Научная статья на тему 'О почти локально разрешимых алгебрах Ли с нулевым радикалом Джекобсона и локально нильпотентном радикале для алгебр Ли'

О почти локально разрешимых алгебрах Ли с нулевым радикалом Джекобсона и локально нильпотентном радикале для алгебр Ли Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
185
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АЛГЕБРА ЛИ / СПЕЦИАЛЬНАЯ АЛГЕБРА ЛИ / НЕПРИВОДИМОЕ -ПРЕДСТАВЛЕНИЕ / РАДИКАЛ ДЖЕКОБСОНА / ЛОКАЛЬНО НИЛЬПОТЕНТНЫЙ РАДИКАЛ / РЕДУКТИВНАЯ АЛГЕБРА ЛИ / ПОЧТИ ЛОКАЛЬ НО РАЗРЕШИМАЯ АЛГЕБРА ЛИ

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Кучеров А. А.

В работе доказывается аналог теоремы Ф. Кубо [1] для почти локально разрешимых специ альных алгебр Ли с нулевым радикалом Джекобсона. Также показано, что для специальных ал гебр Ли над полем характеристики нуль -неприводимо представленный радикал совпадает с локально нильпотентным. Приведен пример алгебры Ли, локально нильпотентный радикал ко торой не является ни локально нильпотентным, ни локально разрешимым.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Кучеров А. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ON ALMOST LOCALLY SOLVABLE ALGEBRAS WITH NULL JACOBSON RADICAL AND LOCALLY NILPO TENT RADICAL FOR ALGEBRAS

The analog of the F. Kubo theorem [1] for almost locally solvable special Lie algebras with Jacobson radical is proved in the artocle. It is also shown, that for special algebras over a characteristic field zero the irreducible PIpresented radical coincides with the locally nilpotent. There is given an example the algebra which locally nilpotent radical is not neither locally nilpotent, nor locally solvable.

Текст научной работы на тему «О почти локально разрешимых алгебрах Ли с нулевым радикалом Джекобсона и локально нильпотентном радикале для алгебр Ли»

Кучеров А.А.

Оренбургский государственный университет E-mail: [email protected]

О ПОЧТИ ЛОКАЛЬНО РАЗРЕШИМЫХ АЛГЕБРАХ ЛИ С НУЛЕВЫМ РАДИКАЛОМ ДЖЕКОБСОНА И ЛОКАЛЬНО НИЛЬПОТЕНТНОМ РАДИКАЛЕ ДЛЯ АЛГЕБР ЛИ

В работе доказывается аналог теоремы Ф. Кубо [1] для почти локально разрешимых специальных алгебр Ли с нулевым радикалом Джекобсона. Также показано, что для специальных алгебр Ли над полем характеристики нуль рі -неприводимо представленный радикал совпадает с локально нильпотентным. Приведен пример алгебры Ли, локально нильпотентный радикал которой не является ни локально нильпотентным, ни локально разрешимым.

Ключевые слова: алгебра Ли, специальная алгебра Ли, неприводимое рі -представление, радикал Джекобсона, локально нильпотентный радикал, редуктивная алгебра Ли, почти локально разрешимая алгебра Ли.

На Международной алгебраической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения А.Г. Куроша (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2008), Борис Исаакович Плоткин поставил вопрос о гомологическом описании радикала Джекобсона для алгебр Ли.

Эта работа направлена на выяснение некоторых аспектов гомологического описания радикала Джекобсона и локально нильпотент-ного радикала.

1. О почти локально разрешимых алгебрах

Ли с нулевым радикалом Джекобсона

Следующее определение радикала Джекобсона было дано Е. Маршаллом: назовем радикалом Джекобсона J(L) алгебры Ли Ь пересечение максимальных идеалов и саму алгебру Ь, если их нет [2] (у Е. Маршалла было только пересечение максимальных идеалов, прибавка «сама алгебра Ь, если их нет» добавлена Ф. Кубо для бесконечномерных алгебр Ли [3]).

