Bourbaki

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§ 5。可分解线性李代数

在本段中,假设kk的特征为0。我们用V表示有限维向量空间。

1. 可分解线性李代数

定义 1 00WG

设g\mathfrak{g}是gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的谎言子代数。那么 g\mathfrak{g} 被认为是可分解的,如果 g\mathfrak{g} 包含半单并且它的每个元素的幂零分量(代数,第 VII, §5, no. 8)。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 A VII § 5. 。 自同态 / 向量空间

被以下引用 定义 1, VIII § 10

例 1 00WH

令V′V'和V′′V''为V的向量子空间,使得V′′⊃V′V''\supset V'。 x∈gl(V)x\in \mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的集合使得x(V′′)⊂V′x(V'')\subset V'是gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的可分解谎言子代数;事实上,对于所有x∈glx\in \mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)、半单和xx的幂零分量都是形式、P(x)P(x)和Q(x)Q(x),其中P和Q是没有常数项的多项式。

被以下引用 1

被以下引用 命题 3

例 2 00WI

假设V有代数结构。 V 的推导的集合是 gl(V)(\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) (§1, no. 1 的可分解谎言子代数,命题 4 (ii))。

引用了 1

引用了 命题 4, VII § 1

例 3 01KQ

更一般地,可以证明 GL(V)\mathbf{G}\mathbf{L}(V) 的任何代数子群的李代数都是可分解的。\

命题 1 00WJ

令g\mathfrak{g}为gl(V),x∈g,s\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V),x\in \mathfrak{g},s和nn半单的可分解李子子代数以及xx的幂零分量。

引用了 4

引用了 引理 2, I § 5, 定理 4, I § 6, 推论 1, I § 6, 推论 3, I § 6

(i) adgx_{\mathfrak{g}}x的半单和幂零分量分别是adgs_{\mathfrak{g}}s和adgn_{\mathfrak{g}}n。

(ii) xx 在 g\mathfrak{g} 中是正则的当且仅当 ss 是。

(iii) 如果g′\mathfrak{g}'是gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)包含g\mathfrak{g}的子代数,则g\mathfrak{g}扩展的每个初等自同构到g′\mathfrak{g}'的初等自同构。

输入a=gl(V)\mathfrak{a}=\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)。由章。 adax_{\mathfrak{a}}x的I, §5, no. 4、引理2、半单和幂零分量是adas_{\mathfrak{a}}s和adan_{\mathfrak{a}}n;由此得出断言 (i)。我们推导出adgx_{\mathfrak{g}}x和adgs_{\mathfrak{g}}s的特征多项式是相同的;因此(ii)。如果 adgx_{\mathfrak{g}}x 幂零的,则 adgx=_{\mathfrak{g}}x= adgn_{\mathfrak{g}}n,因此 adg′n_{\mathfrak{g}'}n 扩展 adgx_{\mathfrak{g}}x,并且 nn 是 g′\mathfrak{g}' 的幂零元,因此 (iii)。

设g\mathfrak{g}是gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的谎言子代数。我们知道(第 I, §6, no. 5,第 4 章)以下条件是等效的:

(i) g\mathfrak{g}的身份表示是半单;

(ii) g\mathfrak{g} 是约数,g\mathfrak{g} 中心的每元素是半单自同态。

这些条件实际上相当于以下内容:

(iii) g\mathfrak{g} 是gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 中的约子代数。

事实上,(i) =⇒=\Rightarrow (iii) 由第 1 章提供。 I, §6, no. 5,科。 3 Th。 4,和(iii)=⇒=\Rightarrow(i)章。 I, §6, no. 6,科。提案 7 的第 1 条。我们将证明,如果 g\mathfrak{g} 满足这些条件,则 g\mathfrak{g} 是可分解的。更一般地说:

命题 2 00WK

令 g\mathfrak{g} 为 gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 中 gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 约简的谎言子代数,E 为有限维向量空间,E 上 g\mathfrak{g} 的 π:g→gl(E)\pi :\mathfrak{g}\rightarrow \mathfrak{g}\mathfrak{l}(E) 半单线性表示。则:

引用了 4 · 被以下引用 5

引用了 推论, A VII § 5, I § 6. 。 半单李代数, 推论, I § 6, 命题 4, I § 6

被以下引用 命题 3, 定理 1, 推论 2, 定理 2, 定理 1, VIII § 10

(i) g\mathfrak{g} 和 π(g)\pi (\mathfrak{g}) 是可分解的。

(ii) The semi-simple (resp. nilpotent) elements of π(g)\pi (\mathfrak{g}) are the images under π\pi of the semi-simple (resp. nilpotent) elements of g\mathfrak{g}.

(iii) If h\mathfrak{h} is a decomposable subalgebra of gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) contained in g,π(h)\mathfrak{g},\pi (\mathfrak{h}) is a decomposable subalgebra of gl(E)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(E).

(iv) 如果h′\mathfrak{h}'是gl(E),π−1(h′)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(E),\pi^{-1}(\mathfrak{h}')的可分解的子代数,则子代数是gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的可分解的子代数。

令s=[g,g]\mathfrak{s}= [\mathfrak{g},\mathfrak{g}]且c\mathfrak{c}为g\mathfrak{g}的中心。 然后是g=s×c\mathfrak{g}=\mathfrak{s}\times \mathfrak{c}和π(g)=\pi (\mathfrak{g}) =π(s)×π(c)\pi (\mathfrak{s})\times \pi (\mathfrak{c})。 I, §6, no. 4,科。提案 5。 让y∈s,z∈c,ysy\in \mathfrak{s}, z\in \mathfrak{c}, y_s和yny_n半单以及yy的幂零分量。 那么ys,yn∈sy_s, y_n\in \mathfrak{s}(第I, §6, no. 3章,提案33),ys+z,y_s+z是半单(代数,第VII, §5, no. 7章,第16号提案的Cor.),并且yny_n与ys+zy_s+z通勤。 因此,半单和y+zy+z的幂零分量是ys+zy_s+z和yny_n。 因此,g\mathfrak{g}是可分解的。 由于 π(g)\pi (\mathfrak{g}) 在 gl\mathfrak{g}\mathfrak{l}(E) 中是可还原的,因此相同的论证适用于 π(g)\pi (\mathfrak{g}) 并表明 π(g)\pi (\mathfrak{g}) 是可分解的。 此外,g\mathfrak{g}(或π(g)\pi (\mathfrak{g}))的幂零元是s\mathfrak{s}(或π(s)\pi (\mathfrak{s}))的幂零元。 因此,π(g)\pi (\mathfrak{g})的幂零元是g\mathfrak{g}的幂零元的π\pi下的像(第I, §6, no. 3章,第4条命题)。 The semi-simple elements of g\mathfrak{g} (resp. π(g)\pi (\mathfrak{g})) are the sums of the semi-simple elements of s\mathfrak{s} (resp. π(s)\pi (\mathfrak{s})) and the elements of c\mathfrak{c} (resp. π(c)\pi (\mathfrak{c})). 因此,π(g)\pi (\mathfrak{g})的半单元素是像在半单元素的π\pi之下,g\mathfrak{g}(第I章,前述)。 因此(ii)。

