Bourbaki

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§ 13。经典可拆分简单李代数

在本段中,我们明确地描述了对于经典可分割简单李代数的每个型:

这个型、它的维数和它的分裂嘉当的(I)代数

子代数;

(II) 它的同根;

(III) 博雷尔子代数及其抛物线子代数;

(IV) 其基本简单表示;

(V) 其基本简单表示的那些是

正交或辛;

(VI) 代数不变量多项式函数;

(VII)群Autg\mathfrak{g}、Aut0g_0\mathfrak{g}、Auteg_e\mathfrak{g}的某些性质;

(VIII)限制杀戮形式至嘉当子代数;

(IX) 谢瓦利阶。

1. 代数型 Al_{\boldsymbol{l}} (l≥\boldsymbol{l}\geq 1)

(I) 令kk上的V为维数l+1l+ 1向量空间,并令g\mathfrak{g}为踪迹的V自同态代数sl(V)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(V) 零。令(ei)1≤i≤l+1(e_i)_{1\leq i\leq l+1}为V中的基;与g\mathfrak{g}的元素相关联的映射关于该基的矩阵是g\mathfrak{g}与踪迹零的矩阵的代数sl(l+1,k)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(l+ 1, k)的标识。我们知道g\mathfrak{g}是半单(第I, §6, no. 7章,第8条命题)。

回想一下(代数,II, §10, no. 3章),EijE_{ij}表示矩阵(αmp)(\alpha_{mp}),这样αij=1\alpha_{ij}= 1和αmp=0\alpha_{mp}= 0代表(m,p)≠(i,j)(m, p)\not= (i, j)。 矩阵

Eij(1≤i,j≤l+1,i≠j) E_{ij}(1\leq i, j\leq l+ 1, i\not=j)
Ei,i−Ei+1,i+1(1≤i≤l) E_{i,i}-E_{i+1,i+1}(1\leq i\leq l)

形式基共g\mathfrak{g}。因此

dimg=l(l+2)\mathfrak{g}=l(l+ 2).

令h^\widehat{\mathfrak{h}}为gl(l+1,k)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(l+ 1, k)的对角线元素的集合; 序列(Eii)1≤i≤l+1(E_{ii})_{1\leq i\leq l+1}是向量空间h^\widehat{\mathfrak{h}}中的基;设(ε^i)1≤i≤l+1(\widehat{\varepsilon}_i)_{1\leq i\leq l+1}是h^∗\widehat{\mathfrak{h}}^*对(Eii)1≤i≤l+1(E_{ii})_{1\leq i\leq l+1}的基。对于所有h∈h^h\in \widehat{\mathfrak{h}},

[h,Eij]=(ε^i(h)−ε^j(h))Eij(1) [h, E_{ij}] = (\widehat{\varepsilon}_i(h)-\widehat{\varepsilon}_j(h))E_{ij} \tag{1}

由章。 I, §1, no. 2,公式 (5)。 令h\mathfrak{h}为迹线零的h^\widehat{\mathfrak{h}}元素集合,并放入εi=ε^i∣h\varepsilon_i= \widehat{\varepsilon}_i|\mathfrak{h}。 那么h\mathfrak{h}就是g\mathfrak{g}的嘉当子代数(第VII, §2, no. 1,例4章)。 关系(1)证明这个嘉当子代数是分裂,(g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h})的根是εi−εj(i≠j)\varepsilon_i-\varepsilon_j(i\not=j)。 设h^0∗\widehat{\mathfrak{h}}^*_0为h^∗\widehat{\mathfrak{h}}^*和的元素的集合,其相对于(ε^i)(\widehat{\varepsilon}_i)的坐标为零。 从h^0∗\widehat{\mathfrak{h}}^*_0到h∗\mathfrak{h}^*的映射λ→λ∣h\lambda \rightarrow \lambda |\mathfrak{h}是双射的。 因而,(g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h})的根系R是型AlA_l(第VI, §4, no. 7章)。 因而,g\mathfrak{g} 很简单(§3, no. 2,第 6 条命题的 Cor.1)。 因而,g\mathfrak{g}是型AlA_l的可分割简单李代数。

在基本自同构下,g\mathfrak{g} 的每个分裂嘉当子代数 h′\mathfrak{h}' 都是 h\mathfrak{h} 的变换(§3, no. 3,Prop. 10 的 Cor.)。 由于Auteg_e\mathfrak{g}是g\mathfrak{g}的自同构x→sxs−1x \rightarrow sxs^{-1}和s∈SL(V)s\in \mathbf{S}\mathbf{L}(V)的集合(第VII, §3, no. 1,注2;cf.也(VII)),因此存在基 V的β\beta使得h′\mathfrak{h}'是g\mathfrak{g}的元素的集合hβ\mathfrak{h}_{\beta},其中矩阵相对于基β\beta是对角线。 由于hβ\mathfrak{h}_{\beta}包含元素与不同的特征值,V的唯一向量子空间在hβ\mathfrak{h}_{\beta}的元素下稳定是由β\beta的子集生成的。 由此可见,映射β→hβ\beta \rightarrow \mathfrak{h}_{\beta}诱导由V的分解的集合代入维数的l+1l+ 1子空间的直和商双射得集合分裂嘉当子代数 g\mathfrak{g}。 (II) 设α=εi−εj(i≠j)\alpha =\varepsilon_i-\varepsilon_j(i\not=j)为根。 我们有gα=kEij\mathfrak{g}^{\alpha}=kE_{ij}。 自从

[Eij,Eji]=Eii−Ejj [E_{ij}, E_{ji}] =E_{ii}-E_{jj}

从 α(Eii−Ejj)=2\alpha (E_{ii}-E_{jj}) = 2 开始,我们有 (§2, no. 2, Th. 1 (ii))

Hα=Eii−Ejj H_{\alpha}=E_{ii}-E_{jj}

(III) 放入α1=ε1−ε2,α2=ε2−ε3,...,αl=εl−εl+1\alpha_1=\varepsilon_1-\varepsilon_2, \alpha_2=\varepsilon_2-\varepsilon_3, . . . , \alpha_l=\varepsilon_l-\varepsilon_{l+1}。由章。 VI, §4,没有。 7.I,(α1,...,αl)7.I, (\alpha_1, . . . , \alpha_l)是R的基B;相对于 B 的正根是 i<ji < j 的 εi−εj\varepsilon_i-\varepsilon_j。 相应的博雷尔子代数b\mathfrak{b}是轨迹零的上三角矩阵的集合。

V中的标志是向量子空间V的集合,与{0}\{0\}和V不同,完全按包含排序。 V 的标志包含阶集合。最大标志为集合 {W1,...,Wl}\{W_1, . . . ,W_l\},其中 WiW_i 是 ii 维向量子空间且

W1⊂⋯⊂Wl W_1\subset \cdots \subset W_l

对于例,如果ViV_i表示e1,...,eie_1, . . . , e_i生成的V的子空间,则{V1,...,Vl}\{V_1, . . . ,V_l\}是最大标志。

It is immediate that b\mathfrak{b} is the set of elements of g\mathfrak{g} leaving stable the elements of the maximal flag {V1,...,Vl}\{V_1, . . . ,V_l\}. 相反,由于b\mathfrak{b}包含h\mathfrak{h}和矩阵EijE_{ij}对于i<ji < j,我们看到ViV_i是b\mathfrak{b}下唯一稳定的非平凡向量子空间。

现在让 δ\delta 成为 V 中的最大标志。由上可知,g\mathfrak{g}的元素的集合bδ\mathfrak{b}_{\delta}保持稳定,δ\delta的所有元素是g\mathfrak{g}的博雷尔子代数。由于g\mathfrak{g}的每个博雷尔子代数是基本自同构下b\mathfrak{b}的变换,我们看到映射δ→bδ\delta \rightarrow \mathfrak{b}_{\delta}是从最大标志的集合到博雷尔子代数的集合的双射 g\mathfrak{g}。

令 β\beta 为 V 中的基。根据 (I) 和前面的内容,博雷尔子代数包含 hβ\mathfrak{h}_{\beta} 是相应的到最大标志,其中每个元素是由β\beta 的子集生成的。这些标志对应通过以下方式双射到β\beta上的总阶:β\beta上的总阶ω\omega与标志{W1,...,Wl}\{W_1, . . . ,W_l\}相关联,其中WiW_i是由第一个生成的向量子空间 ii 元素共 β\beta 阶 ω\omega。因为有 (l+(l+ 1)! β\beta上总共阶,我们恢复了存在(l+(l+的事实1)! (sl(V),hβ)((\mathfrak{s}\mathfrak{l}(V),\mathfrak{h}_{\beta}) (§3, no. 3、注中的博雷尔子代数)。

设γ\gamma为V中的一面旗帜。由于γ\gamma包含在最大标志中,因而g\mathfrak{g}的元素的集合pγ\mathfrak{p}_{\gamma}离开稳定的γ\gamma的元素是g\mathfrak{g}的抛物线子代数。我们证明,在 pγ\mathfrak{p}_{\gamma} 下唯一稳定的非平凡向量子空间是 γ\gamma 的元素。为此,我们可以假设 γ={Vi1,...,Viq}\gamma =\{V_{i_1}, . . . ,V_{i_q}\} 和 1≤i1<⋯<iq≤l1\leq i_1<\cdots < i_q\leq l。把i0=0,iq+1=l+1i_0= 0, i_{q+1}=l+ 1。非空区间

i0+1,i1,i1+1,i2,...,iq+1,iq+1 i_0+ 1, i_1, i_1+ 1, i_2, . . . , i_q+ 1, i_{q+1}

{1,...,l+1}\{1, . . . , l+ 1\}的形式划分,因此阶l+1l+ 1的任何平方矩阵都可以写成块矩阵(Xab)1≤a,b≤q+1(X_{ab})_{1\leq a,b\leq q+1}。 代数pγ\mathfrak{p}_{\gamma}则为sl(l+1,k)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(l+ 1, k)的元素(Xab)1≤a,b≤q+1(X_{ab})_{1\leq a,b\leq q+1}之集合pi1,...,iq\mathfrak{p}_{i_1,...,i_q},使得Xab=0X_{ab}= 0为a>ba > b。由于pi1,...,iq⊃b\mathfrak{p}_{i_1,...,i_q}\supset \mathfrak{b},在pi1,...,iq\mathfrak{p}_{i_1,...,i_q}下稳定的非平凡向量子空间是ViV_i之一;如果ik<i<ik+1i_k< i < i_{k+1},代数pi1,...,iq\mathfrak{p}_{i_1,...,i_q}包含于Eik+1,iE_{i_{k+1},i}和ViV_i不稳定,因此我们的断言。

因而,最大标志{V1,...,Vl}\{V_1, . . . ,V_l\}中包含的2l2^l标志产生2l2^l不同的抛物线子代数包含b\mathfrak{b};因为正好有 2l2^l 抛物线子代数包含 b(\mathfrak{b}(§3, no. 4, 注),因此映射 γ→pγ\gamma \rightarrow \mathfrak{p}_{\gamma} 是双射来自集合的标志g\mathfrak{g} 的抛物线子代数的V 至集合。此外,pγ⊃pγ′\mathfrak{p}_{\gamma}\supset \mathfrak{p}_{\gamma'}当且仅当γ⊂γ′\gamma \subset \gamma '。

回想一下抛物线子代数 p=pi1,...,iq(1≤i1<⋯<iq≤l)\mathfrak{p}=\mathfrak{p}_{i_1,...,i_q}(1\leq i_1<\cdots < i_q\leq l)。令s\mathfrak{s}(或n\mathfrak{n})为sl(l+1,k)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(l+ 1, k)中(Xab)1≤a,b≤q+1(X_{ab})_{1\leq a,b\leq q+1}的集合,使得Xab=0X_{ab}= 0对应于a≠ba\not=b(或a≥ba\geq b)。根据§3, no. 4的第13条命题,我们有p=s⊕n\mathfrak{p}=\mathfrak{s}\oplus \mathfrak{n},子代数,s\mathfrak{s}在g\mathfrak{g}中被还原,而n\mathfrak{n}既是最大的幂零理想又是p\mathfrak{p}的幂零根。

(IV) 对于r=1,2,...,lr= 1,2, . . . , l,设ϖr=ε1+⋯+εr\varpi_r=\varepsilon_1+\cdots +\varepsilon_r。我们有ϖi(Hαj)=δij\varpi_i(H_{\alpha_j}) =\delta_{ij},所以ϖr\varpi_r是基本的权相应的到αr\alpha_r。

令σ\sigma为g\mathfrak{g}在V上的恒等式表示。 σ\sigma的外部幂⋀rσ\bigwedge^r\sigma是E=⋀r(V)E =\bigwedge^r(V)上的表示。让(e1,...,el+1)(e_1, . . . , e_{l+1})成为V中选择的基。 ei1∧⋯∧eire_{i_1}\wedge \cdots \wedge e_{i_r},其中 E 的 i1<⋯<iri_1<\cdots < i_r、形式基。如果 h∈hh\in \mathfrak{h},

(⋀rσ)(h).ei1∧⋯∧eir=(εi1+⋯+εir)(h)ei1∧⋯∧eir (\bigwedge^r\sigma )(h).e_{i_1}\wedge \cdots \wedge e_{i_r}= (\varepsilon_{i_1}+\cdots +\varepsilon_{i_r})(h)e_{i_1}\wedge \cdots \wedge e_{i_r}

因而,每个权都是重数,1,ϖr1,\varpi_r是⋀rσ\bigwedge^r\sigma的权,并且每个其他权都是形式ϖr−μ\varpi_r-\mu,其中μ\mu是正部首权。因而,ϖr\varpi_r是⋀rσ\bigwedge^r\sigma的最高权,而e1∧⋯∧ere_1\wedge \cdots \wedge e_r是原语元素。由章。 VI, §4, no. 7.IX,Weyl 群可以与对称群识别

{ε1,...,εl+1} \{\varepsilon_1, . . . , \varepsilon_{l+1}\}

Weyl 群下的 ϖr\varpi_r 的轨道因此包含所有 εi1+⋯+εir\varepsilon_{i_1}+\cdots +\varepsilon_{i_r} 和 i1<⋯<iri_1<\cdots < i_r。由原语元素e1∧⋯∧ere_1\wedge \cdots \wedge e_r生成的简单子模因此承认所有εi1+⋯+εir\varepsilon_{i_1}+\cdots +\varepsilon_{i_r}为权,因此等于E。因而,⋀rσ\bigwedge^r\sigma与最高权ϖr\varpi_r不可约。

因而,表示⋀rσ(1≤r≤l)\bigwedge^r\sigma (1\leq r\leq l)是基本的表示。我们有暗淡(⋀rσ\bigwedge^r\sigma)=(rl+1)=(^{l+1}_r)。

(V) 我们有w0(α1)=−αl,w0(α2)=−αl−1,..w_0(\alpha_1) =-\alpha_l, w_0(\alpha_2) =-\alpha_{l-1}, . .。 (第VI, §4, no. 7,XI),所以

−w0(ϖ1)=ϖl,−w0(ϖ2)=ϖl−1,... -w_0(\varpi_1) =\varpi_l,-w_0(\varpi_2) =\varpi_{l-1}, . . .

让

ω=n1ϖ1+⋯+nlϖl(n1,...,nl∈N) \omega =n_1\varpi_1+\cdots +n_l\varpi_l(n_1, . . . , n_l\in \mathbf{N})

成为主导权。那么,简单的表示与最高权 ω\omega 正交或辛当且仅当

n1=nl,n2=nl−1,.. n_1=n_l,n_2=n_{l-1}, . .

