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§ 2。 例 / 代数
在本段中,A 表示交换环。
1. 内同态代数
令 B 为结合律 A-代数,其中单位元用 1 表示,并令 M 为右B-模。我们知道,B 的环 E = E n d B ( M ) E = \mathrm{End}_B(M) E = End B ( M ) 还有模结构超过中心。现在 A 的同态 h : α ↦ α .1 h : \alpha \mapsto \alpha . 1 h : α ↦ α .1 的像包含在 B 的中心中(§ 1, no. 1);因此 h h h 给出 E A-模结构。此外,对于 E 中的 α ∈ A \alpha \in A α ∈ A 和 f , g f, g f , g ,
α ( f ∘ g ) = f ∘ ( α g ) = ( α f ) ∘ g ;
\alpha(f \circ g) = f \circ (\alpha g) = (\alpha f) \circ g;
α ( f ∘ g ) = f ∘ ( α g ) = ( α f ) ∘ g ;
因此,E 中的乘法和 E 上的 A-模结构定义是 E 上的联想 A-代数结构; M 的恒等映射是这个代数的单位元。
2. 矩阵元素
设 B 是 B (II, § 10, no. 7) 上阶 n 的平方矩阵的酉结合 A-代数和 M n ( B ) \mathbf{M}_n(B) M n ( B ) 集合。那么M n ( B ) \mathbf{M}_n(B) M n ( B ) 有由α . ( b i j ) = ( α b i j ) \alpha . (b_{ij}) = (\alpha b_{ij}) α . ( b ij ) = ( α b ij ) (α ∈ A , b i j ∈ B , 1 ≤ i ≤ n , 1 ≤ j ≤ n \alpha \in A, b_{ij} \in B, 1 \leq i \leq n, 1 \leq j \leq n α ∈ A , b ij ∈ B , 1 ≤ i ≤ n , 1 ≤ j ≤ n )定义的A-模结构;这个结构和矩阵乘法定义是M n ( B ) \mathbf{M}_n(B) M n ( B ) 上的单位联想A-代数结构。 M n ( B ) \mathbf{M}_n(B) M n ( B ) 到E n d B ( B d n ) \mathrm{End}_B(B_d^n) End B ( B d n ) (II, § 10, no. 7)的规范双射是A-代数同构。
当B = A B = A B = A 、A-代数M n ( A ) \mathbf{M}_n(A) M n ( A ) 承认矩阵单位(II, § 10, no. 3)的典范基( E i j ) (E_{ij}) ( E ij ) 由……组成时; 相应的乘法表是
E i j E h k = δ j h E i k .
E_{ij} E_{hk} = \delta_{jh} E_{ik}.
E ij E hk = δ j h E ik .
单位元 I n I_n I n 等于 ∑ i = 1 n E i i \sum_{i=1}^n E_{ii} ∑ i = 1 n E ii 。
3. 二次代数
令α , β \alpha, \beta α , β 为A的两个元素和A 2 A^2 A 2 的( e 1 , e 2 ) (e_1, e_2) ( e 1 , e 2 ) 典范基。 A 上的型 ( α , β ) (\alpha, \beta) ( α , β ) 的二次代数为 A-模 A 2 A^2 A 2 ,其中代数结构由乘法表 (§ 1, no. 7) 定义
e 1 2 = e 1 , e 1 e 2 = e 2 e 1 = e 2 , e 2 2 = α e 1 + β e 2 .
e_1^2 = e_1, \quad e_1 e_2 = e_2 e_1 = e_2, \quad e_2^2 = \alpha e_1 + \beta e_2.
e 1 2 = e 1 , e 1 e 2 = e 2 e 1 = e 2 , e 2 2 = α e 1 + β e 2 .
与二次代数同构的A-代数E也称为二次代数。这相当于说 E 承认两个元素中的基,其中一个是单位元。
可以证明,每个允许两个元素中的基的单位A-代数都是二次代数(习题1)。
如果A-代数的基( e 1 , e 2 ) (e_1, e_2) ( e 1 , e 2 ) 有乘法表(2),则称为型( α , β ) (\alpha, \beta) ( α , β ) 的基。通过滥用语言,当基为型 ( α , β ) (\alpha, \beta) ( α , β ) 时,二次代数被称为型 ( α , β ) (\alpha, \beta) ( α , β ) 。
E 是可交换的,这一事实由 (2) 中的方程 e 1 e 2 = e 2 e 1 e_1 e_2 = e_2 e_1 e 1 e 2 = e 2 e 1 得出;类似地,要验证结合性,只要看到当x , y , z x, y, z x , y , z 分别等于e 1 e_1 e 1 或e 2 e_2 e 2 时,x ( y z ) = ( x y ) z x(yz) = (xy)z x ( y z ) = ( x y ) z 就足够了。现在,如果元素 x , y , z x, y, z x , y , z 至少有一个等于e 1 e_1 e 1 ,则关系是显而易见的;对于 x = y = z = e 2 x = y = z = e_2 x = y = z = e 2 也是如此,因为 E 是可交换的; 从而命题。
令e e e 表示二次代数E的单位元,令( e , i ) (e, i) ( e , i ) 为型( α , β ) (\alpha, \beta) ( α , β ) E的基;因此,E 包含于 e e e 的每隔一个基都是形式 ( e , j ) (e, j) ( e , j ) 和 j = γ e + δ i j = \gamma e + \delta i j = γ e + δ i (II, § 7, no. 2,命题 3 的推论);此外,要使( e , j ) (e, j) ( e , j ) 成为E的基,δ \delta δ 在A中可逆是充分必要的; 条件显然已经足够了;反之,如果E / A e E/Ae E / A e 、i ˉ \bar{i} i ˉ 和j ˉ = δ i ˉ \bar{j} = \delta \bar{i} j ˉ = δ i ˉ 中i ˉ \bar{i} i ˉ 是i i i 典范像,则必须E / A e E/Ae E / A e 、从而各形式、基的必要性条件。然后
j 2 = ( γ 2 + α δ 2 ) e + ( 2 γ δ + β δ 2 ) i = ( α δ 2 − γ 2 − β γ δ ) e + ( 2 γ + β δ ) j ;
j^2 = (\gamma^2 + \alpha \delta^2)e + (2\gamma \delta + \beta \delta^2)i = (\alpha \delta^2 - \gamma^2 - \beta \gamma \delta)e + (2\gamma + \beta \delta)j;
j 2 = ( γ 2 + α δ 2 ) e + ( 2 γ δ + β δ 2 ) i = ( α δ 2 − γ 2 − β γ δ ) e + ( 2 γ + β δ ) j ;
由此可知E为型
( α δ 2 − γ 2 − β γ δ , 2 γ + β δ )
(\alpha \delta^2 - \gamma^2 - \beta \gamma \delta, 2\gamma + \beta \delta)
( α δ 2 − γ 2 − β γ δ , 2 γ + β δ )
对于所有可逆的δ ∈ A \delta \in A δ ∈ A 和所有γ ∈ A \gamma \in A γ ∈ A 。特别是,如果 E E E 为型 ( α , 2 β ′ ) (\alpha, 2\beta') ( α , 2 β ′ ) ,则 i i i 也为型 ( α + β ′ 2 , 0 ) (\alpha + {\beta'}^2, 0) ( α + β ′ 2 , 0 ) ,如取 γ = − β ′ \gamma = -\beta' γ = − β ′ 和 δ = 1 \delta = 1 δ = 1 所示。
设E E E 为二次A A A 代数,e e e 为单位元。对于所有u ∈ E u \in E u ∈ E ,令T ( u ) T(u) T ( u ) 为自由A A A -模块E E E (II, § 4, no. 3)的自同态m u : x ↦ u x m_u : x \mapsto ux m u : x ↦ ux 的踪迹。那么对于所有 u ∈ E u \in E u ∈ E ,由 s ( u ) = T ( u ) . e − u s(u) = T(u).e - u s ( u ) = T ( u ) . e − u 定义的映射 s s s 是代数 E E E 和 s 2 ( u ) = u s^2(u) = u s 2 ( u ) = u 的自同构。
引用了 3 · 被以下引用 1 引用了 II § 4. 。 关系张量积和同态模之间 , 命题 3, II § 4 , III § 8. 。决定因素
被以下引用 例
设( e , i ) (e, i) ( e , i ) 为型( α , β ) (\alpha, \beta) ( α , β ) E E E 基;然后T ( e ) = 2 T(e) = 2 T ( e ) = 2 ,当s ( e ) = e s(e) = e s ( e ) = e ,以及T ( i ) = β T(i) = \beta T ( i ) = β ,从而s ( i ) = β e − i s(i) = \beta e - i s ( i ) = β e − i 。因此,( e , s ( i ) ) (e, s(i)) ( e , s ( i )) 是E E E 的基,其型由(3)与γ = β \gamma = \beta γ = β 和δ = − 1 \delta = -1 δ = − 1 给出,这又给出( α , β ) (\alpha, \beta) ( α , β ) ;由此可见,s s s 是代数 E E E 中的自同构。由于A A A 模块E E E 的m s ( u ) = s m u s − 1 m_{s(u)} = s m_u s^{-1} m s ( u ) = s m u s − 1 、自同态m u m_u m u 和m s ( u ) m_{s(u)} m s ( u ) 具有相同的迹线(II, § 4, no. 3、命题3)、从而
s 2 ( u ) = T ( u ) . e − s ( u ) = T ( u ) . e − ( T ( u ) . e − u ) = u
s^2(u) = T(u).e - s(u) = T(u).e - (T(u).e - u) = u
s 2 ( u ) = T ( u ) . e − s ( u ) = T ( u ) . e − ( T ( u ) . e − u ) = u
对于所有u ∈ E u \in E u ∈ E 。
自同构 s s s 称为A A A 代数E E E 的*共轭*和s ( u ) s(u) s ( u ) u u u 的*共轭*。
如果u = ξ e + η i u = \xi e + \eta i u = ξ e + η i ,A A A 中有ξ , η \xi, \eta ξ , η ,则s ( u ) = ( ξ + β η ) e − η i s(u) = (\xi + \beta \eta)e - \eta i s ( u ) = ( ξ + β η ) e − η i ,从而
(4)
T ( u ) e = u + s ( u ) = ( 2 ξ + β η ) e
T(u)e = u + s(u) = (2\xi + \beta \eta)e
T ( u ) e = u + s ( u ) = ( 2 ξ + β η ) e (5)
u . s ( u ) = ( ξ 2 + β ξ η − α η 2 ) e = N ( u ) e
u.s(u) = (\xi^2 + \beta \xi \eta - \alpha \eta^2)e = N(u)e
u . s ( u ) = ( ξ 2 + β ξ η − α η 2 ) e = N ( u ) e
我们写了N ( u ) = ξ 2 + β ξ η − α η 2 N(u) = \xi^2 + \beta \xi \eta - \alpha \eta^2 N ( u ) = ξ 2 + β ξ η − α η 2 。 元素T ( u ) T(u) T ( u ) 和N ( u ) N(u) N ( u ) (或者,当A A A 和A e Ae A e 被规范识别时,元素T ( u ) e T(u)e T ( u ) e 和N ( u ) e N(u)e N ( u ) e )分别称为u u u 的*trace*和*范数*。
当β = 0 \beta = 0 β = 0 时,上面的公式简化为
(6)
s ( ξ e + η i ) = ξ e − η i , T ( ξ e + η i ) = 2 ξ , N ( ξ e + η i ) = ξ 2 − α η 2 .
s(\xi e + \eta i) = \xi e - \eta i, \quad T(\xi e + \eta i) = 2\xi, \quad N(\xi e + \eta i) = \xi^2 - \alpha \eta^2.
s ( ξ e + η i ) = ξ e − η i , T ( ξ e + η i ) = 2 ξ , N ( ξ e + η i ) = ξ 2 − α η 2 .
显然,T T T 是E E E *上的*线性形式*,并且*N N N 是E E E (IX, § 3, no. 4)*上的*二次形式*。由于 E E E 是可交换和结合的,因此从 (5) 可以得出:
(7)
N ( u v ) = N ( u ) N ( v ) .
