Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Group_theory_lecture

.pdf
Скачиваний:
141
Добавлен:
03.06.2015
Размер:
2.02 Mб
Скачать
0
T (2)(g1)

Пример. Рассмотрим2представления группы

 

 

C3: одномерное представление

 

T (1):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T (1)(e) = 1 ,

T (1)(g1) = exp(2πi/3) ,

T (1)(g2) = exp(4πi/3) ,

 

 

(2.7.7)

1mrep

и 3- х мерное представление T (2) = T (R):

 

 

 

 

T (R)(g2) =

 

 

 

 

 

 

 

 

T (R)(e) =

0

1

0

, T (R)(g1) =

 

1

0

0

,

 

0

0

1

. (2.7.8)

regc3

 

1

0

0

 

 

 

0

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

0

 

 

 

 

 

0 0 1

 

0 1 0

 

 

 

 

 

 

1 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новое представление T (3) = T (1) T (R)

является3-х мерным и имеет вид

.

 

T (3)(e) =

0

1

0

, T (3)(g1) = e 3

 

 

0

 

0

,

T (3)(g2) =

0

 

0

e43

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

2πi

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

4πi

0

 

 

 

1

0

0

 

 

 

2πi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e 3

 

 

 

πi

 

 

0 0 1

0 e23

 

0

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

πi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4πi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С другой стороны, из векторов x, y мы можем построить новый (n+m)-мерный

 

вектор w Vn+m с (n + m) координатами w = (x1, x2, . . . , xn, y1, y2, . . . , ym) и далее

 

рассмотреть матричные (n + m)-мерные преобразования T (4)(g) вектора w, кото -

 

рые проистекают из(2.7.5).Оказывается,что таким образом мы строим новое

 

 

матричное представление T (4)

= T (1) T (2)

группы G. Матрицы T (4)(g), соглас -

 

но правилам(2.7.5),будут представля

 

 

ться в виде блочнодиагональной матрицы

 

размера (n + m) × (n + m):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T (4)(g) =

(1)

(2)0

 

 

 

 

= T

(1)

(g)

(2)

 

.

 

 

(2.7.9)

pryam

||tij (g)||

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

||tab (g)||

 

0

 

T (g)

 

 

 

 

 

 

 

Отображение T (4) группы G в матричную группу Γ(4), реализованную матрицами (2.7.9),очевидно явля ется гомоморфизмом:

T (4)(g1)T (4)(g2) = T (1)(g1)

0

T (1)(g2)

0

0

T (2)(g2)

=

=

 

T (1)(g1g2)

T

(2)

0

 

= T (4)(g1g2)

 

 

0

 

(g2g2)

 

 

Матрица T (4)(g) (2.7.9)называется прямой суммой матриц T (1)(g) и T (2)(g) и обозначается T (4)(g) = T (1)(g) T (2)(g), а соответствующее новое представление T (4) = T (1) T (2) называется прямой суммой представлений.

61

Пример. Рассмотрим2представления группы

 

C3: одномерное представление

T (1)

(2.7.7)и3-х мерное представле

ние(2.7.8).Новое представление

 

T (4) = T (1)

T (R) является4-х мерным и имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4)

 

0

1

0

0

 

(4)

 

0

0

0

1

(4)

0

 

0

1

0

 

 

1

0

0

0

 

 

e

2πi

0

0

0

 

 

 

4πi

0

0

0

 

T (e) =

0

0

1

0

 

, T (g1) =

 

0

1

0

0

 

, T (g2) =

 

0

 

0

0

1

.

 

 

0

0

0

1

 

 

 

0

0

1

0

 

 

 

0

 

1

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеры для прямого произведения T (3) = T (1) T (2) и прямой суммы T (4) = T (1) T (2) представлений вычисляются по характерам представлений T (1) и T (2):

χT (3) (g) = χT (1) (g) · χT (2) (g) , χT (4) (g) = χT (1) (g) + χT (2) (g) .

 

5.Приводимые и неприводимые представления.

