ)\sum_\mu a_\mu J(\mu\rho ), trong đó μ\mu thuộc X++X_{++}, và các aμa_\mu là các số nguyên, tất cả trừ hữu hạn số trong đó là không; vì ∫G∣χλ(g)∣2dg=1\int_G|\chi_{\lambda}(g)|^2dg= 1

(Các lý thuyết phổ), suy ra từ Mệnh đề 3 và Bổ đề 4 rằng ∑μ(aμ)2=1\sum_\mu(a_\mu)^2= 1; do đó, các aμa_\mu đều bằng không, trừ một số phải bằng 1 hoặc −1-1. Nhưng hệ số của λ\lambda trong χα∣T\chi_{\alpha}|T bằng 1 (Định lý 1), vậy hệ số của λρ\lambda \rho trong J(ρ).χλ∣TJ(\rho ).\chi_{\lambda}|T bằng 1 (Chương VI, §3, no. 3, Nhận xét 2), điều này kéo theo rằng aλρ=1a_{\lambda \rho}= 1, do đó định lý được chứng minh.

Hệ quả 1 01GE

Với các ký hiệu của no. 3, ta có trong Z[X(T)]\mathbf{Z}[X(T)],

(∑w∈Wε(w)ewρ)(\sum_{w\in W}\varepsilon (w)e^{w\rho}) Ch[λ]=∑w∈Wε(w)ewλewρ\lambda ] =\sum_{w\in W}\varepsilon (w)e^{w\lambda}e^{w\rho} với mọi λ∈X++\lambda \in X_{++}.

Điều này suy ra từ định lý và biểu đồ giao hoán (2) (no. 3).

Hệ quả 2 01GF

Với mọi λ∈X++\lambda \in X_{++} và mọi phần tử chính quy tt của T,

χλ(t)=∑∑wεw(wε)(λw()wtρ()wtρ()wt)(5) \chi_{\lambda}(t) =\sum\sum^w\varepsilon_w(w\varepsilon )(\lambda w()wt\rho ()wt\rho ()wt) \tag{5}

trong đó hai tổng được lấy theo các phần tử ww của W.

Thật vậy, J(ρ)(t)J(\rho )(t) khác không, vì tt là chính quy (công thức (4)).

Nếu φ\varphi là một hàm trung tâm trên G, hạn chế của φ\varphi lên T là bất biến dưới W, nên J(ρ).φ∣TJ(\rho ).\varphi |T là phản bất biến dưới W. Hơn nữa, theo Các lý thuyết phổ và Định lý 1, họ (χλ)λ∈X++(\chi_{\lambda})_{\lambda\in X_{++}} là một cơ sở đại số của không gian các hàm đại diện trung tâm trên G và một cơ sở trực chuẩn của không gian ZL2(G)^2(G) gồm các hàm trung tâm khả tích bình phương trên G.

Vậy, từ Mệnh đề 3 và Định lý 2 ta suy ra:

Hệ quả 3 01GG

Ánh xạ gán cho mỗi hàm trung tâm liên tục φ\varphi trên G hàm w(G)−1/2J(ρ)(φ∣T)w(G)^{-1/2}J(\rho )(\varphi |T) gây ra một đẳng cấu từ không gian các hàm đại diện trung tâm trên G đến không gian các phần tử phản bất biến của Θ(T)\Theta (T); nó mở rộng bởi tính liên tục thành một đẳng cấu của các không gian Hilbert từ ZL2(G)^2(G) đến không gian con các phần tử phản bất biến của L2(T)L^2(T).

Hệ quả 4 01GH

Cho φ\varphi là một hàm trung tâm liên tục trên G. Khi đó,

∫Gχλ(g)‾φ(g)dg=∫Tλ(t)‾∏α>0(1−α(t)−1)φ(t)dt=∫Tλρ(t)‾.φ(t)J(ρ)(t)dt \int_G\overline{\chi_{\lambda}(g)}\varphi (g)dg=\int_T\overline{\lambda(t)}\prod_{\alpha >0}(1-\alpha (t)^{-1})\varphi (t)dt=\int_T\overline{\lambda \rho(t)}.\varphi (t)J(\rho )(t)dt

