グループリング

代数学において群環は自由加群であると同時に、任意の環と任意のから自然に構成される環でもある。自由加群の場合、そのスカラー環は与えられた環であり、その基底は与えられた群の元の集合である。環の場合、その加法則は自由加群の加法則であり、その乗法則は基底上の与えられた群則を「線型性によって」拡張する。より簡潔に言えば、群環は与えられた群の各要素に与えられた環の「重み係数」を付与することで、与えられた群を一般化したものである。

環が可換である場合、群環は群代数とも呼ばれます。なぜなら、群環は与えられた環上の代数だからです。体上の群代数はホップ代数というさらなる構造を持ちます。この場合、群ホップ代数と呼ばれます

群環の装置は群表現の理論において特に有用である

意味

を乗法的に書かれた群とし、を環とする。の群環( 、または単に と表記する)は、有限台は有限個の元 に対してのみ非ゼロ)写像の集合である。ここで、のスカラーと写像のモジュールスカラー積は写像 として定義され、2つの写像 と のモジュール群和写像 として定義される。加法群を環にするために、 と の積を写像 と定義する。

およびは有限サポートであるため、この和は正当であり、環公理は簡単に検証されます。

表記法や用語にはいくつかのバリエーションが用いられている。特に、 のような写像は、しばしば[1] 、いわゆる「 の元との係数の形式的線型結合」と表記される。

あるいは単に

[2]

が実際に体である場合、群環のモジュール構造は実際には 上のベクトル空間であることに注意してください

1. G = C 3 を位数3の巡回群とし、生成元単位元を1 Gする。C [ G ]のr は次のように書ける。

ここで、z 0z 1z 2はCの複素数です。これはC [ G ]がC [ ]/と同型であるような変数の多項式環と同じものです

異なる要素sをと書き、それらの和は

そして彼らの製品は

G単位元 1 Gは、係数環(この場合はC)のC [ G ] への標準埋め込みを誘導することに注意してください。ただし、厳密に言えば、 C [ G ]の乗法単位元は 1⋅1 Gであり、最初の1 はCから、2番目の 1 はGから来ます。加法単位元はゼロです。

Gが非可換群である場合、項を乗算するときに、群の要素の順序を保存する(誤って交換しないようにする)ように注意する必要があります。

2.環R上のローラン多項式環は、 R上の無限巡回群Zの群環である

3. Q を元 を持つ四元数群とする。群環R Qを考える。ここでRは実数全体の集合である。この群環の任意の元は、

ここで、は実数です。

他の群環と同様に、乗法は群の演算に基づいて定義されます。例えば、

R Q はR上の四元数の歪体と同じではないことに注意してください。これは、四元数の歪体が環において などの追加の関係を満たすのに対し、群環R Qではが と等しくないためです。より具体的には、群環R Q はベクトル空間として8次元を持ちますが、四元数の歪体は実ベクトル空間として4次元を持ちます。

4. 非アーベル群環のもう一つの例は、 3文字上の対称群あるです。これは整域ではありません。なぜなら、 となるからです。ここで、元は1と2を入れ替えた転置です。したがって、基となる環が整域であっても、群環は必ずしも整域である必要はありません。

いくつかの基本的な特性

環Rの乗法単位元を 1 で表し、群単位元を 1 Gで表すと、環R [ G ] はRに同型な部分環を含み、その可逆元群はGに同型な部分群を含む。 {1 G } の指示関数、すなわち次式で定義されるベクトルfを考える。

fのスカラー倍全体の集合はR [ G ]の部分環でRと同型である。そしてGの各元s を{ s }の指示関数、つまりfが次のように定義されるベクトルに写すと、

結果として得られる写像は、 (R [ G ]における加算ではなく乗算に関して)入射的な群準同型である。

RG が両方とも可換である場合(つまり、Rが可換であり、Gがアーベル群である場合)、R [ G ] は可換です。

HG部分群ならばR [ H ] はR [ G ]の部分環となる。同様に、SがRの部分環ならばS [ G ] はR [ G ]の部分環となる

Gが位数 1 より大きい有限群である場合、 R [ G ] は常に零因子を持つ。例えば、位数| g | = m > 1のGの元gを考える。このとき、 1 − gは零因子である。

例えば、群環Z [ S 3 ] と位数 3 の元g = (123) を考えてみましょう。この場合、関連する結果:群環素数ならば、Gには非単位有限正規部分群は存在しない(特に、G は無限でなければならない)。

証明: の対偶を考え、が の非単位有限正規部分群であるとする。 をとる任意の に対して が分かるので、したがって となる。 をとるととなる。 の正規性によりは の基底と可換であり、したがって

そして、はゼロではないことが分かります。つまり、は素数ではないということです。これは元の文を表しています。

有限群上の群代数

群代数は有限群群表現の理論において自然に現れる。K上の群代数K [ G ]は本質的に群環であり、体Kが環の代わりを務める。集合空間およびベクトル空間として、それはK上のG上の自由ベクトル空間である。すなわち、K [ G ]上のxに対して、

ベクトル空間上の代数構造は群の乗算を使用して定義されます。

ここで、左側のgh は群代数の要素を示し、右側の乗算は群演算(並置で表される)です。

上記の乗算は混乱を招く可能性があるため、K [ G ]基底ベクトルをgではなくe gと表記することもできます。この場合、乗算は次のように表記されます。

関数としての解釈

自由ベクトル空間をG上のK値関数として考えると、代数乗算は関数の畳み込みになります。

有限群の群代数は群上の関数空間と同一視できるが、無限群の場合は異なる。有限和からなる群代数は、群上の関数のうち、有限個以上の点に対して零となるものに対応する。位相的には(離散位相を用いて)、これらはコンパクト台を持つ関数に対応する

