
Group_theory_lecture
.pdfПример. 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 . |
|
||||||||||||
T˜(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 +χΓ +χΓ . 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 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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