 

Заметим,что преобразование подобия(2.7.3)с некоторой фиксированной

(n+m)×

(n + m) матрицей A, примененное к матрицам T (4)(g) (2.7.9),дает,как мы видели выше,эквивалентное (n + m)-мерное представление,которое однако уже не будет иметь блочно-диагона льного вида(2.7.9).Наприм ер,перестановка(перенумеровка)строк и столбцов является пре образованием подобия,при этом очевидно блочно-диагональная структу ра(2.7.9)будет нарушена.

С другой стороны, для некоторого заданного матричного представления, мы можем попытаться найти преобразование подобия,которое приводит данное представление к блочно-диагона льному виду и тем самым разбить это представление в сумму двух представлений.Однако,такую обратную процедуру сделать не всегда удается.Тем самым мы приходим к следующему определению:

Определение.

Представление,которое преобразованием подобия(2.7.3)мо-

жет быть приведено к блочно диагональному виду(2.7.9),называется вполне

 

 

приводимым. Если матричное представление группы G преобразованием подобия

(2.7.3)приводится к виду

 

ib||

=

 

 

,

X(g) = 0 , (2.7.10)

T (g) = ||tij (g)|| , ||

 

(2)

 

(2)

 

(1)

 

x(g)

 

 

T (1)(g)

, X(g)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̸

0

, ||tab (g)||

0

, T (g)

(т.е.нижний левый 8 блок равен нулю)то представление называется приводимым Если таких преобразований подобия не существует,то представление называ-

pryam1

.

8Очевидно,что представление будет приводимым и в случае обнуления только верхнегопра вого блока,т.к.такое представление эквивалентно представлению(2.7.10) (эти представления связаны специальным преобразованием подобия–перестановкой строк и столбцов).

62

ется неприводимым. Свойство гомоморфизма: T (g1)T (g2) = T (g1g2) для представления(2.7.10)требует выполнения тождеств

 

 

 

 

 

T

(1)(g

1)

 

,

X(g

 

)

 

T (1)(g

 

)

, X(g

)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

(2)

1

 

 

 

0

2

 

 

, T

(2)

2

 

 

 

 

 

 

 

= T

 

 

 

 

 

 

, T

 

 

(g1)

 

 

 

 

 

 

 

(g2)

 

 

 

 

 

 

 

(g1)T

 

2

 

 

 

1

 

 

(2)

2

 

 

 

(2)

1

)T (2)(g

2) = T

 

(g1g2)

,

(2)

1

2

 

 

(1)

 

(1)(g

)

, T (1)(g

)X(g

) + X(g

 

 

 

(1)

 

 

X(g

g

)

 

 

0

 

 

 

 

 

, T (g1)T (g2)

 

 

 

 

 

 

0

, T (g1g2)

Представление(2.7.10)соответствует преобразованиям

 

 

(n + m)-мерных”ком-

позитных”векторов (x, y) → (x, y) (где x, x Vn и y, y

Vm),а само преобра-

зование с матрицами(2.7.10),для координат этих векторов,имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

= xj T

(1)(g) , y

= yb T

(2)(g) + xj Xja(g) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

ji

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

ba

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из вида этого преобразования следует(необходимо положить равными нулю все

 

координаты xi),что подпространство

 

Vm Vn+m преобразуется”само через се-

 

бя”,т.е.остается инвариантным

 

 

подпространством при всех преобразованиях вида

 

 

 

 

(2.7.10),соответствующих разным элементам

g группы G. Наличие ( или отсут-

ствие)инвариантных подпространств для

 

данного представления является экви-

валентным,важным критерием приводим

ости(или неприводимости)этого пред-

 

ставления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Очевидно,что

n- мерные матрицы T (1)(g) реализуют представление группы G

меньшей размерности чем T (g). Т . о ., если матричное представление приводимо, то из него всегда можно выделить представление меньшей размерности.

Важно иметь конструктивный критерий приводимости или неприводимости представлений.Такой критерий дается леммой Шура.

Лемма Шура. 1.)Матрица A ̸= 0, коммутирующая со всеми элементами группы G в неприводимом матричном представлении T : T (g)A = AT (g) ( g G), кратна единичной матрице, .е. A = λI (λ ̸= 0).