断言 (iii) 和 (iv) 紧随 (i) 和 (ii) 之后。

注 1 00WL

π\pi 上的半单纯性假设相当于说,对于所有x∈cx\in \mathfrak{c},π(x)\pi (x) 是半单。 注,当通过连续应用以下运算:张量积、通向对偶、子表示、商、直和,从恒等式表示g→gl(V)\mathfrak{g}\rightarrow \mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)获得π\pi时,满足假设。

注 2 00WM

设g⊂gl\mathfrak{g}\subset \mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)、g′⊂gl(V′)\mathfrak{g}'\subset \mathfrak{g}\mathfrak{l}(V')为可分解李代数、φ\varphi同构,从g\mathfrak{g}到g′\mathfrak{g}'。 注 φ\varphi 不一定是 g\mathfrak{g} 的变换半单(幂幂)元素到半单(幂幂)元素 g′\mathfrak{g}'(练习 2)。然而,如果g\mathfrak{g}是半单(第I, §6, no. 3章,第3章),就会出现这种情况。

引用了 2

引用了 定理 3, I § 6, 习题 2, § 5

命题 3 00WN

令a\mathfrak{a}为gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的可分解谎言子代数,并令b\mathfrak{b}和c\mathfrak{c}为gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的向量子空间,使得b⊂c\mathfrak{b}\subset \mathfrak{c}。令a′\mathfrak{a}'为x∈ax\in \mathfrak{a}的集合,使得[x,c]⊂b[x,\mathfrak{c}]\subset \mathfrak{b}。那么a′\mathfrak{a}'是可分解的。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 例 1, 命题 2

被以下引用 习题 11, § 5, 推论 1, 命题 4

把g=gl(V)\mathfrak{g}=\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V); z∈gl(g)z\in \mathfrak{g}\mathfrak{l}(\mathfrak{g})的gl(g)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(\mathfrak{g})由……组成的子代数h′\mathfrak{h}'使得z(c)⊂bz(\mathfrak{c})\subset \mathfrak{b}可分解(例1)。令π:g→gl(g)\pi :\mathfrak{g}\rightarrow \mathfrak{g}\mathfrak{l}(\mathfrak{g})为g\mathfrak{g}的伴随表示。应用于 π\pi 的命题 2 (iv) 表明 π−1(h′)\pi^{-1}(\mathfrak{h}') 是可分解的。因而a′=a∩π−1(h′)\mathfrak{a}'=\mathfrak{a}\cap \pi^{-1}(\mathfrak{h}')也是如此。

推论 1 00WO

如果a\mathfrak{a}是gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的可分解谎言子代数,并且n\mathfrak{n}是a\mathfrak{a}的谎言子代数,则a\mathfrak{a}中n\mathfrak{n}的归一化器(或中心化器)是可分解的。

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 命题 3

被以下引用 推论 2, 定理 2, VIII § 10

这是通过取c=n,b=n\mathfrak{c}=\mathfrak{n},\mathfrak{b}=\mathfrak{n}(或c=n,b={0}\mathfrak{c}=\mathfrak{n},\mathfrak{b}=\{0\})得出的命题3。

推论 2 00WP

可分解谎言的嘉当子代数 gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 的子代数是可分解的。

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 推论 1

被以下引用 注, 定理 2

这是从推论 1 得出的。

注 00WQ

我们稍后将证明 Cor 的 (no. 5, Th.2) 逆命题。 2.

引用了 2

引用了 推论 2, 定理 2

2. 可分解包络

可分解李族的交gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的子代数显然是可分解的。因而,如果g\mathfrak{g}是gl\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的谎言子代数,则gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)包含g\mathfrak{g}的可分解谎言子代数的集合有最小的元素,称为g\mathfrak{g}的可分解包络;在本段中,该信封将用 e(g)e(\mathfrak{g}) 表示。

命题 4 00WR

令g\mathfrak{g}为gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的谎言子代数,而n\mathfrak{n}为g\mathfrak{g}的理想。那么n\mathfrak{n}和e(n)e(\mathfrak{n})是e(g)e(\mathfrak{g})和[e(g),e(n)]=[g,n][e(\mathfrak{g}), e(\mathfrak{n})] = [\mathfrak{g},\mathfrak{n}]的理想。

引用了 1 · 被以下引用 6

引用了 命题 3

被以下引用 习题 5, § 5, 习题 6, § 5, 推论 1, 推论 2, 命题 7, 推论 1, VIII § 10

令g1\mathfrak{g}_1为x∈gl(V)x\in \mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的集合,使得[x,n]⊂[g,n][x,\mathfrak{n}]\subset [\mathfrak{g},\mathfrak{n}]。这是 gl\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)、包含 g\mathfrak{g} 的可分解谎言子代数,因而e(g)e(\mathfrak{g})、cf. no. 1,命题 3;其他字、[e(g),n]⊂[g,n][e(\mathfrak{g}),\mathfrak{n}]\subset [\mathfrak{g},\mathfrak{n}]。令 n1\mathfrak{n}_1 为 y∈gl(V)y\in \mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 的集合,使得

[e(g),y]⊂[g,n] [e(\mathfrak{g}), y]\subset [\mathfrak{g},\mathfrak{n}]

这是前面的 gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 包含 n\mathfrak{n} 的可分解谎言子代数,因此是包含 e(n)e(\mathfrak{n});其他字[e(g),e(n)]⊂[g,n][e(\mathfrak{g}), e(\mathfrak{n})]\subset [\mathfrak{g},\mathfrak{n}],所以

[e(g),e(n)]=[g,n] [e(\mathfrak{g}), e(\mathfrak{n})] = [\mathfrak{g},\mathfrak{n}]

由此可见[e(g),n]⊂[e(g),e(n)]⊂n[e(\mathfrak{g}),\mathfrak{n}]\subset [e(\mathfrak{g}), e(\mathfrak{n})]\subset \mathfrak{n},因而n\mathfrak{n}和e(n)e(\mathfrak{n})是e(g)e(\mathfrak{g})的理想。

推论 1 00WS

(i) Dig=Die(g)\mathscr{D}^i\mathfrak{g}=\mathscr{D}^ie(\mathfrak{g}) 代表i≥1i\geq 1,Cig=Cie(g)\mathscr{C}^i\mathfrak{g}=\mathscr{C}^ie(\mathfrak{g}) 代表i≥2i\geq 2。

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 命题 4

被以下引用 推论 2, 定理 3, VIII § 10

(ii) 如果 g\mathfrak{g} 是可交换的(或幂零、或可解),则 e(g)e(\mathfrak{g}) 是可交换的(或幂零、或可解)。

断言 (i) 由 ii 上的归纳由第 4 条命题得出,(ii) 由 (i) 得出。

推论 2 00WT

设r\mathfrak{r}为g\mathfrak{g}的根式。如果 g\mathfrak{g} 可分解,则 r\mathfrak{r} 也可分解。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 命题 4, 推论 1