N(uv) = N(u)N(v).
N ( uv ) = N ( u ) N ( v ) .
对于u u u 在*E E E 中*可逆,N ( u ) N(u) N ( u ) 在*A A A 中*可逆是充分必要的。因为,作为N ( e ) = 1 N(e) = 1 N ( e ) = 1 ,条件的必要性由(7)得出,写作v = u − 1 v = u^{-1} v = u − 1 。相反,如果 N ( u ) N(u) N ( u ) 在 A A A 中是可逆的,则从 (5) 可以得出 u u u 是可逆的,并且
(8)
u − 1 = ( N ( u ) ) − 1 s ( u ) .
u^{-1} = (N(u))^{-1}s(u).
u − 1 = ( N ( u ) ) − 1 s ( u ) .
可以证明N ( u ) N(u) N ( u ) 是自同态m u m_u m u 的行列式(§ 8, no. 1)(cf.§ 9 no. 3,例1)
以下命题给出二次代数与交换域的结构:
设 E 为型* ( α , β ) (\alpha, \beta) ( α , β ) 的二次A-代数。
引用了 1 引用了 V § 3. 。代数扩张
(i) 如果 A 是域并且包含没有元素 ζ \zeta ζ 使得 ζ 2 = α + β ζ \zeta^2 = \alpha + \beta \zeta ζ 2 = α + β ζ ,*E 是(可交换的)域* (cf. V, § 3)。
(ii) 如果环 A 包含元素 ζ \zeta ζ 使得 ζ 2 = α + β ζ \zeta^2 = \alpha + \beta \zeta ζ 2 = α + β ζ 且 β − 2 ζ \beta - 2\zeta β − 2 ζ 可逆 (分别零),*E 与* A × \times × A 同构的。为型 ( 0 , 0 ) ) (0, 0)) ( 0 , 0 )) 。
我们证明(i)。设ξ , η \xi, \eta ξ , η 是A和u = ξ e + η i u = \xi e + \eta i u = ξ e + η i 的两个元素。如果η ≠ 0 \eta \neq 0 η = 0 并且我们写θ = − ξ η − 1 \theta = -\xi \eta^{-1} θ = − ξ η − 1 ,那么通过(5)可以得到N ( u ) = η 2 ( θ 2 − β θ − α ) \mathrm{N}(u) = \eta^2 (\theta^2 - \beta \theta - \alpha) N ( u ) = η 2 ( θ 2 − β θ − α ) ,通过A上的假设可以得到从而N ( u ) ≠ 0 \mathrm{N}(u) \neq 0 N ( u ) = 0 ;如果η = 0 \eta = 0 η = 0 ,则N ( u ) = ξ 2 \mathrm{N}(u) = \xi^2 N ( u ) = ξ 2 。无论如何,如果u ≠ 0 u \neq 0 u = 0 ,则N ( u ) ≠ 0 \mathrm{N}(u) \neq 0 N ( u ) = 0 ,因此N ( u ) \mathrm{N}(u) N ( u ) 在A中可逆,因此u u u 在E中可逆。
我们现在证明(ii)。 代数 A × \times × 的典范基 ( e 1 , e 2 ) (e_1, e_2) ( e 1 , e 2 ) A 的型 ( 0 , 1 ) (0, 1) ( 0 , 1 ) 。我们已经看到 (公式 (3)) E 的值是型
( α δ 2 − γ 2 − β γ δ , 2 γ + β δ )
(\alpha \delta^2 - \gamma^2 - \beta \gamma \delta, 2\gamma + \beta \delta)
( α δ 2 − γ 2 − β γ δ , 2 γ + β δ )
对于A中所有γ ∈ A \gamma \in A γ ∈ A 和所有δ \delta δ 可逆。如果β − 2 ζ \beta - 2\zeta β − 2 ζ 可逆,则取δ = ( β − 2 ζ ) − 1 \delta = (\beta - 2\zeta)^{-1} δ = ( β − 2 ζ ) − 1 和γ = − ζ ( β − 2 ζ ) − 1 \gamma = -\zeta (\beta - 2\zeta)^{-1} γ = − ζ ( β − 2 ζ ) − 1 ;然后 2 γ + β δ = 1 2\gamma + \beta \delta = 1 2 γ + β δ = 1 和
α δ 2 − γ 2 − β γ δ = δ 2 ( α − ζ 2 + β ζ ) = 0 ;
\alpha \delta^2 - \gamma^2 - \beta \gamma \delta = \delta^2 (\alpha - \zeta^2 + \beta \zeta) = 0;
α δ 2 − γ 2 − β γ δ = δ 2 ( α − ζ 2 + β ζ ) = 0 ;
因此E是型( 0 , 1 ) (0, 1) ( 0 , 1 ) ,因此与A× \times × A同构。如果β − 2 ζ = 0 \beta - 2\zeta = 0 β − 2 ζ = 0 ,已经指出E是型( α + ζ 2 , 0 ) (\alpha + \zeta^2, 0) ( α + ζ 2 , 0 ) ,因此从α + ζ 2 = 2 ζ 2 − β ζ = 0 \alpha + \zeta^2 = 2\zeta^2 - \beta \zeta = 0 α + ζ 2 = 2 ζ 2 − β ζ = 0 开始是型( 0 , 0 ) (0, 0) ( 0 , 0 ) 。
型 ( 0 , 0 ) (0, 0) ( 0 , 0 ) 的二次方 A-代数也称为 A 上的对偶数* 的 *代数。
4. 凯利代数
Cayley 代数 over* A 是有序对 (E, s),*其中* E 是代数 over A 与单位元 e 和 s 是 E *的反自同构,使得
被以下引用 1 被以下引用 VIII § 19. 。 四元数代数
u + s ( u ) ∈ A e and u . s ( u ) ∈ A e
u + s(u) \in Ae \quad \text{and} \quad u.s(u) \in Ae
u + s ( u ) ∈ A e and u . s ( u ) ∈ A e
对于所有人 u ∈ E u \in E u ∈ E 。
s s s 被称为 Cayley 代数 (E, s) 的*共轭* 和 s ( u ) s(u) s ( u ) u u u 的 共轭 。 条件 u + s ( u ) ∈ A e u + s(u) \in Ae u + s ( u ) ∈ A e 意味着 u u u 和 s ( u ) s(u) s ( u ) 是*可改变的*。我们写
(9)
T ( u ) = u + s ( u )
T(u) = u + s(u)
T ( u ) = u + s ( u ) (10) N ( u ) = u . s ( u ) = s ( u ) . u
N(u) = u.s(u) = s(u).u
N ( u ) = u . s ( u ) = s ( u ) . u
子代数 A e Ae A e 的这些元素分别称为u u u 的*凯莱迹*和*范数*。
二次代数 E 的有序对由……组成及其共轭 s(这是反自同构,因为 E 是可交换的)(no. 3) 是凯莱代数。
令 (E, s) 为凯莱代数;如s ( e ) = e , s ( u + s ( u ) ) = u + s ( u ) s(e) = e,\ s(u + s(u)) = u + s(u) s ( e ) = e , s ( u + s ( u )) = u + s ( u ) ,其他字s ( u ) + s 2 ( u ) = u + s ( u ) s(u) + s^2(u) = u + s(u) s ( u ) + s 2 ( u ) = u + s ( u ) 或也
s 2 ( u ) = u
s^2(u) = u
s 2 ( u ) = u
因此 s 2 s^2 s 2 是 E 的恒等映射。 由此可知
T ( s ( u ) ) = T ( u ) , N ( s ( u ) ) = N ( u ) .
T(s(u)) = T(u), \quad N(s(u)) = N(u).
T ( s ( u )) = T ( u ) , N ( s ( u )) = N ( u ) .
最后,关系( u − u ) ( u − s ( u ) ) = 0 (u - u)(u - s(u)) = 0 ( u − u ) ( u − s ( u )) = 0 给出
u 2 − T ( u ) . u + N ( u ) = 0
u^2 - T(u).u + N(u) = 0
u 2 − T ( u ) . u + N ( u ) = 0
对于所有u ∈ E u \in E u ∈ E 。
设 E 为 A-代数,并且 s 和 s' E 的反自同构,使得 (E, s) 和 (E, s') 为 Cayley 代数。如果 E 承认基包含单位元 e,则 s' = s.
显然 s ′ ( u ) = s ( u ) = u s'(u) = s(u) = u s ′ ( u ) = s ( u ) = u 对于所有u ∈ A e u \in Ae u ∈ A e 。如果 T, N(分别为 T', N')是迹,并且范数函数对于 (E, s)(分别为 (E, s')),则从 (13) 可以得出
( T ( u ) − T ′ ( u ) ) . u − ( N ( u ) − N ′ ( u ) ) = 0.
(T(u) - T'(u)).u - (N(u) - N'(u)) = 0.
( T ( u ) − T ′ ( u )) . u − ( N ( u ) − N ′ ( u )) = 0.
设 B 为 E 包含 e 的基,且不同于 e 的 B 的 u 元素;然后T ( u ) − T ′ ( u ) = 0 T(u) - T'(u) = 0 T ( u ) − T ′ ( u ) = 0 ,从而s ( u ) = s ′ ( u ) s(u) = s'(u) s ( u ) = s ′ ( u ) 。由于 B 上的 s 和 s' 重合相等。
接下来,我们写u ˉ = s ( u ) \bar{u} = s(u) u ˉ = s ( u ) ,这样
{ u + u ˉ = T ( u ) , u u ˉ = u ˉ u = N ( u ) , u ˉ = u u + v = u ˉ + v ˉ , α u = α u ˉ , u v = v ˉ . u ˉ
\left\{\begin{array}{lll}
u + \bar{u} = T(u), & u\bar{u} = \bar{u}u = N(u), & \bar{u} = u \\
u + v = \bar{u} + \bar{v}, & \alpha u = \alpha \bar{u}, & uv = \bar{v}.\bar{u}
\end{array}\right.
{ u + u ˉ = T ( u ) , u + v = u ˉ + v ˉ , u u ˉ = u ˉ u = N ( u ) , α u = α u ˉ , u ˉ = u uv = v ˉ . u ˉ
对于E中的u , v u, v u , v ,α ∈ A \alpha \in A α ∈ A ;而且
T ( e ) = 2 e , N ( e ) = e .
T(e) = 2e, \quad N(e) = e.
T ( e ) = 2 e , N ( e ) = e .
来自公式
T ( u v ) = u v + u v ‾ = u v + v ˉ . u ˉ = u v + ( T ( v ) − v ) ( T ( u ) − u ) ,
T(uv) = uv + \overline{uv} = uv + \bar{v}.\bar{u} = uv + (T(v) - v)(T(u) - u),
T ( uv ) = uv + uv = uv + v ˉ . u ˉ = uv + ( T ( v ) − v ) ( T ( u ) − u ) ,
我们推断
u v + v u = T ( u ) v + T ( v ) u + ( T ( u v ) − T ( u ) T ( v ) )
uv + vu = T(u)v + T(v)u + (T(uv) - T(u)T(v))
uv + v u = T ( u ) v + T ( v ) u + ( T ( uv ) − T ( u ) T ( v ))
从而,交换u u u 和v v v ,
T ( v u ) = T ( u v ) .
T(vu) = T(uv).
T ( v u ) = T ( uv ) .
另一方面,N ( u + v ) = ( u + v ) ( u ˉ + v ˉ ) = N ( u ) + N ( v ) + T ( u v ˉ ) N(u + v) = (u + v)(\bar{u} + \bar{v}) = N(u) + N(v) + T(u\bar{v}) N ( u + v ) = ( u + v ) ( u ˉ + v ˉ ) = N ( u ) + N ( v ) + T ( u v ˉ ) 、从而
(18)
T ( v u ˉ ) = T ( u v ˉ ) = N ( u + v ) − N ( u ) − N ( v ) .
T(v\bar{u}) = T(u\bar{v}) = N(u + v) - N(u) - N(v).
