Bourbaki marks this one as harder than the rest.
令 V 为具有基 e1,…,el 的复希尔伯特空间。对于1≤i≤l,令si为酉伪反射,有向量ei,使得si(ei)=ciei,有ci=1; V的元素在si下不变,当且仅当它与ei正交。令 W 为由 si 生成的 GL(V) 的子群。
a) 设i为整数≥1。证明 W 下 ⋀iV 不变量的每个元素都是零。 (通过l上的归纳论证;如果V′是由e1,…,el−1生成的V的子空间,并且如果e是与V′正交的非零向量,则任意元素 ⋀iV可以写成形式a+(b∧e),a∈⋀iV′和b∈⋀i−1V′;如果a+(b∧e)在W下不变,a和b在子群W′下不变s1,…,sl−1、归纳假设适用。)
b) 假设 W 是*有限*。通过使用 a) 证明,对于 V 的任意自同态 A,
w∈W∑det(A−w)=Card(W)⋅det(A)
w∈W∑det(1−Aw)=Card(W).
推出,对于任何A∈End(V),都存在w∈W,使得Aw没有非零固定的点。
c) 设Γ为顶点集合为{1,l}的图,箭头为集合{i,j},使得ei和ej不正交。证明 V 是一个简单的 W 模当且仅当 Γ 连接且非空。
d) 假设 V 是一个简单的 W 模块。证明 W-模块 ⋀iV (0≤i≤l) 很简单。 (证明存在整数 j,使得图Γ−{j}是连通的。通过归纳对l进行论证,并将归纳假设应用于由ei,i=j生成的子空间V′。)证明这些模是成对非同构6。