李代數

鄧金圖

根系的全部剛性都可以壓縮進一張極小的圖:每個單根一個點,點與點之間用記錄夾角的邊相連。這幅「漫畫」——鄧金圖——竟然承載了一個單李代數的完整資訊:它的整張乘法表都能從寥寥幾個節點和線條重建出來。它是全部數學中最高效的編碼之一。

為每個單根畫一個節點。在兩個不同節點 alpha, beta 之間,畫的邊數等於 4(alpha . beta)^2 / ((alpha . alpha)(beta . beta)),整性條件迫使它只能是 0、1、2 或 3,分別對應夾角 90、120、135、150 度。當兩個單根長度不同時(出現雙邊或三邊),畫一個由長根指向短根的箭頭,以記錄哪個是哪個。

分類定理是整套理論的高潮:連通鄧金圖恰好就是四個無窮族 A_n(n 個節點排成一線)、B_n 與 C_n(一線末端接一條雙邊,箭頭方向相反)、D_n(一線在一端分叉),再加上五個例外圖 E_6, E_7, E_8, F_4, G_2。在特徵零的代數閉體上,它們與單李代數一一對應,所以這張短短的清單就把它們全部分類了。

sl(n+1, C) 的鄧金圖,即 A_n 型,是 n 個節點由單邊相連的一條鏈:o-o-...-o。G_2 型則只是兩個節點由一條帶箭頭的三重邊相連,是最小的例外情形,秩為 2,維數為 14。

A_n 是一條普通的鏈;G_2 是帶三重邊的兩個節點——整個代數濃縮為一張圖。

忘掉箭頭就得到考克斯特(或考克斯特-鄧金)圖,它只看夾角,不看相對長度;這正是為什麼 B_n 與 C_n 有相同的考克斯特圖,卻有不同的鄧金圖(以及不同的李代數)。