(§7, no. 5,提案 12)。特别是,如果 ll 是偶数,则 sl(l+1,k)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(l+ 1, k) 的基数表示都不是正交或辛的。如果 ll 是奇数,则 i≠(l+1)/2i\not= (l+ 1)/2 的表示 ⋀iσ\bigwedge^i\sigma 既不正交也不辛;由章。 ϖ(l+1)/2\varpi_{(l+1)/2}相对于(α1,...,αl)(\alpha_1, . . . , \alpha_l)的坐标VI, §4, no. 7.VI、和为

1l+1[l+12(1+2+⋯+l−12)+l+12(1+2+⋯+l+12)] \frac{1}{l + 1}[\frac{l + 1}{2}(1 + 2 +\cdots +\frac{l- 1}{2})+\frac{l + 1}{2}(1 + 2 +\cdots +\frac{l + 1}{2})]
=1+2+⋯+l−12+l+14 = 1 + 2 +\cdots +\frac{l- 1}{2}+\frac{l + 1}{4}

so ⋀(l+1)/2σ\bigwedge^{(l+1)/2}\sigma is orthogonal if l≡−1l\equiv -1 (mod. 4) and symplectic if l≡1l\equiv 1 (mod. 4) (§7, no. 5, Prop. 12). 最后的结果可以如下变得更加精确。 选择 ⋀l+1(V)\bigwedge^{l+1}(V) 中的非零元素 ee。 乘法在外部代数 V 定义双线性映射

⋀(l+1)/2(V)×⋀(l+1)/2(V) \bigwedge^{(l+1)/2}(V)\times \bigwedge^{(l+1)/2}(V)

到⋀l+1\bigwedge^{l+1}(V),可以写成(u,v)→Φ(u,v)e(u, v) \rightarrow \Phi (u, v)e,其中Φ\Phi是⋀(l+1)/2(V)\bigwedge^{(l+1)/2}(V)上的双线性形式。立即验证Φ\Phi非零,在g\mathfrak{g}下不变(因此非简并),如果(l+1)/2(l+ 1)/2是偶数则对称,如果(l+1)/2(l+ 1)/2是奇数则交错的。

(VI) 对于所有x∈gx\in \mathfrak{g},σ(x)=x\sigma (x) =x的特征多项式可以写成

Tl+1+f2(x)Tl−1+f3(x)Tl−2+⋯+fl+1(x) T^{l+1}+f_2(x)T^{l-1}+f_3(x)T^{l-2}+\cdots +f_{l+1}(x)

其中f2,...,fl+1f_2, . . . , f_{l+1}在g(\mathfrak{g}(§8, no. 3、引理2)下是多项式函数不变的。

如果x=ξ1E11+⋯+ξl+1El+1l+1∈hx=\xi_1E_{11}+\cdots +\xi_{l+1}E_{l+1l+1}\in \mathfrak{h},则fi(x)f_i(x)直到符号为止都是次数2,...,l+12, . . . , l+ 1的ξ1,...,ξl+1\xi_1, . . . , \xi_{l+1}的初等对称函数。因此,由章。 VI, §4, no. 7.IX,S(h∗)\mathbf{S}(\mathfrak{h}^*)的元素的fi∣hf_i|\mathfrak{h}生成代数在Weyl群下不变量,并且是代数独立的。因此,多项式函数的(§8, no. 3,命题33)f2,f3,...,fl+1f_2, f_3, . . . , f_{l+1}生成代数在g\mathfrak{g}下是不变的,并且是代数独立的。

(VII) 对于所有g∈GL(l+1,k)g\in \mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1, k),令φk(g)=φ(g)\varphi_k(g) =\varphi (g)为自同构x→gxg−1x \rightarrow gxg^{-1} / g\mathfrak{g}。那么从GL(l+1,k)\mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1, k)到Aut(g\mathfrak{g}),φ\varphi就是同态。我们有

φ(SL(l+1,k))=\varphi (\mathbf{S}\mathbf{L}(l+ 1, k)) = 自动e(g)_e(\mathfrak{g})

(第VII, §3, no. 1、注2章)。设k‾\overline{k}为kk的代数闭包。我们有

GL(l+1,k‾)=k‾∗.SL(l+1,k‾) \mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1,\overline{k}) = \overline{k}^*.\mathbf{S}\mathbf{L}(l+ 1,\overline{k})

所以φk‾(GL(l+1,k‾))=φk‾(SL(l+1,k‾))=\varphi_{\overline{k}}(\mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1,\overline{k})) =\varphi_{\overline{k}}(\mathbf{S}\mathbf{L}(l+ 1,\overline{k})) =自动e(g⊗kk‾)_e(\mathfrak{g}\otimes_k\overline{k});由此可见 φ(GL(l+1,k))⊂\varphi (\mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1, k))\subset Aut0(g)_0(\mathfrak{g})。另一方面,根据§7, no. 1的第2号命题,Aut0(g)⊂φ(GL(l+1,k))_0(\mathfrak{g})\subset \varphi (\mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1, k))适用于g\mathfrak{g}的恒等式表示。因此,

自动0(g)=φ(GL(l+1,k))_0(\mathfrak{g}) =\varphi (\mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1, k))。

φ\varphi核是与阶l+1l+1每矩阵可交换的GL(l+1,k)\mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1, k)元素集合,即可逆标量矩阵的集合k∗k^*。因此,Aut0(g)_0(\mathfrak{g})可以与群GL(l+1,k)/k∗=PGL(l+1,k)\mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1, k)/k^*=\mathbf{P}\mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1, k)识别。 φ′=φ∣SL(l+1,k)\varphi '=\varphi |\mathbf{S}\mathbf{L}(l+ 1, k)的核是μl+1(k)\mu_{l+1}(k),其中μl+1(k)\mu_{l+1}(k)表示kk中单位元的(l+(l+1)第根中的集合。因此,Aute(g)_e(\mathfrak{g})可以被识别为群SL(l+1,k)/μl+1(k)=PSL(l+1,k)\mathbf{S}\mathbf{L}(l+ 1, k)/\mu_{l+1}(k) =\mathbf{P}\mathbf{S}\mathbf{L}(l+ 1, k)。另一方面,我们有正合序列

1 ⟶SL(l+1,k)⟶GL(l+1,k)⟶detk∗⟶\longrightarrow \mathbf{S}\mathbf{L}(l+ 1, k)\longrightarrow \mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1, k)\longrightarrow^{det}k^*\longrightarrow 1

det下的k∗k^*的像是k∗l+1k^{*l+1}。由此可见,有典范同构

自动0(g)/_0(\mathfrak{g})/自动e(g)⟶PGL(l+1,k)/PSL(l+1,k)_e(\mathfrak{g})\longrightarrow \mathbf{P}\mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1, k)/\mathbf{P}\mathbf{S}\mathbf{L}(l+ 1, k)

⟶GL(l+1,k)/k∗.SL(l+1,k)⟶k∗/k∗l+1 \longrightarrow \mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1, k)/k^*.\mathbf{S}\mathbf{L}(l+ 1, k)\longrightarrow k^*/k^{*l+1}

如果 kk = R\mathbf{R},如果 l+1l+ 1 是奇数,我们可以看到 Aut0(g)=_0(\mathfrak{g}) = Aute(g)_e(\mathfrak{g});如果 l+1l+ 1 是偶数,则 Aut0(g)/_0(\mathfrak{g})/Aute(g)_e(\mathfrak{g}) 同构于 Z/2Z\mathbf{Z}/2\mathbf{Z}。

与5,f(TQ)5,f(T_{\mathbf{Q}})的记号是g\mathfrak{g}的自同构集合即诱导在h\mathfrak{h}上的恒等式,因此等于φ\varphi(D),其中D是对角线元素的集合 GL(l+1,k)(\mathbf{G}\mathbf{L}(l+ 1, k) (§5,提案 4)。令D′D'为SL(l+1,k)\mathbf{S}\mathbf{L}(l+ 1, k)的对角线元素的集合。根据§5的第3条命题,以及Aute(g)_e(\mathfrak{g})的确定,我们有f(q(TP))⊂φ(D′)f(q(T_P))\subset \varphi (D')。我们证明f(q(TP))=φ(D′)f(q(T_P)) =\varphi (D')。让

λ1\lambda_1 0

d=d=。 ..

0 λl+1\lambda_{l+1}

是元素 / D′D'。对于所有 ii 和 jj,存在 ζ∈\zeta \in Hom(Q(R),k∗, k^*) =TQ= T_Q,使得ζ(εi−εj)=λiλj−1\zeta (\varepsilon_i-\varepsilon_j) =\lambda_i\lambda^{-1}_j。很容易验证f(ζ)=φ(d)f(\zeta ) =\varphi (d)。由章。 VI, §4, no. 7.VIII,P(R)由Q(R)和元素ε=ε1\varepsilon =\varepsilon_1生成,其P(R)/Q(R)P(R)/Q(R)中的像为阶l+1l+ 1;但是

ζ((l+1)ε)=ζ((ε1−ε2)+(ε1−ε3)+⋯+(ε1−εl+1)) \zeta ((l+ 1)\varepsilon ) =\zeta ((\varepsilon_1-\varepsilon_2) + (\varepsilon_1-\varepsilon_3) +\cdots + (\varepsilon_1-\varepsilon_{l+1}))
=λ1lλ2−1λ3−1...λl+1−1=λ1l+1 =\lambda^l_1\lambda^{-1}_2\lambda^{-1}_3. . . \lambda^{-1}_{l+1}=\lambda^{l+1}_1

所以从 P(R) 到 k∗k^* ζ\zeta 扩展到同态。这就证明了ζ∈q(TP)\zeta \in q(T_P),所以φ(d)∈f(q(TP))\varphi (d)\in f(q(T_P))。

回想一下(§5, no. 3,第 5 条命题第 2 条),对于 l=1l= 1,Aut(g\mathfrak{g}) == Aut0(g)_0(\mathfrak{g}),对于 l≥2l\geq 2,Aut(g\mathfrak{g})//Aut0(g)_0(\mathfrak{g}) 同构于 Z/2Z\mathbf{Z}/2\mathbf{Z}。如果l≥2l\geq 2(第VI, §4, no. 7.XI),则映射θ:x→−tx\theta :x \rightarrow -^tx是sl(l+1,k)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(l+ 1, k)和a0=θ∣h∉Wa_0=\theta |\mathfrak{h}\notin W的自同构,所以a0a_0的类 Aut(g\mathfrak{g})//Aut0(g)_0(\mathfrak{g}) 是这个群的非平凡元素(§5, no. 2,命题 4)。

杀戮形式的(VIII)限制到h\mathfrak{h}是

Φ(ξ1E11+⋯+ξl+1El+1,l+1,ξ1′E11+⋯+ξl+1′El+1,l+1) \Phi (\xi_1E_{11}+\cdots +\xi_{l+1}E_{l+1,l+1}, \xi '_1E_{11}+\cdots +\xi '_{l+1}E_{l+1,l+1})
=∑i≠j(ξi−ξj)(ξi′−ξj′)=∑i,j(ξi−ξj)(ξi′−ξj′) =\sum_{i\not=j}(\xi_i-\xi_j)(\xi '_i-\xi '_j) =\sum_{i,j}(\xi_i-\xi_j)(\xi '_i-\xi '_j)
=(l+1)∑iξiξi′+(l+1)∑jξjξj′−2(∑iξi)(∑jξj′ = (l+ 1)\sum_i\xi_i\xi '_i+ (l+ 1)\sum_j\xi_j\xi '_j-2(\sum_i\xi_i)(\sum_j\xi '_j
=2(l+1)∑iξiξi′ = 2(l+ 1)\sum_i\xi_i\xi '_i

(IX) 对于 1≤i<j≤l+11\leq i < j\leq l+ 1,输入

Xεi−εj=EijXεj−εi=−Eji X_{\varepsilon_i-\varepsilon_j}=E_{ij}X_{\varepsilon_j-\varepsilon_i}=-E_{ji}

然后,对于所有α∈R\alpha \in R,我们有[Xα,X−α]=−Hα[X_{\alpha}, X_{-\alpha}] =-H_{\alpha}和θ(Xα)=X−α\theta (X_{\alpha}) =X_{-\alpha}(其中θ\theta是(VII)中引入的自同构x→−txx \rightarrow -^tx)。因而,(Xα)α∈R(X_{\alpha})_{\alpha\in R} 是 (g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h}) 中的 Chevalley 系统。

取k=Qk=\mathbf{Q}。 h(\mathfrak{h}(§12, no. 6,Def. 中允许的格子。 1) 是位于 Eii−Ei+1,i+1E_{ii}-E_{i+1,i+1} 生成的 Z\mathbf{Z}-模 Q(R∨)Q(R^{\vee}) 之间,即矩阵属于到 sl(l+1,Z)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(l+ 1,\mathbf{Z}) 对角线的由……组成和由 Z\mathbf{Z}-模 P(R∨)P(R^{\vee}) 生成的Q(R∨)Q(R^{\vee})和E11−(l+1)−1∑EiiE_{11}-(l+ 1)^{-1}\sum E_{ii}(第VI, §4, no. 7.VIII),即形式x+(l+1)−1a.1x+ (l+ 1)^{-1}a.1的轨迹零的对角线矩阵的由……组成,其中xx有整数条目和a∈Za\in \mathbf{Z}。由此可见,sl(l+1,Z)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(l+1,\mathbf{Z}) 是 (g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h}) 中的 Chevalley 阶,与许用格子 Q(R∨)Q(R^{\vee}) 和 Chevalley 系统 (Xα)(X_{\alpha}) 相关。很容易验证⋀rZl+1\bigwedge^r\mathbf{Z}^{l+1}是⋀rQl+1\bigwedge^r\mathbf{Q}^{l+1}相对于sl(l+1,Z)(\mathfrak{s}\mathfrak{l}(l+ 1,\mathbf{Z}) (§12, no. 8的容许格,Def。 3)。

另一方面,gl(l+1,Z)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(l+ 1,\mathbf{Z}) 是分裂的还原代数 gl(l+1,Q)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(l+ 1,\mathbf{Q}) 中的 Chevalley 阶;它的投影到sl(l+1,Q)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(l+ 1,\mathbf{Q})平行于gl(l+1,Q)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(l+1,\mathbf{Q})的中心Q.1\mathbf{Q}.1是(g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h})中的Chevalley阶由h\mathfrak{h}中的允许晶格P(R∨)P(R^{\vee})和Chevalley系统(Xα)(X_{\alpha})定义。我们注认为gl(l+1,Z)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(l+ 1,\mathbf{Z})不是其交的直和与sl(l+1,Q)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(l+ 1,\mathbf{Q})和中心的gl(l+1,Q)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(l+ 1,\mathbf{Q})。

2. 代数型 Bl_{\boldsymbol{l}} (l≥\boldsymbol{l}\geq 1)

(I) 令V为有限维向量空间,而Ψ\Psi为V上的非简并对称双线性形式。 集合 / 自同态 xx / V,使得Ψ(xv,v′)+Ψ(v,xv′)=0\Psi (xv, v') +\Psi (v, xv') = 0对于所有v,v′∈Vv, v'\in V来说是sl\mathfrak{s}\mathfrak{l}(V)的谎言子代数,半单对于昏暗的V≠2V\not= 2 (第 I, §6, no. 7 章,第 9 条命题)。我们用 o(Ψ)\mathfrak{o}(\Psi ) 表示它,并将其称为与 Ψ\Psi 关联的正交李代数。

假设V是奇数维数2l+1≥32l+ 1\geq 3,Ψ\Psi是最大指标ll。用 Q 表示二次形式,使得 Ψ\Psi 与 Q 相关联。对于 x∈Vx\in V,我们有 Q(x)=12Ψ(x,x)Q(x) =\frac{1}{2}\Psi (x, x)。 代数,第 1 章IX, §4, no. 2、V可以写成两个最大全各向同性子空间 F和F′F'的直和以及F+F′F + F'的正交补G,它是非各向同性的一维。在Ψ\Psi乘以一个非零常数之前,我们可以假设存在e0∈Ge_0\in G使得Ψ(e0,e0)=−2\Psi (e_0, e_0) =-2。另一方面,F 和 F′F' 通过 Ψ\Psi 具有对偶性;设 (ei)1≤i≤l(e_i)_{1\leq i\leq l} 为 F 的基,且 (e−i)1≤i≤l(e_{-i})_{1\leq i\leq l} 对偶基为 F′F'。然后

(e1,...,el,e0,e−l,...,e−1) (e_1, . . . , e_l, e_0, e_{-l}, . . . , e_{-1})

是 V 中的基;我们有

Q(∑xiei)=−x02+∑i=1i=lxix−i Q(\sum x_ie_i)=-x^2_0+\sum_{i=1}^{i=l}x_ix_{-i}

相对于该基,Ψ\Psi矩阵为阶2l+12l+ 1平方矩阵

0 0 ⋯\cdots 0 1

0 0 ss 0 0 ⋯\cdots 1 0

S=S=0−2-20,s=,s=……。 .. ... ...,

ss 0 0 0 1 ⋯\cdots 0 0

1 0 ⋯\cdots 0 0

其中ss是阶ll的平方矩阵,其所有条目都是零,除了第二个对角线6^6上的条目等于1。具有上述属性的V的基将被称为维特基共 V。然后可以将代数g=o(Ψ)\mathfrak{g}=\mathfrak{o}(\Psi )与方阵aa或阶2l+12l+ 1的代数oS(2l+1,k)\mathfrak{o}_S(2l+ 1, k)进行识别,使得a=−S−1aS(a=-S^{-1}aS(代数,第1章。 IX, §1, no. 10、公式 (50))。简单计算可知,g\mathfrak{g} 是集合 / 矩阵 / 形式

A2stxB A2s^txB

yy 0 xx (2)

C2styD C2s^tyD

其中 xx 和 yy 是 1 行的矩阵,ll 列和 A,B,C,DA, B, C, D 是阶 ll 的方阵,这样 B=−stBs,C=−stCsB=-s^tBs, C=-s^tCs 和 D=−stAsD=-s^tAs。由于映射 A→stAsA \rightarrow s^tAs 从 Ml(k)\mathbf{M}_l(k) 到自身是关于第二条对角线的对称性,因此可以得出