2.)Пусть T (1): G → GL(n) и T (2): G → GL(m) – два неэквивалентных неприводимых представления группы G в n- и m- мерных векторных пространствах Vn, Vm, и A линейное отображение Vn → Vm такое,что g G мы имеем T (1)(g)A = AT (2)(g) (если n ̸= m, то A представляется прямоугольной m × n матрицей),тогда A = 0.

Док-во. 1.)Матрица A, коммутирующая со всеми матрицами T (g) ( g G), дей - ствующими в векторном пространстве V, где T (g) неприводимое представление,

63

является невырожденной матрицей.Иначе,пусть вектора x V такие,что xA = 0. Очевидно,что эти вектора образуют линейное подпространство,которое мы обозначим Ker(A). Из условия T (g)A = AT (g) следует,что xT (g)A = xAT (g) = 0. Т.о.,если x Ker(A), то xT (g) Ker(A) ( g G), т . еKer. (A) является инвариантным подпространством в V (случай Ker(A) = V, когда подпространство Ker(A) совпадает со всем пространством V, исключается, т . к . в этом случае мы имеем A = 0) и , следовательно, представление T (g) приводимо,что противоречит условиям Леммы.Т.о.,мы получили,что A невырождена и Ker(A) = .

Далее,пусть λ ̸= 0 является собственным значением матрицы A с собственными векторами v, образующими подпространство Ker(A − λI ) V. Тогда , из условия vT (g)(A − λI ) = v(A − λI )T (g) = 0 ( g G), следует , что либо Ker(A − λI ) является инвариантным подпространством и следовательно представление приводимо(а это противоречит условиям Леммы),либо (A − λI ) = 0. Ч . т . д . 2.)Пусть A ̸= 0. Так же как и в предыдущем пункте мы доказываем,что Ker(A) является инвариантным пространством в Vn. Аналогично мы показываем, что Img(A) является инвариантным подпространством в Vm. Действительно, x Vm

и g G мы имеем x AT (2)(g) = x T (1)(g)A,

т . еImg. (A)T (2)(g)

Img(A). Из

неприводимости представлений T (1) и T (2) (и A ̸= 0)следует,что

Ker(A) =

и Img(A) = Vm и,следовательно,отображение

A : Vn → Vm – изоморфизм, т . е .

представления T (1) и T (2) эквивалентны,а это противоречит условию Леммы.Сле-

довательно A = 0.

 

 

 

Следствие1.

Из Леммы Шура следует,что если существует ненулевая мат-

рица A ̸= λI , такая что T (g) A = A T (g) ( g G),то представление

T приводимо.

Следствие2.

Другим следствием Леммы Шура является,что все неприво-

димые конечномерные представления абелевой(коммутативной)группы

G – од -

номерны.Действительно для любого представления T такой группы и g, h G, мы имеем T (g)T (h) = T (h)T (g). Пусть T – неприводимо. При фиксированном h оператор T (h) коммутирует со всеми T (g) и в силу неприводимости T мы име-

ем(Лемма Шура): T (h)

= λ(h)I, где λ(h) скалярная функция,а I единичная

матрица.Аналогично,фикс

ируя любой другой элемент h G мы получаем,что

представление T неприводимо только если T (h) = λ(h)I ( h G), а это значит, что оно одномерно.

Пример1.Группа C3. Регулярное представление T (R) определяется соотноше-

64

ниями

 

g1 · (e, g1, g2) = (g1, g2, e) = (e, g1, g2)T

(R)

(g1) ,

 

 

 

 

(R)

 

 

 

 

g2 · (e, g1, g2) = (g2, e, g1) = (e, g1, g2)T

 

(g2) ,

 

 

 

и дается матрицами(2.7.8).С оответствующие характеры равны

 

 

 

 

 

χR(e) = 3 ,

χR(g1) = 0 ,

 

 

χR(g2) = 0 .