T ( v u ˉ ) = T ( u v ˉ ) = N ( u + v ) − N ( u ) − N ( v ) .
现在,将 (16) 应用的 u u u 替换为 u ˉ \bar{u} u ˉ 给出
T ( u v ˉ ) = T ( u ) T ( v ) + u ˉ v + v u ˉ − T ( u ) v − T ( v ) u ˉ = T ( u ) T ( v ) − u v − v ˉ . u ˉ ;
T(u\bar{v}) = T(u)T(v) + \bar{u}v + v\bar{u} - T(u)v - T(v)\bar{u} = T(u)T(v) - uv - \bar{v}.\bar{u};
T ( u v ˉ ) = T ( u ) T ( v ) + u ˉ v + v u ˉ − T ( u ) v − T ( v ) u ˉ = T ( u ) T ( v ) − uv − v ˉ . u ˉ ; 从而
(19)
T ( v u ˉ ) = T ( u v ˉ ) = N ( u + v ) − N ( u ) − N ( v ) = T ( u ) T ( v ) − T ( u v ) .
T(v\bar{u}) = T(u\bar{v}) = N(u + v) - N(u) - N(v) = T(u)T(v) - T(uv).
T ( v u ˉ ) = T ( u v ˉ ) = N ( u + v ) − N ( u ) − N ( v ) = T ( u ) T ( v ) − T ( uv ) .
最后,对于所有α ∈ A \alpha \in A α ∈ A 来说,显然,
(20)
N ( α u ) = α 2 N ( u ) ;
N(\alpha u) = \alpha^2 N(u);
N ( α u ) = α 2 N ( u ) ; 特别是
N ( 2 u ) = 4 N ( u ) N(2u) = 4N(u) N ( 2 u ) = 4 N ( u ) ,因此公式 (19) 给出
(21)
( T ( u ) ) 2 − T ( u 2 ) = 2 N ( u ) .
(T(u))^2 - T(u^2) = 2N(u).
( T ( u ) ) 2 − T ( u 2 ) = 2 N ( u ) .
显然,T T T 是( A e ) (Ae) ( A e ) -模块E E E 上的线性形式。由于( u , v ) ↦ T ( v u ˉ ) (u, v) \mapsto T(v\bar{u}) ( u , v ) ↦ T ( v u ˉ ) 在此模上是双线性形式,*从(18)和(20)得出N N N 是二次形式(cf.IX, § 3, no. 4)。*
5. 凯利的构造代数。四元数
令( E , s ) (E, s) ( E , s ) 为A A A 上的凯莱代数,为此我们将使用no. 4的记号,并令γ ∈ A \gamma \in A γ ∈ A 。令F F F 为代数超过A A A ,其底层模为E × E E \times E E × E ,其乘法定义为
(22)
( x , y ) ( x ′ , y ′ ) = ( x x ′ + γ y ˉ ′ y , y x ˉ ′ + y ′ x ) ;
(x, y)(x', y') = (xx' + \gamma \bar{y}'y, y\bar{x}' + y'x);
( x , y ) ( x ′ , y ′ ) = ( x x ′ + γ y ˉ ′ y , y x ˉ ′ + y ′ x ) ; 显然( e , 0 ) (e, 0) ( e , 0 ) 是F F F 的单位元,E × { 0 } E \times \{0\} E × { 0 } 是F F F 的子代数,与E E E 同构的;我们将在下文中*认同*它与E E E ,以便x ∈ E x \in E x ∈ E 与( x , 0 ) (x, 0) ( x , 0 ) 标识,特别是e e e 与F F F 的单位元标识。
令 t t t 为 F F F 的置换定义为
(23)
t ( ( x , y ) ) = ( x ˉ , − y ) ( x ∈ E , y ∈ E ) .
t((x, y)) = (\bar{x}, -y) \quad (x \in E, y \in E).
t (( x , y )) = ( x ˉ , − y ) ( x ∈ E , y ∈ E ) .
(ii) 设 j = ( 0 , e ) j = (0, e) j = ( 0 , e ) ,因此 ( x , y ) = x e + y j (x, y) = xe + yj ( x , y ) = x e + y j 对应 x ∈ E , y ∈ E x \in E, y \in E x ∈ E , y ∈ E 。凯莱迹以及 F F F 的范数 T F T_F T F 和 N F N_F N F 由公式 给出
(24)
T F ( x e + y j ) = T ( x ) , N F ( x e + y j ) = N ( x ) − γ N ( y ) .
T_F(xe + yj) = T(x), \quad N_F(xe + yj) = N(x) - \gamma N(y).
T F ( x e + y j ) = T ( x ) , N F ( x e + y j ) = N ( x ) − γ N ( y ) .
(iii) 要使 F F F 具有结合性,E E E 具有结合性和交换性是必要且充分的。
对于( x , y ) ∈ F (x, y) \in \mathbf{F} ( x , y ) ∈ F ,
( x , y ) + t ( ( x , y ) ) = ( x + x ‾ , 0 ) = T ( x ) e
(x, y) + t((x, y)) = (x + \overline{x}, 0) = T(x)e
( x , y ) + t (( x , y )) = ( x + x , 0 ) = T ( x ) e (25)
( x , y ) t ( ( x , y ) ) = ( x , y ) ( x ‾ , − y ) = ( x x − γ y ‾ y , y x ‾ − y x ) = ( N ( x ) − γ N ( y ) , 0 ) = ( N ( x ) − γ N ( y ) ) e .
(x, y)t((x, y)) = (x, y)(\overline{x}, -y) = (xx - \gamma \overline{y}y, y\overline{x} - yx)
= (\mathrm{N}(x) - \gamma \mathrm{N}(y), 0) = (\mathrm{N}(x) - \gamma \mathrm{N}(y))e.
( x , y ) t (( x , y )) = ( x , y ) ( x , − y ) = ( xx − γ y y , y x − y x ) = ( N ( x ) − γ N ( y ) , 0 ) = ( N ( x ) − γ N ( y )) e . (26)
因此,为了证明 (i) 和 (ii),只需证明 t t t 是 F \mathbf{F} F 的反自同构。显然 t t t 是 A 线性双射。另一方面,
t ( ( x , y ) ⋅ ( x ′ , y ′ ) ) = t ( ( x x ′ + γ y ‾ ′ y , y x ‾ ′ + y ′ x ) ) = ( x ‾ ′ x ‾ + γ y ‾ y ′ , − y x ‾ − y ′ x ) = ( x ‾ ′ , − y ′ ) ( x ‾ , − y ) = t ( ( x ′ , y ′ ) ) t ( ( x , y ) )
t((x, y) \cdot (x', y')) = t((xx' + \gamma \overline{y}'y, y\overline{x}' + y'x)) = (\overline{x}'\overline{x} + \gamma \overline{y}y', -y\overline{x} - y'x)
= (\overline{x}', -y')(\overline{x}, -y) = t((x', y'))t((x, y))
t (( x , y ) ⋅ ( x ′ , y ′ )) = t (( x x ′ + γ y ′ y , y x ′ + y ′ x )) = ( x ′ x + γ y y ′ , − y x − y ′ x ) = ( x ′ , − y ′ ) ( x , − y ) = t (( x ′ , y ′ )) t (( x , y )) 因此
t t t 是一个反自同构。
仍有待证明(iii)。由于 E 与 F 的子代数相同,因此可以假设 E 是结合的。令 u = ( x , y ) u = (x, y) u = ( x , y ) , u ′ = ( x ′ , y ′ ) u' = (x', y') u ′ = ( x ′ , y ′ ) , u ′ ′ = ( x ′ ′ , y ′ ′ ) u'' = (x'', y'') u ′′ = ( x ′′ , y ′′ ) 为 F 的元素,则
{ ( u u ′ ) u ′ ′ = ( ( x x ′ + γ y ‾ ′ y ) x ′ ′ + γ y ‾ ′ ′ ( y ‾ x ′ + y ′ x ) , ( u u ′ ) u ′ ′ = ( y x ‾ ′ + y ′ x ) x ‾ ′ ′ + y ′ ′ ( x x ′ + γ y ‾ ′ y ) ) u ( u ′ u ′ ′ ) = ( x ( x ′ x ′ ′ + γ y ‾ ′ ′ y ′ ) + ( γ ( x ′ ′ y ‾ ′ + x ‾ ′ y ‾ ′ ′ ) y , u ( u ′ u ′ ′ ) = y ( x ‾ ′ ′ x ‾ ′ + γ y ‾ ′ y ′ ′ ) + ( y ′ x ‾ ′ ′ + y ′ ′ x ′ ) x ) .
\begin{cases}
(uu')u'' = ((xx' + \gamma \overline{y}'y)x'' + \gamma \overline{y}''(\overline{y}x' + y'x), \\
\phantom{(uu')u'' = } (y\overline{x}' + y'x)\overline{x}'' + y''(xx' + \gamma \overline{y}'y)) \\
u(u'u'') = (x(x'x'' + \gamma \overline{y}''y') + (\gamma(x''\overline{y}' + \overline{x}'\overline{y}'')y, \\
\phantom{u(u'u'') = } y(\overline{x}''\overline{x}' + \gamma \overline{y}'y'') + (y'\overline{x}'' + y''x')x).
\end{cases}
⎩ ⎨ ⎧ ( u u ′ ) u ′′ = (( x x ′ + γ y ′ y ) x ′′ + γ y ′′ ( y x ′ + y ′ x ) , ( u u ′ ) u ′′ = ( y x ′ + y ′ x ) x ′′ + y ′′ ( x x ′ + γ y ′ y )) u ( u ′ u ′′ ) = ( x ( x ′ x ′′ + γ y ′′ y ′ ) + ( γ ( x ′′ y ′ + x ′ y ′′ ) y , u ( u ′ u ′′ ) = y ( x ′′ x ′ + γ y ′ y ′′ ) + ( y ′ x ′′ + y ′′ x ′ ) x ) . (27)
检查这些公式表明,E的交换律意味着F的结合性。相反,如果F是结合律,公式(27)与y = y ′ = 0 y = y' = 0 y = y ′ = 0 、x ′ ′ = 0 x'' = 0 x ′′ = 0 和y ′ ′ = e y'' = e y ′′ = e 应用的,得到( 0 , x ′ x ) = ( 0 , x x ′ ) (0, x'x) = (0, xx') ( 0 , x ′ x ) = ( 0 , x x ′ ) ,即x ′ x = x x ′ x'x = xx' x ′ x = x x ′ 对于 E 中的所有 x , x ′ x, x' x , x ′ ;因此 E 是可交换的。
注另外,在上面的记号中,对于E中的x , y x, y x , y ,
y j = j y ‾ , x ( y j ) = ( y x ) j , ( x j ) y = ( x y ‾ ) j , ( x j ) ( y j ) = y ‾ x e
yj = j\overline{y}, \quad x(yj) = (yx)j, \quad (xj)y = (x\overline{y})j, \quad (xj)(yj) = \overline{y}xe
y j = j y , x ( y j ) = ( y x ) j , ( x j ) y = ( x y ) j , ( x j ) ( y j ) = y x e (28)
(29)
Cayley 代数 ( F , t ) (\mathbf{F}, t) ( F , t ) 被称为* ( E , s ) (\mathbf{E}, s) ( E , s ) *定义的 *Cayley 扩张 由 γ \gamma γ 定义。
(1) 如果我们取E = A \mathbf{E} = \mathbf{A} E = A (因此s = 1 A s = 1_A s = 1 A ),则代数F \mathbf{F} F 是一个*二次A-代数*,其中基( e , j ) (e, j) ( e , j ) ,其中j 2 = γ e j^2 = \gamma e j 2 = γ e 。
(2) 取E为型* ( α , β ) (\alpha, \beta) ( α , β ) 的*二次代数,使得E的底层模为A 2 \mathbf{A}^2 A 2 ,乘法表 (2) (no. 3)为典范基。取 s 为 E (no. 3, 命题 2) 的共轭。那么,对于所有γ ∈ A \gamma \in \mathbf{A} γ ∈ A ,由γ \gamma γ 定义的( E , s ) (\mathbf{E}, s) ( E , s ) 的Cayley扩张F称为型*( α , β , γ ) (\alpha, \beta, \gamma) ( α , β , γ ) 的*四元数代数,它与no. 3、命题1和命题*结合* 5以上;它的底层模是A 4 \mathbf{A}^4 A 4 ,如果( e , i , j , k ) (e, i, j, k) ( e , i , j , k ) 表示A 4 \mathbf{A}^4 A 4 的典范基,则相应的乘法表由下式给出
{ i 2 = α e + β i , i j = k , i k = α j + β k , j i = β j − k , j 2 = γ e , j k = β γ e − γ i , k i = − α j , k j = γ i , k 2 = − α γ e .