昏暗g=2l+l2+2l(l−1)2=l(2l+1)\mathfrak{g}= 2l+l^2+ 2\frac{l(l-1)}{2}=l(2l+ 1)。

令h\mathfrak{h}为g\mathfrak{g}的对角线元素的集合。这是 g\mathfrak{g} 中的交换子代数,其中基元素

6^6 平方矩阵 (aij)1≤i,j≤n(a_{ij})_{1\leq i,j\leq n} 的第二条对角线是 aija_{ij} 的族,使得

i+j=n+1 i+j=n+ 1
Hi=Ei,i−E−i,−i(1≤i≤l) H_i=E_{i,i}-E_{-i,-i}(1\leq i\leq l)

令(εi)(\varepsilon_i)为h∗\mathfrak{h}^*对(Hi)(H_i)的基。放

Xεi=2Ei,0+E0,−i(1≤i≤l) X_{\varepsilon_i}= 2E_{i,0}+E_{0,-i}(1\leq i\leq l)

X−εiX_{-\varepsilon_i} = −2E−i,0−E0,i(1≤i≤l)-2E_{-i,0}-E_{0,i}(1\leq i\leq l)

Xεi−εjX_{\varepsilon_i-\varepsilon_j} = Ei,j−E−j,−i(1≤i<j≤l)E_{i,j}-E_{-j,-i}(1\leq i < j\leq l)

Xεj−εiX_{\varepsilon_j-\varepsilon_i} = −Ej,i+E−i,−j(1≤i<j≤l)-E_{j,i}+E_{-i,-j}(1\leq i < j\leq l) (3)

Xεi+εjX_{\varepsilon_i+\varepsilon_j} = Ei,−j−Ej,−i(1≤i<j≤l)E_{i,-j}-E_{j,-i}(1\leq i < j\leq l)

X−εi−εjX_{-\varepsilon_i-\varepsilon_j} = −E−j,i+E−i,j(1≤i<j≤l)-E_{-j,i}+E_{-i,j}(1\leq i < j\leq l)。

很容易验证这些元素形式基是g\mathfrak{g}中h\mathfrak{h}的补集,并且对于h∈hh\in \mathfrak{h},

[h,Xα]=α(h)Xα(4) [h, X_{\alpha}] =\alpha (h)X_{\alpha} \tag{4}

对于所有α∈R\alpha \in R,其中R是±εi\pm \varepsilon_i和±εi±εj(1≤i<j≤l)\pm \varepsilon_i\pm \varepsilon_j(1\leq i < j\leq l)的集合。由此可见,h\mathfrak{h} 等于其在 g\mathfrak{g} 中的归一化器,因此是 g\mathfrak{g} 的嘉当子代数,h\mathfrak{h} 是分裂,(g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h}) 的根是 R 的元素。 根系 R (g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h}) 的 l≥2l\geq 2 为型 BlB_l,l=1l= 1 的型 A1A_1(也称为型 B1B_1)(第 1 章) VI, §4, no. 5.I,扩展到案例l=1l= 1)。因而,g\mathfrak{g}是型BlB_l的可拆分简单李代数。

o(Ψ)\mathfrak{o}(\Psi )的每个分裂嘉当子代数都是h\mathfrak{h}的变换乘以o(Ψ)\mathfrak{o}(\Psi )的基本自同构,因此乘以O(Ψ)\mathbf{O}(\Psi )的元素(cf.(VII)),因此是g\mathfrak{g}的元素集合hβ\mathfrak{h}_{\beta},其矩阵相对于V的威特基β\beta是对角的。我们立即验证hβ\mathfrak{h}_{\beta}下唯一的向量子空间不变量是由β\beta的子集生成的。

如果 l=1l= 1、代数 o(Ψ)\mathfrak{o}(\Psi ) 和 sl(2,k)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(2, k) 具有相同的根系,因此是同构的(cf. 也是 §1,练习 16)。从现在开始,我们假设l≥2l\geq 2。

(II) 根系 R∨R^{\vee} 由第 1 章确定。 VI, §4, no. 5.V,我们发现

Hεi=2Hi,Hεi−εj=Hi−Hj,Hεi+εj=Hi+Hj H_{\varepsilon_i}= 2H_i, H_{\varepsilon_i-\varepsilon_j}=H_i-H_j, H_{\varepsilon_i+\varepsilon_j}=H_i+H_j

(III) 放入α1=ε1−ε2,...,αl−1=εl−1−εl,αl=εl\alpha_1=\varepsilon_1-\varepsilon_2, . . . , \alpha_{l-1}=\varepsilon_{l-1}-\varepsilon_l, \alpha_l=\varepsilon_l。由章。 VI, §4, no. 5.II,(α1,...,αl)(\alpha_1, . . . , \alpha_l)是R的基B;相对于 B 的正根是 εi\varepsilon_i 和 εi±εj(i<j)\varepsilon_i\pm \varepsilon_j(i < j)。 相应的博雷尔子代数 b\mathfrak{b} 是g\mathfrak{g} 中上三角矩阵的集合。

立即验证,V中唯一不同于{0}\{0\}和V在b\mathfrak{b}下稳定的向量子空间是最大标志相应的到基(ei)(e_i)的元素,即完全各向同性子空间V1,...,VlV_1, . . . ,V_l,其中ViV_i由e1,...,eie_1, . . . , e_i生成,与其正交补集V−1,...,V−i:V_{-1}, . . . ,V_{-i}:一起,ViV_i的正交补集V−iV_{-i}由e1,...,el,e0,e−l,...,e−i−1e_1, . . . , e_l, e_0, e_{-l}, . . . , e_{-i-1}生成,并且不完全各向同性。另一方面,如果 g\mathfrak{g} 的元素离开稳定的向量子空间,则它的正交补集离开稳定。因而,b\mathfrak{b}是g\mathfrak{g}的元素的集合,留下稳定的元素标志{V1,...,Vl}\{V_1, . . . ,V_l\}。

如果一个标志的每个元素完全各向同性,则该标志被称为各向同性。 标志{V1,...,Vl}\{V_1, . . . ,V_l\}是最大各向同性标志。 Since the group O(Ψ)\mathbf{O}(\Psi ) operates transitively both on the Borel subalgebras of g\mathfrak{g} (cf. (VII)) and on the maximal isotropic flags (Algebra, Chap. IX, §4, no. 3, Th. 1), we see that, for any maximal isotropic flag δ\delta in V, the set bδ\mathfrak{b}_{\delta} of elements of g\mathfrak{g} leaving stable the elements of δ\delta is a Borel subalgebra of g\mathfrak{g} and that the map δ→bδ\delta \rightarrow \mathfrak{b}_{\delta} is a bijection from the set of maximal isotropic flags to the set of Borel subalgebras of g\mathfrak{g}.

令δ\delta为各向同性标志,令pδ\mathfrak{p}_{\delta}为g\mathfrak{g}的元素的集合,留下稳定的δ\delta的元素。如果δ⊂{V1,...,Vl}\delta \subset \{V_1, . . . ,V_l\},则pδ\mathfrak{p}_{\delta}是g\mathfrak{g}包含b\mathfrak{b}的抛物线子代数,容易验证在pδ\mathfrak{p}_{\delta}下唯一完全各向同性的子空间≠{0}\not=\{0\}稳定的是元素 δ\delta。这给出了 2l2^l 抛物线子代数的 g\mathfrak{g} 包含 b\mathfrak{b}。由上可知,从V各向同性标志的集合到g\mathfrak{g}抛物线子代数的集合,映射δ→pδ\delta \rightarrow \mathfrak{p}_{\delta}为双射。此外,pδ⊂pδ′\mathfrak{p}_{\delta}\subset \mathfrak{p}_{\delta'}当且仅当δ⊃δ′\delta \supset \delta '。

(IV)基本权相应的到α1,...,αl\alpha_1, . . . , \alpha_l是,由第1章。 VI, §4, no. 5.VI,

ϖi=ε1+⋯+εi(1≤i≤l−1) \varpi_i=\varepsilon_1+\cdots +\varepsilon_i(1\leq i\leq l-1)
ϖl=12(ε1+⋯+εl) \varpi_l=\frac{1}{2}(\varepsilon_1+\cdots +\varepsilon_l)

令σ\sigma为g\mathfrak{g}在V上的恒等式表示。外部幂⋀rσ\bigwedge^r\sigma在E=⋀rVE =\bigwedge^rV运行。如果h∈hh\in \mathfrak{h},

σ(h).ei=εi(h)ei\sigma (h).e_i=\varepsilon_i(h)e_i 1≤i≤l1\leq i\leq l
σ(h).e0=0 \sigma (h).e_0= 0

σ(h).e−i=−εi(h)e−i\sigma (h).e_{-i}=-\varepsilon_i(h)e_{-i} 换1≤i≤l1\leq i\leq l。

由此可见,对于1≤r≤l,ε1+⋯+εr1\leq r\leq l,\varepsilon_1+\cdots +\varepsilon_r是⋀rσ\bigwedge^r\sigma的最高权,权ε1+⋯+εr\varepsilon_1+\cdots +\varepsilon_r的元素是与e1∧⋯∧e_1\wedge \cdots \wedgeere_r的比例。我们将证明,对于1≤r≤l−11\leq r\leq l-1,表示⋀rσ\bigwedge^r\sigma是最高权ϖr\varpi_r的g\mathfrak{g}的基本表示。为此,只要证明 ⋀rσ\bigwedge^r\sigma 对于 0≤r≤2l+10\leq r\leq 2l+ 1 是不可约的。但是双线性形式 Φ\Phi 在 ⋀rV×⋀2l+1−rV\bigwedge^rV\times \bigwedge^{2l+1-r}V 上定义为

x∧y=Φ(x,y)e1∧⋯∧el∧e0∧e−l∧⋯∧e−1 x\wedge y=\Phi (x, y)e_1\wedge \cdots \wedge e_l\wedge e_0\wedge e_{-l}\wedge \cdots \wedge e_{-1}

在g\mathfrak{g}下是不变的,并且使⋀rV\bigwedge^rV和⋀2l+1−rV\bigwedge^{2l+1-r}V具有对偶性。因此,表示⋀2l+1−rσ\bigwedge^{2l+1-r}\sigma是⋀rσ\bigwedge^r\sigma的对偶,足以证明⋀rσ\bigwedge^r\sigma对于0≤r≤l0\leq r\leq l的不可约性,或者⋀rV\bigwedge^rV包含e1∧⋯∧ere_1\wedge \cdots \wedge e_r的最小的子空间TrT_r而稳定在g\mathfrak{g}以下的是⋀rV\bigwedge^rV的整体。这是 r=0r= 0 和 r=1r= 1 的直接的 (cf. 公式 (2))。对于r=2r= 2(因此l≥2l\geq 2),表示⋀2σ\bigwedge^2\sigma和g\mathfrak{g}的伴随表示(不可约)具有相同的维数l(2l+1)l(2l+ 1)和相同的最高权ε1+ε2\varepsilon_1+\varepsilon_2 (第 VI, §4, no. 5.IV)。我们结论认为⋀2σ\bigwedge^2\sigma等价于伴随表示,因此是不可约的。这证明了我们的断言对于l=1l= 1和l=2l= 2。

我们现在通过归纳对ll进行论证,并假设l≥r≥3l\geq r\geq 3。我们注首先如果W是奇数维数的V的非各向同性子空间,则与W′W'正交补,Ψ\Psi对W的限制ΨW\Psi_W是非简并的并且o(ΨW)\mathfrak{o}(\Psi_W)可以是识别出g\mathfrak{g}的子代数、元素的由……组成于W′W'消失。如果暗淡W<W<暗淡V,并且如果ΨW\Psi_W最大为指标,则归纳假设意味着如果TrT_r包含为形式w′∧ww'\wedge w的非零元素,则w′∈⋀r−kW′w'\in \bigwedge^{r-k}W' 和 w∈⋀kW(0≤k≤r)w\in \bigwedge^kW (0\leq k\leq r),然后 TrT_r 包含 w′∧⋀kW:w'\wedge \bigwedge^kW: 事实上,对于所有 a∈o(ΨW)a\in \mathfrak{o}(\Psi_W),我们都有 a.(w′∧w)=w′∧a.wa.(w'\wedge w) =w'\wedge a.w。我们通过归纳在p∈0,rp\in 0, r上展示TrT_r包含元素

x=ei1∧⋯∧eir−p∧ej1∧⋯∧ejp x=e_{i_1}\wedge \cdots \wedge e_{i_{r-p}}\wedge e_{j_1}\wedge \cdots \wedge e_{j_p}

对于 1≤i1<⋯<ir−p≤l1\leq i_1<\cdots < i_{r-p}\leq l 和 −l≤j1<⋯<jp≤0-l\leq j_1<\cdots < j_p\leq 0。对于p=0p= 0,这是根据gl(F)\mathfrak{g}\mathfrak{l}(F)在⋀rF\bigwedge^rF(no. 1)上的运算的不可约性得出的,因为

g\mathfrak{g} 包含元素使F=Vl=∑i=1lkeiF = V_l=\sum_{i=1}^lke_i固定并在其上引入任何自同态 (cf. 公式 (2))。如果p=1p= 1,则令q∈(1,l)q\in (1, l)使得q≠−j1q\not=-j_1并且存在λ∈1,r−p\lambda \in 1, r-p和q=iλq=i_{\lambda};如果p≥2p\geq 2,则令q∈1,lq\in 1, l使得−q∈{j1,...,jp}-q\in \{j_1, . . . , j_p\}。如有必要,对eie_i进行排列,我们可以假设q=1q= 1。现在取 W′=ke1+ke−1W'=ke_1+ke_{-1} 的正交补集作为 W。如果p=1p= 1,我们有x∈e1∧⋀r−1Wx\in e_1\wedge \bigwedge^{r-1}W;从TrT_r包含e1∧⋯∧ere_1\wedge \cdots \wedge e_r开始,我们看到TrT_r包含xx。如果p≥2p\geq 2,则x∈e−1∧⋀r−1Wx\in e_{-1}\wedge \bigwedge^{r-1}W或x∈e1∧e−1∧⋀r−2Wx\in e_1\wedge e_{-1}\wedge \bigwedge^{r-2}W;从TrT_r包含e−1∧e2∧⋯∧er−1e_{-1}\wedge e_2\wedge \cdots \wedge e_{r-1}和e−1∧e1∧e2∧⋯∧er−2e_{-1}\wedge e_1\wedge e_2\wedge \cdots \wedge e_{r-2}到归纳假设,我们看到TrT_r包含xx,从而完成了证明。

对于 ⋀rσ\bigwedge^r\sigma 的不可约性另一个证明,请参阅 Exerc。 6.

