在数学中,一般线性群是指基域K上n×n 可逆矩阵全体组成的矩阵乘法群。
简介
如果V是在
域F上的向量空间,V的一般线性群,写为GL(V)或Aut(V),是V的所有
自同构的群,就是说所有自同构V→V的集合,和与之一起的函数复合作为群运算。如果V有有限维n,则GL(V)和GL(n,F)是同构的。这个同构不是规范的;它依赖于在V中基的选择。给定V的一组基 (e1, ...,en)和GL(V)中自同构T,则
对于某些F中的常量ajk;对应于T的矩阵就是由ajk作为元素的矩阵。
以类似的方式,对于交换环R群GL(n,R)可以被解释为n秩的自由
R模的自同构的群。还可以对任何模定义GL(M),但是这一般不同构于GL(n,R)(对于任何n)。
一般线性群亦称全线性群。一类重要的典型群。
定义
若V是体K上n维右线性空间,则V上全体可逆线性变换在映射的乘法下构成一个群,称为V上的一般线性群,记为GL(V)。
体K上全体n×n可逆方阵在矩阵乘法下构成一个群,称为K上n次一般线性群,记为GLn(K)或GL(n,K)。
取定V在K上任一组基后可将每个g∈GL(V)对应一个矩阵A∈GLn(K),从而得到GL(V)到GLn(K)上的一个同构。在这个意义下,可以将GL(V)与GLn(K)等同起来。
性质
一般线性群GL(n,)以
行列式为上的
连续函数,则GL(n,)作为的
开集,是一个
微分流形。
矩阵代数
设M2为域k上多项式代数k[a,b,c,d],M2(A)为
矩阵元取值于代数A的2×2矩阵代数
故M(2)为2×2矩阵簇的坐标k代数。
定义GL2(A)为M2(A)中
可逆矩阵的集合。若A为
交换代数,则矩阵可逆当且仅当其行列式在A中可逆:
定义交换代数GL(2)=M(2)[t]/((ad-bc)t-1)
以及对极映射S
量子
设q2≠-1,考虑x,y满足
量子平面关系xy=qyx,且a,b,c,d与x,y交换
定义x',y',x'',y'',满足
,
则若x'与y',以及x''与y'',均满足量子平面关系,可生成关系
ba=qab,db=qbd,ca=qac,dc=qcd,bc=cb,ad-da=(q-1-q)bc,
则Mq(2)为
自由代数k{a,b,c,d}对上述关系生成的双边
理想的
商代数。
当q=1,Mq(2)同构于M(2)。
量子行列式为detq=ad-q-1bc=da-qbc。
则
量子一般线性群定义为GLq(2)=Mq(2)[t]/(tdetq-1)。
群
群是一种只有一个运算的、比较简单的
代数结构;是可用来建立许多其他代数系统的一种基本结构。
设G为一个非空集合,a、b、c为它的任意元素。如果对G所定义的一种代数运算“·”(称为“乘法”,运算结果称为“乘积”)满足:
(1)封闭性,a·b∈G;
(2)结合律,即(a·b)c = a·(b·c);
(3)对G中任意元素a、b,在G中存在惟一的元素x,y,使得a·x= b,y·a=b,则称G对于所定义的运算“·”构成一个群。例如,所有不等于零的实数,关于通常的乘法构成一个群;时针转动(关于模12加法),构成一个群。
群是数学最重要的概念之一,已渗透到现代数学的所有分支及其他学科中。凡是涉及对称,就存在群。例如,可以用研究图形在变换群下保持不变的性质,来定义各种几何学,即利用变换群对几何学进行分类。可以说,不了解群,就不可能理解现代数学。
1770年,拉格朗日在讨论代数方程根之间的置换时,首先引入群的概念,而它的名称,是伽罗华在1830年首先提出的。
典型群
典型群是一类重要的群。一般线性群、酉群、辛群、正交群,以及它们的
换位子群、对中心的
商群等统称为典型群。实数域和复数域上的典型群是李群的重要例子,它们的构造及表示在李群理论、几何学、
多复变函数论以至物理学中都起着重要作用。迪克森(Dickson,L.E.)通过对有限域上典型群的构造的研究得到了一大批有限单群.这是继交错群之后人们发现的又一批重要的有限单群系列。经过
谢瓦莱(Chevalley,C.)的工作进一步扩展为有限李型单群的系列后,为
有限单群分类的最后完成奠定了一个重要基础。
迪厄多内(Dieudonné,J.)将迪克森的工作加以推广,通过研究任意体上的典型群的构造也得到了大量的
单群。迪厄多内、施赖埃尔(Schreier,O.)、范·德·瓦尔登(Van der Waerden,B.L.)、华罗庚、万哲先等对研究典型群的构造、自同构及同构作出了重要贡献。
相似群
酉群
酉群是一类重要的典型群。在复数域的特殊情形,全体n×n酉方阵在矩阵乘法下构成的群称为n次酉群,记为U(n)。一般地,设K是带有对合J:a→a-的体,V是K上n维列
向量空间,f(x,y)=x-Hy是V上非退化厄米特型或反厄米特型,这里H∈GLn(K)且=εH,ε=±1。若A∈GL(V)使f(Ax,Ay)=f(x,y)对所有的x,y∈V成立,则称A是关于f的酉变换。关于f的全体酉变换组成GL(V)的一个子群,称为关于f的酉群,记为Un(K,f)。从矩阵的观点看,Un(K,f)={A∈GLn(K)|HA=H}。当f是交错双线性型时Un(K,f)就是辛群Spn(K,f);当K的特征≠2且f是对称双线性型时Un(K,f)就是正交群On(K,f);当K是复数域,J是复共轭,H=I时,酉群Un(K,f)就是酉群U(n)。
辛群
辛群是一类重要的群。
辛空间的自同构群。设(V,ω)是一辛空间,若φ:V→V是线性同构且满足ω(φX,φY)=ω(X,Y),X,Y∈V,则称φ为(V,ω)的一个自同构.(V,ω)的自同构全体构成群GL(V)的一个子群,记为SP(V,ω)。特别地,标准辛空间(K,ω)的自同构群记为Sp(2n,K)。若K=R(实数域),则把Sp(2n,K)简记为Sp(2n)并称它为2n维辛群。
正交群
正交群是一类重要的典型群。在实数域的特殊情形,全体n×n正交方阵在矩阵乘法下构成的群称为n次正交群,记为O(n)。一般地,设V是域K上n维列
向量空间,Q(x)=xAx是V上的非退化二次型(A是K上某个n×n矩阵),若g∈GL(V)使Q(gx)=Q(x)对所有的x∈V成立,则称g是关于Q的正交变换。关于Q的全体正交变换在映射乘法下构成一个群,称为关于Q的正交群,记为On(K,Q).当K的特征≠2时,V上每个非退化对称双线性型f也决定一个正交群:
其中Q(x)=f(x,x)/2.当K是实数域,Q是单位二次型Q(x)=x·x时的正交群On(K,Q)就是O(n)。