Thật vậy, theo Bổ đề 4 và Định lý 2,

∫Gχλ(g)‾φ(g)dg=1w(G)∫Tχλ(t)J(ρ)(t)(φ(t)J(ρ)(t))dt \int_G\overline{\chi_{\lambda}(g)}\varphi (g)dg=\frac{1}{w(G)}\int_T\chi_{\lambda}(t)J(\rho )(t)(\varphi (t)J(\rho )(t))dt
=1w(G)∫TJ(λρ)(t)‾φ(t)J(ρ)(t)dt =\frac{1}{w(G)}\int_T\overline{J(\lambda \rho)(t)}\varphi (t)J(\rho )(t)dt

Nhưng hàm t→φ(t)J(ρ)(t)t \rightarrow \varphi (t)J(\rho )(t) là phản bất biến và 1w(G)J(λρ)\frac{1}{w(G)}J(\lambda \rho ) là phép chiếu trực giao của λρ\lambda \rho lên không gian con các phần tử phản bất biến của L2L^2(T), do đó

1w(G)∫TJ(λρ)(t)‾φ(t)J(ρ)(t)dt=∫Tλρ(t)‾φ(t)J(ρ)(t)dt \frac{1}{w(G)}\int_T\overline{J(\lambda \rho)(t)}\varphi (t)J(\rho )(t)dt=\int_T\overline{\lambda \rho(t)}\varphi (t)J(\rho )(t)dt

cuối cùng, theo công thức (3), ta có ρ(t)J(ρ)(t)=∏α>0(1−α(t)−1)\rho (t)J(\rho )(t) =\prod_{\alpha >0}(1-\alpha (t)^{-1}), do đó có hệ quả.

Nhận xét 1 01GI

Với mọi w∈Ww\in W, đặt ρw=wρ/ρ\rho_w=^w\rho /\rho; khi đó

∑wε(w)ρw=∏α>0(1−α−1)=ρ−2∏α>0(α−1)(6) \sum_w\varepsilon (w)\rho_w=\prod_{\alpha >0}(1-\alpha^{-1}) =\rho^{-2}\prod_{\alpha >0}(\alpha -1) \tag{6}

Nếu tt là một phần tử chính quy của T, ta suy ra từ (5) rằng

χλ(t)=∑∑wεw(wε)(wwλ)ρ(tw)(ρtw)(t)=∑∏α>wε(0w(1)−wλα(t()tρ)w−(1t))(7) \chi_{\lambda}(t) =\sum\sum^w\varepsilon_w(w\varepsilon )(\overset{w}{w}\lambda )\rho (t_w)(\rho t^w)(t)=\sum\prod^w_{\alpha >}\varepsilon (_0w(1)\overset{w}{-}\lambda \alpha (t()t\rho )^{w-}(_1t)) \tag{7}

Chú ý rằng ρw\rho_w là một tổ hợp tuyến tính của các nghiệm với các hệ số nguyên, và do đó thuộc X(T) ngay cả khi ta không giả thiết rằng ρ∈X(T)\rho \in X(T). Suy ra rằng công thức (7) đúng mà không cần giả thiết rằng ρ∈X(T):\rho \in X(T): thật vậy, để chứng minh điều này ta thay thế G bằng một phủ liên thông thích hợp, và khi đó được rút gọn về Hệ quả 2.

Nhận xét 2 01GJ

Tương tự, đẳng thức thứ nhất của Hệ quả 4 vẫn đúng mà không cần giả thiết rằng ρ∈X(T)\rho \in X(T).

Nhận xét 3 01GK

Ta có thể suy ra Định lý 2 từ mệnh đề vi phân tương tự (Chương VIII, §9, no. 1, Định lý 1); điều tương tự cũng đúng đối với Định lý 3 của số tiếp theo (là tương tự của Định lý 2 của loc. cit., no. 2).

5. Bậc của các biểu diễn bất khả quy

Bây giờ ta quay lại ký hiệu cộng tính cho nhóm X(T) và ta không còn giả thiết rằng ρ\rho thuộc X(T).