被以下引用 命题 6, 命题 7, 定理 2

事实上,e(r)e(\mathfrak{r}) 是第 4 号提案和 Cor.4 的 g\mathfrak{g} 的可解理想。 1,因而e(r)=re(\mathfrak{r}) =\mathfrak{r}。

3. 分解 / 可分解代数

如果g\mathfrak{g}是gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的谎言子代数且带有根r\mathfrak{r},则r\mathfrak{r}的幂零元的集合是g\mathfrak{g}的幂零理想,最大的恒等式表示的幂零理想g\mathfrak{g}(第 I, §5, no. 3 章,第 1 章第 6 章)。在本段中,我们将用nV(g)\mathfrak{n}_V(\mathfrak{g})来表示这个理想。它包含g\mathfrak{g}的幂零根[g,g]∩r[\mathfrak{g},\mathfrak{g}]\cap \mathfrak{r}(第I, §5, no. 3章,第1章)。

命题 5 00WU

令 g\mathfrak{g} 为 gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 的可分解幂零谎言子代数。令t\mathfrak{t}为集合/半单元素/g\mathfrak{g}。那么t\mathfrak{t}是g\mathfrak{g}的中心子代数,g\mathfrak{g}是t\mathfrak{t}的乘积,nV(g)\mathfrak{n}_V(\mathfrak{g})是李代数。

被以下引用 1

被以下引用 命题 6

如果x∈tx\in \mathfrak{t},adgx_{\mathfrak{g}}x是半单且幂零,因此零,因而xx是g\mathfrak{g}的中心。因而,t\mathfrak{t}是g\mathfrak{g}和t∩nV(g)=0\mathfrak{t}\cap \mathfrak{n}_V(\mathfrak{g}) = 0的理想。由于g\mathfrak{g}可分解,g=t+nV(g)\mathfrak{g}=\mathfrak{t}+\mathfrak{n}_V(\mathfrak{g}),因此命题。

命题 6 00WV

令 g\mathfrak{g} 为 gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 的可分解谎言子代数。设T\mathscr{T}为半单元素g\mathfrak{g}由……组成交换子代数集合,以及T\mathscr{T}极大元素T1\mathscr{T}_1集合。令H\mathscr{H}为g\mathfrak{g}的嘉当子代数中的集合。

引用了 4 · 被以下引用 1

引用了 推论 2, 命题 5, VII § 2. 。 嘉当子代数和正则元素李代数, 定理 1, VII § 3

被以下引用 推论 4

(i) 对于h∈H\mathfrak{h}\in \mathscr{H},令φ(h)\varphi (\mathfrak{h})为集合/半单元素/h\mathfrak{h}。然后φ(h)∈T1\varphi (\mathfrak{h})\in \mathscr{T}_1。

(ii) 对于t∈T1\mathfrak{t}\in \mathscr{T}_1,令ψ(t)\psi (\mathfrak{t})为t\mathfrak{t}在g\mathfrak{g}的交换子。然后ψ(t)∈H\psi (\mathfrak{t})\in \mathscr{H}。

(iii) 映射φ\varphi和ψ\psi是从H\mathscr{H}到T1\mathscr{T}_1以及从T1\mathscr{T}_1到H\mathscr{H}的逆双射。

(iv) 如果 kk 是代数闭集,则 Aute(g)_e(\mathfrak{g}) 在 T1\mathscr{T}_1 上传递运算。

设h∈H\mathfrak{h}\in \mathscr{H},并放入t=φ(h)\mathfrak{t}=\varphi (\mathfrak{h})。根据 Prop. 5 和 Cor. 3,t∈T3,\mathfrak{t}\in \mathscr{T} 和 h=t×nV(h)\mathfrak{h}=\mathfrak{t}\times \mathfrak{n}_V(\mathfrak{h}) 提案 2。对于g\mathfrak{g}的任何子代数u\mathfrak{u},我们用ψ(u)\psi (\mathfrak{u})表示u\mathfrak{u}在g\mathfrak{g}的交换子。那么h⊂ψ(t)\mathfrak{h}\subset \psi (\mathfrak{t})和ψ(t)⊂g0(h)\psi (\mathfrak{t})\subset \mathfrak{g}^0(\mathfrak{h}),因为nV(h)\mathfrak{n}_V(\mathfrak{h})的元素是幂零的,所以h=ψ(t)\mathfrak{h}=\psi (\mathfrak{t})。如果t′∈T\mathfrak{t}'\in \mathscr{T}和t⊂t′\mathfrak{t}\subset \mathfrak{t}',我们有t′⊂ψ(t)=h\mathfrak{t}'\subset \psi (\mathfrak{t}) =\mathfrak{h},所以t′=t\mathfrak{t}'=\mathfrak{t},因此有t∈T1\mathfrak{t}\in \mathscr{T}_1。

设t∈T1\mathfrak{t}\in \mathscr{T}_1,并放入c=ψ(t)\mathfrak{c}=\psi (\mathfrak{t})。设h\mathfrak{h}为c\mathfrak{c}中的嘉当子代数。根据§2, no. 3、提案10,h∈H10,\mathfrak{h}\in \mathscr{H} 和t⊂h\mathfrak{t}\subset \mathfrak{h}。把t1=φ(h)∈T\mathfrak{t}_1=\varphi (\mathfrak{h})\in \mathscr{T}。然后t⊂t1\mathfrak{t}\subset \mathfrak{t}_1所以t=t1\mathfrak{t}=\mathfrak{t}_1,以及前面的h=ψ(t1)=ψ(t)=c\mathfrak{h}=\psi (\mathfrak{t}_1) =\psi (\mathfrak{t}) =\mathfrak{c}。因此,ψ(t)∈H\psi (\mathfrak{t})\in \mathscr{H}和φ(ψ(t))=t\varphi (\psi (\mathfrak{t})) =\mathfrak{t}。

这样我们就证明了(i)、(ii)和(iii)。假设 kk 是代数闭的。由于 Aute(g)_e(\mathfrak{g}) 在 H(\mathscr{H}(§3, no. 2 上传递操作,Th。 1)、Aute(g)_e(\mathfrak{g})在T1\mathscr{T}_1上传递操作。

推论 1 00WW

g\mathfrak{g}的嘉当子代数是半单元素的g\mathfrak{g}的集中器。

引用了 3

引用了 命题 7, VII § 1, 定理 1, VII § 2, 定理 2, VII § 3

如果x∈gx\in \mathfrak{g}是正则,则g0(x)\mathfrak{g}^0(x)是g(\mathfrak{g}(§2, no. 3的嘉当子代数,Th。 1(一));此外,如果xx是半单,则g0(x)\mathfrak{g}^0(x)是xx在g\mathfrak{g}的集中器。相反,令h\mathfrak{h}为g\mathfrak{g}的嘉当子代数。存在t∈T1\mathfrak{t}\in \mathscr{T}_1使得h=ψ(t)\mathfrak{h}=\psi (\mathfrak{t})。根据第7条命题§1, no. 2,存在x∈tx\in \mathfrak{t}使得h=g0(x)\mathfrak{h}=\mathfrak{g}^0(x);从x∈tx\in \mathfrak{t}、g0(x)=g0(x)\mathfrak{g}^0(x) =\mathfrak{g}_0(x)开始。星期四 §3, no. 3 之前2 (ii), xx 是正则。

推论 2 00WX

假设加法中g\mathfrak{g}是可解的。然后:

引用了 3 · 被以下引用 2

引用了 VII § 3. 。 共轭定理, 定理 3, VII § 3, 推论 3, VII § 2

被以下引用 命题 7, 定理 3, VIII § 10

(i) The subgroup of Aut(g\mathfrak{g}) consisting of the eadx,x∈C∞ge^{adx}, x\in \mathscr{C}^{\infty}\mathfrak{g} (cf. §3, no. 4), operates transitively on T1\mathscr{T}_1.

