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§ 4。中央过滤
1. 真正的过滤
设G为群。对G的真正过滤是G的子群的(Gα)α∈R族,使得
Gα=β<α⋂Gβfor all α∈R.
公式 (1) 意味着 β<α 为 Gα⊂Gβ,因此族 (Gα) 是 递减。如果⋂αGα约化到单位元素,则过滤(Gα)称为*分离*,如果G=⋃αGα,则称为*详尽*。
2. Order function
设 G 为群,其中单位元素 e。令(Gα)为G的真实过滤。对于G中的所有x,令Ix表示实数α中的集合,使得x∈Gα。如果α∈Ix和β<α,则β∈Ix,因此Ix是一个区间(*一般拓扑*,章IV, § 2, no. 4,命题1)。使用关系 (1),我们看到当它是有限的时,Ix 包含是最小的上界。因此Ix等于形式]−∞,v(x)]∩R和v(x)∈R;我们有v(x)=sup{α∣x∈Gα}。
G的映射v进入R称为与实际过滤(Gα)相关的*阶函数*,v(x)称为x的*阶*。这个映射有以下性质:
(a) 对于x∈G和α∈R,关系x∈Gα和v(x)≥α是等价的。
(b) 对于G中的x,y,
v(x−1)=v(x),v(e)=+∞. v(xy)≥inf(v(x),v(y)).
此外,如果 v(x)>v(y),则 (3) 中我们有等式。
(c) 对于所有α∈R,令Gα+表示x∈G的集合,使得v(x)>α。那么 Gα+=⋃β>αGβ,特别是 Gα+ 是子群的 G。
相反,令v为G的映射代入R满足关系(2)和(3)。对于所有α∈R,令Gα为x∈G的集合,使得v(x)≥α。那么(Gα)α∈R是G的真实过滤,v是与该过滤相关的阶函数。
为了使过滤(Gα)成为整体,将v映射G转化为Z∪{+∞,−∞}是必要且充分的。为了使其详尽(或分离),−v−1(−∞)=∅(或−v−1(+∞)={ϵ})是必要且充分的。
令A为K-代数(分别为单位K-代数)。综上所述,关系
"x∈Aα⇔v(x)≥αfor x∈A and α∈R"
定义双射 / 集合详尽的真实过滤(Aα)α∈R 与代数(分别为单元代数)结构于A 到集合于映射 v:A→R 不采用值 −∞ 和满足公理 (4) 至 (7)(分别为 (4) 至 (8)):
(4)
v(x+y)≥inf(v(x),v(y))(x,y in A) (5) v(−x)=v(x)(x∈A) (6) v(λx)≥v(x)(λ∈K,x∈A) (7) v(xy)≥v(x)+v(y)(x,y in A) (8) v(1)≥0.
3. 分级代数与过滤代数相关
令 G 成为具有真实过滤 (Gα)α∈R 的*可交换* 群。正如之前我们写的
Gα+=β>α⋃Gβ;
显然 Gα+ 是 Gα 中的子群。我们写 grα(G)=Gα/Gα+ 并且
gr(G)=α∈R⨁grα(G).
与过滤后的群* G 伴随的 *分级群为群 gr(G),其自然分级为型 R。
4. 群中央过滤
令 G 为群。如果 Gα 的元素 x 的 G=⋃α>0Gα 和换位子 (x,y)=x−1y−1xy 以及 Gβ 属于到 Gα+β 的元素 y,G 上的实过滤 (Gα) 称为中心过滤。
引用了 2 · 被以下引用 1
引用了 A I § 6. 。 扩张,可溶解群,惰性群, TG III § 1. 群上的拓扑
被以下引用 命题 7, III § 7
在阶函数v的项中,上面的定义翻译成关系
v(x)>0,v((x,y))≥v(x)+v(y)for all x,y in G. 我们推导出 v((x,y))>v(x) if v(x)=+∞;如果我们写 xy=y−1xy (cf. 代数, 章 I, § 6, no. 2),那么 xy=x.(x,y), 从而 v(xy)=v(x). 这个关系表达了G的子群Gα中的每一个都是正规的。 e 的拓扑的 Gα 形式邻域的基本系统与 G 上的群结构兼容(一般拓扑、章 III, § 1, no. 2、例)据说是由过滤(Gα)定义。
在本编号的其余部分中,G 表示群,带有中央过滤(Gα)。对于所有 α∈R,我们 G 的定义子群 Gα+