Định lý 3 01GL

Chiều của không gian của một biểu diễn bất khả quy của G có trọng số cao nhất λ\lambda được cho bởi

χλ(e)=∏α∈R+⟨λ+ρ,Kα⟩⟨ρ,Kα⟩ \chi_{\lambda}(e) =\prod_{\alpha\in R_+}\frac{\langle\lambda + \rho , K_{\alpha}\rangle}{\langle\rho , K_{\alpha}\rangle}

Đặt γ=12∑α>0Kα\gamma =\frac{1}{2}\sum_{\alpha >0}K_{\alpha}, sao cho δ(α)(γ)=2πi\delta (\alpha )(\gamma ) = 2\pi i với mọi nghiệm đơn α\alpha (Chương VI, §1, no. 10, Mệnh đề 29). Đường thẳng Rγ\mathbf{R}\gamma không được chứa trong bất kỳ siêu phẳng nào Ker δ(α)\delta (\alpha ), nên exp(zγz\gamma ) là một phần tử chính quy của G với mọi z∈R∗z\in \mathbf{R}^* đủ nhỏ; với mọi μ∈X(T)\mu\in X(T) và mọi z∈Rz\in \mathbf{R}, ta có

J(μJ(\mu)(exp(zγz\gamma )) =∑w∈Wε(w)ezδ(μ)(w−1γ)=\sum_{w\in W}\varepsilon (w)e^{z\delta(\mu)(w^{-1}\gamma)}.

Ta tạm thời chấp nhận bổ đề sau:

Bổ đề 5 01GM

Ta có

J(μJ(\mu)(exp(zγz\gamma )) =ezδ(μ)(γ)∏α>0(1−e−zδ(μ)(Kα))=e^{z\delta(\mu)(\gamma)}\prod_{\alpha >0}(1-e^{-z\delta(\mu)(K_{\alpha})}).

Do đó, hàm J(μJ(\mu)(exp(zγz\gamma )) là tích của một hàm tiến tới 1 khi zz tiến tới 0 và của

zN∏α>0δ(μ)(Kα)=(2πiz)N∏α>0⟨μ,Kα⟩ z^N\prod_{\alpha >0}\delta (\mu)(K_{\alpha}) = (2\pi iz)^N\prod_{\alpha >0}\langle \mu, K_{\alpha}\rangle

trong đó N = Card R+R_+.

Trước hết giả sử rằng ρ∈X(T)\rho \in X(T); áp dụng Hệ quả 2 của Định lý 2 ta thấy rằng, khi zz tiến tới 0,χλ(zγ)0,\chi_{\lambda}(z\gamma ) tiến tới

∏α>0⟨λ+ρ,Kα⟩/∏α>0⟨ρ,Kα⟩ \prod_{\alpha >0}\langle \lambda +\rho , K_{\alpha}\rangle /\prod_{\alpha >0}\langle \rho , K_{\alpha}\rangle

do đó định lý đúng trong trường hợp này.

Trong trường hợp tổng quát, chỉ cần chú ý rằng, khi chứng minh Định lý 3, ta luôn có thể thay thế G bằng một phủ liên thông thích hợp và do đó rút gọn về trường hợp trước.

Bây giờ ta chứng minh Bổ đề 5. Cho z∈Cz\in \mathbf{C}; ký hiệu φz\varphi_z là ánh xạ từ t\mathfrak{t} đến đại số C\mathbf{C}-ánh xạ(X(T),C,\mathbf{C}) của các ánh xạ từ X(T) đến C\mathbf{C}, gán cho H∈tH\in \mathfrak{t} ánh xạ

φz(H):μ→μ\varphi_z(H) :\mu \rightarrow \mu(exp zHzH) =ezδ(μ)(H)=e^{z\delta(\mu)(H)}.

Ta có φz(H+H′)=φz(H)φz(H′)\varphi_z(H+H') =\varphi_z(H)\varphi_z(H'), nên tồn tại một đồng cấu vành

ψz:Z[t]→\psi_z:\mathbf{Z}[\mathfrak{t}]\rightarrow ánh xạ(X(T),C,\mathbf{C})

sao cho ψz(eH)(μ)=ezδ(μ)(H)\psi_z(e^H)(\mu) =e^{z\delta(\mu)(H)}. Mặt khác, theo Chap. VI, §3, no. 3, Mệnh đề 2, ta có quan hệ sau trong Z[t]:\mathbf{Z}[\mathfrak{t}]:

∑w∈Wε(w)ewγ=eγ∏α>0(1−e−Kα) \sum_{w\in W}\varepsilon (w)e^{w\gamma}=e^{\gamma}\prod_{\alpha >0}(1-e^{-K_{\alpha}})

Áp dụng đồng cấu ψz\psi_z, và dùng đẳng thức

ψz(ewγ)(μ)=ezδ(μ)(wγ)=ezδ(w−1μ)(γ) \psi_z(e^{w\gamma})(\mu) =e^{z\delta(\mu)(w\gamma)}=e^{z\delta(w^{-1}\mu)(\gamma)}

ta suy ra công thức đã nêu.