 

 

(2.7.11)

chiR

Т.к.группа C3 абелева,то очевидно существует не единичная матрица(н пример,

 

любая из матриц TR(g1), TR(g2), кроме , естественно, TR(e)),которая коммутирует

 

со всеми матрицами регулярного представления(2.7.8).Т.о.,согласно Лемме Шу-

 

ра,представление(2.7.8)приводимо.Де

йствительно,замет им,что собственными

 

векторами матриц(2.7.8)являются вектора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v1 = (1, 1, 1) ,

v2 = (1, q, q2) ,

v3 = (1, q2, q) ,

 

(2.7.12)

sobv

где q := e2πi/3. Составим из этих векторов строки матрицы A и столбцы матрицы

 

A−1:

A =

1

q

q12

,

A−1 = 1

 

1

q2

q

,

 

(2.7.13)

aaa

 

 

 

1

1

q

 

 

 

3

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

 

1 q2

 

 

 

1 q q2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(при доказательстве того,что матрица A−1 является обратной к A, необходимо

 

воспользоваться тождеством q2 +q+1 = 0, вытекающим из q3 −1 = 0 → (q−1)(q2 +

 

q + 1) = 0).Тогда

 

Aij Tjk(R) = λiAik

и матрицы(2.7.8) посредством преобразований

 

подобия(2.7.3)с A и A−1 (2.7.13)приводятся к виду

 

 

 

 

0 .

 

(R)(e) = 0 1 0

, T˜(R)(g1) =

0 q 0

, T˜(R)(g2) = 0 q2

 

1

0

0

 

 

 

 

1

0

0

 

 

 

 

1

0

0

 

0 0 1

 

 

 

 

0 0 q2

 

 

 

0 0 q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.7.14)

regc31

Т.о.,регулярное представление(2.7.8)

 

приводимо и оно является прямой суммой

 

трех одномерных неприводимых представлений:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T (R) = I Γ Γ ,

 

 

 

 

 

(2.7.15)

sumpr

тривиального представления I(C3), т . еI.(gk) = 1; точного представления Γ(C3):

T (e) = 1 , T (g1) = e2πi/3 = q , T (g2) = e4πi/3 = q2 (q3 = 1) ,

(2.7.16) to4

и комплексно сопряженного представления Γ(C3) :

T (e) = 1 , T (g1) = e−2πi/3 = q2 , T (g2) = e−4πi/3 = q .

(2.7.17) to4z

65

Для одномерных представлений имеем T (g) = χT (g) и таблица характеров для рассмотренных представлений группы C3 строится следующим образом

 

 

 

(e)

(g1)

(g2)

.

 

 

 

 

 

I(C3)

χI = 1

χI = 1

χI = 1

 

 

 

 

Γ(C3)

χΓ = 1

χΓ = q

χΓ = q2

Γ(C3)

χΓ = 1

χΓ = q2

χΓ = q

T (R)(C3) χR = 3 χR = 0 χR = 0

Из первых3-х строк этой таблицы сразу ж е следуют значения характеров для регулярного представления T (R)(C3) (2.7.11),которые,согласно(2.7.15),равны сум-

ме характеров неприводимых представлений: χR = χI Γ Γ . С другой стороны легко увидеть,что в результате пр ямого произведения представлений I(C3), Γ(C3) и Γ (C3) мы получаем снова неприводимые одномерные представления:

I(C3) Γ(C3) = Γ (C3) , I(C3) Γ (C3) = Γ (C3) ,

Γ(C3) Γ(C3) = Γ (C3) , Γ(C3) Γ (C3) = I(C3) , Γ (C3) Γ (C3) = Γ (C3) ,

(т.к. χΓχΓ = χΓ , χΓχΓ = χI и χΓ χΓ = χΓ).Отождествляя тривиальное представление I(C3) с единичным элементом, мы получаем абелеву группу C3 (изоморфную C3) с элементами– неприводимыми представлениями {I(C3), Γ(C3), Γ (C3)} и умножением– (представления Γ(C3) и Γ (C3) – взаимно обратны по отношению к умножению ).Группа C3 неприводимых представлений C3 называется дуальной группой к группе C3.Для абелевых групп дуальная группа всегда изоморфна

исходной(замечательный результат .ЛС.П

онтрягина).Для неабелевых групп это

не так.

 

Пример2.Группа S3.