(ii) 如果t∈T1,g\mathfrak{t}\in \mathscr{T}_1,\mathfrak{g}是t\mathfrak{t}和nV(g)\mathfrak{n}_V(\mathfrak{g})的半直接乘积。

断言 (i) 源自以下事实:eadx,x∈C∞ge^{adx},x\in \mathscr{C}^{\infty}\mathfrak{g} 的群在H(\mathscr{H}(§3, no. 4、Th 上传递操作。 3)。

我们证明(ii)。令t∈T1\mathfrak{t}\in \mathscr{T}_1,并令h=ψ(t)\mathfrak{h}=\psi (\mathfrak{t})为g\mathfrak{g}的相应的嘉当子代数。鉴于提案5,h=t+nV(h)⊂t+nV(g)5,\mathfrak{h}=\mathfrak{t}+\mathfrak{n}_V(\mathfrak{h})\subset \mathfrak{t}+\mathfrak{n}_V(\mathfrak{g})。另一方面,g=h+[g,g](\mathfrak{g}=\mathfrak{h}+ [\mathfrak{g},\mathfrak{g}] (§2, no. 1,Cor。命题 4 中的 3) 和 [g,g]⊂nV(g)[\mathfrak{g},\mathfrak{g}]\subset \mathfrak{n}_V(\mathfrak{g}),因此 g=t+nV(g)\mathfrak{g}=\mathfrak{t}+\mathfrak{n}_V(\mathfrak{g})。但很明显t∩nV(g)={0}\mathfrak{t}\cap \mathfrak{n}_V(\mathfrak{g}) =\{0\}。因此,代数g\mathfrak{g}是t\mathfrak{t}的半直接乘积和理想的nV(g)\mathfrak{n}_V(\mathfrak{g})。

命题 7 00WY

令 g\mathfrak{g} 为 gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 的可分解谎言子代数。

引用了 7 · 被以下引用 4

引用了 命题 6, I § 3, I § 6. 。 半单李代数, 定理 4, I § 6, 命题 4, 推论 2, 推论 2, 定理 5(列维-马尔切夫), I § 6

被以下引用 习题 4, § 5, 定理 1, VIII § 10, 定理 2, VIII § 10, 推论 1, VIII § 10

(i) 存在g\mathfrak{g}的谎言子代数m\mathfrak{m},在gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)中还原,使得g\mathfrak{g}是m\mathfrak{m}和nV(g)\mathfrak{n}_V(\mathfrak{g})的半直接乘积。

(ii) 具有 (i) 中属性的 g\mathfrak{g} 的任何两个谎言子代数在 Aute(g)_e(\mathfrak{g}) 下都是共轭。

g\mathfrak{g}的部首r\mathfrak{r}是可分解的(no. 2,第4条命题的Cor.2)。由科.根据命题6的2,存在r\mathfrak{r}的交换子代数t\mathfrak{t},半单元素的由……组成,使得r=t⊕nV(r)\mathfrak{r}=\mathfrak{t}\oplus \mathfrak{n}_V(\mathfrak{r})。由于 adgt_{\mathfrak{g}}\mathfrak{t} 由半单元素组成,g\mathfrak{g} 是 [t,g][\mathfrak{t},\mathfrak{g}] 的直和以及 t\mathfrak{t} 的扶正器 z\mathfrak{z}(第 I, §3, no. 5 章,第 6 条)。从[t,g]⊂r,g=z+r[\mathfrak{t},\mathfrak{g}]\subset \mathfrak{r},\mathfrak{g}=\mathfrak{z}+\mathfrak{r}开始。因而,如果s\mathfrak{s}是z\mathfrak{z}的李维子代数(第I, §6章,第88),g=s+r,\mathfrak{g}=\mathfrak{s}+\mathfrak{r},那么s\mathfrak{s}是g\mathfrak{g}的李维子代数。输入m=s⊕t\mathfrak{m}=\mathfrak{s}\oplus \mathfrak{t}。由于[s,t]={0},m[\mathfrak{s},\mathfrak{t}] =\{0\},\mathfrak{m}是g\mathfrak{g}的谎言子代数,由第1章在gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)中还原。 I, §6, no. 5,周四。 4. 此外,

g=s⊕r=s⊕t⊕nV(r)=s⊕t⊕nV(g)=m⊕nV(g) \mathfrak{g}=\mathfrak{s}\oplus \mathfrak{r}=\mathfrak{s}\oplus \mathfrak{t}\oplus \mathfrak{n}_V(\mathfrak{r}) =\mathfrak{s}\oplus \mathfrak{t}\oplus \mathfrak{n}_V(\mathfrak{g}) =\mathfrak{m}\oplus \mathfrak{n}_V(\mathfrak{g})

从nV(g)=nV(r)\mathfrak{n}_V(\mathfrak{g}) =\mathfrak{n}_V(\mathfrak{r})开始。因而(i)。

现在让m′\mathfrak{m}'是g\mathfrak{g}的谎言子代数与nV(g)\mathfrak{n}_V(\mathfrak{g})互补并在gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)中还原。我们证明,在 Aute(g)_e(\mathfrak{g}) 下,m′\mathfrak{m}' 是共轭到 m\mathfrak{m}。我们有m′=s′⊕t′\mathfrak{m}'=\mathfrak{s}'\oplus \mathfrak{t}',其中s′=[m′,m′]\mathfrak{s}'= [\mathfrak{m}',\mathfrak{m}']是半单,m′\mathfrak{m}'的中心t′\mathfrak{t}'由半单元素组成。然后r=t⊕nV(g)=t′⊕nV(g)\mathfrak{r}=\mathfrak{t}\oplus \mathfrak{n}_V(\mathfrak{g}) =\mathfrak{t}'\oplus \mathfrak{n}_V(\mathfrak{g})。鉴于科尔。根据第 6 条命题 2,我们被简化为情况t=t′\mathfrak{t}=\mathfrak{t}'。然后s′⊂z\mathfrak{s}'\subset \mathfrak{z};由于dims′=\mathfrak{s}'=dims\mathfrak{s},s′\mathfrak{s}'是z\mathfrak{z}的Levi 子代数。由章。 I, §6, no. 8,周四。 5、存在x∈nV(z)x\in \mathfrak{n}_V(\mathfrak{z})使得eadx(s)=s′e^{adx}(\mathfrak{s}) =\mathfrak{s}';由于xx与t\mathfrak{t}通勤,我们还有eadx(t)=te^{adx}(\mathfrak{t}) =\mathfrak{t}。