Назовем нильпотентным радикалом К(Ь) для конечномерной алгебры Ли Ь пересечение ядер ее неприводимых конечномерных представлений [3].

Отметим, что для конечномерной алгебры Ли над полем характеристики нуль нильпотентный радикал совпадает с радикалом Джекобсона [2].

Е. Маршалл доказал следующую теорему.

Теорема 1. Если конечномерная алгебра Ли Ь над полем характеристики нуль имеет разложение Леви в прямую сумму L = S ® а^), тогда радикал Джекобсона алгебры Ли Ь равен 1^) = а^)], где Б - полупростая алгебра,

а а^) - разрешимый радикал Ь.

В формулировке следующей теоремы важную роль играет понятие подидеала. Назовем подидеалом идеал идеала алгебры Ли.

Теорема 2 ([4]). Если алгебра Ли Ь порождена конечномерными локальными подидеала-ми Ь, тогда радикал Джекобсона алгебры Ли Ь равен 1(Ц) = а^)], где а^) - максималь-

ный локально разрешимый идеал Ь.

Свойства радикала Джекобсона для бесконечномерных алгебр Ли исследовал также Ф. Кубо [1].

Он показал, что результаты Е. Маршалла и Н. Камийя в общем случае неверны для бесконечномерных алгебр Ли даже в случае локально-конечных алгебр.

Им были также изучены бесконечномерные алгебры Ли с нулевым радикалом Дже-кобсона.

Теорема 3 ([1]). Пусть Ь - локально-конечная алгебра Ли. Справедливо: J(L) = 0 тогда и только тогда, когда алгебра Ли Ь имеет разложение Леви L = S ® Z(L), где Z(L) -центр алгебры Ь, Б - подалгебра Ь такая, что 1ф) = 0.

В 1963 г. В.Н. Латышев ввел новый класс алгебр Ли [5], которые он назвал специальными по аналогии с йордановыми алгебрами.

Скажем, что алгебра Ли Ь специальная или БРІ-алгебра Ли, если существует ассоциативная РІ-алгебра А такая, что Ь вложена в А( -) как алгебра Ли, где А( -) - алгебра Ли, заданная на А с помощью операции коммутирования [х,у] = ху - ух.

Назовем присоединенной ассоциативной алгеброй AdL ассоциативную алгебру, порожден-

ную в алгебре End L линейными преобразованиями {adx | x є L}, где adx(y) = [x,y],x,y є L.

Следующее определение, обобщающее определение В.Н. Латышева, было дано С.А. Пих-тильковым [6].

Алгебра Ли L называется обобщенно специальной, если ее присоединенная алгебра AdL является РІ-алгеброй.

Свойство быть обобщенно специальной алгеброй сохраняется при гомоморфизмах в отличие от специальности [6], [7].

Назовем алгебру Ли L почти разрешимой (почти локально разрешимой), если в ней существует разрешимый (локально разрешимый) идеал R такой, что алгебра L / R - конечномерна.

Пусть R - идеал алгебры Ли L, G - подалгебра. Скажем, что L представима в виде полу-прямого произведения L = G^R, если:

1. L = G + R ;

2. G n R = 0 .

Пусть R - разрешимый (почти разрешимый) радикал алгебры Ли L, если он существует.

Назовем полупростую конечномерную подалгебру G алгебры Ли L подалгеброй Леви, если L представима в виде полупрямого произведения L = G^R.

Теорема 4 (Леви [8]). Пусть L - конечномерная алгебра Ли над полем характеристики нуль с радикалом R. Тогда в L существует полу-простая подалгебра G такая, что L = G^R.

Заметим, что подалгебра G является подалгеброй Леви.

Ю.А. Бахтурин доказал следующий аналог теоремы Леви.

Теорема 5 ([9]). Пусть L - конечно порожденная почти разрешимая специальная алгебра Ли над полем характеристики нуль. Тогда в L существует подалгебра Леви.