我们现在将确定基本表示与最高权ϖl\varpi_l。

引理 1 018T

令V为有限维向量空间,Q为V,Ψ,\Psi上的非简并二次形式,与Q相关的对称双线性形式,C(Q)相对于V的克利福德代数 Q,f0,f_0 规范映射的复合

o(Ψ)⟶gl(V)⟶V⊗V∗⟶V⊗V⟶C+(Q) \mathfrak{o}(\Psi )\longrightarrow \mathfrak{g}\mathfrak{l}(V)\longrightarrow V\otimes V^*\longrightarrow V\otimes V\longrightarrow C^+(Q)
引用了 8 · 被以下引用 3

引用了 VI § 4. 。 根系的分类, 习题 18, § 13, 定理 1, VIII § 8, 命题 12, VIII § 7, 命题 2, VIII § 7, 命题 1, VIII § 6, 命题 3, VIII § 11, 习题 7, § 13

被以下引用 § 13. 。经典可拆分简单李代数, 习题 18, § 13, 习题 19, § 13

(第一个是典范嵌入,第三个由V∗V^*到V相应的到Ψ\Psi由典范同构定义,第四个由C(Q)、cf.中的乘法定义代数,第IX, § 9, no. 1)。把f=12f0f=\frac{1}{2}f_0。

(i) 如果 (er),(er′)(e_r),(e'_r) 是 V 的基,使得 Ψ(er,es′)=δrs\Psi (e_r, e'_s) =\delta_{rs},则对于所有 a∈o(Ψ)a\in \mathfrak{o}(\Psi ),我们有 f0(a)=f_0(a) = ∑r(aer)er′\sum_r(ae_r)e'_r。

(ii) 如果a,b∈o(Ψ)a, b\in \mathfrak{o}(\Psi ),我们有∑r(aer)(ber′)=−∑r(aber)er′\sum_r(ae_r)(be'_r) =-\sum_r(abe_r)e'_r。

(iii) 如果a∈o(Ψ)a\in \mathfrak{o}(\Psi )和v∈Vv\in V,我们有[f(a),v]=av[f(a), v] =av。

(iv) 如果a,b∈o(Ψ)a, b\in \mathfrak{o}(\Psi ),我们有[f(a),f(b)]=f([a,b])[f(a), f(b)] =f([a, b])。

(v) f(o(Ψ))f(\mathfrak{o}(\Psi )) 生成联想词代数 C+(Q)C^+(Q)。

(vi) 设 N 为左 C+(Q)C^+(Q) 模,且从 C+(Q)C^+(Q) 到 Endk(N)_k(N) ρ\rho 相应的同态。那么ρ∘f\rho \circ f是N上o(Ψ)\mathfrak{o}(\Psi )的表示。如果N是简单的,ρ∘f\rho \circ f是不可约的。

断言 (i) 很清楚。如果a,b∈o(Ψ)a, b\in \mathfrak{o}(\Psi ),我们有(放入Ψ(x,y)=⟨x,y⟩\Psi (x, y) =\langle x, y\rangle)::

∑r(aer)(ber′)=∑r,s,t⟨aer,es′⟩⟨ber′,et⟩eset′=∑r,s,t⟨er,aes′⟩⟨er′,bet⟩eset′ \sum_r(ae_r)(be'_r) =\sum_{r,s,t}\langle ae_r, e'_s\rangle \langle be'_r, e_t\rangle e_se'_t=\sum_{r,s,t}\langle e_r, ae'_s\rangle \langle e'_r, be_t\rangle e_se'_t
=∑s,t⟨aes′,bet⟩eset′=−∑s,t⟨es′,abet⟩eset′=−∑t(abet)et′ =\sum_{s,t}\langle ae'_s, be_t\rangle e_se'_t=-\sum_{s,t}\langle e'_s, abe_t\rangle e_se'_t=-\sum_t(abe_t)e'_t

这就证明了(ii)。接下来,对于所有 v∈Vv\in V,我们有 (i),

1 ′′''

[f(a),v]=∑((aer)erv−v(aer)er) [f(a), v] =\sum((ae_r)e_rv-v(ae_r)e_r)

2

= 1∑r((aer)er′v+(aer)ver′−(aer)ver′−v(aer)er′)1\sum^r((ae_r)e'_rv+ (ae_r)ve'_r-(ae_r)ve'_r-v(ae_r)e'_r)

2

rr

1 ′′''

= ∑((aer)⟨er,v⟩−⟨aer,v⟩er)\sum((ae_r)\langle e_r, v\rangle - \langle ae_r, v\rangle e_r)

2

= 1a(∑r⟨er′,v⟩er)+1∑⟨er,av⟩er′=1av+1av=av1a(\sum^r\langle e'_r, v\rangle e_r)+1\sum\langle e_r, av\rangle e'_r=1av+1av=av,

2 r_r 2 r_r 2 2

这就证明了(iii)。然后

[f(a),f(b)]=[f(a),12∑(ber)er′][f(a), f(b)] =[f(a),\frac{1}{2}\sum(be_r)e'_r] 由 (i)

rr

=12∑([f(a),ber]er′+(ber)[f(a),er′])=\frac{1}{2}\sum([f(a), be_r]e'_r+ (be_r)[f(a), e'_r]) =12∑r((aber)er′+(ber)(aer′))=\frac{1}{2}\sum^r((abe_r)e'_r+ (be_r)(ae'_r)) 由 (iii)

rr

=12∑((aber)er′−(baer)er′)=\frac{1}{2}\sum((abe_r)e'_r-(bae_r)e'_r) 由 (ii)

rr

=f([a,b])=f([a, b]) 由 (i)

这就证明了(iv)。为了证明(v),我们可以通过扩展标量,假设kk是代数闭的。 选择,然后V的基(er)(e_r),使得Ψ(er,es)=δrs\Psi (e_r, e_s) =\delta_{rs},所以er′=ere'_r=e_r。如果 i≠ji\not=j,则 Eij−Eji∈o(Ψ)E_{ij}-E_{ji}\in \mathfrak{o}(\Psi ) 且

f(Eij−Eji)=12(eiej−ejei)=eiej f(E_{ij}-E_{ji}) =\frac{1}{2}(e_ie_j-e_je_i) =e_ie_j

但是eieje_ie_j生成C+(Q)C^+(Q)。

断言 (vi) 由 (iv) 和 (v) 得出。 Q.E.D.

现在回想一下在这个数开头使用的记号。将V~=F+F′\widetilde{V} = F + F'放入Q~\widetilde{Q}(分别为Ψ~\widetilde{\Psi})为Q(分别为Ψ\Psi)到V~\widetilde{V}的限制。那么Q~\widetilde{Q}是维数2l2l的空间V~\widetilde{V}上的最大指标ll的非简并二次形式,并且Clifford代数C(Q~)C( \widetilde{Q})是中心单代数维数 22l(2^{2l}(代数,第 1 章IX, §9, no. 4,周四。 2)。令 N 为由 e−1,...,e−le_{-1}, . . . , e_{-l} 生成的最大各向同性子空间 F′F' 的外代数。 认同 F 与 F′F' 的对偶通过 Ψ\Psi 和 x∈F′x\in F'(分别为 y∈Fy\in F)表示为 λ(x)\lambda (x)(分别为 λ(y)\lambda (y))左外部乘积与 xx(分别为左内部) N 中的乘积与 yy);如果a1,...,ak∈F′a_1, . . . , a_k\in F',那么

λ(x).(a1∧⋯∧ak)=x∧a1∧⋯∧ak \lambda (x).(a_1\wedge \cdots \wedge a_k) =x\wedge a_1\wedge \cdots \wedge a_k
λ(y).(a1∧⋯∧ak)=∑i=1k(−1)i−1Ψ(ai,y)a1∧⋯∧ai−1∧ai+1∧⋯∧ak \lambda (y).(a_1\wedge \cdots \wedge a_k) =\sum_{i=1}^k(-1)^{i-1}\Psi (a_i, y)a_1\wedge \cdots \wedge a_{i-1}\wedge a_{i+1}\wedge \cdots \wedge a_k

很容易验证 λ(x)2=λ(y)2=0\lambda (x)^2=\lambda (y)^2= 0 并且

λ(x)λ(y)+λ(y)λ(x)=Ψ(x,y).1 \lambda (x)\lambda (y) +\lambda (y)\lambda (x) =\Psi (x, y).1

由此可见(代数,IX, §9, no. 1),存在从C(Q~)C( \widetilde{Q})到End(N)延伸映射λ:F∪F′→\lambda : F\cup F'\rightarrowEnd(N)的唯一同态(再次用λ\lambda表示)。由于暗淡N=2lN = 2^l和C(Q~)C( \widetilde{Q})有一个独特的类单模,维数2l(2^l(代数,第1章。 IX, §9, no. 4,周四。 2), λ\lambda定义的N上C(Q~)C( \widetilde{Q})的表示是不可约的,并且是C(Q~)(C( \widetilde{Q}) (loc的旋量表示。引用。)。

现在考虑映射μ:v→e0v\mu:v \rightarrow e_0v从V~\widetilde{V}到C+(Q)C^+(Q)。对于v∈V~v\in \widetilde{V},我们有

(e0v)2=−e02v2=−Q(e0)Q(v)=Q(v)=Q~(v) (e_0v)^2=-e^2_0v^2=-Q(e_0)Q(v) = Q(v) = \widetilde{Q}(v)

μ\mu 扩展与同态唯一,再次用 μ\mu 表示,从 C(Q~)C( \widetilde{Q}) 到 C+(Q)C^+(Q)。因为 C(Q~)C( \widetilde{Q}) 很简单并且因为

昏暗C+(Q)=C^+(Q) = 昏暗C(Q~)=22lC( \widetilde{Q}) = 2^{2l},

我们看到μ\mu是同构。因而,N 上的λ∘μ−1\lambda \circ \mu^{-1} 定义一个简单的C+C^+(Q) 模结构和ρ=λ∘μ−1∘f\rho =\lambda \circ \mu^{-1}\circ f 是N 上g\mathfrak{g} 的不可约表示 (引理 1 (vi))。

另一方面,鉴于引理 1 (i),我们有

f(Hi)=12(eie−i−e−iei) f(H_i) =\frac{1}{2}(e_ie_{-i}-e_{-i}e_i)

从eie−i=−e02eie−i=e0eie0e−ie_ie_{-i}=-e^2_0e_ie_{-i}=e_0e_ie_0e_{-i}和eie−i+e−iei=1e_ie_{-i}+e_{-i}e_i= 1开始,我们有

−1_{-1} 1 1

μ∘f(Hi)=−e−iei=−+eie−i \mu\circ f(H_i) =-e_{-i}e_i=-+e_ie_{-i}

2 2 我们推断,对于 1≤i1<⋯<ik≤l:1\leq i_1<\cdots < i_k\leq l:

ρ(H)(e∧⋯∧e)={−12e−i1∧⋯∧e−ik\rho (H)(e\wedge \cdots \wedge e) =\{-\frac{1}{2}e_{-i_1}\wedge \cdots \wedge e_{-i_k} 如果i∈{i1,...,ik}i\in \{i_1, . . . , i_k\}

i−i1−ik12e−i1∧⋯∧e−ik^{i-i_1}-_{i_k}\frac{1}{2}e_{-i_1}\wedge \cdots \wedge e_{-i_k} 如果i∉{i1,...ik}i \notin \{i_1, . . . i_k\}

h∈hh\in \mathfrak{h}
ρ(h)(e−i1∧⋯∧e−ik)(5) \rho (h)(e_{-i_1}\wedge \cdots \wedge e_{-i_k}) \tag{5}
=(12(ε1+⋯+εl)−(εi1+⋯+εik))(h)(e−i1∧⋯∧e−ik) = (\frac{1}{2}(\varepsilon_1+\cdots +\varepsilon_l)-(\varepsilon_{i_1}+\cdots +\varepsilon_{i_k}))(h)(e_{-i_1}\wedge \cdots \wedge e_{-i_k})

这表明ρ\rho的最高权是ϖl\varpi_l。我们称ρ\rho为g\mathfrak{g}的旋量表示。 注其权都是简单的(而且ϖl\varpi_l是极小权)。

(V) 我们有 w0=−1w_0=-1,因而 g\mathfrak{g} 的每个有限维简单表示都是正交或辛的。由章。 VI, §4, no. 5.VI、ϖr\varpi_r相对于(α1,...,αl)(\alpha_1, . . . , \alpha_l)的坐标和对于1≤r≤l−1:1\leq r\leq l-1:是积分,因而,表示与⋀rσ\bigwedge^r\sigma是正交的。此外,它留下了Ψ\Psi到⋀rV\bigwedge^rV的不变扩张Ψ(r)\Psi_{(r)}。

对于旋量表示,ϖl\varpi_l相对于(α1,...,αl)(\alpha_1, . . . , \alpha_l)的坐标和是12(1+⋯+l)=l(l+1)4(\frac{1}{2}(1 +\cdots +l) =\frac{l(l+1)}{4}(loc。引用。)。因此,它对于 l≡0l\equiv 0 或 −1-1 (mod. 4) 是正交的,对于 l≡1l\equiv 1 或 2 (mod. 4) 是辛的。事实上,考虑N=⋀F′N =\bigwedge F'上的双线性形式Φ\Phi定义如下:如果x∈⋀pF′x\in \bigwedge^pF'和y∈⋀qF′y\in \bigwedge^qF',则放置Φ(x,y)=0\Phi (x, y) = 0如果p+q≠lp+q\not=l和

x∧y=(−1)2p(p+1)Φ(x,y)e−1∧⋯∧e−r x\wedge y= (-1)^{^{p(p+1)}_2}\Phi (x, y)e_{-1}\wedge \cdots \wedge e_{-r}

如果p+q=lp+q=l。很容易验证Φ\Phi是非简并的,并且对于l≡0,−1l\equiv 0,-1(模4)和交错的对于l≡1,2l\equiv 1,2(模4)是正交的。另一方面,鉴于引理 1 (i),

f(Xεi)=e0ei,f(X−εi)=−e0e−i f(X_{\varepsilon_i}) =e_0e_i,f(X_{-\varepsilon_i}) =-e_0e_{-i}

1≤i≤l1\leq i\leq l 和

f(Xεi−εj)=12(eie−j−e−jei)=eie−j=e0eie0e−j f(X_{\varepsilon_i-\varepsilon_j}) =\frac{1}{2}(e_ie_{-j}-e_{-j}e_i) =e_ie_{-j}=e_0e_ie_0e_{-j}

对于1≤i<j≤l1\leq i < j\leq l,类似地

f(Xεj−εi)=−e0eje0e−i,f(Xεi+εj)=e0eie0ej,f(X−εi−εj)=e0e−ie0e−j f(X_{\varepsilon_j-\varepsilon_i}) =-e_0e_je_0e_{-i}, f(X_{\varepsilon_i+\varepsilon_j}) =e_0e_ie_0e_j, f(X_{-\varepsilon_i-\varepsilon_j}) =e_0e_{-i}e_0e_{-j}

因此

μ−1∘f(Xεi)=ei,μ−1f(X−εi)=−e−i \mu^{-1}\circ f(X_{\varepsilon_i}) =e_i,\mu^{-1}f(X_{-\varepsilon_i}) =-e_{-i}

和

μ−1∘f(X±εi±εj)=ce±ie±j\mu^{-1}\circ f(X_{\pm\varepsilon_i\pm\varepsilon_j}) =ce_{\pm i}e_{\pm j} 为 1≤i,j≤l,i≠j1\leq i, j\leq l, i\not=j 与 c∈{1,−1}c\in \{1,-1\}。现在可以轻松验证Φ\Phi实际上是g\mathfrak{g}不变(cf.Exerc.18)。

(VI) 对于x∈gx\in \mathfrak{g},σ(x)\sigma (x)的特征多项式取形式

T2l+1+f1(x)T2l+f2(x)T2l−1+⋯+f2l+1(x) T^{2l+1}+f_1(x)T^{2l}+f_2(x)T^{2l-1}+\cdots +f_{2l+1}(x)

其中f1,...,f2l+1f_1, . . . , f_{2l+1}在g\mathfrak{g}上是不变的多项式函数。

如果 x=ξ1H1+⋯+ξlHl∈hx=\xi_1H_1+\cdots +\xi_lH_l\in \mathfrak{h},则 fi(x)f_i(x) 是 ξ1,...,ξl,−ξ1,...,−ξl\xi_1, . . . , \xi_l,-\xi_1, . . . ,-\xi_l 的初等对称函数;这些对称的函数是奇数次数中的零,并且

T2l+1+f2(x)T2l−1+f4(x)T2l−3+⋯+f2l(x)T=T(T2−ξ12)...(T2−ξl2) T^{2l+1}+f_2(x)T^{2l-1}+f_4(x)T^{2l-3}+\cdots +f_{2l}(x)T = T(T^2-\xi_1^2). . .(T^2-\xi^2_l)

因此 f2,...,f2lf_2, . . . , f_{2l} 是 ξ12,...,ξl2\xi_1^2, . . . , \xi_l^2 的初等对称函数,它们在代数上独立于 S(h∗)W\mathbf{S}(\mathfrak{h}^*)^W 的生成元(第 VI, §4, no. 5.IX)。鉴于§8, no. 3,Th。 1 (i),我们看到f1=f3=f5=⋯=0f_1=f_3=f_5=\cdots = 0和(f2,f4,...,f2l)(f_2, f_4, . . . , f_{2l})是g\mathfrak{g}上不变量多项式函数的代数自由族生成的代数。

(VII) 由于 Dynkin 图的唯一自同构是恒等,因此我们有 Aut(g\mathfrak{g}) == Aut0(g)_0(\mathfrak{g})。

令Σ\Sigma为V相对于Ψ\Psi的相似度的群。对于所有g∈Σg\in \Sigma,令φ(g)\varphi (g)为自同构x→gxg−1x \rightarrow gxg^{-1}/g\mathfrak{g}。那么从Σ\Sigma到Aut(g\mathfrak{g})φ\varphi就是同态。我们证明它是满射的。令 α∈\alpha \in Aut(g\mathfrak{g}) == Aut0(g)_0(\mathfrak{g})。根据§7, no. 1的命题2,存在s∈GL(V)s\in \mathbf{G}\mathbf{L}(V),使得α(x)=sxs−1\alpha (x) =sxs^{-1}对于所有x∈gx\in \mathfrak{g}。然后将ss变换Ψ\Psi转化为V上的双线性形式Ψ′\Psi ',这在g\mathfrak{g}下是不变的,因此与Ψ(\Psi (§7, no. 5成比例,命题12)。这就证明了s∈Σs\in \Sigma。

由于g\mathfrak{g}的恒等式表示是不可约的,它与标量(§6, no. 1,命题1)的交换律约化,所以φ\varphi的核是k∗k^*。因此,群Aut(g\mathfrak{g})==Aut0(g)_0(\mathfrak{g})可以与Σ/k∗\Sigma /k^*识别。但是,它是从代数,第 1 章得出的。 IX, §6, no. 5,群Σ\Sigma是群k∗k^*和SO(Ψ)\mathbf{S}\mathbf{O}(\Psi )中的乘积;因此Aut(g\mathfrak{g}) == Aut0(g)_0(\mathfrak{g})可以与SO(Ψ)\mathbf{S}\mathbf{O}(\Psi )识别。

