非交換代數

半單環

有些環乾淨地碎成互不相干的片段,毫無殘渣;另一些則有一塊黏附其上、抗拒分解的部分。半單環是乾淨的那種。其上每個模都完全裂成單片,毫無黏連——沒有內部根基,沒有阻礙分解的隱藏冪零污垢。它們是表示論運作得盡可能漂亮的環。

確切地說,環 R 是半單的,若把 R 視為其自身上的左模時它是單模的直和。幾個等價條件令其威力十足:R 半單當且僅當每個左 R-模都是單模的直和,當且僅當 R-模的每個短正合列都分裂,當且僅當每個 R-模都是投射的。該條件左右對稱,故此詞無須分邊。

在結構上,阿廷–韋德伯恩定理徹底將其釘死:環為半單當且僅當它是若干除環 D_i 上矩陣環 M_{n_i}(D_i) 的有限直積。所以半單環恰是用直積黏起來的一份有限的全矩陣代數清單,其模被完全理解。半單環自動既是阿廷的又是諾特的。

通往表示論的橋梁是馬施克定理:有限群 G 在域 k 上的群代數 k[G] 為半單,恰當 k 的特徵不整除 G 的階。這正是為何有限群的複表示分解為不可約表示,也是為何在整除特徵下的模表示論更難——那裡根基重新出現。

在 C 上,群代數 C[S_3] 半單,分解為 C × C × M_2(C),對應 S_3 的三個維數為 1、1、2 的不可約表示,且 1^2 + 1^2 + 2^2 = 6 = |S_3|。

韋德伯恩分解映照出 S_3 的特徵標表。

一般環 R 為半單當且僅當它的雅各布森根為零且 R 是阿廷的。所以可把「半單」理解為「無根的阿廷環」:根恰好度量有限長環成為半單的障礙。