Ю.А. Терехова следующим образом обобщила теорему Ю.А. Бахтурина.

Теорема 6 ([10]). Пусть L - специальная алгебра Ли над полем характеристики нуль, R - локально разрешимый радикал, фактор-алгебра LIR - конечномерна. Тогда в L существует полупростая конечномерная подалгебра G такая, что L представима в виде полупрямой суммы L = GXR.

Обобщим теорему Е. Маршалла на случай почти локально разрешимых алгебр Ли. Доказательство теоремы основано на идеях из [2].

Теорема 7. Пусть Ь - почти локально разрешимая алгебра Ли над полем Б характеристики нуль. Если алгебра Ли Ь имеет разложение Леви Ь = 5 © Я, где Б - конечномерная подалгебра Ь такая, что J(L) = 0, а Б - разрешимый радикал, то .ПГ) = ^Д].

Доказательство. Сделаем сначала очевидное замечание: радикал Джекобсона абелевой алгебры Ли равен нулю.

Следовательно, ] (Ь) с Ь.

Пусть I - максимальный идеал алгебры Ь. Фактор - алгебра Ь/1 не содержит собственных идеалов, является простой или абелевой.

Если алгебра Ь /1 - простая, то идеал Iсодержит И и представим в виде 1=Ы+Я, где М -максимальный идеал 5. Мы пользуемся тем, что алгебра 5 п Я является разрешимой и, следовательно, 5 п Я = 0.

Полупростая конечномерная алгебра 5 над полем характеристики нуль представима в виде суммы идеалов, являющихся простыми алгебрами Ли.

Следовательно, пересечение идеалов I таких, что фактор-алгебра Ь /1 - простая, совпадает с Я и ] (Ь) с Я .

Учитывая замечание, получили ] (Ь) с Ь2 п Я.

Если фактор-алгебра Ь/1 - абелева, то I содержит Ь2 и пересечение всех таких идеалов содержит Ь2 .

Пересечение всех максимальных идеалов содержит Ь2 п Я .

Получаем включение ] (Ь) з Ь2 п Я.

Следовательно, ] (Ь) = Ь2 п Я.

Запишем один из коммутаторов алгебры Ь.

Пусть Іі = яі + гі , где і = 1,2, ^ є 5, гі є Я.

Тогда

[І1, І2І = [ 81, 8 2] + [ 81, Г2 ] + [Гі, 8 2 ] + [Гі, Г2І.

Если [Іі,у є Я, то [8і, 82] = 0.

Тогда [Іі,І2] = [8і,Г2] + [Гі,82] + [Гі,Г2].

Следует, что Ь2 п Я с [Ь, Я].

Включение [ Ь, Я] с Ь2 п Я - очевидно.

Окончательно получили ] (Ь) = [ Ь, Я].

Докажем следствие, которое является аналогом теоремы Ф. Кубо.

Следствие 1. Пусть Ь - специальная почти локально разрешимая алгебра Ли над полем ^ характеристики нуль. Справедливо: ] (Ь) = 0 тогда и только тогда, когда алгебра Ли Ь имеет разложение Леви Ь = 5 © X (Ь), где X (Ь) -центр алгебры Ь, 5 - конечномерная подалгебра Ь такая, что ](5) = 0 .

Доказательство. Пусть L - специальная почти локально разрешимая алгебра Ли, R - ее локально разрешимый радикал.

Согласно теореме 6, для алгебры L имеет место разложение Леви L = S + R , где S - по-лупростая конечномерная алгебра, а R - локально разрешимый радикал.

Из теоремы 7 получаем J (L) = [L, R].

Следовательно, J (L) = 0 тогда и только тогда, когда R = Z (L).

2. О локально нильпотентном радикале

для алгебр Ли

Локально нильпотентный радикал специальных алгебр Ли является обобщением ниль-потентного радикала конечномерных алгебр Ли [3], [12].

