李代數

單李代數

正如素數是算術中乘法意義下的原子,單李代數就是構建一切半單李代數的不可再分的原子。單李代數無法被拆成更小的理想;它沒有可供取商抹去的內部結構。令人驚嘆的事實是:在複數上,這樣的原子只有寥寥幾個,而且已被完全分類。

李代數 L 若非阿貝爾且除 0 與 L 自身外沒有別的理想,則稱為單的。非阿貝爾這一條排除了 1 維代數(它沒有真理想,但太平凡而不計入)。單性迫使 [L, L] = L,所以單李代數根本沒有阿貝爾商。半單李代數恰好就是有限個單李代數的直和。

在特徵零的代數閉體(如 C)上,單李代數由連通鄧金圖分類:經典族 A_n = sl(n+1)、B_n = so(2n+1)、C_n = sp(2n)、D_n = so(2n),以及五個例外型 G_2, F_4, E_6, E_7, E_8。這是數學中最深刻、最美的分類定理之一,歸功於基靈與卡當。

sl(2, C) 由 e, f, h 張成,滿足 [e, f] = h,[h, e] = 2e,[h, f] = -2f,是最小的單李代數(A_1 型,維數 3)。任何非零理想都必含 h,進而含 e 與 f,於是含整個 sl(2):不存在真的非零理想。

sl(2, C):最小的單李代數,A_1 型。

李代數意義上的單(無真理想)是群論中單群(無真正規子群)的無窮小表親。兩個概念互相關聯:單李群的李代數是單的,至多差一個中心的細節。