形式陈述
设 是 Lie 群,。共轭映射 固定 ,定义
由 和链式法则,
每个 可逆,因此 是一个光滑群表示公理库群表示Group representation把群同态地映入向量空间可逆线性变换群的结构。。共轭是群自同构,所以它的微分保持括号:
矩阵 Lie 群中的公式很直接。取群内曲线 ,令 ,便有
注意左侧作用于切向量,右侧用矩阵乘法计算;一般 Lie 群没有预先给定的矩阵乘法,仍应以微分定义为准。
从 Ad 到 ad 的桥梁
沿指数映射公理库Lie 群的指数映射Exponential map of a Lie group由唯一一参数子群定义指数映射,计算旋转的指数,并区分单位元附近的可逆性与全局满射性。给出的一参数子群 对伴随作用求导,得到
矩阵情形只需对 求导。对任意 ,同样的计算给出常系数线性方程公理库线性常微分方程组Linear system of ordinary differential equations形如 x′=A(t)x+b(t) 的向量值一阶线性方程组。
当 时,按列应用线性系统解的唯一性; 时,两边都是零空间上的唯一自同构。两种情形都给出
右边是作用于向量空间 的线性算子指数,左边是群元素的伴随作用。两个指数生活在不同的群里,这条等式把它们联系起来。
直觉
在同一个群内,把操作 换成 ,可以理解成先改变参照、实施操作、再换回来。这个共轭会怎样改变一个无穷小生成元?Lie 群的伴随表示 把这件事变成单位元切空间上的线性作用。本页讨论群元素 的作用;抽象 Lie 代数公理库Lie 代数李代数 · Lie algebra配备双线性交替括号并满足 Jacobi 恒等式的向量空间,以矩阵交换子和 sl₂ 的伴随作用为具体模型。已有的 是它进一步微分后的对象。
例子与边界
用 算出一个三维旋转
采用群的 Lie 代数公理库Lie 群的 Lie 代数Lie algebra of a Lie group用左平移把单位元切向量延拓为向量场,由向量场括号导出矩阵交换子和旋转的无穷小结构。中同一组基 ,满足 及循环关系。取
直接共轭 :
同样得到
因此在有序基 中,采用“每列是对应基向量的像”的约定,
而 ;把它乘以 再取指数,正好得到上式。这个计算同时核对了符号、列坐标约定和 Ad–ad 关系。
当 时,,但它在伴随表示中的像已经是恒等变换。这是伴随表示可能不忠实的具体原因,也预告了 的二重覆盖。
推论与应用
中心中的元素与一切群元素交换,所以总有 。若 连通,反包含也成立:假如 ,则
指数的小邻域生成连通群,故 与整个群交换。因此连通时 。
不能去掉连通条件。把非交换有限群 看成零维 Lie 群,其 Lie 代数为零,Ad 对所有元素都平凡;于是核是整个 ,中心却只有单位元。一般情形中,Ad 的核是单位连通分支 的中心化子,而不一定是全群的中心。
伴随表示捕捉的是群如何改变自己的无穷小方向,并非任意给定群表示的别名。覆盖与整体形式公理库Lie 群的覆盖与整体形式Covering Lie group连通 Lie 群的万有覆盖通过离散中心商产生不同整体形式,显式核验 SU(2) 到 SO(3) 的二重覆盖。会利用刚才的核来解释为什么同一 Lie 代数能对应不同群。
参考资料