Если модуль M - конечномерный, то наибольший идеал U алгебры L такой, что эндоморфизм xM, соответствующий элементу x, является нильпотентным для всех x е L, в алгебре End M, - называется наибольшим идеалом нильпотентности представления.

Для конечномерной алгебры Ли L нильпотентный радикал N (L) характеризуется также как пересечение наибольших идеалов нильпотентности конечномерных представлений алгебры L [3].

Назовем PI-представлением алгебры Ли L представление алгебры L в алгебре эндоморфизмов End M(-) модуля M над алгеброй L, для которого ассоциативная ассоциированная алгебра представления A( L), порожденная образами элементов из L, является PI-алгеброй.

Обозначим через IrrPI (L) пересечение ан-нуляторов всех неприводимых PI-представлений алгебры Ли L и саму алгебру L, если их нет. Назовем идеал IrrPI(L) алгебры Ли L PI-неприводимо представленным радикалом.

Если алгебра Ли имеет точное PI-представление, то она является специальной. Для PI-представлений алгебр Ли можно ввести аналог наибольшего идеала нильпотентности.

Теорема 8 ([12]). Пусть алгебра Ли L имеет PI-представление в кольце эндоморфизмов векторного пространства M. Тогда

i) все идеалы J алгебры L такие, что xM нильпотентно для любого x е L, содержатся в одном из них, например U;

ii) образ U идеала U является локально нильпотентным в алгебре End M ;

iii) идеал U является множеством элементов x є L таких, что xM принадлежит первичному радикалу P ассоциативной алгебры A(L), ассоциированной с представлением алгебры L.

По аналогии с конечномерными алгебрами, назовем идеал U наибольшим идеалом локальной нильпотентности представления.

Назовем локально нильпотентным радикалом N(L) специальной алгебры Ли L над полем F пересечение наибольших идеалов локальной нильпотентности всех PI-представлений алгебры Ли L над полем F.

В работе [12] показано, что радикал N(L) специальной алгебры Ли L является локально нильпотентным идеалом.

В работе [1З] показано включение N(L) с IrrPI(L) для специальных алгебр Ли над полем F характеристики нуль. Этот результат обобщает следующая теорема.

Теорема 9. Для произвольной специальной алгебры Ли L над полем F характеристики нуль справедливо равенство N (L) = IrrPI (L).

Скажем, что алгебра Ли - редуктивная, если она является произведением полупростой и коммутативной подалгебр [З].

Для доказательства теоремы нам потребуется следующие леммы.

Лемма 1. Пусть А - тело характеристики нуль, удовлетворяющее полиноминальному тождеству.

Рассмотрим алгебру матриц L = А n (-) как алгебру Ли по отношению к операции коммутирования над простым подполем Q. Рассмотрим лиевский разрешимый идеал I алгебры L.

Тогда множество I лежит в центре алгебры матриц А n.

Доказательство. Обозначим через Z центр тела А. Согласно теореме Капланского, тело А является конечномерным над центром Z.

Рассмотрим представление А n над Ап (пространство векторов-столбцов) с помощью левых умножений.

Хорошо известно, что такое представление матричной алгебры над телом - неприводимо.

Алгебра L имеет точное конечномерное над Z представление. Следовательно, N(L)=0.

Согласно [З], алгебра Ли L - редуктивна.

Редуктивная алгебра L является произведением полупростой алгебры S и центра Z.

Полупростая конечномерная алгебра Ли S над полем характеристики нуль раскладывает-

ся в произведение простых подалгебр ai, i = 1,..., k.

Подалгебры ai являются идеалами алгебры Ли L. Любой идеал алгебры L является суммой нескольких идеалов at и, возможно, Q -подпространства центра Z.

Множество ZI является разрешимым лиев-ским идеалом алгебры Ли L над Z. Оно не может содержать простых подалгебр аi.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Следовательно, ZI с Z и I с Z.