Построим таблицу характеров для неабелевой группы D S , элементы которой

3 = 3

обозначим (e, g1, g2, r, rg1, rg2). Левое регулярное представление T (R) определяется из соотношений

g1 · (e, g1, g2, r, rg1, rg2) = (g1, g2, e, rg2, r, rg1) = (e, g1, g2, r, rg1, rg2) · T (R)(g1) , r · (e, g1, g2, r, rg1, rg2) = (r, rg1, rg2, e, g1, g2) = (e, g1, g2, r, rg1, rg2) · T (R)(r) ,

Соответственно,две образующие g1 и r группы D3 в регулярном представлении

66

принимают вид(точки обозначают нули)

 

1 0 0

 

. . .

 

 

 

 

 

. . .

 

0

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0 1

 

. . .

 

 

 

 

 

 

. . .

 

1

0

0

 

 

(R)

0 1 0

 

. . .

 

 

(R)

 

. . .

 

0

0

1

 

 

 

.

.

.

 

0

1

0

 

 

 

 

 

 

1

0

0

 

.

.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T (g1) =

 

.

.

.

 

0

0

1

 

,

T

 

(r) =

 

0

1

0

 

.

.

.

 

(2.7.18) regd3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

.

.

 

1

0

0

 

 

 

 

 

 

0

0

1

 

.

.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мы видим,что матрицы этого представл ения построены из блоков матриц -ре гулярного представления группы C3 (2.7.8).Зная собственные вектора(2.7.12), мы можем сразу же найти одномерные инвариантные пространства для представ-

ления(2.7.18),которые определяются векторами

w1 = (1, 1, 1, 1, 1, 1) (тривиаль-

ное представление T (1)(gk) = T (1)(rgk) = 1) и w2

= (1, 1, 1, −1, −1, −1) (одномер-

ное представление,различающее четные и нечетные перестановки T (2)(gk) = 1, T (2)(rgk) = −1).Можно выделить также два дву мерных инвариантных пространства,натянутых на вектора

w3± = (1, q, q2, ±1, ±q2, ±q) = (v2, ±v3) , w4± = (±1, ±q2, ±q, 1, q, q2) = (±v3, v2)

w3±T (g1) = q w3± , w4±T (g1) = q−1 w4± , w3±T (r) = ± w4± ,

т.е.,кроме двух одномерных представлений

T (1)

и T (2), мы имеем два эквива-

лентных неприводимых представления T (+)

и T (−) (связанных преобразованием

подобия с матрицей A = diag(1, −1))

 

 

 

 

T (±)(g1) = q

01

, T (±)(r) =

 

0 ±1

,

0

q

 

 

 

±1 0

 

Выбирая матрицу A в виде( в каждой строке стоят координаты векторов w1, w2, w3±, w4±):

 

 

1

1

 

1

 

1

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

1

 

1

1

1

 

1

 

 

 

1

q

 

q2

1

q2

 

q

 

A =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

1

q

 

q

1

q

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

q

 

q

2

1

q

2

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

q

2

 

q

 

2

 

 

 

 

 

 

1

q

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

67

после преобразования подобия для матриц(2.7.18)имеем

 

 

0

 

 

. . . .

 

 

 

 

 

0 1 . . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1 0 . . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0 . . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AT

(R)

(g1)A

1

=

 

.

.

q

0 . .

 

 

, A T

(R)

(r) A

1

=

. .

 

0 1 . .

 

 

 

 

.

.

0 q

1

. .

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0 . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

.

.

.

 

q 0

 

 

 

 

 

 

 

. .

 

.

.

0 1

 

 

 

 

 

 

 

.

.

.

.

 

0 q

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

.

1 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.7.19)

regd31

Теперь легко вычислить таблицу характеров для представлений группы

D

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1, 1, 1) = e

 

 

(2, 1)

 

 

 

 

 

(3, 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T (1)(S

)

 

 

χ (1) = 1

 

χ

(1) = 1

 

 

χ

T

(1) = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T (2)(S3)

 

 

χT (2) = 1

 

χT (2) = −1

 

 

χT (2) = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T (+)(S3)

 

 

χT (+) = 2

 

χT (+) = 0

 

 

χT (+) = −1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T (−)(S3)

χT (−) = 2

χT (−) = 0

χT (−) = −1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T (R)(S3)

 

 

 

χR = 6

 

 

 

χR = 0

 

 

χR = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где (1, 1, 1), (2, 1), (3, 0) обозначают классы сопряженности,соответствующие дли-

 

 

нам циклов,входящим в перестановки, .е.тождественная,нечетные(в которые

 

 

 

 

входят r) и циклические(

 

g1 и g2) перестановки, соответственно:

 

 

+ .