しかし、群代数K [ G ]と関数空間K G  := Hom( G , K )は双対である。群代数の元が与えられると、

f  : GK上の関数は、これらのペアを介してKの元を与える。

これは有限なので明確に定義された合計です。

群代数の表現

K [ G ] を抽象代数とすると、次元dのK-ベクトル空間Vに作用する代数の表現が求められる。そのような表現は

は群代数からVの準同型代数への代数準同型であり、これはd × d行列の環と同型である: 。これはアーベル群V上のK [ G ]-加群であることと同値である。

同様に、グループ表現

はGからVの線型自己同型群への群準同型であり、これは可逆行列の一般線型群と同型である: 。このような表現は代数表現

を線形拡張するだけでよい。したがって、群の表現は代数の表現と正確に対応し、2つの理論は本質的に同等である。

通常の表現

群代数はそれ自身の代数であり、 RおよびR [ G ]加群上の表現の対応のもとで、群の正規表現となる。

表現として書くと、これは表現gρ gであり、作用は で与えられる。

半単純分解

ベクトル空間K [ G ] の次元は、群の元の数に等しい。体Kは一般に複素数Cまたは実数Rとみなされるため、群代数C [ G ] またはR [ G ] について議論する。

複素数上の有限群の群代数C [ G ] は半単純環である。この結果、すなわちマシュケの定理により、 C [ G ] をCを要素とする行列環有限として理解することができる。実際、 k = 1, . . . , mに対してGの複素既約表現をV kとして列挙すると、これらは群準同型、ひいては代数準同型に対応する。これらの写像を組み立てると、代数同型が得られる。

ここで、d kはV kの次元である。End ( V k )に対応するC [ G ]の部分代数は、冪等元によって生成される両側イデアルである。

ここではV k指標である。これらは完全な直交べき等元系を形成しj ≠ kに対して、 となる。同型性は有限群上のフーリエ変換と密接に関連している

より一般的な体K に対して、K標数が群Gの位数を割り切らないときはいつでもK [ G ] は半単純である。G が有限アーベル群であるとき群環K [ G ] は可換であり、その構造は単位根を用いて容易に表現できる

KがGの位数を割り切る特性pの体である場合、群環は半単純ではありません。つまり、非ゼロのヤコブソン根基を持ち、これにより、モジュラー表現論の対応する主題に独自のより深い特徴が与えられます。

群代数の中心

群代数の中心は、群代数のすべての要素と可換な要素の集合です

中心はクラス関数の集合、つまり各共役クラスで定数である要素の集合 に等しい。

K = C のとき、 Gの既約指標の集合は内積に関してZ( K [ G ]) の直交基底を形成する。

無限群上の群環

Gが可算無限体、あるいは非可算体の場合については、あまり解明されていないが、これは活発な研究分野である。 [3] Rが複素数体の場合が、おそらく最もよく研​​究されている。この場合、アーヴィング・カプランスキーは、 abがC [ G ]の元でab = 1ならばba = 1であることを証明した。R正標数の体の場合にもこれが成り立つかどうかは未だ不明である。

カプランスキー(1940年頃)長年の予想によれば、 Gが捩れのない群でありKが体であるならば、群環K [ G ] には非自明な零因子が存在しない。この予想は、KGに対する同じ仮定の下で、K [ G ] には非自明な冪零因子が存在しないという予想と同値である。

実際、Kが体であるという条件は、整域に埋め込むことができる任意の環に緩和できます

この予想は一般論として未解決のままであるが、捩れのない群のいくつかの特殊なケースが零因子予想を満たすことが示されており、これには以下が含まれる。

G位相群である場合については、「局所コンパクト群の群代数」の記事で詳しく説明します

カテゴリー理論

副次

カテゴリ的には、群環の構築は単位群」に左随伴です。次の関数は随伴ペアです。ここで、 は群をR上のその群環に取り、R代数をその単位群に取ります

R = Zのとき、群の圏環の圏の間には随伴関係が与えられ、随伴関係の単位元は群Gを自明な単位元を含む群へと導く:G × {±1} = {± g }。一般に、群環は非自明な単位元を含む。Gが元abを含みかつbが正規化しない場合

はゼロなので、 。元1 + xは無限次数の単位です。

普遍的な財産

上記の随伴は群環の普遍的性質を表現している。[2] [4] R(可換)環、Gを群、SをR代数とする。任意の群準同型に対して、 iが包含であるようR代数準同型が唯一存在する。

言い換えれば、次の図が可換となる唯一の準同型です。

この性質を満たす他の環は、群環と標準的に同型です。

ホップ代数

群代数K [ G ] はホップ代数の自然な構造を持つ。共乗法は によって定義され、線形拡張される。また、対蹠法はによって定義され、これも線形拡張される。

一般化

群代数はモノイド環に一般化され、そこからカテゴリ代数に一般化されます。カテゴリ代数の別の例としては、接続代数があります。

濾過

群に長さ関数がある場合、たとえば、生成元が選択可能で、コクセター群のようにメトリックという語を取る場合、群環はフィルターされた代数になります。

参照

表現論

カテゴリー理論

注記

  1. ^ Milies & Sehgal (2002)、129ページと131ページ。
  2. ^ ab ミリエスとセーガル (2002)、p. 131.
  3. ^ パスマン, ドナルド S. (1976). 「群環とは何か?」アメリカ数学月刊誌. 83 (3): 173– 185. doi :10.2307/2977018. JSTOR  2977018.
  4. ^ "nLabにおける群代数". ncatlab.org . 2017年11月1日閲覧

参考文献

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