Лемма 2. Пусть алгебра Ли L над полем F характеристики нуль имеет неприводимое PI -представление в алгебре эндоморфизмов End(M)(-) векторного пространства M над F. Пусть I - некоторый локально разрешимый идеал L. Тогда образ I идеала I в алгебре End (M)(-) лежит в центре алгебры L.

Доказательство. Пусть M-неприводимый A( L)-модуль, алгебра A( L) порождена как ассоциативная алгебра гомоморфным образом L алгебры Ли L.

Алгебра A(L) является примитивной PI-алгеброй.

Согласно теореме Капланского [11], она простая, конечномерная над своим центром Z изоморфна алгебре матриц над телом A(L) = Аm,mє N.

Пусть I - гомоморфный образ идеала І в алгебре A(L). В конечномерной алгебре локально разрешимый идеал является разрешимым.

Согласно лемме 1, идеал I лежит в центре Z алгебры A(L).

Следовательно, идеал I лежит в центре алгебры L.

Доказательство теоремы. Локально ниль-потентный радикал N(L) специальной алгебры Ли L является локально нильпотентным [12]. Заметим, что локально нильпотентный идеал является локально разрешимым.

Пусть специальная алгебра Ли L имеет неприводимое PI-представление в алгебре эндоморфизмов ф : L ^ End (M)(-) векторного пространства M над полем F.

Тогда, согласно лемме 2, ф^^)) с Z^(L)).

Алгебра Ли ф^) порождает ассоциативную алгебру A(L). Ее центр Z( фЪ)) лежит в центроиде неприводимого L-модуля M.

Согласно лемме Шура [11], центроид неприводимого модуля является телом. Вложение в тело можно было также вывести из теоремы Капланского.

Следовательно, ненулевые элементы ф^^)) не лежат в наибольшем идеале локальной нильпотентности модуля M. Получили 9(N(L)).

Из произвольности неприводимого PI-представления M следует включение N(L) с IrrPI(L).

Снова рассмотрим неприводимое pi -представление алгебры Ли L в алгебре эндоморфизмов ф: L ^ End(M)(-векторного пространства M над полем F.

Согласно пункту iii теоремы 6, наибольший идеал U локальной нильпотентности представления является пересечением L n P(A(L)).

Первичный радикал ассоциативной алгебры A(L) является локально нильпотентным идеалом алгебры A(L) и, следовательно, содержится в радикале Джекобсона P(A(L)) с J(L).

Алгебра A(L) является примитивной ассоциативной алгеброй, радикал Джекобсона которой равен нулю.

Следовательно, U содержится в ядре неприводимого PI-представления M алгебры L.

Тогда в нем же будет содержаться локально нильпотентный радикал N(L) алгебры Ли L.

Учитывая произвольность неприводимого PI-представления получаем включение irrPl(L) с N(L), которое завершает доказательство теоремы.

Также как и для специальных алгебр Ли, назовем локально нильпотентным радикалом N(L) алгебры Ли L над полем F пересечение наибольших идеалов локальной нильпотентности всех PI-представлений алгебры Ли L над полем F и саму алгебру Ли, если их нет.

Приведем пример алгебры Ли, локально нильпотентный радикал которой не является ни локально нильпотентным, ни локально разрешимым.

Он основан на примере Ф. Кубо [1], но используется для других целей.

Пример 1. Пусть L - множество линейных отображений конечного ранга бесконечномерного векторного пространства V над полем F в себя.

Обозначим через S множество отображений из L со следом нуль. Рассмотрим L и S как алгебры Ли по отношению к операции коммутирования.

Легко проверить, что L2 = S,S - простая алгебра Ли.

Все нетривиальные идеалы L - это векторные пространства, содержащие S.

тный радикал N(H) алгебры H равен нулю. Получили N(L) = S.

Алгебра S не является ни локально разрешимой, ни локально нильпотентной.

Следовательно, радикал Джекобсона J(L), IrrPI(L) и локально нильпотентный радикал N(L) произвольной алгебры Ли L могут не быть ни локально разрешимыми, ни локально ниль-потентными.