Hệ quả 1 01GN

Cho ∥∥\| \| là một chuẩn trên X(T)⊗RX(T)\otimes \mathbf{R}. Với mọi λ∈X++\lambda \in X_{++}, cho d(λ)d(\lambda ) là chiều của không gian của một biểu diễn bất khả quy của G có trọng số cao nhất λ\lambda.

a) supλ∈X++d(λ)/∥λ+ρ∥N<∞_{\lambda\in X_{++}}d(\lambda )/\|\lambda +\rho \|^N<\infty, trong đó N=1/N = 1/2(dim G−G- dim T).

b) Nếu G là nửa đơn, infλ∈X++d(λ)/∥λ+ρ∥>0_{\lambda\in X_{++}}d(\lambda )/\|\lambda +\rho \|>0.

a) Với mọi α∈R+\alpha \in R_+, tồn tại Aα>0A_{\alpha}>0 sao cho ∣⟨λ+ρ,Kα⟩∣≤Aα∥λ+ρ∥|\langle \lambda +\rho , K_{\alpha}\rangle | \leq A_{\alpha}\|\lambda +\rho \|, do đó d(λ)/∥λ+ρ∥N≤∏α>0Aα/⟨ρ,Kα⟩d(\lambda )/\|\lambda +\rho \|^N\leq \prod_{\alpha >0}A_{\alpha}/\langle \rho , K_{\alpha}\rangle.

b) Giả sử G là nửa đơn, ký hiệu β1,...,βr\beta_1, . . . , \beta_r là các rễ đơn và đặt Ni=KβiN_i=K_{\beta_i}. Khi đó

d(λ)≥∏i=1r⟨λ+ρ,Ni⟩⟨ρ,Ni⟩=∏i=1r⟨λ+ρ,Ni⟩ d(\lambda )\geq \prod_{i=1}^r\frac{\langle\lambda + \rho , N_i\rangle}{\langle\rho , N_i\rangle}=\prod_{i=1}^r\langle \lambda +\rho , N_i\rangle

vì ⟨λ+ρ,Ni⟩≥⟨ρ,Ni⟩=1\langle \lambda +\rho , N_i\rangle \geq \langle \rho , N_i\rangle = 1, điều này suy ra rằng

d(λ)≥d(\lambda )\geq supi∣⟨λ+ρ,Ni⟩∣_i|\langle \lambda +\rho , N_i\rangle |.

Nếu G là nửa đơn, x→x \rightarrow sup∣⟨x,Ni⟩∣|\langle x, N_i\rangle | là một chuẩn trên X(T)⊗RX(T)\otimes \mathbf{R}, tất yếu tương đương với chuẩn đã cho, nên b).

Hệ quả 2 01GO

Giả sử G là nửa đơn; cho dd là một số nguyên. Tập hợp các lớp biểu diễn của G có chiều ≤d\leq d là hữu hạn.

Hệ quả 1b) suy ra rằng tập hợp XdX_d của các phần tử λ\lambda của X++X_{++} sao cho d(λ)≤dd(\lambda )\leq d là hữu hạn. Với mọi λ\lambda trong XdX_d, cho VλV_{\lambda} là một biểu diễn bất khả quy có trọng số cao nhất λ\lambda; mọi biểu diễn có chiều ≤d\leq d đều đẳng cấu với một tổng trực tiếp ⨁λ∈XdVλnλ\bigoplus_{\lambda\in X_d}V^{n_{\lambda}}_{\lambda}, với nλ≤dn_{\lambda}\leq d, suy ra hệ quả.