\left\{\begin{array}{lll}
i^2 = \alpha e + \beta i, & ij = k, & ik = \alpha j + \beta k, \\
ji = \beta j - k, & j^2 = \gamma e, & jk = \beta \gamma e - \gamma i, \\
ki = -\alpha j, & kj = \gamma i, & k^2 = -\alpha \gamma e.
\end{array}\right.
⎩ ⎨ ⎧ i 2 = α e + β i , j i = β j − k , k i = − α j , ij = k , j 2 = γ e , k j = γ i , ik = α j + β k , j k = β γ e − γ i , k 2 = − α γ e . (30)
此外,对于u = ρ e + ξ i + η j + ζ k u = \rho e + \xi i + \eta j + \zeta k u = ρ e + ξ i + η j + ζ k (ρ , ξ , η , ζ \rho, \xi, \eta, \zeta ρ , ξ , η , ζ 位于A \mathbf{A} A 中),我们有(写为u ˉ \bar{u} u ˉ 而不是t ( u ) t(u) t ( u ) ,并用A e \mathbf{Ae} Ae 识别A \mathbf{A} A ):
{ u = ( ρ + β ξ ) e − ξ i − η j − ζ k T F ( u ) = 2 ρ + β ξ N F ( u ) = ρ 2 + β ρ ξ − α ξ 2 − γ ( η 2 + β η ζ − α ζ 2 ) .
\left\{
\begin{array}{l}
u = (\rho + \beta \xi)e - \xi i - \eta j - \zeta k \\
T_F(u) = 2\rho + \beta \xi \\
N_F(u) = \rho^2 + \beta \rho \xi - \alpha \xi^2 - \gamma (\eta^2 + \beta \eta \zeta - \alpha \zeta^2).
\end{array}
\right.
⎩ ⎨ ⎧ u = ( ρ + β ξ ) e − ξ i − η j − ζ k T F ( u ) = 2 ρ + β ξ N F ( u ) = ρ 2 + β ρ ξ − α ξ 2 − γ ( η 2 + β η ζ − α ζ 2 ) .
公式 (30) 由 (28) 和 (29) 得出,公式 (31) 由 (23) 和 (24) 得出,考虑到二次代数 E 的公式。
那么,对于 F 中的 u , v u, v u , v ,
N F ( u v ) = N F ( u ) N F ( v )
N_F(uv) = N_F(u)N_F(v)
N F ( uv ) = N F ( u ) N F ( v )
对于N F ( u v ) = u v . u v ‾ = u v ( v ‾ . u ‾ ) = u ( v v ‾ ) u ‾ = ( u u ‾ ) ( v v ‾ ) N_F(uv) = uv.\overline{uv} = uv(\overline{v}.\overline{u}) = u(v\overline{v})\overline{u} = (u\overline{u})(v\overline{v}) N F ( uv ) = uv . uv = uv ( v . u ) = u ( v v ) u = ( u u ) ( v v ) ,凭借结合性以及F的N F ( u ) N_F(u) N F ( u ) 属于至中心这一事实。
与四元数代数同构的A-代数也称为*四元数代数*;如果这样的代数中的基有乘法表(30),则称为型*( α , β , γ ) (\alpha, \beta, \gamma) ( α , β , γ ) 的*基。通过滥用语言,当基为型 ( α , β , γ ) (\alpha, \beta, \gamma) ( α , β , γ ) 时,四元数代数被称为*型* ( α , β , γ ) (\alpha, \beta, \gamma) ( α , β , γ ) 。
当 β = 0 \beta = 0 β = 0 , 公式 (30) 和 (31) 简化为
{ i 2 = α e , i j = k , i k = α j , j i = − k , j 2 = γ e , j k = − γ i , k i = − α i , k j = γ i , k 2 = − α γ e ,
\left\{
\begin{array}{lll}
i^2 = \alpha e, & ij = k, & ik = \alpha j, \\
ji = -k, & j^2 = \gamma e, & jk = -\gamma i, \\
ki = -\alpha i, & kj = \gamma i, & k^2 = -\alpha \gamma e,
\end{array}
\right.
⎩ ⎨ ⎧ i 2 = α e , j i = − k , k i = − α i , ij = k , j 2 = γ e , k j = γ i , ik = α j , j k = − γ i , k 2 = − α γ e ,
和
{ u ˉ = ρ e − ξ i − η j − ζ k T F ( u ) = 2 ρ N F ( u ) = ρ 2 − α ξ 2 − γ η 2 + α γ ζ 2 .
\left\{
\begin{array}{l}
\bar{u} = \rho e - \xi i - \eta j - \zeta k \\
T_F(u) = 2\rho \\
N_F(u) = \rho^2 - \alpha \xi^2 - \gamma \eta^2 + \alpha \gamma \zeta^2.
\end{array}
\right.
⎩ ⎨ ⎧ u ˉ = ρ e − ξ i − η j − ζ k T F ( u ) = 2 ρ N F ( u ) = ρ 2 − α ξ 2 − γ η 2 + α γ ζ 2 .
然后,在上面的表达式中,( α , β , γ ) (\alpha, \beta, \gamma) ( α , β , γ ) 就被替换为( α , γ ) (\alpha, \gamma) ( α , γ ) 。 型( α , γ ) (\alpha, \gamma) ( α , γ ) 和( γ , α ) (\gamma, \alpha) ( γ , α ) 的四元数代数*同构*是直接的。
注公式 (32) 证明当 − 1 ≠ 1 -1 \neq 1 − 1 = 1 位于A \mathbf{A} A 时,F 不可交换。
取A为实数和α = γ = − 1 , β = 0 \alpha = \gamma = -1, \beta = 0 α = γ = − 1 , β = 0 中的域R \mathbf{R} R ,相应的代数F称为哈密顿四元数*的*代数,记为H \mathbf{H} H 。如果u = ρ e + ξ i + η j + ζ k u = \rho e + \xi i + \eta j + \zeta k u = ρ e + ξ i + η j + ζ k (R \mathbf{R} R 中的ρ , ξ , η , ζ \rho, \xi, \eta, \zeta ρ , ξ , η , ζ )是H \mathbf{H} H 中的元素≠ 0 \neq 0 = 0 ,则公式u u ˉ = u ˉ u = ρ 2 + ξ 2 + η 2 + ζ 2 u\bar{u} = \bar{u}u = \rho^2 + \xi^2 + \eta^2 + \zeta^2 u u ˉ = u ˉ u = ρ 2 + ξ 2 + η 2 + ζ 2 (cf.(34))表明R \mathbf{R} R 中的N ( u ) ≠ 0 N(u) \neq 0 N ( u ) = 0 ,所以u u u 承认 H \mathbf{H} H 中有一个*逆* u − 1 = N ( u ) − 1 u ˉ u^{-1} = N(u)^{-1}\bar{u} u − 1 = N ( u ) − 1 u ˉ ,因此 H \mathbf{H} H 是一个*非交换域*。
(3) 如果 E 取四元数代数 (cf. 例 2 ),则由元素 δ ∈ A \delta \in \mathbf{A} δ ∈ A 定义的 E 的凯莱扩张一般是不结合的
(命题5);它被称为 A 上的八元数代数 (cf. 附录, no. 3)。
引用了 3 引用了 命题 1 , 命题 2 , 命题 5
6. 代数岩浆,幺半群,群
回想一下,岩浆的大小为集合,其中律为合成 (I, § 1, no. 1)。设 S 为乘法写成的岩浆,设 E = A^{(S)} 为 S 的元素形式线性组合 A-模 (II, § 1, no. 11);我们知道典范映射 s \mapsto e_s 被 S 定义为 A^{(S)},这样族 (e_s)_{s \in S} 就是 A^{(S)} 的基(称为规范),A^{(S)} 的每个元素都被唯一地写在形式 ∑ s ∈ S α s e s \sum_{s \in S} \alpha_s e_s ∑ s ∈ S α s e s ,其中(\alpha_s)是有限支撑的A的元素族。然后 A-代数结构在 E 上定义为乘法表 of 典范基
e s e t = e s t .
e_s e_t = e_{st}.
e s e t = e s t .
这样定义的代数 E 称为 A 上的岩浆 S 的代数。如果 x = ∑ s ∈ S ξ s e s x = \sum_{s \in S} \xi_s e_s x = ∑ s ∈ S ξ s e s 和 y = ∑ s ∈ S η s e s y = \sum_{s \in S} \eta_s e_s y = ∑ s ∈ S η s e s 是 E 的两个元素,则
x y = ∑ s ∈ S ( ∑ t u = s ξ t η u ) e s .
xy = \sum_{s \in S} \left( \sum_{tu = s} \xi_t \eta_u \right) e_s.
x y = s ∈ S ∑ ( t u = s ∑ ξ t η u ) e s .