令 O0+(Ψ)\mathbf{O}^+_0(\Psi ) 为 Ψ(\Psi (代数的简化正交群,第 1 章。 IX, §9, no. 5)。由于SO(Ψ)/O0+(Ψ)\mathbf{S}\mathbf{O}(\Psi )/\mathbf{O}^+_0(\Psi )是可交换的(前述),群Aute(g)_e(\mathfrak{g})包含在O0+(Ψ)(\mathbf{O}^+_0(\Psi ) (§11, no. 2,命题3);事实上,它等于它(练习7)。

(VIII) h∗\mathfrak{h}^* 上的规范双线性形式 ΦR\Phi_R 由下式给出

ΦR(ξ1ε1+⋯+ξlεl,ξ′ε1+⋯+ξ′εl)=\Phi_R(\xi_1\varepsilon_1+\cdots +\xi_l\varepsilon_l, \xi '\varepsilon_1+\cdots +\xi '\varepsilon_l) = 1 (ξ1ξ′+⋯+ξlξ′)(\xi_1\xi '+\cdots +\xi_l\xi ')

1l4l−2‾1l ^1l\overline{4l- 2}^1l

(第 VI, §4, no. 5.V)。由ΦR\Phi_R定义的从h\mathfrak{h}到h∗\mathfrak{h}^*的同构需要HiH_i到(4l−2).εi(4l-2).\varepsilon_i。因此,ΦR\Phi_R的逆形式,即杀戮形式的限制到h\mathfrak{h},是

Φ(ξ1H1+⋯+ξlHl,ξ1′H1+⋯+ξl′Hl)=(4l−2)(ξ1ξ1′+⋯+ξlξl′) \Phi (\xi_1H_1+\cdots +\xi_lH_l, \xi '_1H_1+\cdots +\xi '_lH_l) = (4l-2)(\xi_1\xi '_1+\cdots +\xi_l\xi '_l)

(IX) 回想一下公式 (3) 定义的Xα(α∈R)X_{\alpha}(\alpha \in R)。很容易验证[Xα,X−α]=−Hα[X_{\alpha}, X_{-\alpha}] =-H_{\alpha}对应α∈R\alpha \in R。另一方面,令M为矩阵I+E0,0I+E_{0,0};自 M=StM−1SM=S^tM^{-1}S、映射

θ:g→−M−1tgM \theta :g \rightarrow -M^{-1t}gM

对于所有α∈R\alpha \in R,是g\mathfrak{g}和θ(Xα)=X−α\theta (X_{\alpha}) =X_{-\alpha}的自同构。因而,(Xα)(X_{\alpha}) 是 (g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h}) 中的 Chevalley 系统。

假设k=Qk=\mathbf{Q}。 嘉当子代数h\mathfrak{h}有两个允许的格子:由HαH_{\alpha}生成的格子Q(R∨)Q(R^{\vee})和由HiH_i生成的格子P(R∨)P(R^{\vee}),由h\mathfrak{h}中的对角线矩阵和整数条目组成。由此可见,oS(2l+1,Z)\mathfrak{o}_S(2l+ 1,\mathbf{Z})(g\mathfrak{g}中矩阵的集合,具有整数条目)是g\mathfrak{g}中的Chevalley阶P(R∨)+∑Z.XαP(R^{\vee}) +\sum\mathbf{Z}.X_{\alpha}。从(X±εi)2=2E±i,∓i,(X±εi)3=0(X_{\pm\varepsilon_i})^2= 2E_{\pm i,\mp i},(X_{\pm\varepsilon_i})^3= 0和(X±εi±εj)2=0(X_{\pm\varepsilon_i\pm\varepsilon_j})^2= 0开始,我们看到维特基(ei)−l≤i≤l(e_i)_{-l\leq i\leq l}生成的格V\mathscr{V}是V中oS(2l+1,Z)\mathfrak{o}_S(2l+ 1,\mathbf{Z})的可接受格。 ⋀rV\bigwedge^rV中的⋀rV\bigwedge^r\mathscr{V}也是如此。

现在考虑 N=⋀F′N =\bigwedge F' 上 g\mathfrak{g} 的旋量表示 ρ\rho。由于它的权没有映射P(R∨)P(R^{\vee})到Z\mathbf{Z},所以它没有oS(2l+1,Z)\mathfrak{o}_S(2l+ 1,\mathbf{Z})的允许格子。另一方面,由 N 的典范基 (e−i1∧⋯∧e−ik)(e_{-i_1}\wedge \cdots \wedge e_{-i_k})(对于 1≤i1<⋯<ik≤l1\leq i_1<\cdots < i_k\leq l)生成的格子 N\mathscr{N} 是 Chevalley 阶 G=Q(R∨)+∑α∈RZ.Xα\mathscr{G}= Q(R^{\vee}) +\sum_{\alpha\in R}\mathbf{Z}.X_{\alpha} 的可接受格子。事实上,N\mathscr{N}在直接的下是稳定的

外部乘积与e−ie_{-i},内部乘积与eie_i(适用于1≤i≤l1\leq i\leq l)。 (V) 的公式则表明N\mathscr{N}在ρ(G)\rho (\mathscr{G})下是稳定的。此外,由于ρ(Xα)2=0\rho (X_{\alpha})^2= 0对于所有α∈R\alpha \in R,因而N\mathscr{N}是可接受的。

3. 代数型 Cl_{\boldsymbol{l}} (l≥\boldsymbol{l}\geq 1)

(I) 设Ψ\Psi为有限维2l≥22l\geq 2的向量空间V上的非简并交错的双线性形式; 集合 / 自同态 xx / V,使得所有v,v′∈Vv, v'\in V的Ψ(xv,v′)+Ψ(v,xv′)=0\Psi (xv, v') +\Psi (v, xv') = 0是半单李子代数 / sl(V)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(V)(第I, §6, no. 7章,第9条)。我们用 sp(Ψ)\mathfrak{s}\mathfrak{p}(\Psi ) 表示它,并将其称为与 Ψ\Psi 相关的辛李代数。

代数,Cap。 IX, §4, no. 2、V可以写成两个最大全各向同性子空间 F和F′F'的直和,它们相对于Ψ\Psi具有对偶性。设 (ei)1≤i≤l(e_i)_{1\leq i\leq l} 为 F 的基,且 (e−i)1≤i≤l(e_{-i})_{1\leq i\leq l} 对偶基为 F′F'。然后

(e1,...,el,e−l,...,e−1) (e_1, . . . , e_l, e_{-l}, . . . , e_{-1})

是 V 中的基;我们说它是 V 的维特基(或辛基)。相对于此基Ψ\Psi矩阵为阶2l2l平方矩阵

(0s) (0s)

J=−sJ=-s0

其中 ss 是阶 ll 的平方矩阵,其所有条目都是零,除了第二条对角线上等于 1 的条目,cf. no. 2.I。

代数g=sp(Ψ)\mathfrak{g}=\mathfrak{s}\mathfrak{p}(\Psi )可以与方阵aa或阶2l2l的代数sp(2l,k)\mathfrak{s}\mathfrak{p}(2l, k)识别,使得a=−J−1taJ=JtaJ(a=-J^{-1t}aJ=J^taJ(代数,第1章。 IX, §1, no. 10, 公式 (50)), 即形式

(AB) (AB)
a=C−stAs a=C-s^tAs

其中A,B,CA, B, C是阶ll中的方阵,使得B=stBsB=s^tBs和C=C=ctCsc^tCs;在其他字、BB和CC关于第二条对角线对称。由此可见

昏暗g=l2+2l(l+1)2=l(2l+1)\mathfrak{g}=l^2+ 2\frac{l(l + 1)}{2}=l(2l+ 1)。

令h\mathfrak{h}为g\mathfrak{g}中对角线矩阵的集合。这是 g\mathfrak{g} 中的交换子代数,其中 1≤i≤l1\leq i\leq l 为基元素 Hi=Ei,i−E−i,−iH_i=E_{i,i}-E_{-i,-i}。令 (εi)1≤i≤l(\varepsilon_i)_{1\leq i\leq l} 为 (Hi)(H_i) 中的对偶基。对于 1≤i<j≤l1\leq i < j\leq l,输入

X2εiX_{2\varepsilon_i} = Ei,−iE_{i,-i}

X−2εiX_{-2\varepsilon_i} = −E−i,i-E_{-i,i}

Xεi−εjX_{\varepsilon_i-\varepsilon_j} = Ei,j−E−j,−iE_{i,j}-E_{-j,-i}

X−εi+εjX_{-\varepsilon_i+\varepsilon_j} = −Ej,i+E−i,−j-E_{j,i}+E_{-i,-j} (6)

Xεi+εjX_{\varepsilon_i+\varepsilon_j} = Ei,−j+Ej,−iE_{i,-j}+E_{j,-i}

X−εi−εjX_{-\varepsilon_i-\varepsilon_j} = −E−i,j−E−j,i-E_{-i,j}-E_{-j,i}。

很容易验证,元素形式基是g\mathfrak{g}中h\mathfrak{h}的补集,并且对于h∈hh\in \mathfrak{h},

[h,Xα]=α(h)Xα(7) [h, X_{\alpha}] =\alpha (h)X_{\alpha} \tag{7}

对于所有α∈R\alpha \in R,其中R是±2εi\pm 2\varepsilon_i和±εi±εj(i<j)\pm \varepsilon_i\pm \varepsilon_j(i < j)的集合。由此可见,h\mathfrak{h}等于其在g\mathfrak{g}中的标准化器,因此是g\mathfrak{g}的嘉当子代数,h\mathfrak{h}是分裂,(g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h})的根是R的元素。根系 (g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h})的R对于l≥2l\geq 2来说是型ClC_l,对于l=1l= 1来说是型A1A_1(在型C1C_1的其他字)(第1章) VI, §4, no. 6.I扩展到案例l=1l= 1)。因而,g\mathfrak{g}是型ClC_l的可拆分简单李代数。

Every splitting Cartan subalgebra of g\mathfrak{g} is transformed into h\mathfrak{h} by an elementary automorphism, hence by an element of the symplectic group Sp(Ψ)\mathbf{S}\mathbf{p}(\Psi ) (cf. (VII)), and consequently is the set hβ\mathfrak{h}_{\beta} of elements of g\mathfrak{g} whose matrix with respect to a Witt basis β\beta of g\mathfrak{g} is diagonal. 立即验证,V中唯一在hβ\mathfrak{h}_{\beta}下稳定的向量子空间是由β\beta中的子集生成的。

我们有sp(2,k)=sl(2,k)\mathfrak{s}\mathfrak{p}(2, k) =\mathfrak{s}\mathfrak{l}(2, k)。另一方面,代数sp(4,k)\mathfrak{s}\mathfrak{p}(4, k)和oS(5,k)\mathfrak{o}_S(5, k)具有相同的根系,因此是同构的(cf.练习3)。从现在开始,我们假设l≥2l\geq 2。

(II) 根系 R∨R^{\vee} 由第 1 章确定。 VI, §4, no. 6.I 和 6.V;我们发现

H2εi=Hi,Hεi−εj=Hi−Hj,Hεi+εj=Hi+Hj H_{2\varepsilon_i}=H_i, H_{\varepsilon_i-\varepsilon_j}=H_i-H_j, H_{\varepsilon_i+\varepsilon_j}=H_i+H_j

(III) 放入α1=ε1−ε2,...,αl−1=εl−1−εl,αl=2εl\alpha_1=\varepsilon_1-\varepsilon_2, . . . , \alpha_{l-1}=\varepsilon_{l-1}-\varepsilon_l, \alpha_l= 2\varepsilon_l。由章。 VI, §4, no. 6.II,{α1,...,αl}\{\alpha_1, . . . , \alpha_l\}是R的基B;相对于 B 的正根是 2εi2\varepsilon_i 和 εi±εj(i<j)\varepsilon_i\pm \varepsilon_j(i < j)。 相应的博雷尔子代数 b\mathfrak{b} 是g\mathfrak{g} 中上三角矩阵的集合。

设δ\delta为V中的各向同性标志(即,其元素对于Ψ\Psi来说都是完全各向同性的子空间),并令pδ\mathfrak{p}_{\delta}为g\mathfrak{g}的元素的子代数由……组成保持稳定元素共 δ\delta。 We show as in no. 2.III that the map δ→pδ\delta \rightarrow \mathfrak{p}_{\delta} is a bijection from the set of isotropic flags (resp. the maximum isotropic flags) to the set of parabolic (resp. Borel) subalgebras of g\mathfrak{g}; we have pδ⊃pδ′\mathfrak{p}_{\delta}\supset \mathfrak{p}_{\delta'} if and only if δ⊂δ′\delta \subset \delta '.

(IV) 基本的权相应的到 α1,...,αl\alpha_1, . . . , \alpha_l 是,第 1 章。 VI, §4, no. 6.VI,ϖi=ε1+⋯+εi(1≤i≤l)\varpi_i=\varepsilon_1+\cdots +\varepsilon_i(1\leq i\leq l)。

我们将展示权ϖr\varpi_r的基本表示σr\sigma_r如何实现为⋀rσ\bigwedge^r\sigma的子表示,其中σ\sigma是V上g\mathfrak{g}的恒等式表示,为此我们将研究分解表示 ⋀σ\bigwedge\sigma g\mathfrak{g} 外部代数 ⋀V\bigwedge V。

令(ei∗)(e^*_i)为V∗V^*对(ei)(e_i)的基。 交错的双线性形式 Ψ\Psi 可以与元素 Γ∗∈⋀2V∗(\Gamma^*\in \bigwedge^2V^*(代数识别,第 1 章。 III, §7, no. 4、命题 7 和§11, no. 10)并且很容易验证

Γ∗=−∑i=1lei∗∧e−i∗ \Gamma^*=-\sum_{i=1}^le^*_i\wedge e^*_{-i}

设Ψ∗\Psi^*为Ψ\Psi的逆形式(代数,第IX, §1, no. 7);就是直接的

Ψ∗(ei∗,ej∗)=0 \Psi^*(e^*_i, e^*_j) = 0

对于i≠−ji\not=-j,Ψ∗(ei∗,e−i∗)=−1\Psi^*(e^*_i, e^*_{-i}) =-1对于1≤i≤l1\leq i\leq l。如果我们认同 Ψ∗\Psi^* 和元素 Γ∈⋀2V\Gamma \in \bigwedge^2V,那么

Γ=∑i=1lei∧e−i \Gamma =\sum_{i=1}^le_i\wedge e_{-i}

由左外部乘积和 Γ\Gamma 给出的 ⋀V\bigwedge V 的 X−X_- 自同态表示,并用左内部乘积和 −Γ∗:-\Gamma^*: 给出的 ⋀V\bigwedge V 的 X+X_+ 自同态表示

X−u=(∑i=1lei∧e−i)∧u X_-u=(\sum_{i=1}^le_i\wedge e_{-i})\wedge u
X+u=(∑i=1lei∗∧e−i∗)∧u X_+u=(\sum_{i=1}^le^*_i\wedge e^*_{-i})\wedge u

对于计算X+X_+和X−X_-,按以下方式引入⋀V\bigwedge V的基:对于由1,l1, l的三个不相交的子集组成的任意三元组(A,B,C)(A,B,C),将

eA,B,C=ea1∧⋯∧eam∧e−b1∧⋯∧e−bn∧ec1∧e−c1∧⋯∧ecp∧e−cp e_{A,B,C}=e_{a_1}\wedge \cdots \wedge e_{a_m}\wedge e_{-b_1}\wedge \cdots \wedge e_{-b_n}\wedge e_{c_1}\wedge e_{-c_1}\wedge \cdots \wedge e_{c_p}\wedge e_{-c_p}

其中(a1,...,am)(a_1, . . . , a_m)(或(b1,...,bn),(c1,...,cp)(b_1, . . . , b_n),(c_1, . . . , c_p))是排列在递增阶中的A(或B,CB,C)的元素。这样我们就得到了⋀V\bigwedge V的基,简单的计算表明:

X−.eA,B,C=∑eA,B,C∪{j}(8) X_-.e_{A,B,C}=\sum e_{A,B,C\cup \{j\}} \tag{8}
j∈1,l,j∉A∪B∪Cj\in 1,l ,j \notin A\cup B\cup C
X+.eA,B,C=−∑j∈CeA,B,C−{j}(9) X_+.e_{A,B,C}=-\sum_{j\in C}e_{A,B,C-\{j\}} \tag{9}

设HH为⋀V\bigwedge V的自同态,即约化到乘法乘(l−r)(l-r)在⋀rV(0≤r≤2l)\bigwedge^rV (0\leq r\leq 2l)上。验证(cf.练习19)是很容易的

[X+,X−]=−H [X_+, X_-] =-H
[H,X+]=2X+ [H, X_+] = 2X_+
[H,X−]=−2X− [H, X_-] =-2X_-

In other words, the vector subspace s\mathfrak{s} generated by X+,X−X_+, X_- and HH is a Lie subalgebra of End(⋀V\bigwedge V), isomorphic to sl(2,k)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(2, k), and ⋀rV\bigwedge^rV is the subspace of elements of weight l−rl-r. 用原语元素的⋀rV\bigwedge^rV由……组成的ErE_r子空间表示,即Er=(⋀rV)∩E_r= (\bigwedge^rV)\capKerX+X_+。 从§1得出,对于r<lr < l,X−X_-到⋀rV\bigwedge^rV的限制是单射的,对于r≤lr\leq l,⋀rV\bigwedge^rV分解为直和

