交錯代數

抽象代數中,交錯代數是乘法不滿足結合性,僅滿足交錯性的代數。也就是說,我們有:

x(xy) = (xx)y (yx)x = y(xx) 對於所有代數中的x和y。每一個結合代數都顯然是交錯的,但有些嚴格的非結合代數,例如八元數,也是交錯的。另一方面,十六元數則不是交錯的。

基本介紹

  • 中文名:交錯代數
  • 外文名:alternative algebra
  • 結構結合子交錯
  • 方式:三線性映射
  • 公式:[x,y,z] = (xy)z − x(yz) 
  • 套用:穆方平面
定義,結合子,非結合代數,性質,套用,

定義

交錯代數是指滿足特別公理的一種非結合代數。指它的任意兩個元素x,y恆有:
x2y=x(xy), yx2=(yx)x.
寫成結合子形式,即(x,x,y)=(y,x,x)=0.交錯意味著對任意一個3級置換σ恆有:
(x1,x2,x3)=(sgnσ)(xσ(1),xσ(2),xσ(3)).
交錯代數中任意兩個元素生成的子代數都是結合的。有限維交錯代數是半單的,若且唯若它是其單理想之直和。

結合子

交錯代數之所以這樣命名,是因為它們正好是結合子交錯的代數。結合子是一個三線性映射,由下式給出:
[x,y,z] = (xy)z − x(yz) 根據定義,一個多線性映射是交錯的,如果只要兩個自變數相等,映射便為零。一個代數的左交錯和右交錯恆等式等價於:
[x,x,y] = 0 [y,x,x] = 0. 兩個恆等式在一起,便意味著結合子是完全斜對稱的。也就是說:
[xσ(1),xσ(2),xσ(3)] = sgn(σ)[x1,x2,x3] 對於任何置換σ。於是可以推出:
[x,y,x] = 0 對於所有的xy。這等價於所謂的柔性恆等式:
(xy)x = x(yx). 因此結合子是交錯的。反過來,任何一個結合子交錯的代數顯然是交錯代數。根據對稱性,任何一個代數,只要滿足以下三個恆等式中的兩個:
左交錯恆等式:x(xy) = (xx)y 右交錯恆等式:(yx)x = y(xx) 柔性恆等式:(xy)x = x(yx). 這個代數便是交錯的,因此三個恆等式都滿足。
一個交錯的結合子總是完全斜對稱的。反過來也成立,只要基域的特徵不是2。

非結合代數

抽象代數學的一個重要分支,與結合環和結合代數理論在概念與術語的使用上、問題的背景與提出的方式上、討論中的思路與解決問題的方法上都有密切聯繫.若集合R上有兩個二元運算:加法“+”和乘法“·”,而且:
1.(R,+)是加法群;
2.R的乘法“·”對其加法“+”滿足分配律,即對任意x,y,z∈R,恆有:
(x+y)·z=x·z+y·z,
z·(x+y)=z·x+z·y;
則稱(R,+,·)是一個非結合環.進而,
3.若(R,+)是域F上的線性空間,且對任意α∈F,任意x,y∈R有
α(x·y)=(αx)·y=x·(αy);
則稱(R,+,·)是域F上的一個非結合代數.也稱非結合環、非結合代數為分配環和分配代數.設(A,+,·)是一個非結合代數,若它對其乘法滿足結合律或交錯律或若爾當律或雅可比恆等式等,就分別稱其為結合代數、交錯代數、非交換若爾當代數、李代數等.因為,結合環必為非結合環,每個結合代數都是非結合代數,所以,字頭“非”意味著乘法滿足結合律與不滿足結合律的環與代數的總和.由於結合環與結合代數的研究工作起步早、成果多,已自成系統,所以在非結合代數與非結合環理論中通常將那些“結合的”系統排除在外.同樣道理,李代數已形成獨立局面,而不再被包含在一般非結合代數中.
一些重要的非結合代數是受到量子力學、統計物理等刺激發展起來的,但是在其代數結構的理論探討上,可以說,基本上是沿著結合代數結構理論的路子向前發展.如引入理想、同態、商代數、根、直和、鏈條件、半單等概念,分別討論各種類型非結合代數的韋德伯恩定理存在的可能性等.
在這個分支中,到目前為止,研究成果比較令人滿意的是冪結合代數、凱萊代數、若爾當代數、非交換若爾當代數、交錯代數等.

性質

阿廷定理說明,在交錯代數中,由任何兩個元素生成的子代數是結合的。反過來,任何滿足這個條件的代數顯然是交錯的。於是可以推出,在交錯代數中,只含有兩個變數的表達式可以不用括弧寫出,而又沒有歧義。阿廷定理的一個推廣說明,如果交錯代數中的三個元素x,y,z是結合的(也就是說,[x,y,z] = 0),那么由這些元素所生成的子代數是結合的。
阿廷定理的一個推論是,交錯代數都是冪結合的,也就是說,由一個元素所生成的子代數是結合的。反過來不一定成立:十六元數是冪結合的,但不是交錯的。
a(x(ay)) = (axa)y ((xa)y)a = x(aya) (ax)(ya) = a(xy)a 在任何交錯代數中都成立。
在一個單式交錯代數中,如果乘法逆存在,那么它一定是唯一的。更進一步,對於任何可逆的元素x和所有的y,都有:
y = x − 1(xy). 這等於是說,對於所有這類的xy,結合子[x − 1,x,y]都是零。如果xy是可逆的,那么xy也是可逆的,其乘法逆為(xy) − 1 = y − 1x − 1。因此,所有可逆的元素所組成的集合在乘法運算下封閉,並形成了一個穆方圈。在交錯環或代數中,這個單位元素圈與結合環或代數中的單位元素群是類似的。

套用

任何交錯的除環上的射影平面都是穆方平面。
穆方恆等式是非結合代數中元素的等式。它是某些類型非結合代數滿足的一些公理,即該代數中任意元素x,y,z滿足:
[(xy)x]z=x[y(xz)],
z[x(yx)]=[(zx)y]x,
(xy)(zx)=[x(yz)]x.
這些公理稱為穆方恆等式。首先出現在穆方圈(Monfang loop)的研究中,現常套用於非結合代數的分類中。每個交錯代數恆滿足這些穆方恆等式。

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