当 S 是幺半群(分别群)时,E 称为幺半群(分别群)S 在 A 上的代数;那么它是一个结合词代数 (§ 1, no. 7);类似地,当S是交换幺半群时,它的代数是结合律和交换律的。最后,如果岩浆S承认单位元素u,则e u e_u e u 是代数E的单位元;由于元素 e u e_u e u 是自由的,因此 A 可以用 E 的子代数 Ae_u 来标识。
当 A \neq \{0\} 时,S 的有时与其在单射 s \mapsto e_s 下的像一致,因此 E 的元素写为 ∑ s ∈ S α s s \sum_{s \in S} \alpha_s s ∑ s ∈ S α s s ;但当 S 被附加地写入时,这种识别是不可能的(不会引起混乱)。那么也经常写e s e^s e s 来代替e s e_s e s 。
设B为另一个交换环和ρ : A → B \rho : A \to B ρ : A → B 环同态;考虑 A 和 B 上相同岩浆 S 的代数 E = A^{(S)} 和 E' = B^{(S)},并令 ( e s ) s ∈ S (e_s)_{s \in S} ( e s ) s ∈ S 和 ( e s ′ ) s ∈ S (e'_s)_{s \in S} ( e s ′ ) s ∈ S 分别为它们各自的规范基。 代数 B^{(S)} 在 A-线性映射 j 下被规范地识别,使得 j ( e s ⊗ 1 ) = e s ′ j(e_s \otimes 1) = e'_s j ( e s ⊗ 1 ) = e s ′ 对于所有 s ∈ S s \in S s ∈ S ,其中代数 A^{(S)} \otimes_A B 通过将标量的环扩展到 B 而从 A^{(S)} 获得(II, § 1, no. 11,推论3 至命题 17)。
S 转化为 F,仅具有乘法结构。那么存在且仅有一个 A-代数同态 f ˉ : A ( S ) → F \bar{f}: A^{(S)} \to F f ˉ : A ( S ) → F 渲染交换图表
S → f F ∣ ∣ A ( S ) → f ˉ F
\begin{array}{ccc}
S & \xrightarrow{f} & F \\
| & & | \\
A^{(S)} & \xrightarrow{\bar{f}} & F
\end{array}
S ∣ A ( S ) f f ˉ F ∣ F
(其中左侧的垂直箭头是典范映射 s ↦ e s s \mapsto e_s s ↦ e s )。
设f ˉ : A ( S ) → F \bar{f}: A^{(S)} \to F f ˉ : A ( S ) → F 是唯一的A-模同态,使得f ˉ ( e s ) = f ˉ ( s ) \bar{f}(e_s) = \bar{f}(s) f ˉ ( e s ) = f ˉ ( s ) (II, § 1, no. 11,推论3到命题17);只需验证f ˉ \bar{f} f ˉ 是代数同态,为此,只需证明f ˉ ( e s e t ) = f ˉ ( e s ) f ˉ ( e t ) \bar{f}(e_s e_t) = \bar{f}(e_s) \bar{f}(e_t) f ˉ ( e s e t ) = f ˉ ( e s ) f ˉ ( e t ) ,它紧随定义和假设f ( s t ) = f ( s ) f ( t ) f(st) = f(s)f(t) f ( s t ) = f ( s ) f ( t ) 。
命题 6 表示A ( S ) A^{(S)} A ( S ) 和典范映射s ↦ e s s \mapsto e_s s ↦ e s 的有序对由……组成是普遍映射问题的解(集合理论,IV, § 3, no. 1),其中Σ \Sigma Σ 是A-代数结构的类以及 S 的 α \alpha α 映射同态到 A-代数的乘法律。
令S、S'为两块岩浆且g : S → S ′ g: S \to S' g : S → S ′ 同态。那么存在且仅有一个 A-代数同态 u : A ( S ) → A ( S ′ ) u: A^{(S)} \to A^{(S')} u : A ( S ) → A ( S ′ ) 渲染交换图表
S → g S ′ ∣ ∣ A ( S ) → u A ( S ′ )
\begin{array}{ccc}
S & \xrightarrow{g} & S' \\
| & & | \\
A^{(S)} & \xrightarrow{u} & A^{(S')}
\end{array}
S ∣ A ( S ) g u S ′ ∣ A ( S ′ )
引用了 2 引用了 命题 6 , I § 1. 。 律合成; 结合性; 交换律
(其中垂直箭头是典范映射)。
应用命题 6 取f f f 作为复合映射S → g S ′ → A ( S ′ ) S \xrightarrow{g} S' \to A^{(S')} S g S ′ → A ( S ′ ) 就足够了。
特别是,如果 T 是岩浆 S (I, § 1, no. 4) 的稳定子集,则A ( S ) A^{(S)} A ( S ) 的元素∑ s ∈ T α s e s \sum_{s \in T} \alpha_s e_s ∑ s ∈ T α s e s 的集合是A ( S ) A^{(S)} A ( S ) 的子代数,与代数A ( T ) A^{(T)} A ( T ) 自然同构,并且有时等同于后者。
令 V 为A-模,S 是一个作用于左侧 V 的幺半群;这意味着(I, § 5, no. 1)将S的映射( s , x ) ↦ s . x (s, x) \mapsto s.x ( s , x ) ↦ s . x 放入V中,使得s . ( x + y ) = s . x + s . y , s . ( α x ) = α ( s . x ) s.(x + y) = s.x + s.y, s.(\alpha x) = \alpha(s.x) s . ( x + y ) = s . x + s . y , s . ( α x ) = α ( s . x ) 和s . ( t . x ) = ( s t ) . x s.(t.x) = (st).x s . ( t . x ) = ( s t ) . x 用于S中的s , t s, t s , t ,x , y x, y x , y 用于V和α ∈ A \alpha \in A α ∈ A ,并且用e表示S 的单位元素,e.x = x,对于 x ∈ V。将 f(s)(x) = s.x,f 是将 S 的同态写入代数 End_A(V)(仅包含其乘法律),映射单位元素 e 到单位元 l_V。得到应用命题 6、A-代数同态 f ˉ : A ( S ) → E n d A ( V ) \bar{f}: A^{(S)} \to \mathrm{End}_A(V) f ˉ : A ( S ) → End A ( V ) ,这给出了 A ( S ) A^{(S)} A ( S ) 上V 左模结构的底层群。
这使我们能够通过约化研究群与运算符的交换模。让 M 是一个可交换的群,其运算符是加法编写的,所有的外法则都是乘法编写的。令Ω \Omega Ω 为M上各个外法则的算子域的和集合(集合理论,II, § 4, no. 8),这些域中的每一个都被规范地标识为Ω \Omega Ω 的子集。令Mo(Ω \Omega Ω )为在Ω \Omega Ω 上构造的自由幺半群(I § 7, no. 2); 律共作用
( s , x ) ↦ s . x
(s, x) \mapsto s.x
( s , x ) ↦ s . x
定义在 M 上,以 Mo(Ω \Omega Ω ) 作为算子域,通过 Mo(Ω \Omega Ω ) 中字 s 的长度上的归纳定义;如果 s 为长度 0,则它是空的字 e,我们为所有 x ∈ M x \in M x ∈ M 写为 e . x = x e.x = x e . x = x 。如果x为长度n ≥ 1 n \geq 1 n ≥ 1 ,则可以唯一地写为s = t u s = tu s = t u ,其中u为长度n − 1 n - 1 n − 1 ,t为长度1,因此t ∈ Ω t \in \Omega t ∈ Ω ;然后我们写s . x = t . ( u . x ) s.x = t.(u.x) s . x = t . ( u . x ) 。对于任何两个字 s,Mo(Ω \Omega Ω ) 中的 s ′ s' s ′ ,关系 s . ( s ′ . x ) = ( s s ′ ) . x s.(s'.x) = (ss').x s . ( s ′ . x ) = ( s s ′ ) . x 由 s 的长度上的归纳验证。
然后如上所述的应用方法,在M上得到左Z ( M o ( Ω ) ) \mathbf{Z}^{(Mo(\Omega))} Z ( M o ( Ω )) 模结构,并且不费力地验证了带有算子的群理论中通常的概念(稳定的子群,同态)与可交换的带有算子的群和由此关联的模是相同的和他们在一起。
引用了 4 引用了 I § 5. 。 群运行于集合 , 命题 6 , III § 7. 。外观代数 , E II § 4. 集合家庭的并和交
7. 免费代数
令I为集合;设 M(I)(分别为 Mo(I)、分别为 N ( I ) \mathbf{N}^{(I)} N ( I ) )表示源自 I 的自由岩浆(分别为自由幺半群、自由交换幺半群)。 M(I)(或 Mo(I)、或 N ( I ) \mathbf{N}^{(I)} N ( I ) )在 A 上的代数被称为自由代数(或自由结合律代数、或自由交换结合律代数(或者,滥用语言,自由结合律代数,或自由交换结合律代数) 交换代数)) 的集合 I 超过环 A.
被以下引用 3 被以下引用 习题 6, § 1 , 习题 13, § 1 , LIE II § 3. 。包容代数免费李代数
我们将用 Lib_A(I)(分别为 Libas_A(I)、分别为 Libasc_A(I))来表示 A 上的 I 的自由代数(分别为自由结合代数、分别为自由交换代数)。将 I 的典范映射组合成 M(I)(分别为 Mo(I)、分别为 N ( I ) \mathbf{N}^{(I)} N ( I ) ) 和 M(I) 的典范映射(分别为 Mo(I)、分别为 N ( I ) \mathbf{N}^{(I)} N ( I ) ) Lib_A(I)(分别为 Libas_A(I)、分别为 Libasc_A(I)),将 I 转换为 Lib_A(I)(分别为 Libas_A(I)、分别为典范映射) Libasc_A(I)),如果 A ≠ { 0 } A \neq \{0\} A = { 0 } 则它是单射的。我们将在典范映射下用X i X_i X i 表示元素i ∈ I i \in I i ∈ I 的像,并且我们将说X i X_i X i 是Lib_A(I)(或Libas_A(I))的指标i的不确定。 Libasc_A(I))。
由于 Mo(I) 和 N ( I ) \mathbf{N}^{(I)} N ( I ) 各有单位元素,因此 Libas_A(I) 和 Libasc_A(I) 是单位结合律代数,并且 Libasc_A(I) 是可交换的。 If e is the unit element of Libas_A(I) (resp. Libasc_A(I)), the mapping α ↦ α e \alpha \mapsto \alpha e α ↦ α e is an isomorphism of A onto a subring of the centre of Libas_A(I) (resp. Libasc_A(I)), which is identified with A (no. 1).
令 F m F_m F m 为通过将集合 F 与合成相乘得到的律所获得的岩浆(或幺半群)。在 F m F_m F m 中存在且仅有一个 M(I)(分别为 Mo(I)、分别为 N ( I ) \mathbf{N}^{(I)} N ( I ) )的同态(分别为单位同态)g g g ,使得 g ( i ) = f ( i ) g(i) = f(i) g ( i ) = f ( i ) 对于所有 i ∈ I i \in I i ∈ I (I, § 7, 1、2 和 7 号);然后从 no. 6、命题 6 得出命题 7。
8. 生成元和关系的代数的定义
设F是A上的代数,并且( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 是F的元素族。通过no. 7,命题7,存在唯一同态f : L i b A ( I ) → F f : \mathrm{Lib}_A(I) \to F f : Lib A ( I ) → F ,使得f ( X i ) = x i f(X_i) = x_i f ( X i ) = x i 对于所有i ∈ I i \in I i ∈ I 。为了使f f f 是满射,( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 是F的生成的系统是充分必要的。
如果U ∈ L i b A ( I ) U \in \mathrm{Lib}_A(I) U ∈ Lib A ( I ) ,则f ( U ) f(U) f ( U ) 被称为从U导出的F的*元素,通过用元素x i x_i x i 代替不定数X i X_i X i *,或者也称为U的*值*代替不定数的值x i x_i x i X i X_i X i ;通常用U ( ( x i ) i ∈ I ) U((x_i)_{i \in I}) U (( x i ) i ∈ I ) 表示;特别是U ( ( X i ) i ∈ I ) = U U((X_i)_{i \in I}) = U U (( X i ) i ∈ I ) = U 。如果λ \lambda λ 是F的同态到A上的代数F ′ F' F ′ ,那么
λ ( U ( ( x i ) i ∈ I ) ) = U ( ( λ ( x i ) ) i ∈ I ) .
\lambda(U((x_i)_{i \in I})) = U((\lambda(x_i))_{i \in I}).
λ ( U (( x i ) i ∈ I )) = U (( λ ( x i ) ) i ∈ I ) .
特别考虑F = L i b A ( J ) F = \mathrm{Lib}_A(J) F = Lib A ( J ) 的情况,其中J是另一个集合;对于L i b A ( J ) \mathrm{Lib}_A(J) Lib A ( J ) 元素每个家庭( H i ) i ∈ I (H_i)_{i \in I} ( H i ) i ∈ I 和A-代数F ′ F' F ′ 元素每个家庭( y j ′ ) j ∈ J (y_j')_{j \in J} ( y j ′ ) j ∈ J ,
U ( ( H i ) i ∈ I ) ) ( ( y j ′ ) j ∈ J ) = U ( ( H i ( ( y j ′ ) j ∈ J ) ) ) i ∈ I ) .
U((H_i)_{i \in I}))((y_j')_{j \in J}) = U((H_i((y_j')_{j \in J})))_{i \in I}).
