Manin matrisi - Manin matrix

Matematikte, Manin matrisleri, adını Yuri Manin onları 1987–88 civarında tanıtan,[1][2][3] bir sınıf matrisler gerekli olmayan bir değişmeli yüzük, belirli bir anlamda elemanları değişen matrisler gibi davranır. Özellikle doğal tanımı vardır. belirleyici onlar ve çoğu için lineer Cebir gibi teoremler Cramer kuralı, Cayley-Hamilton teoremi vb onlar için doğrudur. Değişim elemanlarına sahip herhangi bir matris, bir Manin matrisidir. Bu matrislerin uygulamaları vardır temsil teorisi özellikle Capelli'nin kimliği, Yangian ve kuantum entegre edilebilir sistemler.

Manin matrisleri, Manin'in herhangi bir cebire uygulanabilen genel "değişmeli olmayan simetriler" inşasının özel örnekleridir. Bu bakış açısına göre bunlar polinom cebirinin "değişmeli olmayan endomorfizmleridir". C[x1, ...xn]. (Q) - (süper) -kombinasyon değişkenlerini almak, kuantum gruplarıyla yakından ilişkili olan (q) - (süper) -Manin matrislerinin analoglarını elde edecektir. Manin eserleri, kuantum grubu Teorisi, fonksiyonların nicel cebirini keşfetti Eğlenceq(GL) şartı ile tanımlanabilir T ve Tt Aynı anda q-Manin matrisleridir. Bu anlamda, (q) -Manin matrislerinin yalnızca yarım ilgili kuantum grubunun ilişkilerinin Eğlenceq(GL)ve bu ilişkiler birçok doğrusal cebir teoremi için yeterlidir.

Tanım

Bağlam

Genel değişmez öğelere sahip matrisler, bir zemin halkasındaki değerlerle determinantın doğal bir yapısını kabul etmez ve doğrusal cebirin temel teoremleri doğru tutmaz. Belirleyici teoride birkaç değişiklik vardır: Dieudonné belirleyici değerleri alır değişme K*/[K*, K*] çarpımsal grubun K* zemin halkasının K; ve teorisi Kıyıda sona erenler. Ancak bu belirleyiciler ile değişmeli belirleyiciler arasındaki analoji tam değildir. Öte yandan, belirli matris sınıfları değişmeli olmayan elemanlarla ele alınırsa, determinantı tanımlayabileceğiniz ve onların değişmeli analoglarına çok benzeyen doğrusal cebir teoremlerini kanıtlayabileceğiniz örnekler vardır. Örnekler şunları içerir: kuantum grupları ve q-determinant; Capelli matrisi ve Capelli belirleyici; süper matrisler ve Berezinian.

Manin matrisleri, doğrusal cebir teoremlerinin determinantının ve genellemelerinin doğal tanımını kabul eden, zorunlu olarak değişmeli olmayan elemanlara sahip genel ve doğal bir matris sınıfıdır.

Resmi tanımlama

Bir n tarafından m matris M girişlerle Mij bir yüzüğün üzerinde R (mutlaka değişmeli değil), belirli bir sütundaki tüm öğeler değişiyorsa ve tümü için ise bir Manin matrisidir. ben,j,k,l [Mij,Mkl] = [Mkj,Mil]. Buraya [a,b] (ab − ba) komütatör nın-nin a ve b.[3]

Tanım, aşağıdaki formüllerden daha iyi görülebilir: Dikdörtgen bir matris M satırlardan oluşan herhangi bir 2 × 2 alt matrisi için Manin matrisi olarak adlandırılır ben ve kve sütunlar j ve l:

aşağıdaki komutasyon ilişkileri geçerlidir

2 × 2 Manin matrislerinin ortaklığı

Aşağıda, Manin özelliğinin 2 × 2 matrislerle ilgili çeşitli çok basit ve doğal sorulardaki görünümüne dair bazı örnekler sunulmuştur. Genel fikir şudur: Doğrusal cebirin iyi bilinen gerçeklerini düşünün ve matris elemanları için değişme varsayımını, sonuçların doğru olarak korunacak şekilde nasıl gevşeteceğine bakın. Cevap: ancak ve ancak M bir Manin matrisidir.[3] Tüm gözlemlerin kanıtı doğrudan 1 satır kontrolüdür.