14.11.2012

Список литературы:

1. Kubo, F. Infinite-dimensional Lie algebras with null Jacobson radical / F. Kubo // Bull. Kyushu Inst. Technol. Math. Nat. Sci. -1991. - V. 38. - P. 23-30.

2. Marshall, E. I. The Frattini subalgebras of a Lie algebra / E. I. Marshall // J. London Math. Soc. - 1967. - V. 42. - P. 416-422.

3. Бурбаки, Н. Группы и алгебры Ли (главы I-III) / Н. Бурбаки. - М. : Мир, 1976. - 496 с.

4. Kamiya, N. On the Jacobson radicals of infinite-dimensional Lie algebras / N. Kamiya // Hiroshima Math. J. - 1979. - V. 9. -P. 37-40.

5. Латышев, В. Н. Об алгебрах Ли с тождественными соотношениями / В. Н. Латышев // Сиб. мат. журнал. - 1963. - Т. 4. -Р. 821-829.

6. Пихтильков, С. А. О специальных алгебрах Ли / С. А. Пихтильков // Успехи матем. наук. - 1981. - Т. 36, № 6. - P. 225-226.

7. Биллиг, Ю. В. О гомоморфном образе специальной алгебры Ли / Ю. В. Биллиг // Матем. сборник. - 1988. - Т. 136, № 3. - С. 320-323.

8. Джекобсон, Н. Алгебры Ли / Н. Джекобсон. - М. : Мир, 1964. - 355 с.

9. Бахтурин, Ю. А. Тождества в алгебрах Ли / Ю. А. Бахтурин. - М. : Наука, 1985. - 447 с.

10. Терехова, Ю. А. О теореме Леви для специальных алгебр Ли / Ю. А. Терехова // Алгоритмические проблемы теории групп и полугрупп. Межвузовский сборник научных трудов. - Тула : Изд-во ТГПИ им. Л. Н. Толстого, 1994. - С. 97-103.

11. Херстейн, И. Некоммутативные кольца / И. Херстейн. - М. : Мир, 1972. - 191 с.

12. Пихтильков, С. А. О локально нильпотентном радикале специальных алгебр Ли / С. А. Пихтильков // Фундаментальная и прикладная математика. - 2002. - Т. 8, вып. 3. - С. 769-782.

13. Кучеров, А. А. О гомологическом описании локально нильпотентного радикала для специальных алгебр Ли / А. А. Кучеров, С. А. Пихтильков, О. А. Пихтилькова // Вестник ОГУ. - 2010. - № 9. - С. 40-43.

Сведения об авторе:

Кучеров А.А., старший преподаватель кафедры математического анализа Оренбургского государственного университета 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, тел. (3532) 372533, e-mail: [email protected]

UDC 512.554.36 Kucherov A.A.

Orenburg state university, e-mail: [email protected]

ON ALMOST LOCALLY SOLVABLE ALGEBRAS WITH NULL JACOBSON RADICAL AND LOCALLY NILPO-TENT RADICAL FOR ALGEBRAS

The analog of the F. Kubo theorem [1] for almost locally solvable special Lie algebras with null Jacobson radical is proved in the artocle. It is also shown, that for special algebras over a characteristic field zero the irreducible PI-presented radical coincides with the locally nilpotent. There is given an example the algebra which locally nilpotent radical is not neither locally nilpotent, nor locally solvable.

Key words: Lie algebra, special Lie algebra, irreducible PI-representation, Jacobson radical, locally nilpotent radical, reductive Lie algebra, almost locally solvable algebra.

Алгебра Ли S не является специальной и, следовательно, содержится в аннуляторах неприводимых PI-представлений.

Алгебра H = L / S является абелевой. Радикал Джекобсона абелевой алгебры Ли равен нулю. Следовательно, J(H) = 0 и IrrPI(H) = 0.

Установили равенства J(L) = S,IrrPI(L) = S.

Фактор-алгебра H = L/S - абелева и, следовательно, специальная. Локально нильпотен-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.