4. 线性李代数幂零自同态

引理 1 00WZ

令 n\mathfrak{n} 为 gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 由……组成幂零自同态的谎言子代数,以及 GL(V)(\mathbf{G}\mathbf{L}(V) (§3, no. 1、引理 1 的 N 子群 expn\mathfrak{n}。

引用了 2 · 被以下引用 4

引用了 引理 1, VII § 3, VII § 3. 。 共轭定理

被以下引用 命题 8, 定义 2, VIII § 1, 定义 3, VIII § 1, 命题 5, VIII § 1

(i) 设ρ\rho为W上n\mathfrak{n}的有限维线性表示,使得ρ(n)\rho (\mathfrak{n})的元素幂零,W的W′W'向量子空间在ρ,ρ1\rho ,\rho_1和ρ2\rho_2下稳定子表示和由 N 的 W′,π,π1,π2W',\pi , \pi_1, \pi_2 表示定义的 ρ\rho 的商表示与 ρ,ρ1,ρ2(\rho , \rho_1, \rho_2(§3, no. 1 相容的)。那么π1,π2\pi_1, \pi_2就是子表示和W′W'定义的π\pi的商表示。

(ii) 令ρ1,ρ2\rho_1, \rho_2为n\mathfrak{n}的有限维线性表示,使得ρ1(n)\rho_1(\mathfrak{n})和ρ2(n)\rho_2(\mathfrak{n})的元素幂零,并且N的π1,π2\pi_1, \pi_2表示与ρ1,ρ2\rho_1, \rho_2相容的。那么π1⊗π2\pi_1\otimes \pi_2是N中与ρ1⊗ρ2\rho_1\otimes \rho_2兼容的表示。

(iii) 设ρ1,ρ2\rho_1, \rho_2为向量空间V1,V2V_1,V_2上n\mathfrak{n}的有限维线性表示,使得ρ1(n)\rho_1(\mathfrak{n})和ρ2(n)\rho_2(\mathfrak{n})的元素幂零,ρ\rho表示 n\mathfrak{n} 在 Hom(V1,V2_1,V_2) 由 ρ1,ρ2\rho_1, \rho_2 确定。令π1,π2\pi_1, \pi_2为与ρ1,ρ2\rho_1, \rho_2兼容的N的表示,以及由π1,π2\pi_1, \pi_2确定的Hom(V1,V2_1,V_2)上的N的π\pi表示。那么π\pi是N中与ρ\rho兼容的表示。

断言 (i) 很清楚。让 ρ1,ρ2,π1,π2\rho_1, \rho_2, \pi_1, \pi_2 如 (ii) 中所示。如果x∈nx\in \mathfrak{n},自从ρ1(x)⊗1\rho_1(x)\otimes 1和1⊗ρ2(x)1\otimes \rho_2(x)通勤以来,我们有,

指数(ρ1(x)⊗1+1⊗ρ2(x)\rho_1(x)\otimes 1 + 1\otimes \rho_2(x))== 指数(ρ1(x)⊗1\rho_1(x)\otimes 1)。经验值(1 ⊗ρ2(x)\otimes \rho_2(x))

= (经验ρ1(x)\rho_1(x))⊗1.1⊗\otimes 1.1\otimes (经验ρ2(x)\rho_2(x))

= (经验ρ1(x)\rho_1(x))⊗\otimes (经验ρ2(x)\rho_2(x))

=π1=\pi_1(预计xx)⊗π2\otimes \pi_2(预计xx)

=(π1⊗π2= (\pi_1\otimes \pi_2)(exp xx),

因而(ii)。令 ρ1,ρ2,ρ,π1,π2,π,V1,V2\rho_1, \rho_2, \rho , \pi_1, \pi_2, \pi ,V_1,V_2 如 (iii) 中所示。如果 v1∈v_1\in EndV1_1 和 v2∈v_2\in EndV2_2,则用 Rv1R_{v_1} 和 Lv2L_{v_2} 映射 u→uv1u \rightarrow uv_1 和 u→v2uu \rightarrow v_2u 从 Hom(V1,V2_1,V_2) 到自身;这些映射通勤和ρ(x)u=(Lρ2(x)−Rρ1(x))u\rho (x)u= (L_{\rho_2(x)}-R_{\rho_1(x)})u,所以

经验ρ(x).u=\rho (x).u= 经验Lρ2(x)L_{\rho_2(x)}。经验R−ρ1(x).uR_{-\rho_1(x)}.u

=Lexpρ2(x).Rexp(−ρ1(x)).u = L_{exp\rho_2(x)}.R_{exp(-\rho_1(x))}.u
=Lπ2(expx).Rπ1(exp(−x)).u = L_{\pi_2(expx)}.R_{\pi_1(exp(-x))}.u

=π=\pi(exp xx).u.u,

因而(iii)。

引理 2 01JS

2^2 (i) 令W为维数ddV向量子空间,D线⋀dW⊂⋀dV,θ\bigwedge^dW\subset \bigwedge^dV,\theta⋀V\bigwedge V上gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)标准表示(第1章) III,应用程序。)。让x∈gl(V)x\in \mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)。那么x(W)⊂Wx(W)\subset W当且仅当θ(x)(D)⊂D\theta (x)(D)\subset D。

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 命题 13, A III § 7

被以下引用 命题 8, 引理 1, VIII § 10

(ii) 令(e1,...,en)(e_1, . . . , e_n)为kn,θk^n,\theta的典范基,以及⋀(kn)\bigwedge(k^n)上gl(n,k)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k)的规范表示,以及x∈gl(n,k)x\in \mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k)。那么 x∈n(n,k)x\in \mathfrak{n}(n, k) 当且仅当

θ(x)(en−d+1∧⋯∧en)=0 \theta (x)(e_{n-d+1}\wedge \cdots \wedge e_n) = 0

1≤d≤n1\leq d\leq n。

(i) 如果x(W)⊂Wx(W)\subset W,则显然θ(x)D⊂D\theta (x)D\subset D。相反,假设θ(x)D⊂D\theta (x)D\subset D。令uu为D的非零元素,并令y∈Wy\in W。然后y∧u=0y\wedge u= 0。由于 θ(x)\theta (x) 是 ⋀V\bigwedge V 的推导,这意味着

θ(x)y∧u+y∧θ(x)u=0 \theta (x)y\wedge u+y\wedge \theta (x)u= 0

现在θ(x)u∈ku\theta (x)u\in ku,所以y∧θ(x)u=0y\wedge \theta (x)u= 0,最终θ(x)y∧u=0\theta (x)y\wedge u= 0。 代数,第 1 章III, §7, no. 9,第13条命题,这意味着θ(x)y∈W\theta (x)y\in W,即x(y)∈Wx(y)\in W,从而证明了x(W)⊂Wx(W)\subset W。