2 × 2 bir matris düşünün

Gözlem 1. Bir düzlemde işbirliği.
Polinom halkasını düşünün C[x1, x2] ve matris elemanlarının a, b, c, d ile işe gidip gelmek x1, x2.Tanımlamak y1, y2 tarafından

Sonra y1, y2 kendi aralarında gidip gelmek ancak ve ancak M bir Manin matrisidir.

Kanıt:

Bunun sıfır olmasını şart koşarak, Manin'in ilişkilerini elde ederiz.

Gözlem 2. Bir süper düzlemde işbirliği.
Grassmann cebirini düşünün C[ψ1, ψ2] ve matris elemanlarının a, b, c, d ile işe gidip gelmek ψ1, ψ2.Tanımlamak φ1, φ2 tarafından

Sonra φ1, φ2 Grassmann değişkenleridir (yani kendi aralarında anti-ticaret ve φben2=0) ancak ve ancak M bir Manin matrisidir.

1,2 gözlemleri genel için geçerlidir n × m Manin matrisleri: Orijinal Manin'in yaklaşımını aşağıda açıklandığı gibi gösterirler (olağan matrisler polinom halkalarının homomorfizmi olarak düşünülmeli, Manin matrisleri ise daha genel "değişmeli olmayan homomorfizmler" dir) Polinom cebir jeneratörlerinin sütun vektörleri olarak sunulduğuna dikkat edin, Grassmann cebiri satır vektörleri olarak iken, aynı şey isteğe bağlı Koszul ikili cebirleri ve ilişkili genel Manin matrisleri için genelleştirilebilir.

Gözlem 3. Cramer kuralı.Ters matris, standart formülle verilir

ancak ve ancak M bir Manin matrisidir.

Kanıt:

Gözlem 4. Cayley-Hamilton teoremi.Eşitlik

tutar ancak ve ancak M bir Manin matrisidir.

Gözlem 5. Belirleyicilerin çok yönlülüğü.

detsütun(MN) = detsütun(M) det (N) tüm karmaşık değerli matrisler için geçerlidir N ancak ve ancak M bir Manin matrisidir.

Nerede detsütun 2 × 2 matris olarak tanımlanır reklam − cb, yani ilk sütundaki öğeler (a,c) ürünlerde ilk sırada yer almaktadır.

Kavramsal tanım. "Değişmeli olmayan simetriler" kavramı

Yu'ya göre. Manin'in ideolojisi, herhangi bir cebirle, "değişmeli olmayan simetrilerinin (yani endomorfizmler)" belirli iki cebirini ilişkilendirebilir. Daha genel olarak bir çift cebire Bir, B onun "değişmeli olmayan homomorfizmler" cebiri arasında Bir ve BBu fikirler, doğal olarak, değişmeli olmayan geometri Burada ele alınan Manin matrisleri, polinom cebirlerine uygulanan bu genel yapının örnekleridir. C[x1, ...xn].

Uzayların geometri alanı, cebir alemi sırasıyla cebirlerle ilgiliyken, iki alem arasındaki köprü, her bir uzayda, değişmeli cebir olan bir fonksiyonlar cebiri ile ilişkilidir. Birçok geometri kavramı dilde yorumlanabilir. cebir ve tersi.

Simetri fikri G boşluk V eylemi olarak görülebilir G açık Vyani bir haritanın varlığı G × V -> VBu fikir cebirsel dilde homomorfizmin varlığı olarak tercüme edilebilir. Eğlence (G) Eğlence (V) <- Eğlence (V) (genellikle işlevler ve boşluklar arasındaki haritalar zıt yönlere gider) Ayrıca bir uzaydan kendisine haritalar oluşturulabilir (bir yarı grup oluştururlar), dolayısıyla ikili bir nesne Eğlence (G) bir Bialgebra.