U (( H i ) i ∈ I )) (( y j ′ ) j ∈ J ) = U (( H i (( y j ′ ) j ∈ J )) ) i ∈ I ) . (37)
在上面的记号中,L i b A ( I ) \mathrm{Lib}_A(I) Lib A ( I ) 的每个元素U使得U ( ( x i ) i ∈ I ) = 0 U((x_i)_{i \in I}) = 0 U (( x i ) i ∈ I ) = 0 ,或者也使得f ( U ) = 0 f(U) = 0 f ( U ) = 0 ,被称为F中族( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 的*关系子*。这些元素的双面理想K e r ( f ) \mathrm{Ker}(f) Ker ( f ) 由……组成被称为*( x i ) (x_i) ( x i ) 的关系者的理想。
设( R j ) j ∈ J (R_j)_{j \in J} ( R j ) j ∈ J 是元素和L i b A ( I ) \mathrm{Lib}_A(I) Lib A ( I ) 的家庭。如果( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 是F的生成的系统,并且由R j R_j R j 生成的L i b A ( I ) \mathrm{Lib}_A(I) Lib A ( I ) 的双面理想等于( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 家族关系者的理想,则( ( x i ) i ∈ I , ( R j ) j ∈ J ) ((x_i)_{i \in I}, (R_j)_{j \in J}) (( x i ) i ∈ I , ( R j ) j ∈ J ) 被称为代数F的*呈现*; x i x_i x i 称为演示文稿的 生成元 ,R j R_j R j 称为演示文稿的*相关者*。
现在考虑任何集合 I 和( R j ) j ∈ J (R_j)_{j \in J} ( R j ) j ∈ J 元素 L i b A ( I ) \mathrm{Lib}_A(I) Lib A ( I ) 。 ( R j ) (R_j) ( R j ) 族生成的双边理想与L i b A ( I ) \mathrm{Lib}_A(I) Lib A ( I ) 的商代数E称为由关系族*( R j ) j ∈ J (R_j)_{j \in J} ( R j ) j ∈ J 相关的生成的系统I定义的*通用代数。显然,如果X ‾ i \overline{X}_i X i 表示E中X i X_i X i 的像,
( ( X ‾ i ) i ∈ I , ( R j ) j ∈ J )
((\overline{X}_i)_{i \in I}, (R_j)_{j \in J})
(( X i ) i ∈ I , ( R j ) j ∈ J ) 此外,如果( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 是代数F和R j ( ( x i ) i ∈ I ) = 0 R_j((x_i)_{i \in I}) = 0 R j (( x i ) i ∈ I ) = 0 的元素族,对于所有j ∈ J j \in J j ∈ J ,存在唯一同态g : E → F g : E \to F g : E → F ,使得g ( X ‾ i ) = x i g(\overline{X}_i) = x_i g ( X i ) = x i 对于所有i ∈ I i \in I i ∈ I ;对于 ( ( x i ) i ∈ I , ( R j ) j ∈ J ) ((x_i)_{i \in I}, (R_j)_{j \in J}) (( x i ) i ∈ I , ( R j ) j ∈ J ) 是 F 的表示,g g g 是*双射的*是必要且充分的。
这些注证明了以下滥用语言的合理性:而不是说“( ( x i ) i ∈ I , ( R j ) j ∈ J ) ((x_i)_{i \in I}, (R_j)_{j \in J}) (( x i ) i ∈ I , ( R j ) j ∈ J ) 是F 的呈现”,还说“F是由生成元x i x_i x i 生成的代数受制于关系R j ( ( x i ) i ∈ I ) = 0 R_j((x_i)_{i \in I}) = 0 R j (( x i ) i ∈ I ) = 0 ”。当R j R_j R j 为形式P j − Q j P_j - Q_j P j − Q j 时,也称“F是由x i x_i x i 服从关系P j ( ( x i ) ) = Q j ( ( x i ) ) P_j((x_i)) = Q_j((x_i)) P j (( x i )) = Q j (( x i )) 生成的代数”。
设H为集合;我们可以说,L i b A ( H ) \mathrm{Lib}_A(H) Lib A ( H ) 的元素S是A-代数的*通用*关系器,对于F的元素的*每个*系列( x h ) h ∈ H (x_h)_{h \in H} ( x h ) h ∈ H ,F是S ( ( x h ) h ∈ H ) = 0 S((x_h)_{h \in H}) = 0 S (( x h ) h ∈ H ) = 0 ,其中H作为索引集合。
(1)取H = { 1 , 2 , 3 } H = \{1, 2, 3\} H = { 1 , 2 , 3 } ; 代数承认
( X 1 X 2 ) X 3 − X 1 ( X 2 X 3 )
(X_1 X_2) X_3 - X_1 (X_2 X_3)
( X 1 X 2 ) X 3 − X 1 ( X 2 X 3 ) 作为通用关系词的是联想词代数。承认
X 1 X 2 − X 2 X 1 X_1 X_2 - X_2 X_1 X 1 X 2 − X 2 X 1 为万能关系子的代数是交换代数。 *代数承认通用关系器
X 1 X 1 X_1 X_1 X 1 X 1 并且
( X 1 X 2 ) X 3 + ( X 2 X 3 ) X 1 + ( X 3 X 1 ) X 2
(X_1 X_2) X_3 + (X_2 X_3) X_1 + (X_3 X_1) X_2
( X 1 X 2 ) X 3 + ( X 2 X 3 ) X 1 + ( X 3 X 1 ) X 2 作为通用关系器是李代数.
令I为集合;给定 Lib_A(H) 的元素的族 ( S k ) k ∈ K (S_k)_{k \in K} ( S k ) k ∈ K ,并考虑形式 S k ( ( U h ) ) h ∈ H S_k((U_h))_{h \in H} S k (( U h ) ) h ∈ H 的 Lib_A(I) 的元素集合 T,其中 k 穿过 K,对于每个 k,( U h ) h ∈ H (U_h)_{h \in H} ( U h ) h ∈ H 穿过集合 Lib_A(I)的元素族,以H为索引集合;考虑一个家庭( R j ) j ∈ J (R_j)_{j \in J} ( R j ) j ∈ J ,其中T为集合或元素。然后设F为( R j ) j ∈ J (R_j)_{j \in J} ( R j ) j ∈ J 相关的生成的系统I定义的通用代数,并令u : L i b A ( I ) → F u : \mathrm{Lib}_A(I) \to F u : Lib A ( I ) → F 为典范同态,这样Ker(u)由元素S k ( ( U h ) h ∈ H ) S_k((U_h)_{h \in H}) S k (( U h ) h ∈ H ) 为所有k ∈ K k \in K k ∈ K 和所有家族生成Lib_A(I)元素( U h ) h ∈ H (U_h)_{h \in H} ( U h ) h ∈ H ;显然,每个S k S_k S k (k ∈ K k \in K k ∈ K )都是F的*通用关系器*。现在让F'为代数,承认生成的系统( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I ,其中每个S k S_k S k 都是一个通用关系器,并让u ′ : L i b A ( I ) → F ′ u' : \mathrm{Lib}_A(I) \to F' u ′ : Lib A ( I ) → F ′ 为同态使得u ′ ( X i ) = x i u'(X_i) = x_i u ′ ( X i ) = x i 对于所有i ∈ I i \in I i ∈ I ;显然 Ker(u) ⊂ \subset ⊂ Ker(u') ,因此 u ′ u' u ′ 可以唯一地写成形式 u ′ = h ∘ u u' = h \circ u u ′ = h ∘ u ,其中 h : F → F ′ h : F \to F' h : F → F ′ 是同态,使得 h ( X ‾ i ) = x i h(\overline{X}_i) = x_i h ( X i ) = x i 对于所有 i ∈ I i \in I i ∈ I 。因此,F 被称为*通用代数,由生成的系统 I*、*相应的定义为通用关系器* ( S k ) k ∈ K (S_k)_{k \in K} ( S k ) k ∈ K 。通过滥用语言,F 被有时称为由 I 生成的通用代数,并服从于 F 的元素的每个家庭 ( u h ) h ∈ H (u_h)_{h \in H} ( u h ) h ∈ H 的*身份* S k ( ( u h ) ) = 0 S_k((u_h)) = 0 S k (( u h )) = 0 。
例* 2. 设L'为I生成的通用代数,并服从于L'的每个三口之家元素的恒等式( u v ) w − u ( v w ) = 0 (uv)w - u(vw) = 0 ( uv ) w − u ( v w ) = 0 ,并令L''为代数获得毗邻单位元至 L';那么在 Libas_A(I) 上存在一个唯一的 L'' 同构 g,使得对于所有 i ∈ I i \in I i ∈ I 都有 g ( X ‾ i ) = X i g(\overline{X}_i) = X_i g ( X i ) = X i 。因为显然 L'' 是结合律,同态 g 的存在源自 L' 的定义和其前面的注;但显然L''满足泛性质(no. 7,命题7),这表征了Libas_A(I),从而结论。
与上述类似的考虑可以应用于结合律代数(分别是交换结合律代数),同时考虑以下注。当上下文充分表明代数被认为是统一的代数时,通过滥用语言,代数F F F 的元素( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 家族,使得子代数由x i x_i x i (i ∈ I i \in I i ∈ I )生成,并且单位元等于F F F ,常称为F F F 的生成的系统。然后令F F F 是A A A 上的统一结合律代数,并让( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 是元素和F F F 的族;凭借no. 7、命题 7,存在唯一的单位同态f : L i b a s A ( I ) → F f : \mathrm{Libas}_A(I) \to F f : Libas A ( I ) → F ,使得f ( X i ) = x i f(X_i) = x_i f ( X i ) = x i 对于所有i ∈ I i \in I i ∈ I ;如果U ∈ L i b a s A ( I ) U \in \mathrm{Libas}_A(I) U ∈ Libas A ( I ) ,f ( U ) f(U) f ( U ) 也称为F F F 的元素,由U U U 派生,用元素x i x_i x i 代替不定式X i X_i X i ,也用U ( ( x i ) i ∈ I ) U((x_i)_{i \in I}) U (( x i ) i ∈ I ) 表示。然后关系器、表示和通用关系器的概念立即转到联想代数;只要替换L i b A ( I ) \mathrm{Lib}_A(I) Lib A ( I ) 一直到L i b a s A ( I ) \mathrm{Libas}_A(I) Libas A ( I ) 就足够了。 由关系族相关的生成的系统 I 定义的通用单位结合律代数 ( R j ) j ∈ J (R_j)_{j \in J} ( R j ) j ∈ J 是( R j ) (R_j) ( R j ) 族生成的双边理想对L i b a s A ( I ) \mathrm{Libas}_A(I) Libas A ( I ) 的商代数。由生成的系统 I I I 、相应的生成的全称单位结合律代数也有类似的定义。我们留给读者的任务是陈述相对于交换结合律代数的类似定义,并用L i b a s c A ( I ) \mathrm{Libasc}_A(I) Libasc A ( I ) 替代L i b a s A ( I ) \mathrm{Libas}_A(I) Libas A ( I ) 。
引用了 1 引用了 命题 7
令 L ′ L' L ′ 为由 I I I 生成的通用单位结合律代数,并服从于 L ′ L' L ′ 的两个元素的每个家庭的恒等式 u v − v u = 0 uv - vu = 0 uv − v u = 0 。可以看出,如*例 2* 所示,L ′ L' L ′ 与L i b a s c A ( I ) \mathrm{Libasc}_A(I) Libasc A ( I ) 是规范同构的。
9. 多项式代数