 

 

 

 

 

r =

*

1

 

3

2

+ = (1)(23) ,

g1 =

*

3

 

1

2

+

,

 

g2 =

*

2

 

3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

3

 

 

 

 

 

Отметим факт,который мы наблюдаем для группы

 

 

 

D

3

 

S

3, и который, на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

самом деле,справедлив для всех конечны

 

х групп . А именно, каждое неприводи-

 

мое m-мерное представление конечной группы входит в регулярное представление

 

ровно m раз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Элементы теории характеров конечных групп.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть функции Tij(ν)

(i, j

= 1, 2, . . . , Nν ) определяют все неприводимые пред-

 

ставления T (ν) конечной группы G (порядка N) в Nν -мерных векторных простран-

 

ствах Vν (индекс ν перечисляеет неэквивалентные неприводимые представления).

 

 

Рассмотрим набор матриц Akµ ,jν , Biν ,mµ :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Akµ,jν )iν ,mµ

=

 

1

 

g)

Ti(νν,j)ν

(g−1) Tk(µµ,m)

µ (g) = (Biν ,mµ )kµ,jν .

 

 

 

(2.7.20)

fg3

 

 

 

N

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заметим,что

 

h G мы имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(h) = T (ν)

 

(h−1) (Ak ,j )k ,j T (µ)

(h) ,

= 1

 

 

 

T (ν) (h−1) T (ν)−1(g−1) T (' (g) T (µ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Ak

,j

)i ,m

 

=

1

 

 

g G

T

(ν)

((g h)−1) T (µ)

 

(g h) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

ν

 

ν µ

 

N

 

 

iν ,jν

 

 

 

 

 

 

 

 

kµ,mµ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

G

i

 

,k

 

 

 

 

 

 

k

 

,j

 

 

 

 

 

 

k

 

,j

 

 

 

j

,m

 

 

 

 

 

i

 

,k

 

 

 

 

 

 

µ ν ν µ jµ,mµ

 

 

 

N '

 

 

ν

 

ν

 

 

 

 

 

 

ν

 

ν

 

 

 

 

µ

 

µ

 

 

µ

 

 

µ

 

 

 

 

ν

 

 

ν

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.7.21)

hah1

68

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Bi ,m

)k

,j

 

=

1

g

G

T (µ)

 

(h g) T (ν)

((h g)−1) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ν µ µ

 

 

 

 

 

 

 

 

k ,m

iν ,jν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

(µ)

 

 

 

(µ)

 

 

 

 

 

 

(ν)N '

 

(ν) µ1

µ

 

(µ)

 

 

 

 

 

 

 

(ν)

 

=

g

 

G

T

k

,j

 

(h) T

jµ,mµ

(g) T

i

,k

 

(g−1) T

 

(h−1) = T

kµ ,jµ

(h) (Bi ,m )j

,k

 

T

kν ,jν

(h−1

 

 

 

 

 

ν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kν ,jν

 

 

 

 

 

ν µ µ

 

 

 

 

N '

 

 

 

µ

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ν

 

ν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.7.22)

Из формул(2.7.21)и(2.7.22)следует,что матрицы

 

Akµ ,jν , Biν ,mµ сплетают все

матрицы неприводимых представлений T (µ) и T (ν). Следовательно, согласно Лем-

ме Шура,если

 

µ ̸= ν, то Akµ ,jν

= Biν ,mµ = 0, а если µ = ν, то матрицы Akµ ,jν ,

Biν ,mµ пропорциональны единичным матрицам.Т.о.,мы имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Akµ,jν )iν ,mµ = (Biν ,mµ )kµ,jν = λδµν δiν ,mµ δkµ ,jν .