Son olarak, bu iki özelliği temel olarak alabilir ve keyfi bir cebire (zorunlu olarak değişmeli olmayan) uygulanabilecek "simetri" nin tamamen cebirsel tanımını verebiliriz:

Tanım. Bazı cebirlerin değişmeli olmayan simetrilerinin (endomorfizmlerinin) cebiri Bir bir Bialgebra Bitiş (A)öyle ki, denilen homomorfizmler var işbirliği:

doğal bir yolla bir çoklu çoğaltma ile uyumludur. Bitiş (A) tatmin etmek için gerekli sadece Yukarıdan gelen ilişkiler, başka hiçbir ilişki, yani evrensel işbirliği bialgebra için Bir.

İşbirliği, eyleme ikili olarak düşünülmelidir G × V -> Vbu yüzden denir aksiyon. Çoğaltım haritasının işbirliği haritası ile uyumluluğu, g (h v) = (gh) v. Bu uyumluluk kolayca yazılabilir.

Biraz şaşırtıcı olan gerçek, bu yapının polinom cebirine uygulanmasıdır. C[x1, ..., xn] matrislerin olağan cebirini vermeyecek Matn (daha kesin olarak üzerinde fonksiyon cebiri), ancak Manin matrislerinin çok daha büyük değişmeli olmayan cebiri (daha doğrusu elemanlar tarafından üretilen cebir) MijDaha kesin olarak aşağıdaki basit önermeler doğrudur.

Önerme. Polinom cebri düşünün Pol = C[x1, ..., xn] ve matris M bazı cebirdeki öğelerle EndPol.Elementler kendi aralarında gidip gelirse ve ancak M bir Manin matrisidir.

Sonuç. Harita homomorfizm Pol -e EndPol Pol. Koaksiyonu tanımlar.

Aslında, haritanın homomorfizm olduğundan emin olmak için kontrol etmemiz gereken tek şey şudur: yben kendi aralarında gidip gelmek.

Önerme. Komultiplication haritasını formül ile tanımlayın O zaman öyle ortak ve önceki önermede tanımlanan polinom cebirindeki koaksiyon ile uyumludur.

Yukarıdaki iki önerme, bir Manin matrisinin elemanları tarafından üretilen cebirin, polinom cebri üzerinde birlikte hareket eden bir bialgebra olduğunu ima eder. Biri diğer ilişkileri empoze etmezse, polinom cebirinin değişmeli olmayan endomorfizmlerinin cebirini alırlar.

Özellikleri

Temel örnekler ve özellikler

  • Değişim elemanlarına sahip herhangi bir matris, bir Manin matrisidir.
  • Farklı satırlardaki elemanları kendi aralarında gidip gelen herhangi bir matris (bu tür matrisler bazen Cartier -Foata matrisler) bir Manin matrisidir.
  • Bir Manin matrisinin herhangi bir alt matrisi bir Manin matrisidir.
  • Bir Manin matrisindeki satırlar ve sütunlar birbiriyle değiştirilebilir, sonuç aynı zamanda bir Manin matrisi olacaktır. Merkezi eleman ile çarpılan satır veya sütun başka bir satır veya sütuna eklenebilir ve sonuçlar yine Manin matrisi olur. Yani çarpanın merkezi olduğu kısıtlama ile temel dönüşümler yapılabilir.
  • İki Manin matrisi düşünün M,N öyle ki tüm öğeleri gidip gelir, sonra toplam M + N ve ürün MN Manin matrisleri de olacaktır.
  • Eğer matris M ve aynı anda M matrisini transpoze edint Manin matrisleri, sonra tüm unsurları M birbirleriyle gidip gelmek.
  • Kabul edilemez gerçekler: Mk genel olarak bir Manin matrisi değildir (hariç k= -1 aşağıda tartışılmıştır); ne det (M), ne de Tr (M) tarafından üretilen cebirin merkezindedir Mij genel olarak (bu bakımdan Manin matrisleri kuantum gruplarından farklıdır); det (eM) ≠ eTr (M); günlük (det (M)) ≠ Tr (günlük (M)).
  • Polinom cebri düşünün C[xij] ve şununla belirtin: açısından farklılaşma operatörleri

