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定义Definition

箭图表示

Quiver representation · Representation of a quiver

从协同换基定义箭图表示,分类单箭头矩阵,并用平行箭参数与复合秩说明维数和各箭秩为何不足。

形式陈述 ​

把向量空间放在一张图的顶点上、把线性映射放在箭头上以后,怎样判断两套数据只是换了基?箭图 Q=(Q0,Q1,s,t) 采用有向图条目的多重图约定,允许平行箭和环:Q0 为顶点集,Q1 为箭头集,s,t:Q1→Q0 给出起点和终点。本文取有限箭图。

一个有限维 k-表示 V 指定每个顶点的有限维空间 Vi,以及每条箭 a:i→j 上的线性映射 Va:Vi→Vj。

表示同态 f:V→W 是一族线性映射 fi:Vi→Wi,对每条箭满足

(1)fjVa=Wafi.

如果每个 fi 都可逆,它就是表示同构。维数向量 dim⁡V=(dimk⁡Vi)i∈Q0 记录各顶点维数;它不记录箭头映射,通常不能决定同构类型。

直觉

箭图表示是一套相互连接的线性空间。改变某个顶点的坐标,会同时影响所有进出该顶点的箭头。因此不能对每条箭独立化简,化简时必须维护共享顶点的同一套坐标。

式 (1) 是两条处理路线的相等:先沿原箭头走再换坐标,与先换坐标再沿新箭头走,必须得到同一向量。选择各顶点基后,它成为协同换基公式

Wa=fjVafi−1.

与一个方阵的相似变换相比,这里每个顶点有自己的换基矩阵,而同一顶点的矩阵要在全部相邻公式中重复使用。

例子与边界

一条箭时,秩就是完整不变量 ​

取 Q:1→2,V1=k2,V2=k3。表示就是一个 3×2 矩阵 A。在源与靶分别换基,可以把它化为具有 r 个单位对角项的矩形标准形,其中 r=0,1,2。

以秩1矩阵

A=(122400)

为例。在源中取 u1=(1,0),u2=(−2,1),在靶中取 v1=(1,2,0),v2=(0,1,0),v3=(0,0,1)。则 Au1=v1,Au2=0,新矩阵仅左上角为1。这些基在任意特征都可用,变换矩阵行列式均为1。

秩在换基下保持,而且每个秩都到达唯一标准形,所以恰有三种同构类型。表示还分解为 r 份 k→1k、2−r 份 k→0 与 3−r 份 0→k。

两条平行箭已经留下连续参数 ​

取两条箭 a,b:1→2,两顶点空间均为 k。令

Va=1,Vb=λ.

同构只能在两个顶点分别乘非零标量 s,t。若它把 (1,λ) 变成 (1,μ),第一条箭要求 t=s,第二条要求 tλ=μs,于是 λ=μ。

因此当 k 无限时,仅两个顶点、两条箭、维数向量 (1,1) 就有无限多个同构类。两条箭的秩在 λ≠0 时都为1,但比值仍不同。分别把两条箭化成恒等的做法,会为同一个顶点选出不相容的坐标。

有向图不自动要求路径交换 ​

在一个菱形图中,从同一起点到同一终点有两条路径。箭图表示只指定各条箭的线性映射,并不要求两条路径的复合相等。若问题还要求交换菱形,就须加入路径关系,得到带关系箭图。

推论与应用

子表示由各顶点子空间 Ui⊆Vi 组成,要求 Va(Ui)⊆Uj。直和、核、像与余核也逐顶点计算,箭头上的相容性由式 (1) 保证。

例如一个同态的核在顶点 i 为 ker⁡fi。若 v∈ker⁡fi,则 fjVa(v)=Wafi(v)=0,所以箭头确实将它送入 ker⁡fj。这使表示之间的方程、分解和正合列都可还原为具体线性代数。

一顶点一环的表示就是一个空间加一个自同态,其同构问题为矩阵相似;没有箭头的有限图则仅记录几份相互独立的向量空间。箭图因此在这两种熟悉情形之间提供了统一对象。

自检:在三顶点链 k2→Ak2→Bk2 中,令 A=diag(1,0)。比较 B1=diag(1,0) 与 B2=diag(0,1)。两份表示的各条箭秩都为1,但

rank(B1A)=1,rank(B2A)=0.

复合也受协同换基保护,所以两者不同构。一个真正的图式不变量,必须照顾箭头之间的连接。

参考资料
关系图谱19 个相邻概念 · 2 类关系

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