6. Các phần tử Casimir

Theo Mệnh đề 3 của §1, no. 3, tồn tại các dạng song tuyến tính đối xứng âm trên g\mathfrak{g}, phân biệt và bất biến dưới Ad(G) (nếu G là nửa đơn, chẳng hạn, ta có thể lấy dạng Killing của g\mathfrak{g}). Cho F là một dạng như vậy. Nhắc lại (Chap. I, §3, no. 7) rằng phần tử Casimir liên kết với F là phần tử Γ\Gamma của tâm của đại số bao U(g)U(\mathfrak{g}) sao cho, với bất kỳ cơ sở (ei)(e_i) của g\mathfrak{g} thỏa mãn F(ei,ej)=−δijF(e_i, e_j) =-\delta_{ij}, ta có Γ=−∑ei2\Gamma =-\sum e^2_i.

Trong phần còn lại của chương này, ta sẽ gọi các phần tử Casimir của G là các phần tử của U(g)U(\mathfrak{g}) thu được theo cách này từ các dạng song tuyến tính đối xứng bất biến, phân biệt và âm trên g\mathfrak{g}. Nếu Γ\Gamma là một phần tử Casimir của G và nếu τ:G→GL(V)\tau : G\rightarrow \mathbf{G}\mathbf{L}(V) là một biểu diễn bất khả quy của G, thì tự đồng cấu ΓV\Gamma_V của V là một phép vị tự (Đại số, Chap. VIII, §3, no. 2, Th. 1), mà tỉ số của nó sẽ được ký hiệu là Γ~(τ)\widetilde{\Gamma}(\tau ).

Mệnh đề 4 01GP

Cho Γ\Gamma là một phần tử Casimir của G.

a) Nếu τ\tau là một biểu diễn bất khả quy của G, thì Γ~(τ)\widetilde{\Gamma}(\tau ) là thực và dương. Nếu τ\tau không phải là biểu diễn tầm thường, thì Γ~(τ)>0\widetilde{\Gamma}(\tau )>0.

b) Tồn tại một và chỉ một dạng toàn phương QΓQ_{\Gamma} trên X(T)⊗RX(T)\otimes \mathbf{R} sao cho, với mọi biểu diễn bất khả quy τ\tau của G,

Γ~(τ)=QΓ(λ+ρ)−QΓ(ρ) \widetilde{\Gamma}(\tau ) = Q_{\Gamma}(\lambda +\rho )-Q_{\Gamma}(\rho )

trong đó λ\lambda là trọng số cao nhất của τ\tau. Dạng QΓQ_{\Gamma} là dương, phân biệt và bất biến dưới W.

Cho F là một dạng song tuyến tính đối xứng âm phân biệt trên g\mathfrak{g} xác định Γ\Gamma. Cho τ:G→GL(V)\tau : G\rightarrow \mathbf{G}\mathbf{L}(V) là một biểu diễn bất khả quy của G; cho ⟨,⟩\langle ,\rangle là một tích vô hướng Hilbert trên V bất biến dưới G (§1, no. 1), và (ei)(e_i) là một cơ sở của g\mathfrak{g} sao cho F(ei,ej)=−δijF(e_i, e_j) =-\delta_{ij}. Khi đó, với mọi phần tử vv của V không bất biến dưới G, ta có

Γ~(τ)⟨v,v⟩=⟨v,ΓV(v)⟩=−∑i⟨v,(ei)V2v⟩=∑i⟨v,(ei)V∗(ei)Vv⟩ \widetilde{\Gamma}(\tau )\langle v, v\rangle =\langle v, \Gamma_V(v)\rangle =-\sum_i\langle v,(e_i)^2_Vv\rangle =\sum_i\langle v,(e_i)^*_V(e_i)_Vv\rangle
=∑i⟨(ei)Vv,(ei)Vv⟩>0 =\sum_i\langle (e_i)_Vv,(e_i)_Vv\rangle >0

suy ra a).

Cho B là dạng nghịch đảo trên tC∗\mathfrak{t}^*_{\mathbf{C}} của phần hạn chế lên tC\mathfrak{t}_{\mathbf{C}} của dạng song tuyến tính trên gC\mathfrak{g}_{\mathbf{C}} cảm sinh bởi F nhờ mở rộng vô hướng. Theo Hệ quả của Mệnh đề 7 của Chap. VIII, §6, no. 4, ta có5Γ~(τ)=B(δ(λ),δ(λ+2ρ))^5\widetilde{\Gamma}(\tau ) = B(\delta (\lambda ), \delta (\lambda +2\rho )). Mở rộng δ:X(T)→\delta : X(T)\rightarrow tC∗\mathfrak{t}^*_{\mathbf{C}} thành một ánh xạ R\mathbf{R}-tuyến tính từ X(T)⊗RX(T)\otimes \mathbf{R} vào tC∗\mathfrak{t}^*_{\mathbf{C}} và cho QΓQ_{\Gamma} là dạng toàn phương x→B(δ(x),δ(x))x \rightarrow B(\delta (x), \delta (x)) trên X(T)⊗RX(T)\otimes \mathbf{R}; nó là phân biệt và bất biến dưới W, và