xij, form matrisleri X, D karşılık gelen öğelerle. z ve ilgili diferansiyel operatör . Aşağıda, aşağıdakiler için önemli olan bir Manin matrisi örneği verilmektedir. Capelli kimlikleri:

Değiştirilebilir X, D elemanları ilişkiyi sağlayan herhangi bir matris ile: Xij Dkl - Dkl Xij = δikδklhakkında aynı z ve türevi.

Bu matrisin determinantını iki şekilde hesaplamak: doğrudan ve Schur tamamlayıcı formül aracılığıyla temelde verir Capelli'nin kimliği ve Onun genelleme (bkz. bölüm 4.3.1,[4] dayalı[5]).

Determinant = sütun belirleyici

Bir Manin matrisinin determinantı, üründe ilk sütunlardaki öğelerin ilk sırada geldiği reçetesiyle standart formülle tanımlanabilir.

Doğrusal cebir teoremleri

Birçok lineer Cebir ifadeler, R değişmeli olmadığında bile Manin matrisleri için geçerlidir. Özellikle, belirleyici kullanılarak standart şekilde tanımlanabilir permütasyonlar ve tatmin eder Cramer kuralı.[3] MacMahon Master teoremi Manin matrisleri için ve aslında genellemeleri (süper), (q), vb. analogları için geçerlidir.

Önerme. Cramer kuralı (Görmek[2] veya bölüm 4.1.[3]) Manin matrisinin tersi M standart formülle tanımlanabilir:nerede Madj dır-dir ek matris standart formülle verilir - (i, j) -nci elemanı, satırın silinmesinden kaynaklanan (n - 1) × (n - 1) matrisinin sütun belirleyicisidir j ve sütun ben M ve (-1) ile çarpmai + j.

Değişmeli durumdan tek fark, tüm determinantların sütun belirleyicileri olarak hesaplandığına ve ayrıca yardımcı matrisin sağda durmasına dikkat edilmesi gerektiğidir. M solda duruyor, yani değişmezlik nedeniyle sıra önemlidir.

Önerme. Tersi de Manin'dir. (Bkz.Bölüm 4.3.[3]) Bir Manin matrisinin iki taraflı tersini varsayın M varsa, o zaman da bir Manin matrisi olacaktır. det (M−1) = (det (M))−1.

Bu önerme biraz önemsiz değildir, kuantum bütünleştirilebilir sistemler teorisindeki Enriquez-Rubtsov ve Babelon-Talon'un sonucunu ifade eder (bkz.Bölüm 4.2.1).[4]).

Önerme. Cayley-Hamilton teoremi (Bkz.Bölüm 7.1.[3])

Nerede σben karakteristik polinomun katsayılarıdır.

Önerme. Newton kimlikleri (Bkz.Bölüm 7.2.1.[3])

Nerede σben karakteristik polinomun katsayılarıdırve sözleşmeye göre σben= 0, için i> n, nerede n matrisin boyutu M.

Önerme. İle belirleyici Schur tamamlayıcı(Bkz.Bölüm 5.2.[3]) Aşağıdaki blok matrisinin bir Manin matrisi ve iki taraflı ters M olduğunu varsayalım−1, Bir−1, D−1 o zaman var

Dahası, Schur tamamlar Manin matrisleridir.