⋀rV=Er⊕X−(Er−2)⊕X−2(Er−4)⊕⋯ \bigwedge^rV = E_r\oplus X_-(E_{r-2})\oplus X_-^2(E_{r-4})\oplus \cdots
=Er⊕X−(⋀r−2V) = E_r\oplus X_-(\bigwedge^{r-2}V)

这特别表明 Er=(r2l)−(r−22l)E_r=(^{2l}_r)-(_{r-2}^{2l}) 对于 0≤r≤l0\leq r\leq l 来说是暗淡的。

另一方面,sp(Ψ)\mathfrak{s}\mathfrak{p}(\Psi )的定义表明Γ∗\Gamma^*被σ\sigma的对偶的第二个外幂湮灭。同样,Γ\Gamma被⋀2σ\bigwedge^2\sigma湮灭。我们立即推断出X+X_+和X−X_-,以及HH,与自同态⋀σ(g)\bigwedge\sigma (g)通勤g∈gg\in \mathfrak{g}。因而,0≤r≤l0\leq r\leq l的子空间ErE_r在⋀rσ\bigwedge^r\sigma下是稳定的;我们将证明⋀rσ\bigwedge^r\sigma到ErE_r的限制是权ϖr(1≤r≤l)\varpi_r(1\leq r\leq l)的基本表示σr\sigma_r。

我们注首先⋀rσ\bigwedge^r\sigma相对于h\mathfrak{h}的权是

εi1+⋯+εik−(εj1+⋯+εjr−k) \varepsilon_{i_1}+\cdots +\varepsilon_{i_k}-(\varepsilon_{j_1}+\cdots +\varepsilon_{j_{r-k}})

其中i1,...,iki_1, . . . , i_k(分别为j1,...,jr−kj_1, . . . , j_{r-k})不同于元素或1,l1, l;因而,⋀rσ\bigwedge^r\sigma的最高权确实是

ϖr=ε1+⋯+εr \varpi_r=\varepsilon_1+\cdots +\varepsilon_r

权 ϖ‾r\overline{\varpi}_r中的向量与e1∧⋯∧er=e{1,…,r},∅,∅e_1\wedge\cdots\wedge e_r=e_{\{1,\ldots,r\},\varnothing,\varnothing}成比例。 公式 (9) 可知e1∧⋯∧er∈Ere_1\wedge\cdots\wedge e_r\in E_r。因而,只要证明⋀rσ\bigwedge^r\sigma到ErE_r的限制是不可约的即可。

如果s∈Sp(Ψ)s\in\mathbf{Sp}(\Psi)、ss到⋀V\bigwedge V(或⋀V∗\bigwedge V^*)的扩张固定了Γ\Gamma(或Γ∗\Gamma^*),因此与X+X_+和X−X_-通勤并使ErE_r保持稳定。因而,ErE_r包含向量子空间FrF_r由e1∧⋯∧ere_1\wedge\cdots\wedge e_r的变换通过Sp(Ψ)\mathbf{Sp}(\Psi)生成。维特的定理表明,这些是非零可分解的rr向量,使得VV的相应的向量子空间是完全各向同性的子空间、rr向量,我们称之为各向同性。

引理 2 01K8

对于 1≤r≤ℓ1\leq r\leq\ell,令 FrF_r 为由各向同性 rr 向量生成的 ⋀rV\bigwedge^r V 的子空间。然后

⋀rV=Fr+X−(⋀r−2V)=Fr+(∑i=1ℓei∧e−i)∧⋀r−2V. \bigwedge^r V=F_r+X_-\left(\bigwedge^{r-2}V\right) =F_r+\left(\sum_{i=1}^{\ell}e_i\wedge e_{-i}\right)\wedge\bigwedge^{r-2}V.
引用了 4

引用了 命题 2, VIII § 7, VI § 4. 。 根系的分类, 命题 3, VIII § 11, 习题 9, § 13

我们首先展示引理 2 如何蕴含我们的断言。由于Fr⊂ErF_r\subset E_r和Er∩X−(⋀r−2V)={0}E_r\cap X_-\left(\bigwedge^{r-2}V\right)=\{0\},引理意味着Fr=ErF_r=E_r。另一方面,设 s∈Sp(Ψ)s\in\mathbf{Sp}(\Psi); End⁡(V)\operatorname{End}(V)的自同构a↦sas−1a\mapsto sas^{-1}保留了g\mathfrak{g}和诱导在Aut⁡0(g)\operatorname{Aut}_0(\mathfrak{g})的元素上(cf.(§7, no. 1,命题2),因此每不可约表示都有变换) g\mathfrak{g} 转换为等价的表示(§7, no. 1,命题 2)。由于 e1∧⋯∧ere_1\wedge\cdots\wedge e_r 属于为 ⋀rσ\bigwedge^r\sigma 的不可约分量,并且由于 Er=FrE_r=F_r 是由 e1∧⋯∧ere_1\wedge\cdots\wedge e_r 的变换和 Sp(Ψ)\mathbf{Sp}(\Psi) 生成,因此如下g\mathfrak{g}在ErE_r上的表示是同型的,但是它的最高权ϖ‾r\overline{\varpi}_r的重数是11,所以它是不可约的。

仍有待证明引理。 r=1r=1 是清楚的。我们通过归纳论证,并假设r≥2r\geq 2。到归纳假设,我们减少到证明

Fr−1∧V⊂Fr+Γ∧⋀r−2V, F_{r-1}\wedge V\subset F_r+\Gamma\wedge\bigwedge^{r-2}V,

或者,如果 yy 是可分解的 (r−1)(r-1)-向量且 x∈Vx\in V,则

z=y∧x∈Fr+Γ∧⋀r−2V. z=y\wedge x\in F_r+\Gamma\wedge\bigwedge^{r-2}V.

令(fi)1≤±i≤ℓ(f_i)_{1\leq\pm i\leq\ell}为VV的维特基,使得y=f1∧⋯∧fr−1y=f_1\wedge\cdots\wedge f_{r-1}。当x=fix=f_i时执行证明就足够了。如果 i∉[1−r,−1]i\notin[1-r,-1],则rr向量f1∧⋯∧fr−1∧fif_1\wedge\cdots\wedge f_{r-1}\wedge f_i是各向同性的。否则,我们可以假设,如有必要,右fif_i重新编号,即i=1−ri=1-r。那么Γ=∑j=1ℓfj∧f−j\Gamma=\displaystyle\sum_{j=1}^{\ell}f_j\wedge f_{-j},所以

fr−1∧f1−r=1ℓ−r+2(Γ−∑i=1r−2fi∧f−i+∑j=rℓ(fr−1∧f1−r−fj∧f−j)), f_{r-1}\wedge f_{1-r} = \frac{1}{\ell-r+2} \left( \Gamma-\sum_{i=1}^{r-2}f_i\wedge f_{-i} +\sum_{j=r}^{\ell}(f_{r-1}\wedge f_{1-r}-f_j\wedge f_{-j}) \right),
z=1ℓ−r+2Γ∧f1∧⋯∧fr−2+1ℓ−r+2∑j=rℓ(f1∧⋯∧fr−2)∧(fr−1∧f1−r−fj∧f−j). z= \frac{1}{\ell-r+2}\Gamma\wedge f_1\wedge\cdots\wedge f_{r-2} + \frac{1}{\ell-r+2}\sum_{j=r}^{\ell} (f_1\wedge\cdots\wedge f_{r-2})\wedge (f_{r-1}\wedge f_{1-r}-f_j\wedge f_{-j}).

但是

fr−1∧f1−r−fj∧f−j=(fr−1+fj)∧(f1−r−f−j)−fj∧f1−r+fr−1∧f−j f_{r-1}\wedge f_{1-r}-f_j\wedge f_{-j}= (f_{r-1}+f_j)\wedge (f_{1-r}-f_{-j})-f_j\wedge f_{1-r}+f_{r-1}\wedge f_{-j}

我们立即验证 rr-向量

f1∧⋯∧fr−2∧(fr−1+fj)∧(f1−r−f−j) f_1\wedge \cdots \wedge f_{r-2}\wedge (f_{r-1}+f_j)\wedge (f_{1-r}-f_{-j})

f1∧⋯∧fr−2∧fj∧f1−rf_1\wedge \cdots \wedge f_{r-2}\wedge f_j\wedge f_{1-r} 和 f1∧⋯∧fr−1∧f−jf_1\wedge \cdots \wedge f_{r-1}\wedge f_{-j}

r≤j≤lr\leq j\leq l 各向同性。因而,z∈Fr+Γ∧⋀r−2Vz\in F_r+\Gamma \wedge \bigwedge^{r-2}V,完成证明。

(V) 我们有 w0=−1w_0=-1,因而 g\mathfrak{g} 的每个有限维简单表示都是正交或辛的。由章。 ϖr\varpi_r相对于(α1,...,αl)(\alpha_1, . . . , \alpha_l)的坐标VI, §4, no. 6.VI、和为

r r
1+2+⋯+(r−1)+r+r+⋯+r+ 1 + 2 +\cdots + (r-1) +r+r+\cdots +r+

2

所以σr\sigma_r对于rr偶数是正交的,对于rr奇数是辛的。

自 e1∧⋯∧ere_1\wedge \cdots \wedge e_r 和 e−1∧⋯∧e−re_{-1}\wedge \cdots \wedge e_{-r} 属于至 ErE_r 及之后

Ψ(r)(e1∧⋯∧er,e−1∧⋯∧e−r)=1 \Psi_{(r)}(e_1\wedge \cdots \wedge e_r, e_{-1}\wedge \cdots \wedge e_{-r}) = 1

我们看到 Ψ(r)\Psi_{(r)} 到 ErE_r 的限制不为零:即,直到常数因子、双线性形式;如果rr是偶数,则它是对称的;如果rr是奇数,则交错的是对称的;并且在σr\sigma_r下是不变的。

(VI) 对于所有x∈gx\in \mathfrak{g},σ(x)\sigma (x)的特征多项式取形式

T2l+f1(x)T2l−1+⋯+f2l(x) T^{2l}+f_1(x)T^{2l-1}+\cdots +f_{2l}(x)

其中f1,...,f2lf_1, . . . , f_{2l}在g\mathfrak{g}上是不变的多项式函数。

如果 x=ξ1H1+⋯+ξlHl∈hx=\xi_1H_1+\cdots +\xi_lH_l\in \mathfrak{h},fi(x)f_i(x) 是 ξ1,...,ξl,−ξ1,...,−ξl\xi_1, . . . , \xi_l,-\xi_1, . . . ,-\xi_l 的初等对称函数;这些对称的函数是奇数次数中的零,并且

T2l+f2(x)T2l−2+⋯+f2l(x)=(T2−ξ12)...(T2−ξl2) T^{2l}+f_2(x)T^{2l-2}+\cdots +f_{2l}(x) = (T^2-\xi_1^2). . .(T^2-\xi^2_l)

如 no. 2.VI 所示,f1=f3=f5=⋯=0f_1=f_3=f_5=\cdots = 0,以及

(f2,f4,...,f2l) (f_2, f_4, . . . , f_{2l})

是g\mathfrak{g}上不变量多项式函数的代数自由族生成的代数。

(VII) 由于 Dynkin 图的唯一自同构是恒等,因此我们有 Aut(g\mathfrak{g}) == Aut0(g)_0(\mathfrak{g})。

令Σ\Sigma为V相对于Ψ(\Psi (代数的相似度群,第1章。 IX, §6,no. 5 结束)。如no. 2.VII所示,g\mathfrak{g}的自同构是映射x→sxs−1x \rightarrow sxs^{-1},其中s∈Σs\in \Sigma,因此Aut(g\mathfrak{g})==Aut0(g)_0(\mathfrak{g})可以识别为Σ/k∗\Sigma /k^*。

对于所有s∈Σs\in \Sigma,令μ(s)\mu(s)为乘子除以ss。从 Σ\Sigma 到 k∗/k∗2k^*/k^{*2} 映射 s→μ(s)s \rightarrow \mu(s) mod k∗2k^{*2} 是同态,其核包含 k∗.1k^*.1,因此给出同态 λ\lambda Σ/k∗\Sigma /k^*至k∗/k∗2k^*/k^{*2}。我们有Sp(Ψ)∩k∗={1,−1}\mathbf{S}\mathbf{p}(\Psi )\cap k^*=\{1,-1\}。考虑序列 / 同态

1⟶Sp(Ψ)/{1,−1}⟶ιΣ/k∗⟶λk∗/k∗2⟶1\longrightarrow \mathbf{S}\mathbf{p}(\Psi )/\{1,-1\}\longrightarrow^{\iota}\Sigma /k^*\longrightarrow^{\lambda}k^*/k^{*2}\longrightarrow 1。 (10) 映射ι\iota是单射的,且Im(ι\iota)⊂\subsetKerλ\lambda自Sp(Ψ)\mathbf{S}\mathbf{p}(\Psi )的元素乘子为1。若s∈Σs\in \Sigma的乘子为元素 k∗2k^{*2},存在ν∈k∗\nu \in k^*使得νs∈Sp(Ψ)\nu s\in \mathbf{S}\mathbf{p}(\Psi );因而,Im(ι\iota)==Ker(λ\lambda)。综上所述,序列(10)是准确的。我们认同Sp(Ψ)/{1,−1}\mathbf{S}\mathbf{p}(\Psi )/\{1,-1\}与子群Σ/k∗\Sigma /k^*。由于k∗/k∗2k^*/k^{*2}是可交换的,Σ/k∗\Sigma /k^*的Sp(Ψ)/{1,−1}\mathbf{S}\mathbf{p}(\Psi )/\{1,-1\}包含导出群。因而,Aute(g)_e(\mathfrak{g})包含在Sp(Ψ)/{1,−1}(\mathbf{S}\mathbf{p}(\Psi )/\{1,-1\}(§11, no. 2,命题3)中。事实上,它等于它,并且 Aut(g\mathfrak{g})//Aute(g)_e(\mathfrak{g}) 被识别为k∗/k∗2k^*/k^{*2}(练习 9)。

(VIII) h∗\mathfrak{h}^* 上的规范双线性形式 ΦR\Phi_R 由下式给出

ΦR(ξ1ε1+⋯+ξlεl,ξ1′ε1+⋯+ξl′εl)=14(l+1)(ξ1ξ1′+⋯+ξlξl′) \Phi_R(\xi_1\varepsilon_1+\cdots +\xi_l\varepsilon_l, \xi '_1\varepsilon_1+\cdots +\xi '_l\varepsilon_l) =\frac{1}{4(l + 1)}(\xi_1\xi '_1+\cdots +\xi_l\xi '_l)

(第 VI, §4, no. 6.V)。因而,ΦR\Phi_R的逆形式,即杀戮形式的限制到h\mathfrak{h},是

Φ(ξ1H1+⋯+ξlHl,ξ1′H1+⋯+ξl′Hl)=4(l+1)(ξ1ξ1′+⋯+ξlξl′) \Phi (\xi_1H_1+\cdots +\xi_lH_l, \xi '_1H_1+\cdots +\xi '_lH_l) = 4(l+ 1)(\xi_1\xi '_1+\cdots +\xi_l\xi '_l)

(IX) 回想一下由公式(6)(α∈R)(6) (\alpha \in R)定义的XαX_{\alpha}。很容易验证[Xα,X−α]=−Hα[X_{\alpha}, X_{-\alpha}] =-H_{\alpha}对应α∈R\alpha \in R。另一方面,对于所有 α∈R\alpha \in R,映射 θ:a→−ta\theta :a \rightarrow -^ta 是 g\mathfrak{g} 和 θ(Xα)=X−α\theta (X_{\alpha}) =X_{-\alpha} 中的自同构。因而,(Xα)α∈R(X_{\alpha})_{\alpha\in R} 是 (g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h}) 中的 Chevalley 系统。

假设k=Qk=\mathbf{Q}。 嘉当子代数 h\mathfrak{h} 有两个允许的格子 Q(R∨)=∑i=1lZ.HiQ(R^{\vee}) =\sum_{i=1}^l\mathbf{Z}.H_i 和 P(R∨)=Q(R∨)+12Z.∑i=1lHiP(R^{\vee}) = Q(R^{\vee}) +\frac{1}{2}\mathbf{Z}.\sum_{i=1}^lH_i(第 VI, §4,

no. 5.VIII 章)。我们看到Q(R∨)Q(R^{\vee})是矩阵的集合,其中整数条目属于到h\mathfrak{h}。因而,Chevalley 阶 Q(R∨)+∑α∈RZ.XαQ(R^{\vee}) +\sum_{\alpha\in R}\mathbf{Z}.X_{\alpha} 是 g\mathfrak{g} 中矩阵的集合 sp(2l,Z)\mathfrak{s}\mathfrak{p}(2l,\mathbf{Z}),其中有整数条目。