(ii) (ii) 中所述的条件对于x∈n(n,k)x\in \mathfrak{n}(n, k)显然是必要的。假设它是满意的。到(i)为止,xx离开

2^2 在这个引理中,kk可以是任意(可交换的)域。

ken−d+1+⋯+ken ke_{n-d+1}+\cdots +ke_n

稳定,因为 d=1,...,n,xd= 1, . . . , n,x 是下三角的。放

x=(xij)1≤i,j≤n x= (x_{ij})_{1\leq i,j\leq n}

我们有0=x(en)=xnnen0 =x(e_n) =x_{nn}e_n,所以xnn=0x_{nn}= 0。让i<ni < n,并假设我们已经证明了xjj=0x_{jj}= 0对于j>ij > i。然后

0=θ(x)(ei∧ei+1∧⋯∧en)=xii(ei∧ei+1∧⋯∧en) 0 =\theta (x)(e_i\wedge e_{i+1}\wedge \cdots \wedge e_n) =x_{ii}(e_i\wedge e_{i+1}\wedge \cdots \wedge e_n)

所以xii=0x_{ii}= 0。因此,x∈n(n,k)x\in \mathfrak{n}(n, k)。

命题 8 00X0

令n\mathfrak{n}为gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)由……组成或幂零元的谎言子代数,q\mathfrak{q}为gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)中n\mathfrak{n}的归一化器。 E 上存在有限维向量空间 E、gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 的表示 ρ\rho,E 上存在向量子空间 F,满足以下条件:

引用了 5 · 被以下引用 1

引用了 引理 1, VII § 3, 引理 1, I § 3. 。 表示, 引理 2, 命题 5, I § 3

被以下引用 定理 1

(i) V的位似的ρ\rho下的像可对角化;

(ii) F 在 ρ(q)\rho (\mathfrak{q}) 下稳定;

(iii) n\mathfrak{n} 是x∈gl(V)x\in \mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 的集合,使得ρ(x)(F)=0\rho (x)(F) = 0。

让n=n=变暗V。根据恩格尔的定理,V可以与knk^n等同,n⊂n(n,k)\mathfrak{n}\subset \mathfrak{n}(n, k)。令 P 为 gl(n,k)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k) 上多项式函数的代数。对于i=0,1,..i= 0,1, . ..,令PiP_i为次数ii的P齐次的元素集合。令N = exp n\mathfrak{n},即严格下三角群 T 的子群。令J 为P 的元素的集合,其在N 上为零;这是 P 中的理想。设 NJN_J 为 x∈gl(n,k)x\in \mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k) 的集合,这样对于所有 p∈Jp\in J 来说,p(x)=0p(x) = 0。然后N⊂NJN\subset N_J。相反,设x∈NJx\in N_J。用 pijp_{ij} 多项式函数表示,给出 gl(n,k)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k) 的元素条目。理想的 J 包含、pijp_{ij}(对于 i<ji < j)和 pii−1p_{ii}-1;因此x∈Tx\in T。另一方面,如果uu在gl(n,k)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k)上是线性形式,即n\mathfrak{n}上的零,则存在pu∈Pp_u\in P,使得对于所有z∈T(z\in T (§3, no. 1,pu(z)=up_u(z) =u(log zz), 引理 1 (i));我们有 pu∈Jp_u\in J,所以 uu(log xx) =0= 0。因此,将xx属于记录到n\mathfrak{n},因此x∈Nx\in N、证明即N=NJN = N_J。

对于所有p∈Pp\in P和g∈GLn(k)g\in \mathbf{G}\mathbf{L}_n(k),令λ(g)p\lambda (g)p为gl(n,k)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k)上的函数x→p(g−1x)x \rightarrow p(g^{-1}x);那么λ(g)p∈P,λ(g)\lambda (g)p\in P,\lambda (g)是代数P的自同构,λ\lambda是P上GLn(k)\mathbf{G}\mathbf{L}_n(k)的表示,这使得每个PiP_i稳定。我们表明

N={x∈GLn(k)∣λ(x)J=J}(1) N =\{x\in \mathbf{G}\mathbf{L}_n(k)|\lambda (x)J = J\} \tag{1}

如果x∈N,p∈J,y∈Nx\in N, p\in J, y\in N,则从x−1y∈Nx^{-1}y\in N起(λ(x)p)(y)=p(x−1y)=0(\lambda (x)p)(y) =p(x^{-1}y) = 0;因此λ(x)p∈J\lambda (x)p\in J,所以λ(x)J=J\lambda (x)J = J。设x∈GLn(k)x\in \mathbf{G}\mathbf{L}_n(k)使得λ(x)J=J\lambda (x)J = J;让 p∈Jp\in J;然后p(x−1)=(λ(x)p)(e)=0p(x^{-1}) = (\lambda (x)p)(e) = 0,所以x−1∈NJ=Nx^{-1}\in N_J= N和x∈Nx\in N。这就证明了(i)。

理想的 J 是有限的型(交换代数,第 III, §2, no. 10 章,Th.2 的 Cor.2)。因此,存在整数 qq,如果 W=P0+P1+⋯+PqW = P_0+ P_1+\cdots + P_q,则 J∩WJ\cap W 生成 J 作为理想。表示由PJP_J(分别由W)定义的λ\lambda的λj\lambda_j(分别λ′\lambda ')子表示。由(1),

N={x∈GLn(k)∣λ′(x)(J∩W)=J∩W}(2) N =\{x\in \mathbf{G}\mathbf{L}_n(k)|\lambda '(x)(J\cap W) = J\cap W\} \tag{2}

我们证明,对于所有jj,PjP_j上存在李代数gl(n,k)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k)的表示σj\sigma_j,使得:

σj∣n(n,k)\sigma_j|\mathfrak{n}(n, k) 与 λj∣T\lambda_j|T 相容的(§33,无.1.1)。 (3)

对于所有 x∈k.1n,σj(x)x\in k.1_n, \sigma_j(x) 都是位似。 (4)

由于λj\lambda_j是λ1\lambda_1的第jj对称幂,因此足以证明σ1\sigma_1、cf.引理1的存在性。现在λ1\lambda_1是表示的同余表示 gl(n,k)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k) 上的 GLn(k)\mathbf{G}\mathbf{L}_n(k) 的 γ\gamma 给出

γ(x)y=xy,x∈GLn(k),y∈gl(n,k) \gamma (x)y=xy, x\in \mathbf{G}\mathbf{L}_n(k), y\in \mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k)

设cc为gl(n,k)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k)上李代数gl(n,k)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k)的表示,由下式给出

c(x)y=xy,x,y∈gl(n,k) c(x)y=xy, x, y\in \mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k)

c∣n(n,k)c|\mathfrak{n}(n, k)和γ∣T\gamma |T兼容的是直接的,并且对于所有x∈k.1nx\in k.1_n来说c(x)c(x)是位似。因此,只需将cc的对偶表示视为σ1\sigma_1即可(第I, §3, no. 3章)。