Gα+=β>α⋃Gβ. 特别是 Gα+=Gα=G 对应 α≤0。回想一下,如果 A 和 B 是 G 的两个子群,则 (A, B) 表示由换位子 (a,b) 与 a∈A 和 b∈B 生成的 G 的子群。有了这个记号我们就有了公式 (Gα,Gβ)⊂Gα+β (Gα+,Gβ+)⊂Gα+β+ (G,Gα)⊂Gα+. 根据 (14),对于所有 α∈R,Gα+ 是 Gα 的正常子群,并且商群 grα(G)=Gα/Gα+ 是可交换的。我们写 gr(G)=⨁α∈Rgrα(G) 并给这个群型 R 的毕业,其中grα(G) 由次数 α 的元素组成。然后grα(G)={0}换α≤0。
(i) 设 α,β 在 R 中。存在双加法映射
ϕαβ:grα(G)×grβ(G)→grα+β(G)
引用了 1
引用了 A I § 6. 。 扩张,可溶解群,惰性群
其中映射(xGα+,yGβ+)到(x,y)Gα+β+。
(ii) 设ϕ为gr(G)×gr(G)到gr(G)的双加法映射,对于每个有序对(α,β),限制到grα(G)×grβ(G)是ϕαβ。 映射ϕ给出gr(G)一个谎言Z-代数结构。
(i) 回忆身份
(xx′,y)=(x,y)x′(x′,y)
对于G中的x,x′,y(*代数*、章I, § 6, no. 2、公式(4之二))。
对于x∈Gα和y∈Gβ,Gα+β的元素(x,y)对Gα+β+取模类将表示为f(x,y)。对于Gα+β中的a和G中的x′、a−1.ax′=(a,x′)∈Gα+β+;特别地,f(x,y)等于类对Gα+β+对(x,y)x′取模。 公式 (15) 因此意味着
f(xx′,y)=f(x,y)f(x′,y).
现在(y,x)=(x,y)−1,从而
f(y,x)=f(x,y)−1.
由(16)和(17)我们推导出
f(x,yy′)=f(x,y)f(x,y′).
我们必须证明映射 f:Gα×Gβ→grα+β(G) 定义取商映射 ϕαβ:grα(G)×grβ(G)→grα+β(G)。由(16)和(18)足以证明f(x,y)=0如果x∈Gα+或y∈Gβ+,这是从(13')得出的。
(ii) 作为 (x,x)=e,从 (17) 可以得出 ϕ 是交错的 Z-双线性映射。因此,还需要证明,对于 u∈grα(G)、v∈grβ(G) 和 w∈grγ(G),
ϕ(u,ϕ(v,w))+ϕ(v,ϕ(w,u))+ϕ(w,ϕ(u,v))=0.
令x∈Gα,y∈Gβ和z∈Gγ为元素,分别代表u,v和w。我们知道xy和x是Gα的两个元素,它们对模Gα+全等,因此xy是Gα中u的代表;由于(y,z)是Gβ+γ中ϕ(v,w)的代表,我们看到(xy,(y,z))是Gα+β+γ中ϕ(u,ϕ(v,w))的代表。通过循环置换,我们看到(yz,(z,x))和(zx,(x,y))分别代表Gα+β+γ中的ϕ(v,ϕ(w,u))和ϕ(w,ϕ(u,v))。 关系 (19) 则为以下恒等式的推论 (代数, 章 I, § 6, no. 2, 公式 (15)):
(xy,(y,z)).(yz,(z,x)).(zx,(x,y))=e.
命题 1 中定义的李代数 gr(G) 超过 Z 称为与过滤后的群* G 伴随的*分级李代数。
5. 中央过滤的例
令 A 为单位结合律代数,并带有单位代数过滤 (Aα),使得 A0=A;那么Aα是所有α∈R的A的双面理想。让A∗表示A的可逆元中的乘法群。对于所有α>0,令Γα表示x∈A∗的集合,使得x−1∈Aα;我们将β≤0写为Γ=⋃α>0Γα和Γβ=Γ。
集合Γ是A∗的子群,(Γα)是Γ的中央过滤。
被以下引用 2
被以下引用 注, 引理 1, II § 5
Γ=⋃α>0Γα由构造和关系Γα=⋂β<αΓβ遵循Aα=⋂β<αAβ。
我们证明Γα是A∗的子群。现在1∈Γα;令x,y位于Γα、从而x−1∈Aα,y−1∈Aα中。由于Aα是A的双面理想,公式
(21)xy−1=(x−1)(y−1)+(x−1)+(y−1), (22)x−1−1=−x−1(x−1), 意味着
xy−1∈Aα和
x−1−1∈Aα,从而
xy∈Γα和
x−1∈Γα。
作为Γ=⋃α>0Γα,这是A∗的子群。
最后让α>0,β>0,x∈Γα和y∈Γβ。设x−1=ξ和y−1=η。然后
(23)(x,y)−1=x−1y−1(ξη−ηξ); 由假设、
ξ∈Aα 和
η∈Aβ、从而
ξη−ηξ∈Aα+β。因为
Aα+β是
A、
(x,y)−1∈Aα+β、从而
(x,y)∈Γα+β的双面理想。
(i) *对于所有α∈R,存在唯一群同态gα:grα(G)→grα(A),其中映射类对元素a∈Gα模Gα+到类对ρ(a)−1模Aα+。
被以下引用 2
被以下引用 命题 2, II § 5, 定理 3, II § 5