考虑约简李代数 sp(Ψ)+Q.1\mathfrak{s}\mathfrak{p}(\Psi ) +\mathbf{Q}.1。很容易看出,其元素和整数条目中的集合是Chevalley阶,其投影到sp(Ψ)\mathfrak{s}\mathfrak{p}(\Psi )平行于Q.1\mathbf{Q}.1是Chevalley阶P(R∨)+∑Z.XαP(R^{\vee}) +\sum\mathbf{Z}.X_{\alpha}。

最后,为所有α∈R\alpha \in R提供Xα2=0X_{\alpha}^2= 0。由此可见,由 eie_i 生成的 V 中的格子 V\mathscr{V} 对于 Chevalley 阶 sp(2l,Z)\mathfrak{s}\mathfrak{p}(2l,\mathbf{Z}) 是可接受的。这同样适用于ErE_r中的Er∩⋀rVE_r\cap \bigwedge^r\mathscr{V}格子。

最后,ErE_r 具有 Chevalley 阶的可接受格子

P(R∨)+∑Z.Xα P(R^{\vee}) +\sum\mathbf{Z}.X_{\alpha}

仅当 rr 为偶数时;那么Er∩⋀rVE_r\cap \bigwedge^r\mathscr{V}就是这样一个格子。

4. 代数型 Dl\boldsymbol{D}_{\boldsymbol{l}} (l≥\boldsymbol{l}\geq 2)

(I) 令V为维数2l≥42l\geq 4的向量空间,并令Ψ\Psi为V上最大指标ll的非简并对称双线性形式。 代数,第 1 章IX, §4, no. 2、V 可以写成两个最大完全各向同性子空间 F 和F′F' 的直和。令 (ei)1≤i≤l(e_i)_{1\leq i\leq l} 为 F 的基且为 F′F' 的(e−i)1≤i≤l(e_{-i})_{1\leq i\leq l} 对偶基(对于由 Ψ\Psi 定义的 F 与 F′F' 之间的对偶性)。那么e1,...,el,e−l,...,e−1e_1, . . . , e_l, e_{-l}, . . . , e_{-1}就是V的基;我们将其称为 V 的维特基。 Ψ\Psi的矩阵相对于此基是平方矩阵阶2l2l的S,其所有条目都是零,除了位于第二个对角线上的条目,它们等于1。代数 g=o(Ψ)\mathfrak{g}=\mathfrak{o}(\Psi )可以与阶2l2l的方阵gg的代数oS(2l,k)\mathfrak{o}_S(2l, k)识别,使得g=−StgSg=-S^tgS。它有维数l(2l−1)l(2l-1)。简单计算可知,g\mathfrak{g}是集合 / 矩阵 / 形式

(AB) (AB)
CD CD

其中A,B,C,DA, B, C, D是阶ll的方阵,使得B=−stBs,C=B=-s^tBs, C=−stCs-s^tCs和D=−stAs(sD=-s^tAs(s是阶ll的矩阵,其所有条目都是零,除了位于第二条对角线等于 1)。

令h\mathfrak{h}为矩阵属于到g\mathfrak{g}的对角线集合。这是g\mathfrak{g}的交换子代数,基由元素Hi=Ei,i−E−i,−iH_i=E_{i,i}-E_{-i,-i}组成1≤i≤l1\leq i\leq l。令(εi)(\varepsilon_i)为h∗\mathfrak{h}^*对(Hi)(H_i)的基。对于 1≤i<j≤l1\leq i < j\leq l,

Xεi−εjX_{\varepsilon_i-\varepsilon_j} = Ei,j−E−j,−iE_{i,j}-E_{-j,-i}

X−εi+εjX_{-\varepsilon_i+\varepsilon_j} = −Ej,i+E−i,−j-E_{j,i}+E_{-i,-j}

Xεi+εjX_{\varepsilon_i+\varepsilon_j} = Ei,−j−Ej,−iE_{i,-j}-E_{j,-i} (11)

X−εi−εjX_{-\varepsilon_i-\varepsilon_j} = −E−j,i+E−i,j-E_{-j,i}+E_{-i,j}。

这些元素形式基是g\mathfrak{g}中h\mathfrak{h}的补集。对于h∈hh\in \mathfrak{h},

[h,Xα]=α(h)Xα [h, X_{\alpha}] =\alpha (h)X_{\alpha}

对于所有α∈R\alpha \in R,其中R是±εi±εj(i<j)\pm \varepsilon_i\pm \varepsilon_j(i < j)的集合。因而,h\mathfrak{h}是g\mathfrak{g}的分裂嘉当子代数,(g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h})的根是R的元素。因而,(g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h})的根系R是型DlD_l l≥3l\geq 3,型A1×A1A_1\times A_1(型D2D_2的其他字)为l=2l= 2(第VI, §4, no. 8.I章扩展到案例l=2l= 2)。因而,如果l≥3l\geq 3,则g\mathfrak{g}是型DlD_l的可拆分简单李代数。

g\mathfrak{g} 的每个分裂嘉当子代数都会通过 g\mathfrak{g} 的基本自同构转换为 h\mathfrak{h},因此通过 O(Ψ)\mathbf{O}(\Psi ) 的元素 (cf. (VII)) 转换为g\mathfrak{g}的元素集合hβ\mathfrak{h}_{\beta},其矩阵相对于V的维特基β\beta是对角线。我们立即验证hβ\mathfrak{h}_{\beta}下唯一的子空间不变量是由β\beta的子集生成的。

由于代数 oS(4,k)\mathfrak{o}_S(4, k) 和 sl(2,k)×sl(2,k)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(2, k)\times \mathfrak{s}\mathfrak{l}(2, k) 具有相同的根系,因此它们是同构的。类似地,oS(6,k)\mathfrak{o}_S(6, k)和sl(4,k)\mathfrak{s}\mathfrak{l}(4, k)是同构的(cf.也是Exerc.3)。从现在开始,我们假设l≥3l\geq 3。 (II)我们确定R∨R^{\vee}通过第1章。 VI, §4, no. 8。V。我们发现

Hεi−εj=Hi−Hj,Hεi+εj=Hi+Hj H_{\varepsilon_i-\varepsilon_j}=H_i-H_j,H_{\varepsilon_i+\varepsilon_j}=H_i+H_j

(III)放入α1=ε1−ε2,α2=ε2−ε3,...,αl−1=εl−1−εl,αl=εl−1+εl\alpha_1=\varepsilon_1-\varepsilon_2, \alpha_2=\varepsilon_2-\varepsilon_3, . . . , \alpha_{l-1}=\varepsilon_{l-1}-\varepsilon_l, \alpha_l=\varepsilon_{l-1}+\varepsilon_l。由章。 VI, §4, no. 8.II,(α1,...,αl)(\alpha_1, . . . , \alpha_l)是R的基B;相对于 B 的正根是 εi±εj(i<j)\varepsilon_i\pm \varepsilon_j(i < j)。 相应的博雷尔子代数b\mathfrak{b}是上三角矩阵属于到g\mathfrak{g}的集合。

很容易验证,b\mathfrak{b}下唯一非平凡的向量子空间不变量是完全各向同性子空间V1,...,Vl,Vl′V_1, . . . ,V_l,V'_l,其中ViV_i由e1,...,eie_1, . . . , e_i生成,Vl′V'_l由e1,...,el−1,e−le_1, . . . , e_{l-1}, e_{-l}生成,并且V1,...,Vl−1V_1, . . . ,V_{l-1} 的正交补集V−1,...,V−l+1V_{-1}, . . . ,V_{-l+1}; ViV_i 的正交补V−iV_{-i} 由e1,...,el,e−l,...,e−(i+1)e_1, . . . , e_l, e_{-l}, . . . , e_{-(i+1)} 生成。但直接的计算表明,如果元素a∈ga\in \mathfrak{g}保持Vl−1V_{l-1}稳定,则其矩阵为形式

AxB AxB

(λ(\lambda 0 ))

0 0 −λy-\lambda y

0 0 DD

其中A,B,DA, B, D是阶l−1,xl-1,x(或yy)的方阵,是矩阵,有2个列和l−1l-1行(分别是2行和l−1l-1列),以及λ∈k\lambda \in k。 由此可见,aa 使 VlV_l 和 Vl′V'_l 保持稳定。 因而,b\mathfrak{b} 是 a∈ga\in \mathfrak{g} 的集合,使各向同性标志 (V1,...,Vl−1)(V_1, . . . ,V_{l-1}) 的所有元素保持稳定。 注前面和维特的定理(代数,第IX, §4, no. 3,第1章)意味着VlV_l和Vl′V'_l是唯一最大的完全各向同性子空间包含Vl−1V_{l-1}。

如果一个各向同性标志是由维数 1,...,l−11, . . . , l-1 的 l−1l-1 完全各向同性子空间组成,我们说各向同性标志是准最大的。然后我们在no. 2中看到,对于任何准最大各向同性标志δ\delta,a∈ga\in \mathfrak{g}的集合bδ\mathfrak{b}_{\delta},离开δ\delta的元素稳定是g\mathfrak{g}的博雷尔子代数,并且映射 δ→bδ\delta \rightarrow \mathfrak{b}_{\delta}是从准最大各向同性标志的集合到博雷尔子代数的集合的双射。

We say that an isotropic flag is proper if it does not contain both a subspace of dimension ll and a subspace of dimension l−1l-1. 令δ\delta为这样一个各向同性标志,并令pδ\mathfrak{p}_{\delta}为a∈ga\in \mathfrak{g}的集合,留下δ\delta的稳定元素。 若δ⊂{V1,...,Vl,Vl′}\delta \subset \{V_1, . . . ,V_l,V'_l\},则pδ\mathfrak{p}_{\delta}是g\mathfrak{g}、包含于b\mathfrak{b}的抛物线子代数,容易验证在pδ\mathfrak{p}_{\delta}下唯一完全各向同性的子空间、≠{0}\not=\{0\}稳定的是δ\delta的元素。 由于{V1,...,Vl,Vl′}\{V_1, . . . ,V_l,V'_l\}和包含Vl−1V_{l-1}中包含2l−22^{l-2}正确的各向同性标志(分别为VlV_l、Vl′V'_l、包含于,既不是Vl−1V_{l-1},也不是VlV_l,也不是Vl′V'_l),这给出2l2^l抛物线子代数包含b\mathfrak{b}。 如上所述,从真各向同性旗的集合到g\mathfrak{g}的抛物线子代数的集合,映射δ→pδ\delta \rightarrow \mathfrak{p}_{\delta}为双射。

(IV) 基本的权相应的到 α1,...,αl\alpha_1, . . . , \alpha_l 是,第 1 章。 VI, §4, no. 8.VI,

ϖi=ε1+ε2+⋯+εi(1≤i≤l−2) \varpi_i=\varepsilon_1+\varepsilon_2+\cdots +\varepsilon_i(1\leq i\leq l-2)
ϖl−1=12(ε1+ε2+...+εl−2+εl−1−εl) \varpi_{l-1}=\frac{1}{2}(\varepsilon_1+\varepsilon_2+. . .+\varepsilon_{l-2}+\varepsilon_{l-1}-\varepsilon_l)
ϖl=12(ε1+ε2+...+εl−2+εl−1+εl) \varpi_l=\frac{1}{2}(\varepsilon_1+\varepsilon_2+. . .+\varepsilon_{l-2}+\varepsilon_{l-1}+\varepsilon_l)

令σ\sigma为g\mathfrak{g}在V上的恒等式表示。外部幂⋀rσ\bigwedge^r\sigma在E=⋀r(V)E =\bigwedge^r(V)上运行。如果h∈hh\in \mathfrak{h},我们有

σ(h)ei=εi(h)ei,σ(h)e−i=−εi(h)e−i \sigma (h)e_i=\varepsilon_i(h)e_i,\sigma (h)e_{-i}=-\varepsilon_i(h)e_{-i}

对于1≤i≤l1\leq i\leq l。由此可见,1≤r≤l,ε1+⋯+εr1\leq r\leq l,\varepsilon_1+\cdots +\varepsilon_r是⋀rσ\bigwedge^r\sigma的最高权,权ε1+⋯+εr\varepsilon_1+\cdots +\varepsilon_r的元素是与e1∧⋯∧ere_1\wedge \cdots \wedge e_r成比例的值。

我们将证明,对于1≤r≤l−21\leq r\leq l-2,表示⋀rσ\bigwedge^r\sigma是权ϖr\varpi_r的基本表示。

为此,只需证明 ⋀rσ\bigwedge^r\sigma 对于 1≤r≤l−11\leq r\leq l-1 是不可约的(注表示 ⋀lσ\bigwedge^l\sigma 不是不可约的,cf. 练习 10),或者最小的子空间 TrT_r ⋀rV\bigwedge^rV包含e1∧⋯∧ere_1\wedge \cdots \wedge e_r稳定在g\mathfrak{g}以下是⋀rV\bigwedge^rV的整体。这是 r=1r= 1 的直接的。对于r=2r= 2,我们在no. 2中看到⋀2σ\bigwedge^2\sigma等价于g\mathfrak{g}的伴随表示,这是不可约的,因为g\mathfrak{g}是简单的。 证明是通过归纳对ll争论来完成的,如no. 2,但假设l−1≥r≥3l-1\geq r\geq 3。

我们现在要去确定最高权ϖl−1\varpi_{l-1}和ϖl\varpi_l的基本表示。令 Q 为二次方形式 x→12Ψ(x,x)x \rightarrow \frac{1}{2}\Psi (x, x)。我们在no. 2.IV中定义了N=⋀F′N =\bigwedge F'上的Clifford代数C(Q)的旋量表示λ\lambda。我们立即验证,对于pp偶数(或奇数),由⋀pF′\bigwedge^pF'的和给出的N的子空间N+N_+(或N−N_-)在λ\lambda至C+(Q)C^+(Q)的限制下是稳定的。因而,N+N_+和N−N_-上C+(Q)C^+(Q)的表示λ+\lambda_+和λ−\lambda_-分别是C+(Q)(C^+(Q) (代数的半旋量表示,第1章。 IX, §9, no. 4);它们是不可约的,维数2l−12^{l-1}且不等价。令ρ+=λ+∘f\rho_+=\lambda_+\circ f和ρ−=λ−∘f\rho_-=\lambda_-\circ f为g\mathfrak{g}中的相应的不可约表示(no. 2,引理 1 (vi))。鉴于引理 1 (i),我们有

f(Hi)=12(eie−i−e−iei)=eie−i−12=12−e−iei f(H_i) =\frac{1}{2}(e_ie_{-i}-e_{-i}e_i) =e_ie_{-i}-\frac{1}{2}=\frac{1}{2}-e_{-i}e_i

我们看到,如no. 2.IV,对于h∈hh\in \mathfrak{h}和1≤i1<⋯<ik≤l1\leq i_1<\cdots < i_k\leq l,

λ∘f(h)(e−i1∧⋯∧e−ik) \lambda \circ f(h)(e_{-i_1}\wedge \cdots \wedge e_{-i_k})
=(12(ε1+⋯+εl)−(εi1+⋯+εik))(h)(e−i1∧⋯∧e−ik) = (\frac{1}{2}(\varepsilon_1+\cdots +\varepsilon_l)-(\varepsilon_{i_1}+\cdots +\varepsilon_{i_k}))(h)(e_{-i_1}\wedge \cdots \wedge e_{-i_k})

因而,ρ+\rho_+(或ρ−\rho_-)的最高权为ϖl\varpi_l(或ϖl−1\varpi_{l-1})。

我们说ρ+\rho_+和ρ−\rho_-是g\mathfrak{g}的半旋量表示。他们所有的权都很简单。我们还说ρ=λ∘f=ρ+⊕ρ−\rho =\lambda \circ f=\rho_+\oplus \rho_-是g\mathfrak{g}的旋量表示。

(V) 对于1≤r≤l−21\leq r\leq l-2,基本表示⋀rσ\bigwedge^r\sigma是正交的:它留下Ψ\Psi到⋀rV\bigwedge^rV的不变扩张。

现在考虑 g\mathfrak{g} 的旋量表示 ρ\rho。我们在no. 2中证明,对于1≤i,j≤l,i≠j1\leq i, j\leq l, i\not=j,

f(Xεi−εj)=±eie−j f(X_{\varepsilon_i-\varepsilon_j}) =\pm e_ie_{-j}
f(Xεi+εj)=±eiej f(X_{\varepsilon_i+\varepsilon_j}) =\pm e_ie_j
f(X−εi−εj)=±e−ie−j f(X_{-\varepsilon_i-\varepsilon_j}) =\pm e_{-i}e_{-j}

由此可见,no. 2.V中引入的非简并双线性形式Φ\Phi在ρ(g)\rho (\mathfrak{g})下是不变的。因此,旋量表示ρ\rho留下不变的非简并形式,它对于l≡0,−1l\equiv 0,-1(模4)对称,对于l≡1,2l\equiv 1,2(模4)对称交错的。