Önerme. MacMahon Master teoremi

[6]

Örnekler ve uygulamalar

Manin matrisi olarak Capelli matrisi ve U'nun merkezi (gln)

Capelli kimliği 19. yüzyıldan itibaren değişmeyen elemanlara sahip matrisler için determinantların ilk örneklerinden birini verir. Manin matrisleri bu klasik konuya yeni bir bakış sağlıyor. Bu örnek Lie cebiri ile ilgilidir gln ve daha karmaşık uygulamalar için bir prototip olarak hizmet eder. gln, Yangian ve entegre edilebilir sistemler.

Al Eij konumunda 1 olan matrisler (ben, j) ve diğer her yerde sıfırlar. Bir matris oluşturun E elementlerle Eij pozisyonda (ben, j). Matris halkasında elemanlar içeren bir matristir Matn. Bu, Manin matrisi değildir, ancak aşağıda açıklandığı gibi onu Manin matrisine dönüştüren değişiklikler vardır.

Biçimsel bir değişkeni tanıtın z hangi ile gidip Eij, sırasıyla d / dz farklılaştırma operatörü z. Kullanılacak tek şey komütatör Bu operatörlerden 1'e eşittir.

Gözlem. Matris bir Manin matrisidir.

Buraya İD kimlik matrisidir.

2 × 2 örneği:

Sütun değişme gereksinimini kontrol etmek öğreticidir:.

Gözlem. Matris bir Manin matrisidir.

İçin gerekli olan tek gerçek Eij çünkü bu gözlemler, komütasyon ilişkilerini tatmin etmeleridir [Eij, Ekl] = δjkEil - δliEkj. Yani gözlemler doğrudur Eij jeneratörleri evrensel zarflama cebiri Lie cebiri glnveya herhangi bir temsildeki görüntüleri. Örneğin, biri alınabilir

İşte ψ Grassmann değişkenleri.

Gözlem.

Bu eşitliğin sağ tarafında, Capelli belirleyici (veya daha doğrusu Capelli karakteristik polinomu), sol tarafta ise doğal determinantı olan bir Manin matrisi vardır. Yani Manin matrisleri Capelli'nin determinantına yeni bir görünüm verir. Dahası, Capelli kimliği ve genellemesi Manin matrislerinin teknikleriyle elde edilebilir ve bu ifadenin merkeze ait olduğunu kanıtlamanın kolay bir yolunu sunar. evrensel zarflama cebiri U (gln), ki bu önemsiz olmaktan uzaktır. Aslında, GL grubunun eylemine göre değişmezliği kontrol etmek yeterlidir.n konjugasyon ile. . Yani burada kullanılan tek özellik şudur: bu herhangi bir Manin matrisi için doğrudur M ve herhangi bir matris g merkezi (örneğin skaler) öğelerle.

Gl için döngü cebirin, Langlands yazışmaları ve Manin matrisi

Manin matrisleri olarak Yangian tipi matrisler

Gözlem.İzin Vermek T (z) oluşturan bir matris olmak Yangian için glnSonra matris exp (-d / dz) T (z) bir Manin matrisidir.

Yangian için kuantum belirleyici şu şekilde tanımlanabilir: exp (n d / dz)detsütun(exp (-d / dz) T (z)). Dikkat edin exp (-d / dz) iptal edilebilir, böylece ifade buna bağlı değildir. Yani Yang teorisindeki determinant, Manin matrisleri aracılığıyla doğal bir yoruma sahiptir.

Kuantum integrallenebilir sistemler uğruna, Yangian'da değişmeli alt hesaplar oluşturmak önemlidir.Klasik limit ifadelerinde iyi bilinmektedir. Tr (Tk(z)) Poisson değişmeli alt cebir oluşturur. Bu ifadelerin doğru nicelleştirilmesi, ilk olarak Manin matrisleri için Newton özdeşliklerinin kullanılmasıyla önerilmiştir:

Önerme. Katsayıları Tr (T (z + k-1) T (z + k-2) ... T (z)) hepsi için k kendi aralarında gidip gelmek. Yangian'da değişmeli alt cebir üretirler. Karakteristik polinom detektörünün katsayıları ile aynı alt cebirsütun(1-exp (-d / dz) T (z)) .