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

(ν)

 

 

(g−1) T (µ)

 

(g) = λδµν δi ,m

δk

 

,j

 

 

 

 

(2.7.23)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

ν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

iν ,jν

 

 

 

 

kµ,mµ

 

 

ν µ

 

 

 

 

 

 

 

)

g G

) . hah2

fg5

где λ – константа, которую можно найти если положить µ = ν, kµ = jν и просуммировать по jν . В результате получаем λ = 1/Nν, где Nν – размерность представления

T (ν).

Заметим,что любое представление конечной группы G эквивалентно унитарному.Действительно,пусть x, y 1 = y, x 1 – эрмитово скалярное произведение в V (x, y V ).Тогда,можно доказать,что спаривание

 

1

g)

(2.7.24)

x, y :=

N

T (g)x, T (g)y 1

 

 

G

 

также является эрмитовым скалярным произведением в V .

Ясно , что x, y =

T (h)x, T (h)y ( h G) и,следовательно, T – унитарное представление G по от-

ношению к скалярному произведению(2.7

.24).Т.о.,мы можем выбрать базис в

пространстве V (ν) так,что

 

T iν (g−1) = (T jν (g))

и представить(2.7.23)в виде соот-

 

 

 

 

jν

 

 

 

 

iν

 

 

 

 

 

 

ношения ортогональности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

g)

T (ν) (g) T (µ)

 

(g) =

1

 

δµν δi ,m δk

,j

 

.

(2.7.25)

 

 

 

 

 

 

ν

 

N

 

 

iν ,jν

kµ,mµ

 

 

 

 

ν µ µ

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

 

Nν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ν)

(g) мы выводим

Используя определение характера представления χν (g) = 'i=1 Ti,i

из(2.7.25)соотношения ор

 

тогональности для характеров неприводимых представ-

лений Tν и Tµ:

 

 

 

1

g)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

χν , χµ =

χν (g) χµ(g) = δµν .

 

 

 

(2.7.26)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть χ1, . . . ,χ h характеры всех неэквивалентных неприводимых представле-

ний T1, . . . , Th группы G.

Любое представление T можно разложить в прямую

fg6

fg8

fg10

69

сумму T = m1T1 . . . mhTh, где mi ≥ 0 – целые числа. В этом случае характер χ представления T равен χ = m1χ1 + . . . + mhχh, а из условия ортогональности (2.7.26)мы получаем

 

 

 

h

 

 

 

 

χ,χ ν = mν , χ,χ =

ν)

 

(2.7.27) fg10a

 

 

mν2 .

 

 

 

 

=1

 

 

Пусть T (R) – регулярное представление конечной группы G: gigk =

N

T (R)(gi)gm,

(R)

(gi) = δm,ki

 

 

'm=1

km

где Tkm

если gigk = gki . Ясно , что для характера χR регулярного пред-

ставления мы имеем: χR(1) = N, где N – порядок группы G и χR(g) = 0 g ̸= 1, т . к . Tmm(g) = 0 для g ̸= 1. Используя этот факт и первую формулу(2в.7.27),мы мо - жем подсчитать сколько раз каждое неприводимое представление T (ν) содержится в регулярном представлении T (R):

 

1

g)

1

 

χR, χν =

N

χR(g) χν(g) =

N

N χν (1) = Nν ,

 

 

G

 

 

т.е.каждое неприводимое Nν -мерное представление T (ν) входит в регулярное представление ровно Nν раз(см.конец предыдущего подраздела5).Следовательно,

разложение χR по базису характеров χν имеет вид χR = 'h Nν χν . Прямое след-

ν=1

ствие этих формул есть связь размерностей Nν неприводимых представлений T (ν) и порядка N группы G:

h

h

ν)

)

N = χR(1) =

Nν χν (1) = N2 .

 

ν

=1

ν=1

Упражнения

1.Доказать,что дробн о линейные преобразования z → z= g(a, b, c, d, z) пара-

метра z:

z → z= azcz ++ db ≡ g(a, b, c, d, z) , (a d − b c ̸= 0) ,

образуют группу GL(2),где преобразование z= g(a, b, c, d, z) соответствует элементу g GL(2) следующего вида

*+

g =

a

b

.

c

d

 

 

2.Построить таблицу характеров для группы C4.

70

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]