(ii) 令 g 为 gr(G) 到 gr(A) 的群同态,其中限制到 gr_\alpha(G) 是所有 α 的 g_\alpha。 映射 g 是李 \mathbf{Z}-代数的单同态。
(i) 令 α > 0。通过假设,对于 G_\alpha 中的所有 a,\rho(a) - 1 \in A_\alpha;设 p_\alpha(a) 表示 \rho(a) - 1 模 A_\alpha^+ 的类。由于 A_{2\alpha} \子集 A_\alpha^+,关系 (25) 意味着 p_\alpha(ab) = p_\alpha(a) + p_\alpha(b)。那么 a \in G_\alpha^+ 当且仅当 \rho(a) - 1 \in A_\alpha^+;因此 G_\alpha^+ 是 G_\alpha 的核同态 p_\alpha 到 gr_\alpha(A) 中。在经过上求商 p_\alpha,然后将 gr_\alpha(G) 的定义单同态 g_\alpha 代入 gr_\alpha(A)。
对于 \alpha \leq 0,gr_\alpha(G) = \{0\} 且唯一的选择是 g_\alpha = 0。
(ii) 由于 g_\alpha 对于所有实数 α 都是单射的,因此 g 是单射的。我们证明 g 是李代数同态。由于 gr_\alpha(G) = \{0\} 对于 \alpha \leq 0,只需建立公式
pα+β((a,b))=[pα(a),pβ(b)]
对于 α > 0,β > 0,G_alpha 中的 rightarrow 和 G_beta 中的 b,由 (26) 得出。
6. 整体中央过滤
回想一下 (no. 1, 注),如果对于每个整数 n 且所有 \alpha \in \{n-1, n\} 都有 G_\alpha = G_n,则群 G 上的过滤 (G_\alpha) 称为积分。在群 G 上给予积分中央过滤相当于给予 G 满足条件的子群序列 (G_n)_{n \geq 1}
(i) \quad G_1 = G (ii) \quad G_n \supset G_{n+1} \quad \text{对于所有 } n \geq 1 (iii)(Gm,Gn)⊂Gm+n 代表 m≥1 和 n≥1。
对于每个整数 n \geq 1,G_n 是 G 的正规子群,并且商 gr_n(G) = G_n/G_{n+1} 是可交换的。在求商时, 映射 (x, y) \mapsto (x, y) = x^{-1}y^{-1}xy of G_m \times G_n into G_{m+n} 允许我们在 gr(G) = \bigoplus_{n \geq 1} gr_n(G) 上定义分级李代数结构型 \mathbf{N} 超过环 \mathbf{Z}。
回想一下 (代数, 章 I, § 6, no. 3, 定义 5),群 G 的下中心级数定义为
C1G=G,Cn+1=(G,CnG)for n≥1.
相应的过滤称为G的下中心过滤。
(ii) 如果 (G_n)_{n \in \mathbf{N}^*} 是 G 上的积分中心过滤,则对于所有 n \in \mathbf{N}^* C^nG \子集 G_n。
断言(i)已在代数、章I, § 6, no. 3、公式(7)中得到证明。
我们通过 n 上的归纳证明 (ii); C^1G = G = G_1;对于 n > 1,
CnG=(G,Cn−1G)⊂(G,Gn−1)⊂Gn.
令 G 为群,gr(G) 为与 G 上的较低中心过滤相关的分级李Z-代数。然后 gr(G) 由 gr1(G)=G/(G,G) 生成。
引用了 1 · 被以下引用 2
引用了 II § 2. 。免费李代数
被以下引用 习题 7, § 4, 定理 3, II § 5
令L为gr1(G)生成的gr(G)的谎言子代数;我们证明,L⊃grn(G)乘以归纳在n上,断言对于n=1来说是微不足道的。假设n>1和L⊃grn−1(G)。由于 gr(G) 上 CnG=(G,Cn−1G)、构造的李代数律立即表明
grn(G)=[gr1(G),grn−1(G)]⊂L.
上述证明表明李代数gr(G) (§ 2, no. 7)的下中心级数由下式给出
Cn(gr(G))=m≥n∑grm(G).
习题
在下面的习题中,字母G表示群。
参见习题为 § 4。