现在让 σ′\sigma ' 为由 σj,0≤j≤q\sigma_j, 0\leq j\leq q 的直和给出的 W 上 gl(n,k)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k) 的表示。鉴于 (2) 和关系

λ′\lambda '(exp(xx)) == exp(σ′(x)\sigma '(x)) 和 σ′\sigma '(log(yy)) == log(λ′(y)\lambda '(y)),x∈n(n,k),y∈T, x\in \mathfrak{n}(n, k), y\in T,

我们有

n={x∈n(n,k)∣σ′(x)(J∩W)⊂J∩W}(5) \mathfrak{n}=\{x\in \mathfrak{n}(n, k)|\sigma '(x)(J\cap W)\subset J\cap W\} \tag{5}

让 d=d= 变暗(J ∩W\cap W),并让 τ=⋀dσ′\tau =\bigwedge^d\sigma '。让D=⋀d(J∩W)D =\bigwedge^d(J\cap W)。由 (5) 和引理 2 (i),

n={x∈n(n,k)∣τ(x)(D)⊂D}(6) \mathfrak{n}=\{x\in \mathfrak{n}(n, k)|\tau (x)(D)\subset D\} \tag{6}

但τ(n(n,k))\tau (\mathfrak{n}(n, k))由幂零自同态组成,所以(6)也可以写成

n={x∈n(n,k)∣τ(x)(D)=0}(7) \mathfrak{n}=\{x\in \mathfrak{n}(n, k)|\tau (x)(D) = 0\} \tag{7}

现在让 E=⋀dW⊕⋀1V⊕⋀2V⊕⋯⊕⋀nVE =\bigwedge^dW\oplus \bigwedge^1V\oplus \bigwedge^2V\oplus \cdots \oplus \bigwedge^nV;令ρ\rho为τ\tau的直和,以及⋀1V,...,⋀nV\bigwedge^1V, . . . ,\bigwedge^nV上gl(n,k)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(n, k)的规范表示。令E0⊂EE_0\subset E为D=⋀d(J∩W)D =\bigwedge^d(J\cap W)的和以及en−j+1∧⋯∧ene_{n-j+1}\wedge \cdots \wedge e_n为j=1,...,nj= 1, . . . , n生成的线。由(7)和引理2(ii),

n={x∈gl(V)∣ρ(x)(E0)=0}(8) \mathfrak{n}=\{x\in \mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)|\rho (x)(E_0) = 0\} \tag{8}

如果x∈k.1n,ρ(x)x\in k.1_n,\rho (x)可对角化的,则直接的。最后,如果 F 是被 ρ(n),F\rho (\mathfrak{n}), F 湮灭的 E 的元素的集合,则在 ρ(q)\rho (\mathfrak{q}) 下是稳定的(第 I, §3, no. 5 命题 5),并且通过 (8),

n={x∈gl(V)∣ρ(x)(F)=0}(9) \mathfrak{n}=\{x\in \mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)|\rho (x)(F) = 0\} \tag{9}

5. 刻画可分解李代数

每个可分解李代数都由其元素的集合生成为向量空间(更不必说生成为李代数),元素要么是半单,要么是幂零的。反之:

定理 1 00X1

令g\mathfrak{g}为gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的谎言子代数,令X为g\mathfrak{g}生成的g\mathfrak{g}的子集,因为李代数超过kk。如果X的每个元素都是半单或幂零,g\mathfrak{g}是可分解的。

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 命题 2, 命题 8

被以下引用 习题 7, § 5

a)g)\mathfrak{g} 是可交换的。

半单(或幂零)元素或 g\mathfrak{g} 形式向量子空间 gs\mathfrak{g}_s(或gn\mathfrak{g}_n)。 假设等价于g=gs⊕gn\mathfrak{g}=\mathfrak{g}_s\oplus \mathfrak{g}_n,因此g\mathfrak{g} 是可分解的。

b)g)\mathfrak{g} 是还原性的。

然后g=g′×c\mathfrak{g}=\mathfrak{g}'\times \mathfrak{c}与g′\mathfrak{g}'半单和c\mathfrak{c}可交换。根据命题 2,g′2,\mathfrak{g}' 是可分解的。让 x=a+b∈gx=a+b\in \mathfrak{g} 与 a∈g′,b∈ca\in \mathfrak{g}',b\in \mathfrak{c}。令as,an,bs,bna_s, a_n, b_s, b_n为半单以及a,ba, b的幂零分量。由于as,an,bs,bna_s, a_n, b_s, b_n相互可交换,半单和xx的幂零分量为as+bs,an+bna_s+b_s, a_n+b_n。现在as,an∈g′a_s, a_n\in \mathfrak{g}'。若xx为半单,则x=as+bsx=a_s+b_s;从as∈g′a_s\in \mathfrak{g}'开始,我们有bs∈gb_s\in \mathfrak{g},所以bs∈cb_s\in \mathfrak{c}从bsb_s开始与g\mathfrak{g}通勤;因而,a=asa=a_s和b=bsb=b_s。类似地,如果 xx 幂零,则 a=ana=a_n 和 b=bnb=b_n。由此可见,X的元素的c\mathfrak{c}上的投影要么是半单,要么是幂零的;由 a) 可知 c\mathfrak{c} 是可分解的。保留前面的记号,但在xx上没有假设,我们现在有bs,bn∈cb_s, b_n\in \mathfrak{c},所以as+bs,an+bn∈ga_s+b_s, a_n+b_n\in \mathfrak{g},在这种情况下证明了定理。

c) 一般情况。

我们假设定理被证明为维数<<暗淡g\mathfrak{g}的李代数,并证明g\mathfrak{g}。

设n\mathfrak{n}为g\mathfrak{g}恒等式表示的幂零理想最大的。如果 n=0,g\mathfrak{n}= 0,\mathfrak{g} 具有单射半单表示,则可还原。假设n≠0\mathfrak{n}\not= 0。令 p\mathfrak{p} 为 gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 中 n\mathfrak{n} 的归一化器。命题 8 存在E,ρ,FE, \rho ,F 满足条件。由于 g⊂p,ρ(g)\mathfrak{g}\subset \mathfrak{p},\rho (\mathfrak{g}) 使 F 保持稳定;令F上的ρ0\rho_0为g\mathfrak{g}的表示u→ρ(u)∣Fu \rightarrow \rho (u)|F;我们有n=\mathfrak{n}= Kerρ0\rho_0。 gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的每个半单(或幂零)元素在ρ\rho下的像是半单(或幂幂)(命题2)。因而,代数ρ0(g)\rho_0(\mathfrak{g})是由其半单元素及其幂零元生成的。到归纳假设时,ρ0(g)\rho_0(\mathfrak{g}) 可分解。

设x∈gx\in \mathfrak{g},并令xs,xnx_s, x_n为其半单和幂零分量。根据命题 2,半单和 ρ(x)\rho (x) 的幂零分量为 ρ(xs),ρ(xn)\rho (x_s), \rho (x_n)。由于 ρ0(g)\rho_0(\mathfrak{g}) 可分解,因此存在 y,z∈gy, z\in \mathfrak{g} 使得

ρ0(y)=ρ(xs)∣F,ρ0(z)=ρ(xn)∣F \rho_0(y) =\rho (x_s)|F, \rho_0(z) =\rho (x_n)|F

然后xs∈y+n,xn∈z+nx_s\in y+\mathfrak{n}, x_n\in z+\mathfrak{n},所以xs,xn∈gx_s, x_n\in \mathfrak{g}。 Q.E.D.