如果 ll 是偶数,Φ\Phi 到 N+N_+ 和 N−N_- 的限制是非简并的,半旋量表示对于 l≡0l\equiv 0 (mod. 4) 是正交的,对于 l≡2l\equiv 2 (mod. 4) 是辛的。此外,我们注w0=−1w_0=-1(第VI, §4, no. 8.XI)。

另一方面,如果 ll 是奇数,则 N+N_+ 和 N−N_- 对于 Φ\Phi 是完全各向同性的。此外,−w0(αi)=αi-w_0(\alpha_i) =\alpha_i对于1≤i≤l−2,−w0(αl)=αl−11\leq i\leq l-2,-w_0(\alpha_l) =\alpha_{l-1}和−w0(αl−1)=αl-w_0(\alpha_{l-1}) =\alpha_l(第VI, §4, no. 8.XI),因此−w0(ϖl)=ϖl−1-w_0(\varpi_l) =\varpi_{l-1}和半旋量表示既不正交也不辛;它们中的每一个都与另一个的对偶同构。

(VI) 对于所有x∈gx\in \mathfrak{g},σ(x)\sigma (x)的特征多项式取形式

T2l+f1(x)T2l−1+⋯+f2l(x) T^{2l}+f_1(x)T^{2l-1}+\cdots +f_{2l}(x)

我们在no. 3中看到f1=f3=f5=⋯=0f_1=f_3=f_5=\cdots = 0。由章。 VI, §4, no. 8。IX 和 §8, no. 3,Th。 1、g\mathfrak{g}上存在多项式函数f~\widetilde{f},使得g\mathfrak{g}上的不变量多项式函数的f2,f4,...,f2l−2,f~f_2, f_4, . . . , f_{2l-2},\widetilde{f}生成代数I(g∗)I(\mathfrak{g}^*)在代数上独立,进一步f~2=(−1)lf2l\widetilde{f}^2= (-1)^lf_{2l}。

对于所有x∈gx\in \mathfrak{g},我们有t(Sx)=txS=−Sx^t(Sx) =^txS=-Sx,所以我们可以考虑Pf(SxSx),它是xx的多项式函数。现在:

f2l(x)=f_{2l}(x) = det(xx) =(−1)l= (-1)^l det(SxSx) =(−1)l= (-1)^l(Pf(SxSx))2^2。

因此,我们可以取 f~(x)=\widetilde{f}(x) = Pf(SxSx)。

(VII) 回想一下(§5, no. 3,命题 5 的修正 1),Aut(g\mathfrak{g})//Aut0(g)_0(\mathfrak{g}) 可以与 (g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h}) 的 Dynkin 图 D 的群 Aut(D) 或自同构进行识别。 When l≠4l\not= 4, Aut(D) is the group of order 2 consisting of the permutations of α1,...,αl\alpha_1, . . . , \alpha_l that leave α1,...,αl−2\alpha_1, . . . , \alpha_{l-2} fixed. 当l=4l= 4时,Aut(D)由α1,...,α4\alpha_1, . . . , \alpha_4的置换组成,而α2\alpha_2固定;它与S3\mathfrak{S}_3同构的(cf.章节VI, §4, no. 8.XI)。 在所有情况下,保持 α1\alpha_1 固定的 Aut(D) 由……组成元素的子群为阶 2。 我们用 Aut(g\mathfrak{g}) 的 Aut′(g)'(\mathfrak{g}) 相应的子群表示;我们有 Aut′(g)='(\mathfrak{g}) = Aut(g\mathfrak{g}) if l≠4l\not= 4 和 (Aut(g\mathfrak{g}) :: Aut′(g)'(\mathfrak{g})) =3= 3 if l=4l= 4;而且,

(自动′(g):'(\mathfrak{g}) :自动0(g)_0(\mathfrak{g}))=2= 2。

元素 s∈s\in Aut(g\mathfrak{g}) 属于到 Aut′(g)'(\mathfrak{g}) 当且仅当 σ∘s\sigma \circ s 等价于 σ\sigma (这源于ϖ1\varpi_1 是 σ\sigma 的最高权 )。我们结论就像no. 2.VII一样,Aut′(g)'(\mathfrak{g})可以与Σ/k∗\Sigma /k^*识别,其中Σ\Sigma是V相对于Ψ\Psi的相似性的群。

令s∈Σs\in \Sigma,并令λ(s)\lambda (s)为ss的乘子。如果 ss 是正数,我们有 det(ss) =λ(s)l=\lambda (s)^l;如果 ss 是逆数,我们有 det(ss) =−λ(s)l=-\lambda (s)^l(代数,第 IX, §6, no. 5 章)。 Σ\Sigma 中指标 2 的直接相似性形式子群 Σ0\Sigma_0;我们有Σ0⊃k∗\Sigma_0\supset k^*。 群 Σ0/k∗\Sigma_0/k^* 等于 Aut′(g)=Σ/k∗'(\mathfrak{g}) =\Sigma /k^* 的子群 Aut0(g)_0(\mathfrak{g})。事实上,当 kk 代数闭合时就足以验证这一点:在这种情况下,Aut0(g)=_0(\mathfrak{g}) = Aute(g)_e(\mathfrak{g}) 等于它的导出群(§11, no. 2,命题 3),因此包含在 Σ0/k∗\Sigma_0/k^* 中,并且因为它们都是指标 2 Σ/k∗\Sigma /k^*,它们是平等的。

另一方面,如no. 3.VII,有正合序列

1⟶SO(Ψ)/{1,−1}⟶Σ0/k∗⟶k∗/k∗2⟶1 1\longrightarrow \mathbf{S}\mathbf{O}(\Psi )/\{1,-1\} \longrightarrow \Sigma_0/k^*\longrightarrow k^*/k^{*2}\longrightarrow 1

认同 SO(Ψ)/{1,−1}\mathbf{S}\mathbf{O}(\Psi )/\{1,-1\} 与 Σ0/k∗=\Sigma_0/k^*= Aut0(g)_0(\mathfrak{g}) 的子群。由于 k∗/k∗2k^*/k^{*2} 是可交换的,所以我们有 Aute(g)⊂SO(Ψ)/{1,−1}_e(\mathfrak{g})\subset \mathbf{S}\mathbf{O}(\Psi )/\{1,-1\}。事实上,可以证明(练习11)Aute(g)_e(\mathfrak{g})等于Ψ(\Psi (代数的简化正交群O0+(Ψ)\mathbf{O}^+_0(\Psi )的SO(Ψ)/{1,−1}\mathbf{S}\mathbf{O}(\Psi )/\{1,-1\}中的像,第1章。 IX, §9, no. 5)。

(VIII) h∗\mathfrak{h}^* 上的规范双线性形式 ΦR\Phi_R 由下式给出

′′'' 1 ′′''

ΦR(ξ1ε1+⋯+ξlεl,ξ1ε1+⋯+ξlεl)=(ξ1ξ+⋯+ξlξ) \Phi_R(\xi_1\varepsilon_1+\cdots +\xi_l\varepsilon_l, \xi_1\varepsilon_1+\cdots +\xi_l\varepsilon_l) =(\xi_1\xi +\cdots +\xi_l\xi )
4(l−1)‾1l \overline{4(l- 1)}^1l

(第 VI, §4, no. 8.V)。因而,杀戮形式到h\mathfrak{h}的限制是

Φ(ξ1H1+⋯+ξlHl,ξ1′H1+⋯+ξl′Hl)=4(l−1)(ξ1ξ1′+⋯+ξlξl′) \Phi (\xi_1H_1+\cdots +\xi_lH_l, \xi '_1H_1+\cdots +\xi '_lH_l) = 4(l-1)(\xi_1\xi '_1+\cdots +\xi_l\xi '_l)

(IX) 回想一下公式 (11) 定义的Xα(α∈R)X_{\alpha}(\alpha \in R)。我们很容易验证[Xα,X−α]=−Hα[X_{\alpha}, X_{-\alpha}] =-H_{\alpha}对应α∈R\alpha \in R。另一方面,对于所有 α∈R\alpha \in R,映射 θ:a→−ta\theta :a \rightarrow -^ta 是 g\mathfrak{g} 和 θ(Xα)=X−α\theta (X_{\alpha}) =X_{-\alpha} 中的自同构。因而 (Xα)α∈R(X_{\alpha})_{\alpha\in R} 是 (g,h)(\mathfrak{g},\mathfrak{h}) 中的 Chevalley 系统。

假设k=Qk=\mathbf{Q}。由章。如果 ll 是奇数,VI, §4, no. 8.VIII、子代数 h\mathfrak{h} 有 3 个允许的格子,如果 ll 是偶数,则有 4 个允许的格子。特别是,由HiH_i生成的晶格H\mathscr{H}是允许的。但这个格子是 g\mathfrak{g} 中对角线矩阵的集合,有整数个条目。由此可见,oS(2l,Z)\mathfrak{o}_S(2l,\mathbf{Z}) 是 g\mathfrak{g} 中的 Chevalley 阶 H+∑Z.Xα\mathscr{H}+\sum\mathbf{Z}.X_{\alpha}。由于Xα2=0X_{\alpha}^2= 0对于所有α∈R\alpha \in R,我们看到由Witt基(ei)(e_i)生成的V中的格子V\mathscr{V}是V中对于oS(2l,Z)\mathfrak{o}_S(2l,\mathbf{Z})的可接受格子。 ⋀rV\bigwedge^rV中的⋀rV\bigwedge^r\mathscr{V}也是如此。

另一方面,如果我们将 P(R∨)=Z.12∑i=1lHi+HP(R^{\vee}) =\mathbf{Z}.\frac{1}{2}\sum_{i=1}^lH_i+\mathscr{H} 作为容许格,将 G=P(R∨)+∑Z.Xα\mathscr{G}= P(R^{\vee}) +\sum\mathbf{Z}.X_{\alpha} 作为 Chevalley 阶,我们会发现,仅当 rr 是偶数时,⋀rV\bigwedge^rV 才具有容许格; ⋀rV\bigwedge^r\mathscr{V} 则可以接受。

考虑约简李代数 o(Ψ)+Q.1\mathfrak{o}(\Psi ) +\mathbf{Q}.1;我们立即看到格子G~=(o(Ψ)+Q.1)∩gl(2l,Z)\widetilde{\mathscr{G}}= (\mathfrak{o}(\Psi ) +\mathbf{Q}.1)\cap \mathfrak{g}\mathfrak{l}(2l,\mathbf{Z})是Chevalley阶。 Chevalley 阶 G\mathscr{G} 是 G~\widetilde{\mathscr{G}} 的投影到 o(Ψ)\mathfrak{o}(\Psi ) 上,与中心 Q.1\mathbf{Q}.1 平行。

最后,我们在no. 2中看到,由e−i1∧⋯∧e−i2ke_{-i_1}\wedge \cdots \wedge e_{-i_{2k}}(分别e−i1∧⋯∧e−i2k+1e_{-i_1}\wedge \cdots \wedge e_{-i_{2k+1}})生成的晶格N+\mathscr{N}_+(分别N−\mathscr{N}_-)对于谢瓦利阶Q(R∨)+∑α∈RZ.XαQ(R^{\vee}) +\sum_{\alpha\in R}\mathbf{Z}.X_{\alpha}的半旋量表示是可接受的。另一方面,N+\mathscr{N}_+和N−\mathscr{N}_-对于oS(2l,Z)\mathfrak{o}_S(2l,\mathbf{Z})没有可接受的格子。

表1

如果相应的简单表示是正交的(分别为辛,分别为既不正交也不辛),我们就将每个基数权数 1(分别为 −1,0-1,0)关联起来。这个数的计算本质上已经在§13中针对型Al,Bl,Cl,DlA_l,B_l,C_l,D_l给出了。 型 E6,E7,E8,F4,G2E_6,E_7,E_8,F_4,G_2 的结果也如下所示(只需应用 §7、第 12 条提案和VI, §4 章第 9.VI、9.XI、10.VI、 10.XI、11.VI、11.XI、12.VI、12.XI、13.VI、13.XI)。

Al(l≥1)Bl(l≥2) A_l(l\geq 1)B_l(l\geq 2)

{0r≠l+12ϖr\{0r\not=\frac{l+1}{2}\varpi_r 1 r≠lr\not=l

ϖr \varpi_r
(−1)rr=l+12ϖl(−1)l(l+1)/2 (-1)^rr=\frac{l+1}{2}\varpi_l(-1)^{l(l+1)/2}
Cl(l≥2)Dl(l≥2) C_l(l\geq 2)D_l(l\geq 2)

ϖr(−1)rϖr\varpi_r(-1)^r\varpi_r 1 r≠l−1,lr\not=l-1, l

{0\{0 如果 ll 是奇数

如果 ll 是偶数,则ϖl\varpi_l 和 ϖl−1(−1)l/2\varpi_{l-1}(-1)^{l/2}

E6E7E8F4G2 E_6E_7E_8F_4G_2

ϖ1\varpi_1 0 ϖ1\varpi_1 1 ϖ1\varpi_1 1 ϖ1\varpi_1 1 ϖ1\varpi_1 1

ϖ2\varpi_2 1 ϖ2−1ϖ2\varpi_2-1\varpi_2 1 ϖ2\varpi_2 1 ϖ2\varpi_2 1

ϖ3\varpi_3 0 ϖ3\varpi_3 1 ϖ3\varpi_3 1 ϖ3\varpi_3 1

ϖ4\varpi_4 1 ϖ4\varpi_4 1 ϖ4\varpi_4 1 ϖ4\varpi_4 1

ϖ5\varpi_5 0 ϖ5−1ϖ5\varpi_5-1\varpi_5 1

ϖ6\varpi_6 0 ϖ6\varpi_6 1 ϖ6\varpi_6 1

ϖ7−1ϖ7\varpi_7-1\varpi_71

ϖ8\varpi_81

表2

我们将相应的简单表示的每个基本权维数联系起来,通过Th计算。 2 个§9。

Al(l≥1)Bl(l≥2) A_l(l\geq 1)B_l(l\geq 2)
(l+1)(2l+1) (l+ 1)(2l+ 1)
ϖr(1≤r≤l)ϖr(1≤r≤l−1) \varpi_r(1\leq r\leq l)\varpi_r(1\leq r\leq l-1)
rr rr
ϖl2l \varpi_l2^l
Cl(l≥2)Dl(l≥2) C_l(l\geq 2)D_l(l\geq 2)
(2l)(2l)(2l) (2l)(2l)(2l)
ϖr(1≤r≤l)−ϖr(1≤r≤l−2) \varpi_r(1\leq r\leq l)-\varpi_r(1\leq r\leq l-2)
rr−2r rr-2r
ϖl−12l−1 \varpi_{l-1}2^{l-1}
ϖl2l−1 \varpi_l2^{l-1}
E6E7 E_6E_7
ϖ127=33ϖ1133=7.19 \varpi_127 = 3^3\varpi_1133 = 7.19
ϖ278=2.3.13ϖ2912=24.3.19 \varpi_278 = 2.3.13\varpi_2912 = 2^4.3.19
ϖ3351=33.13ϖ38645=5.7.13.19 \varpi_3351 = 3^3.13\varpi_38645 = 5.7.13.19
ϖ42925=32.52.13ϖ4365750=2.53.7.11.19 \varpi_42925 = 3^2.5^2.13\varpi_4365750 = 2.5^3.7.11.19
ϖ5351=33.13ϖ527664=24.7.13.19 \varpi_5351 = 3^3.13\varpi_527664 = 2^4.7.13.19
ϖ627=33ϖ61539=34.19 \varpi_627 = 3^3\varpi_61539 = 3^4.19
ϖ756=23.7 \varpi_756 = 2^3.7
E8F4 E_8F_4
ϖ13875=53.31ϖ152=22.13 \varpi_13875 = 5^3.31\varpi_152 = 2^2.13
ϖ2147250=2.53.19.31ϖ21274=2.72.13 \varpi_2147250 = 2.5^3.19.31\varpi_21274 = 2.7^2.13
ϖ36696000=26.33.53.31ϖ3273=3.7.13 \varpi_36696000 = 2^6.3^3.5^3.31\varpi_3273 = 3.7.13
ϖ46899079264=25.3.72.112.17.23.31ϖ426=2.13 \varpi_46899079264 = 2^5.3.7^2.11^2.17.23.31\varpi_426 = 2.13
ϖ5146325270=2.3.5.72.132.19.31 \varpi_5146325270 = 2.3.5.7^2.13^2.19.31
ϖ62450240=26.5.13.19.31 \varpi_62450240 = 2^6.5.13.19.31
ϖ730380=22.5.72.31G2 \varpi_730380 = 2^2.5.7^2.31G_2

ϖ8248=23.31ϖ1\varpi_8248 = 2^3.31\varpi_17

ϖ214=2.7 \varpi_214 = 2.7

习题

参见习题为 § 13。

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