Skip to content

定义Definition

中心幂等元与代数块

Central idempotent · Block decomposition of an algebra

区分模直和与代数乘积,用交叉角落检测块间通道,并证明本原中心幂等元分块唯一。

形式陈述 ​

一个投影何时不仅拆开模,还能把整个代数拆成互不作用的乘积?设 A 是有限维含幺结合代数。元素 e 称为中心幂等元,若

e2=e,ea=ae(a∈A).

此时 eA 与 (1−e)A 都是双边理想,分别以 e 与 1−e 为单位,而且

(1)A⟶eA×(1−e)A,a⟼(ea,(1−e)a)

是代数同构,逆为 (x,y)↦x+y。

非零中心幂等元称为本原中心幂等元,若不能写成两个非零正交中心幂等元之和。把

1=e1+⋯+er,eiej=0 (i≠j)

拆到每项本原中心,所得 eiA 称为 A 的块。这项分块不要求 A 半单。

“本原幂等元”与“本原中心幂等元”不同:前者在全部幂等元中不能再拆,后者只在中心幂等元中不能再拆。一个块内部仍可能有很多非中心幂等元。

直觉

普通幂等元把一个线性过程投影到某个方向;中心性进一步要求这个投影与代数中的每个操作都相容。于是任意操作都无法把一个块的向量搬到另一个块。代数乘积表达的正是这种彻底分离。

仅有正交幂等元之和为1,还可能存在块间“通道”。这些通道由 eA(1−e) 和 (1−e)Ae 记录。中心性使两者都为零,乘积才真正成立。

例子与边界

矩阵的列分解不是代数的乘积分解 ​

在 M2(k) 中取 e=e11。它是幂等元,但

ee12=e12,e12e=0,

所以不中心。确实,

eM2(k)(1−e)=ke12≠0.

将一个矩阵送到两块对角角落 (eae,(1−e)a(1−e)) 会丢掉非对角项,而且不保持乘法:e12 与 e21 的两个对角角落都为零,乘积 e11 的对角角落却非零。

作为左模仍有直和

M2(k)=M2(k)e11⊕M2(k)e22.

这只是两列组成的模分解,不是两个代数的乘积。事实上 M2(k) 的中心只有标量矩阵,其中心幂等元仅0、1,所以它只有一个块。

上三角代数有两个单模,却只有一个块 ​

令 T=T2(k)。若 z=(ab0c) 在中心,先与 e11 交换得到 b=0,再与 e12 交换得到 a=c。所以 Z(T)=kI,仍只有0、1两个中心幂等元。

因此 T 只有一个块,尽管它有两个不同单模。非对角元 e12 正是连接它们的操作。把 T 的根商成零以后,T/J(T)≅k×k 才变成两个半单块;这里 J(T)=ke12 是其Jacobson 根。原代数的分块与其半单商的分块不必相同。

一个真正的双块代数 ​

在 A=k×M2(k) 中,

e=(1,0),f=(0,I2)

都是中心幂等元,且 e+f=1。式 (1) 恢复原来的两个因子。f 在中心内不可再拆,却可在全代数内写成

f=(0,e11)+(0,e22).

两项不是中心元素。这给出了两种“本原”必须分开的具体原因。

推论与应用

分块同构的证明 ​

若 e 中心,任意交叉乘积满足

(ea)((1−e)b)=e(1−e)ab=0.

因此加法逆映射保持乘法,式 (1) 是同构。反过来,任何乘积分解 A≅B×C 中的 (1B,0) 都拉回为中心幂等元。故非平凡代数乘积分解与非平凡中心幂等元一一对应。

有限维保证反复拆分最终停止:每次将一个非零块拆成两个非零块,都使非零直和项数增加,而这个数不能超过 dimk⁡A。

唯一性也能直接检查。若 1=∑iei=∑jfj 是两套本原中心分解,则

ei=∑jeifj.

右侧是正交中心幂等元之和。本原性迫使恰有一项非零,且等于 ei。再对相应 fj 使用同样论证,得到 ei=fj。所以两套分块仅相差顺序。

每个模自动按同一套块分开 ​

对任意左 A-模 M,中心性保证每个 eiM 是子模,并且

M=⨁ieiM.

若 M=eiM、N=ejN 且 i≠j,则任何模同态 h:M→N 满足

h(m)=h(eim)=eih(m)=0.

不同块之间没有非零同态。其间的短正合列也自动分裂:应用中心投影就能将两个块的部分分别提取出来。

若 A 半单,Artin–Wedderburn 定理说明每个块是一个矩阵除代数,并且恰有一种单模。一般代数则可能像 T2(k) 那样,在同一块中包含不同单模以及非分裂扩张。

自检:给 T2(k) 的两个对角幂等元 e,f,算四个角落。答案为

eTe=ke,fTf=kf,eTf=ke12,fTe=0.

只要中间那条非零通道仍在,便不能把 T 误写成 k×k。

参考资料
  • P. Etingof et al., Introduction to Representation Theory,§9.5,Problem 9.5.3:块与不可分解中心幂等元、不同块间 Hom 消失。原文在代数闭域上联系扩张图;本文的中心幂等元乘积分解证明适用于任意基域。
  • Roman Bezrukavnikov,MIT 18.706,Lecture 04,2023,Remarks 4.13–4.14:端同态幂等元与环元素幂等元作用于模时的区别。
关系图谱8 个相邻概念 · 2 类关系

拖动节点调整位置。

显示关系

显示:依赖

  1. 前置三跳
  2. 前置二跳
  3. 前置一跳
  4. 当前条目
  5. 后续一跳
  6. 后续二跳
  7. 后续三跳
文字版关系按与当前条目的最短距离分组
类型化关系