(Alt cebir bazen Bethe alt cebiri olarak adlandırılır, çünkü Bethe ansatz ortak eş çiftlerini bulmak için bir yöntemdir.)

Uzak sorular

Tarih

Manin, "değişmeyen simetrilerin" genel inşasını önerdi,[1]Manin matrisleri olarak adlandırılan özel durum,[2] burada bazı temel özellikler özetlenmiştir. Bu çalışmaların ana motivasyonu, kuantum gruplarına bir bakış daha vermekti. Kuantum matrisleri Eğlenceq(GLn) şu tür matrisler olarak tanımlanabilir: T ve aynı anda Tt q-Manin matrisleridir (yani q-değişmeli polinomların değişmeyen simetrileridir xben xj = q xj xbenOrijinal Manin'in eserlerinden sonra 2003 yılına kadar Manin matrisleri üzerine sadece birkaç makale vardı, ancak bu tarihten sonra ve civarında Manin matrisleri birbiriyle pek ilgili olmayan birkaç alanda ortaya çıktı:[6] düğüm teorisinde kullanılan MacMahon ana özdeşliğinin belirli değişmez genellemesini elde etti; kuantum integrallenebilir sistemlere uygulamalar, Lie cebirleri bulundu;[4] Manin matrislerini içeren Capelli kimliğinin genelleştirmeleri göründü.[7]Bu makalelerde önerilen talimatlar daha da geliştirilmiştir.

Referanslar

  1. ^ a b Manin, Yuri (1987), "Koszul cebirleri ve kuantum grupları hakkında bazı açıklamalar", Annales de l'Institut Fourier, 37 (4): 191–205, doi:10.5802 / aif.1117, Zbl  0625.58040
  2. ^ a b c Manin, Y. (1988). "Kuantum Grupları ve Değişmeli Olmayan Geometri". Université de Montréal, Center de Recherches Mathématiques: 91 sayfalar. ISBN  978-2-921120-00-5. Zbl  0724.17006.
  3. ^ a b c d e f g h ben A. Chervov; G. Falqui; V. Rubtsov (2009). "Manin matrislerinin cebirsel özellikleri I". Uygulamalı Matematikteki Gelişmeler. Elsevier. 43 (3): 239–315. arXiv:0901.0235. doi:10.1016 / j.aam.2009.02.003. ISSN  0196-8858. Zbl  1230.05043.
  4. ^ a b c A. Chervov; G. Falqui (2008). "Manin matrisleri ve Talalaev formülü". Journal of Physics A. 41 (19): 239–315. arXiv:0711.2236. Bibcode:2008JPhA ... 41s4006C. doi:10.1088/1751-8113/41/19/194006. Zbl  1151.81022.
  5. ^ Mukhin, E .; Tarasov, V .; Varchenko, A. (2006), Capelli kimliğinin bir genellemesi, arXiv:matematik / 0610799, Bibcode:2006math ..... 10799M
  6. ^ a b Garoufalidis, Stavros; Le, T. T. Q .; Zeilberger, Doron (2006), "Kuantum MacMahon Master Teoremi", Proc. Natl. Acad. Sci. AMERİKA BİRLEŞİK DEVLETLERİ., 103 (38): 13928–13931, arXiv:matematik / 0303319, Bibcode:2006PNAS..10313928G, doi:10.1073 / pnas.0606003103, PMC  1599890, PMID  16966614
  7. ^ Caracciolo, Sergio; Sportiello, Andrea; Sokal, Alan D. (2009), "Değişmez belirleyiciler, Cauchy – Binet formülleri ve Capelli tipi kimlikler. I. Capelli ve Turnbull kimliklerinin genelleştirmeleri" (Araştırma kağıdı), Elektron. J. Comb., 16 (1, R103 numara): 43, arXiv:0809.3516, Bibcode:2008arXiv0809.3516C, ISSN  1077-8926, Zbl  1192.15001