令B B B 为单位*交换*结合律A A A -代数,并令( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 为B B B 的元素族;由x i x_i x i (i ∈ I i \in I i ∈ I )和单位元生成的B B B 的子代数用A [ ( x i ) i ∈ I ] B A[(x_i)_{i \in I}]_B A [( x i ) i ∈ I ] B 表示,或者在不会引起混淆的情况下简单地用A [ ( x i ) i ∈ I ] A[(x_i)_{i \in I}] A [( x i ) i ∈ I ] 表示。因此,对于每个集合I I I ,代数L i b a s c A ( I ) \mathrm{Libasc}_A(I) Libasc A ( I ) 等于A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] (也用A [ X i ] i ∈ I A[X_i]_{i \in I} A [ X i ] i ∈ I 表示);后一个记号,它的优点是表明记号被选择来表示不定,是我们在本文的其余部分中通常使用的。 A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 的元素称为*不定式中的多项式* X i X_i X i (i ∈ I i \in I i ∈ I ) 系数为 A A A ;按照惯例,当说“让A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 是多项式代数”时,X i X_i X i 总是被理解为不定式。对于I I I 的每个子集J J J ,使用上述记号相当于将L i b a s c A ( J ) \mathrm{Libasc}_A(J) Libasc A ( J ) 与由指标i ∈ J i \in J i ∈ J 的X i X_i X i 生成的L i b a s c A ( I ) \mathrm{Libasc}_A(I) Libasc A ( I ) 的代数进行识别,并且单位元(cf.no. 7,*注(3)*)。对于 I = { 1 , 2 , … , n } I = \{1, 2, \ldots, n\} I = { 1 , 2 , … , n } ,我们写为 A [ X 1 , X 2 , … , X n ] A[X_1, X_2, \ldots, X_n] A [ X 1 , X 2 , … , X n ] 而不是 A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 。
如果I I I 和I ′ I' I ′ 是两个等价的集合,则代数、L i b a s c A ( I ) \mathrm{Libasc}_A(I) Libasc A ( I ) 和L i b a s c A ( I ′ ) \mathrm{Libasc}_A(I') Libasc A ( I ′ ) 是同构的。 A [ X ] A[X] A [ X ] 通常用于表示多项式代数相应的到未指定的索引集合,其中*单个* 元素,X X X 表示唯一的不定式;类似地,A [ X , Y ] A[X, Y] A [ X , Y ] 、A [ X , Y , Z ] A[X, Y, Z] A [ X , Y , Z ] 、... 用于表示未指定索引集合的多项式代数相应的,其中 2、3、... 元素。 注,根据上述约定,如果A ≠ { 0 } A \neq \{0\} A = { 0 } ,则A [ X ] A[X] A [ X ] 和A [ Y ] A[Y] A [ Y ] 适用于例(不同)子代数或A [ X , Y , Z ] A[X, Y, Z] A [ X , Y , Z ] 。
元素
X ν = ∏ i ∈ I X i ν ( i ) ,
X^\nu = \prod_{i \in I} X_i^{\nu(i)},
X ν = i ∈ I ∏ X i ν ( i ) , 其中 ν \nu ν 穿过多项式代数 A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 的 N ( I ) \mathbf{N}^{(I)} N ( I ) 形式基。这些元素在不定式X i X_i X i 中称为*单项式*,数∣ ν ∣ = ∑ i ∈ I ν ( i ) |\nu| = \sum_{i \in I} \nu(i) ∣ ν ∣ = ∑ i ∈ I ν ( i ) 称为单项式X ν X^\nu X ν 的*次数*(或*总计次数*)。 次数 0 的唯一单项式是A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 的单位元;它通常被识别为单位元 1 of A A A 。 A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 的每个多项式 u u u 都可以唯一地写为 u = ∑ ν ∈ N ( I ) α ν X ν
u = \sum_{\nu \in \mathbf{N}^{(I)}} \alpha_\nu X^\nu
u = ν ∈ N ( I ) ∑ α ν X ν 与 α ν ∈ A \alpha_\nu \in A α ν ∈ A ; 元素 α ν \alpha_\nu α ν 、零,除了指标 ν ∈ N ( I ) \nu \in \mathbf{N}^{(I)} ν ∈ N ( I ) 的有限数之外,被称为 u u u 的*系数*; 元素α ν X ν \alpha_\nu X^\nu α ν X ν 被称为u u u 的*项*(元素α ν X ν \alpha_\nu X^\nu α ν X ν 常被称为“X ν X^\nu X ν 中的项”);特别是项α 0 X 0 \alpha_0 X^0 α 0 X 0 (用α 0 ∈ A \alpha_0 \in A α 0 ∈ A 标识)被称为u u u 的*常数项*。如果J J J 是I I I 的子集,u u u 属于到A [ ( X i ) i ∈ J ] A[(X_i)_{i \in J}] A [( X i ) i ∈ J ] 当且仅当α ν = 0 \alpha_\nu = 0 α ν = 0 对于ν ∉ N ( J ) \nu \notin \mathbf{N}^{(J)} ν ∈ / N ( J ) 。由此可见,A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 是子代数A [ ( X i ) i ∈ J ] A[(X_i)_{i \in J}] A [( X i ) i ∈ J ] 的并,其中J J J 贯穿I I I 的有限子集的集合。如果 α ν = 0 \alpha_\nu = 0 α ν = 0 对应 ∣ ν ∣ > n |\nu| > n ∣ ν ∣ > n ,则 u u u 被认为是 次数 ≤ n \leq n ≤ n 的多项式。当α ν = 0 \alpha_\nu = 0 α ν = 0 时,(通过滥用语言)u u u 据说是*包含,在*X ν X^\nu X ν 中没有项;特别是,当 α 0 = 0 \alpha_0 = 0 α 0 = 0 时,u u u 被称为多项式*,没有常数项*。
对于每个*非零*多项式u = ∑ α ν X ν u = \sum \alpha_\nu X^\nu u = ∑ α ν X ν ,u u u 的*次数*(或*总计次数*)是多索引ν \nu ν 的整数∣ ν ∣ |\nu| ∣ ν ∣ 的最大的,使得α ν ≠ 0 \alpha_\nu \neq 0 α ν = 0 。
令F F F 为单位结合A A A 代数,并令( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 为F F F 的元素族,它们是*成对可置换*。由 x i x_i x i 和单位元生成的 F F F 的子代数 F ′ F' F ′ 是可交换的 (§ 1, no. 7),这使得我们能够定义用 x i x_i x i 代替多项式 u ∈ A [ ( X i ) i ∈ I ] u \in A[(X_i)_{i \in I}] u ∈ A [( X i ) i ∈ I ] 中的 X i X_i X i (尽管F F F 不一定是可交换的):u ( ( x i ) i ∈ I ) u((x_i)_{i \in I}) u (( x i ) i ∈ I ) 是F ′ F' F ′ 的元素,因此F F F 和h : u → u ( ( x i ) i ∈ I ) h: u \to u((x_i)_{i \in I}) h : u → u (( x i ) i ∈ I ) 是A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 到F F F 的同态。 h h h 的核的元素是A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 族( x i ) (x_i) ( x i ) 的关系因子,也称为x i x_i x i 之间的*多项式关系因子*(系数在A A A )。 同态 h h h 的像是子代数 F ′ F' F ′ ,也用 A [ ( x i ) i ∈ I ] A[(x_i)_{i \in I}] A [( x i ) i ∈ I ] 表示(即使F F F 不可交换);如果 a a a 是 x i x_i x i 之间的多项式关系器的理想,则有正合序列个 A A A 模
0 ⟶ a ⟶ A [ ( X i ) i ∈ I ] → h A [ ( x i ) i ∈ I ] ⟶ 0.
0 \longrightarrow a \longrightarrow A[(X_i)_{i \in I}] \xrightarrow{h} A[(x_i)_{i \in I}] \longrightarrow 0.
0 ⟶ a ⟶ A [( X i ) i ∈ I ] h A [( x i ) i ∈ I ] ⟶ 0.
令A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 为代数的多项式代数、I I I 的J J J 子集以及K K K I I I 中J J J 的补集。写 A ′ = A [ ( X j ) j ∈ J ] A' = A[(X_j)_{j \in J}] A ′ = A [( X j ) j ∈ J ] 并用 X k ′ X'_k X k ′ (k ∈ K k \in K k ∈ K ) 表示多项式代数 Libasc_{A'}(K) = A'[(X'_k)_{k \in K}] 中的*不定式,则存在唯一的环同构 A'[(X'_k)_{k \in K}] 到 A[(X_i)_{i \in I}],其中重合具有 A' 上的恒等式,并且映射 X'_k 到 X_k 对于所有 k \in K。
被以下引用 1 被以下引用 推论 1(希尔伯特), VIII § 1
显然,A[(X_i)_{i \in I}] 是由 X_k 对于 k \in K 生成的 A' 代数。另一方面,作为 X_k (k \in K) 与 A' 中的系数之间的多项式关系器,可以唯一地写为 ∑ v h v ( ( X j ) j ∈ J ) X v \sum_v h_v((X_j)_{j \in J}) X^v ∑ v h v (( X j ) j ∈ J ) X v ,其中 v 穿过 N ( K ) \mathbf{N}^{(K)} N ( K ) 的有限子集,并且其中h_v 是 A[(X_j)_{j \in J}] 的元素,h_v 必须是 X_j 与 A 中的系数之间的多项式关系器,因此都是零,这证明了命题。
命题 8 中描述的同构通常用于 A[(X_i)_{i \in I}] 的认同元素,其中多项式的系数为 A' = A[(X_j)_{j \in J}]。如果 u 是 A[(X_i)_{i \in I}] 的元素 ≠ 0 \neq 0 = 0 ,则其总次数被视为 A'[(X_k)_{k \in K}] 的元素也称为相对于 X_i 的次数指标 i \in K.
10. 幺半群总数代数
A 上幺半群 S 的代数(如A-模)是有限支撑的族( α s ) s ∈ S (\alpha_s)_{s \in S} ( α s ) s ∈ S 乘积 A S A^S A S 由……组成子模; 乘法在此代数由关系( α s ) ( β s ) = ( γ s ) (\alpha_s)(\beta_s) = (\gamma_s) ( α s ) ( β s ) = ( γ s ) 定义,其中,对于所有s ∈ S s \in S s ∈ S ,
γ s = ∑ t u = s α t β u
\gamma_s = \sum_{tu = s} \alpha_t \beta_u
γ s = t u = s ∑ α t β u
(cf.no. 6,公式(35))。 (38) 右侧的和是有意义的,因为( α s ) (\alpha_s) ( α s ) 和( β s ) (\beta_s) ( β s ) 是有限支撑的族,因此双 ( α t β u ) ( t , u ) ∈ S × S (\alpha_t\beta_u)_{(t,u)\in S\times S} ( α t β u ) ( t , u ) ∈ S × S 也是族。但是,当幺半群S S S 满足以下条件时,(38)的右侧对于A S A^S A S 的*任意*元素( α s ) , β s ) (\alpha_s),\ \beta_s) ( α s ) , β s ) 也有意义:
(D) 对于所有 s ∈ S s\in S s ∈ S ,*仅存在一个有限的数有序对* ( t , u ) (t,u) ( t , u ) 在 S × S S\times S S × S 使得 t u = s tu=s t u = s 。
假设S S S 满足条件(D);然后可以通过公式 (38) 在乘积 A-模 A S A^S A S 上定义乘法律。由此在A S A^S A S 上定义的乘法是A-双线性的,即直接的;它也是*关联的*,因为对于 A S A^S A S 中的 α , β , γ \alpha,\beta,\gamma α , β , γ ,
∑ u v w = t α u β v γ w = ∑ r w = t ( ( ∑ u v = r α u β v ) γ w ) = ∑ u s = t ( α u ( ∑ v w = s β v γ w ) ) .
\sum_{uvw=t} \alpha_u\beta_v\gamma_w = \sum_{rw=t} \left( \left( \sum_{uv=r} \alpha_u\beta_v \right) \gamma_w \right) = \sum_{us=t} \left( \alpha_u \left( \sum_{vw=s} \beta_v\gamma_w \right) \right).
uv w = t ∑ α u β v γ w = r w = t ∑ ( ( uv = r ∑ α u β v ) γ w ) = u s = t ∑ ( α u ( v w = s ∑ β v γ w ) ) .