推论 1 00X2

由其可分解的子代数生成的gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的每个子代数都是可分解的。

被以下引用 4

被以下引用 习题 10, § 5, 习题 8, § 5, 推论 2, 定理 2

这很清楚。

推论 2 00X3

设g\mathfrak{g}是gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的谎言子代数。那么[g,g][\mathfrak{g},\mathfrak{g}]是可分解的。

引用了 4

引用了 I § 6. 。 半单李代数, I § 5. 。 可解李代数, 命题 2, 推论 1

令r\mathfrak{r}为g,s\mathfrak{g},\mathfrak{s}的根式g\mathfrak{g}的列维子代数(第I, §6, no. 8章)。然后

[g,g]=[s,s]+[s,r]+[r,r]=s+[g,r] [\mathfrak{g},\mathfrak{g}] = [\mathfrak{s},\mathfrak{s}] + [\mathfrak{s},\mathfrak{r}] + [\mathfrak{r},\mathfrak{r}] =\mathfrak{s}+ [\mathfrak{g},\mathfrak{r}]

代数 [g,r][\mathfrak{g},\mathfrak{r}] 是可分解的,因为它的所有元素都是幂零的(第 I, §5, no. 3 章)。另一方面,s\mathfrak{s}是可分解的(命题2)。由此可见 [g,g][\mathfrak{g},\mathfrak{g}] 是可分解的(Cor. 1)。

推论 3 00X4

令g\mathfrak{g}为gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的谎言子代数,并令X为g\mathfrak{g}生成的g(\mathfrak{g}(作为李代数超过k)的子集。

被以下引用 2

被以下引用 习题 10, § 5, 定理 2

(i) g\mathfrak{g}的可分解包络e(g)e(\mathfrak{g})由半单和X的元素的幂零分量生成。

(ii) 如果k′k'是k,e(g⊗kk′)=e(g)⊗kk′k,e(\mathfrak{g}\otimes_kk') =e(\mathfrak{g})\otimes_kk'中的扩张;并且g\mathfrak{g}可分解当且仅当g⊗kk′\mathfrak{g}\otimes_kk'可分解。

令g~\widetilde{\mathfrak{g}}为半单生成的gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的子代数以及X的元素的幂零分量。然后g⊂g~⊂e(g)\mathfrak{g}\subset \widetilde{\mathfrak{g}}\subset e(\mathfrak{g});通过 Th。 1,g~1, \widetilde{\mathfrak{g}} 可分解,所以g~=e(g)\widetilde{\mathfrak{g}}=e(\mathfrak{g}),证明(i)。 断言 (ii) 如下,因为 X 生成 k′k'-代数 g⊗kk′\mathfrak{g}\otimes_kk'。

推论 4 00X5

令 g\mathfrak{g} 为 gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V) 的可分解谎言子代数。令T\mathscr{T}为半单元素g\mathfrak{g}由……组成交换子代数集合(cf.命题6)。 T\mathscr{T}中的极大元素都有相同的维数。

引用了 1

引用了 命题 6

设k′k'为kk和V′=V⊗kk′,g′=V'= V\otimes_kk',\mathfrak{g}'=g⊗kk′\mathfrak{g}\otimes_kk'的代数闭扩张。设t1,t2\mathfrak{t}_1,\mathfrak{t}_2为T,ti′=ti⊗kk′,hi\mathscr{T},\mathfrak{t}'_i=\mathfrak{t}_i\otimes_kk',\mathfrak{h}_i的极大元素,ti\mathfrak{t}_i在g,hi′=hi⊗kk′\mathfrak{g},\mathfrak{h}'_i=\mathfrak{h}_i\otimes_kk'的交换子。那么hi\mathfrak{h}_i是g\mathfrak{g}的嘉当子代数(命题6),所以hi′\mathfrak{h}'_i是g′\mathfrak{g}'的嘉当子代数。然后hi=ti×nV(hi)\mathfrak{h}_i=\mathfrak{t}_i\times \mathfrak{n}_V(\mathfrak{h}_i),因此hi′=ti′×nV′(hi′)\mathfrak{h}'_i=\mathfrak{t}'_i\times \mathfrak{n}_{V'}(\mathfrak{h}'_i),因此ti′\mathfrak{t}'_i是半单元素hi′\mathfrak{h}'_i的集合。由于g′\mathfrak{g}'是可分解的(Cor.33),t1′,\mathfrak{t}'_1和t2′\mathfrak{t}'_2在Aute(g′)_e(\mathfrak{g}')(第6条)下是共轭,所以dimt1=\mathfrak{t}_1=dimt2\mathfrak{t}_2。

定理 2 00X6

设g\mathfrak{g}是gl(V)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)的谎言子代数。以下条件是等效的:

引用了 8 · 被以下引用 1

引用了 推论 2, 推论 3, VII § 2, 推论 1, 注 1, VII § 3, 定理 1, VII § 3, 推论 3, 推论 2, 命题 2

被以下引用 注

(i) g\mathfrak{g} 可分解;

(ii) g\mathfrak{g}中的每一个嘉当子代数都是可分解的;

(iii) g\mathfrak{g} 可分解嘉当子代数;

(iv) 部首g\mathfrak{g}可分解。

(i) =⇒=\Rightarrow (ii):这源自 Cor.提案 3 中的第 2 条。

(ii) =⇒=\Rightarrow (i):这源自 Cor. 1 Th。 1,因为g\mathfrak{g}是由它的嘉当子代数生成的(§2, no. 3,Th.1的Cor.3)。

(ii) =⇒=\Rightarrow (iii):这很清楚。

(iii) =⇒=\Rightarrow (ii):Cor. 3 Th。 1,我们可以假设kk是代数封闭的。 g\mathfrak{g} 的嘉当子代数那么共轭在g(\mathfrak{g}(§3, no. 2 的初等自同构下,Th。 1);鉴于 §3, no. 1 的注 1,可以得出结论,如果其中之一是可分解的,那么它们都是可分解的。

(i) =⇒=\Rightarrow (iv):这源自 Cor.提案 4 中的第 2 条。

(iv) =⇒=\Rightarrow (i):假设g\mathfrak{g}的部首r\mathfrak{r}可分解。令s\mathfrak{s}为g\mathfrak{g}的列维子代数;它是可分解的(命题 2)。因此g=s+r\mathfrak{g}=\mathfrak{s}+\mathfrak{r}是可分解的(Th.1的Cor.1)。

习题

参见习题为 § 5。

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