Γ~(τ)=B(δ(λ+ρ),δ(λ+ρ))−B(δ(ρ),δ(ρ))=QΓ(λ+ρ)−QΓ(ρ) \widetilde{\Gamma}(\tau ) = B(\delta (\lambda +\rho ), \delta (\lambda +\rho ))-B(\delta (\rho ), \delta (\rho )) = Q_{\Gamma}(\lambda +\rho )-Q_{\Gamma}(\rho )

Ta chứng minh rằng dạng QΓQ_{\Gamma} là dương. Thật vậy, nếu x∈X(T)⊗Qx\in X(T)\otimes \mathbf{Q}, thì phần tử δ(x)\delta (x) của tC∗\mathfrak{t}^*_{\mathbf{C}} nhận các giá trị thuần ảo trên t\mathfrak{t}, do đó nhận giá trị thực trên iti\mathfrak{t}; ta kết luận bằng cách nhận xét rằng, với y∈ity\in i\mathfrak{t}, ta có F(y,y)≥0F(y, y)\geq 0.

Còn phải chứng minh mệnh đề duy nhất trong b). Cho Q là một dạng toàn phương trên X(T)⊗RX(T)\otimes \mathbf{R} thỏa mãn điều kiện yêu cầu, và cho Φ\Phi (resp. ΦΓ\Phi_{\Gamma}) là dạng song tuyến tính liên kết với Q (resp. QΓQ_{\Gamma}). Với λ,μ∈X++\lambda , \mu\in X_{++}, ta có

Φ(λ,μ)=(Q(λ+μ+ρ)−Q(ρ))−(Q(λ+ρ)−Q(ρ))−(Q(μ+ρ)−Q(ρ)) \Phi (\lambda , \mu) = (Q(\lambda +\mu+\rho )-Q(\rho ))-(Q(\lambda +\rho )-Q(\rho ))-(Q(\mu+\rho )-Q(\rho ))
=ΦΓ(λ,μ) =\Phi_{\Gamma}(\lambda , \mu)

Vì X(T)++X(T)_{++} sinh ra không gian vectơ R\mathbf{R}-không gian vectơ X(T)⊗RX(T)\otimes \mathbf{R}, ta có Φ=ΦΓ\Phi =\Phi_{\Gamma}, do đó Q=QΓQ = Q_{\Gamma}.

Nhận xét 01GQ

Cho x∈gx\in \mathfrak{g}. Tồn tại một số thực dương ngặt A sao cho, với mọi biểu diễn bất khả quy τ:G→GL(V)\tau : G\rightarrow \mathbf{G}\mathbf{L}(V) và mọi cấu trúc Hilbert trên V bất biến dưới G,

∥L(τ)(x)∥2≤A.Γ~(τ) \|L(\tau )(x)\|^2\leq A.\widetilde{\Gamma}(\tau )

Thật vậy, với các ký hiệu trong chứng minh trước, ta có thể chọn cơ sở (ei)(e_i) của g\mathfrak{g} sao cho x=ae1,a∈Rx=ae_1,a\in \mathbf{R}. Khi đó, với v∈Vv\in V, ta có

⟨xVv,xVv⟩=∣a∣2⟨e1v,e1v⟩≤∣a∣2Γ~(τ)⟨v,v⟩ \langle x_Vv, x_Vv\rangle =|a|^2\langle e_1v, e_1v\rangle \leq |a|^2\widetilde{\Gamma}(\tau )\langle v, v\rangle

Bài tập

Xem các bài tập cho § 7.

Machine translation of the English, by gpt-5-6, gpt-5-6-mini, gpt-5.4-mini, gpt-5-mini, against glossary version 34. Not checked by a person. That model is a cut down version of the one the rest of this language was written by.