乘法和 A-模结构在 A S A^S A S 上,因此定义在 A S A^S A S 上,是 A 上的统一*关联代数* 结构;我们可以说,集合A S A^S A S ,再加上结构,就是幺半群S在A上的*总代数*。
直接的,幺半群 S 在 A 上的 代数 A ( S ) A^{(S)} A ( S ) (必要时也称为 S 的*受限代数*)是 S 在 A 上的总代数* 的 子代数 (当 S 有限时与后者相同)。 滥用语言 ,A 上 S 的总代数中的每一个元素( ξ s ) s ∈ S (\xi_s)_{s\in S} ( ξ s ) s ∈ S 也用与 S 的受限代数的元素相同的记号∑ s ∈ S ξ s e s \sum_{s\in S} \xi_s e_s ∑ s ∈ S ξ s e s (甚至∑ s ∈ S ξ s s \sum_{s\in S} \xi_s s ∑ s ∈ S ξ s s )表示;当然,这个记号对应中出现的求和符号没有代数运算,因为它一般是项≠ 0 \neq 0 = 0 的*无穷大*。有了这个记号,S的总代数中的乘法也由no. 6的公式(35)给出。
如果 S 是可交换的,那么它的总代数 A S A^S A S 也是可交换的。如果 T 是 S 的子幺半群,则幺半群的总代数 A T A^T A T 规范地与 S 的总代数中的子代数一致。如果 ρ : A → B \rho : A \to B ρ : A → B 是环同态,则规范化扩张ρ S : A S → B S \rho^S : A^S \to B^S ρ S : A S → B S 是A上S的总代数到B上S的总代数的A同态,其中扩展典范同态A ( S ) → B ( S ) A^{(S)} \to B^{(S)} A ( S ) → B ( S ) 。
11. 正式幂级数超过交换环
对于每个集合 I,加法幺半群N ( I ) N^{(I)} N ( I ) 满足条件 (D) of no. 10;例如,如果 I 的有限子集 H 中的 s = ( n i ) i ∈ I s = (n_i)_{i\in I} s = ( n i ) i ∈ I 与 n i = 0 n_i = 0 n i = 0 除外指标 i i i ,则关系 s = t + u s = t + u s = t + u 与 t = ( p i ) i ∈ I t = (p_i)_{i\in I} t = ( p i ) i ∈ I 和 u = ( q i ) i ∈ I u = (q_i)_{i\in I} u = ( q i ) i ∈ I 等价于 p i + q i = n i p_i + q_i = n_i p i + q i = n i 对于所有i i i ;但这意味着 i ∉ H i \notin H i ∈ / H 为 p i = q i = 0 p_i = q_i = 0 p i = q i = 0 ,p i ≤ n i , q i ≤ n i p_i \leq n_i, q_i \leq n_i p i ≤ n i , q i ≤ n i 为 i ∈ H i \in H i ∈ H ;因此,N ( I ) N^{(I)} N ( I ) 中有∏ i ∈ H ( n i + 1 ) \prod_{i\in H} (n_i + 1) ∏ i ∈ H ( n i + 1 ) 有序对( t , u ) (t, u) ( t , u ) ,使得t + u = s t + u = s t + u = s 。
因此,我们可以考虑幺半群N ( I ) \mathbf{N}^{(I)} N ( I ) 超过A A A 的总代数,其中包含是该幺半群的(受限)代数A [ X i ] i ∈ I A[\mathbf{X}_i]_{i \in I} A [ X i ] i ∈ I 。它是不定式X i ( i ∈ I ) X_i \ (i \in I) X i ( i ∈ I ) 中形式幂级数的单位交换结合律代数,称为代数,系数在A A A 中,并用A [ [ X i ] ] i ∈ I A[[\mathbf{X}_i]]_{i \in I} A [[ X i ] ] i ∈ I 表示;它的元素在不定式X i ( i ∈ I ) X_i \ (i \in I) X i ( i ∈ I ) 中称为形式幂级数,系数为A A A 。按照no. 10中制定的惯例,这样的元素( α v ) v ∈ N ( I ) (\alpha_v)_{v \in \mathbf{N}^{(I)}} ( α v ) v ∈ N ( I ) 也表示为∑ v ∈ N ( I ) α v X v \sum_{v \in \mathbf{N}^{(I)}} \alpha_v X^v ∑ v ∈ N ( I ) α v X v ; α v \alpha_v α v 是形式幂级数的系数,α v X v \alpha_v X^v α v X v 是项的系数;因此,X i X_i X i 中的多项式是形式的幂级数,其中只有有限的数项 ≠ 0 \neq 0 = 0 。
显然,代数同构A [ [ X i ] ] i ∈ I 1 → A [ [ X i ] ] i ∈ I 2 A[[\mathbf{X}_i]]_{i \in I_1} \to A[[\mathbf{X}_i]]_{i \in I_2} A [[ X i ] ] i ∈ I 1 → A [[ X i ] ] i ∈ I 2 规范地源自每个双射σ : I 1 → I 2 \sigma : I_1 \to I_2 σ : I 1 → I 2 ,由映射正式的幂级数∑ ( n i ) α ( n i ) ⋅ ∏ i ∈ I 1 X i n i \sum_{(n_i)} \alpha_{(n_i)} \cdot \prod_{i \in I_1} X_i^{n_i} ∑ ( n i ) α ( n i ) ⋅ ∏ i ∈ I 1 X i n i 到正式的幂级数∑ ( n i ) α ( n i ) ⋅ ∏ i ∈ I 1 X σ ( i ) n i \sum_{(n_i)} \alpha_{(n_i)} \cdot \prod_{i \in I_1} X_{\sigma(i)}^{n_i} ∑ ( n i ) α ( n i ) ⋅ ∏ i ∈ I 1 X σ ( i ) n i 。
设J J J 为I I I 的子集; 代数 A [ [ X i ] ] i ∈ J A[[\mathbf{X}_i]]_{i \in J} A [[ X i ] ] i ∈ J 可以与正式幂级数 ∑ ( n i ) α ( n i ) ⋅ ∏ i ∈ I X i n i \sum_{(n_i)} \alpha_{(n_i)} \cdot \prod_{i \in I} X_i^{n_i} ∑ ( n i ) α ( n i ) ⋅ ∏ i ∈ I X i n i 的A [ [ X i ] ] i ∈ I A[[\mathbf{X}_i]]_{i \in I} A [[ X i ] ] i ∈ I 由……组成的子代数进行识别,其中α ( n i ) = 0 \alpha_{(n_i)} = 0 α ( n i ) = 0 对于每个元素 ( n i ) ∈ N ( I ) (n_i) \in \mathbf{N}^{(I)} ( n i ) ∈ N ( I ) 使得n i ≠ 0 n_i \neq 0 n i = 0 至少一个指标 i ∈ I − J i \in I - J i ∈ I − J 。此外,如果 K = I − J K = I - J K = I − J 、A [ [ X i ] ] i ∈ I A[[\mathbf{X}_i]]_{i \in I} A [[ X i ] ] i ∈ I 被规范地标识为 ( A [ [ X j ] ] j ∈ J ) [ [ X k ] ] k ∈ K (A[[\mathbf{X}_j]]_{j \in J})[[\mathbf{X}_k]]_{k \in K} ( A [[ X j ] ] j ∈ J ) [[ X k ] ] k ∈ K ,则通过将形式幂级数 ∑ ( n i ) α ( n i ) ⋅ ∏ i ∈ I X i n i \sum_{(n_i)} \alpha_{(n_i)} \cdot \prod_{i \in I} X_i^{n_i} ∑ ( n i ) α ( n i ) ⋅ ∏ i ∈ I X i n i 与形式幂级数 ∑ ( m k ) β ( m k ) ⋅ ∏ k ∈ K X k m k \sum_{(m_k)} \beta_{(m_k)} \cdot \prod_{k \in K} X_k^{m_k} ∑ ( m k ) β ( m k ) ⋅ ∏ k ∈ K X k m k 进行标识,其中
β ( m k ) = ∑ ( p j ) γ ( p j ) ⋅ ∏ j ∈ J X j p j
\beta_{(m_k)} = \sum_{(p_j)} \gamma_{(p_j)} \cdot \prod_{j \in J} X_j^{p_j}
β ( m k ) = ( p j ) ∑ γ ( p j ) ⋅ j ∈ J ∏ X j p j 其中γ ( p j ) = α ( n i ) \gamma_{(p_j)} = \alpha_{(n_i)} γ ( p j ) = α ( n i ) 代表序列( n i ) (n_i) ( n i ) ,n i = p i n_i = p_i n i = p i 代表i ∈ J i \in J i ∈ J ,n i = m i n_i = m_i n i = m i 代表i ∈ K i \in K i ∈ K 。
给定一个正式的幂级数u = ∑ v α v X v u = \sum_v \alpha_v X^v u = ∑ v α v X v 、项α v X v \alpha_v X^v α v X v ,使得∣ v ∣ = p |v| = p ∣ v ∣ = p 在总次数p p p 中的u u u 中被称为项。正式的幂级数u p u_p u p ,其总次数p p p 中的项是u u u 的项,而其他项是零,称为齐次部分 u u u 共次数 p p p ;当I I I 有限时,u p u_p u p 是所有p p p 的多项式; u 0 u_0 u 0 与A A A 的元素相同(也称为u u u 的常数项)。如果u u u 和v v v 是两个形式幂级数和w = u v w = uv w = uv ,那么
w p = ∑ r = 0 p u r v p − r
w_p = \sum_{r=0}^p u_r v_{p-r}
w p = r = 0 ∑ p u r v p − r 每整数 p ≥ 0 p \geq 0 p ≥ 0 。
对于每个正式的幂级数u ≠ 0 u \neq 0 u = 0 ,最小的整数p ≥ 0 p \geq 0 p ≥ 0 使得u p ≠ 0 u_p \neq 0 u p = 0 被称为u u u 的总阶(或简称为阶)。如果这个阶用ω ( u ) \omega(u) ω ( u ) 表示并且u u u 和v v v 是两个形式的幂级数≠ 0 \neq 0 = 0 ,那么
ω ( u + v ) ≥ inf ( ω ( u ) , ω ( v ) ) if u + v ≠ 0 ω ( u v ) ≥ ω ( u ) + ω ( v ) if u v ≠ 0.
\omega(u + v) \geq \inf(\omega(u), \omega(v)) \quad \text{if } u + v \neq 0 \\
\omega(uv) \geq \omega(u) + \omega(v) \quad \text{if } uv \neq 0.
ω ( u + v ) ≥ inf ( ω ( u ) , ω ( v )) if u + v = 0 ω ( uv ) ≥ ω ( u ) + ω ( v ) if uv = 0.
进一步,如果ω ( u ) ≠ ω ( v ) \omega(u) \neq \omega(v) ω ( u ) = ω ( v ) ,则u + v ≠ 0 u + v \neq 0 u + v = 0 必然与(40)的两侧相等。
注 0 的阶 未定义 。 By an abuse of language, it is a convention to say that "f is a formal power series of order ≥ p \geq p ≥ p (resp. > p > p > p )" if the homogeneous part of f of degree n is zero for all n < p n < p n < p (resp. n ≤ p n \leq p n ≤ p ); 0 is therefore a "formal power series of order > p > p > p " for every integer p ≥ 0 p \geq 0 p ≥ 0 .
令J为I的子集,并让A [ [ X i ] ] i ∈ I A[[X_i]]_{i \in I} A [[ X i ] ] i ∈ I 如上与B [ [ X k ] ] k ∈ K B[[X_k]]_{k \in K} B [[ X k ] ] k ∈ K 相同,其中K = I − J K = I - J K = I − J 和B = A [ [ X j ] ] j ∈ J B = A[[X_j]]_{j \in J} B = A [[ X j ] ] j ∈ J ; 相应的对上述定义适用于B [ [ X k ] ] k ∈ K B[[X_k]]_{k \in K} B [[ X k ] ] k ∈ K ,新增定义用于正式幂级数u ∈ A [ [ X i ] ] i ∈ I u \in A[[X_i]]_{i \in I} u ∈ A [[ X i ] ] i ∈ I ; 项α ( n i ) ⋅ ∏ i ∈ I X i n i \alpha_{(n_i)} \cdot \prod_{i \in I} X_i^{n_i} α ( n i ) ⋅ ∏ i ∈ I X i n i 据说是指标的X i X_i X i *i ∈ K i \in K i ∈ K 中的*次数p如果∑ i ∈ K n i = p \sum_{i \in K} n_i = p ∑ i ∈ K n i = p 和B [ [ X k ] ] k ∈ K B[[X_k]]_{k \in K} B [[ X k ] ] k ∈ K 的正式幂级数与相同的项次数p p p 与u u u 一样,其他零*被称为指标*i ∈ K i \in K i ∈ K 的X i X_i X i 中次数p的齐次部分。如果u ≠ 0 u \neq 0 u = 0 ,则指标i ∈ K i \in K i ∈ K 相对于X i X_i X i 的*阶*ω K ( u ) \omega_K(u) ω K ( u ) 是整数p ≥ 0 p \geq 0 p ≥ 0 的最小的,使得u u u 的齐次部分为指标 i ∈ K i \in K i ∈ K 的X i X_i X i 中的次数 p p p 是≠ 0 \neq 0 = 0 。当 ω \omega ω 被 ω K \omega_K ω K 替代时,不等式 (40) 和 (41) 仍然成立。
习题
参见习题为 § 2 。