李代数

基灵型

李代数本身没有明显的长度或角度概念,但它可以从自己的括号中“制造”出一个。每个元素 x 通过作括号作用于代数(即映射 ad(x));把两个这样的作用复合再取迹,就得到一个对称地依赖于这两个元素的数。这个纯由代数内部结构造出的标准对称配对,就是基灵型,而它的退化与否能读出深刻的结构事实。

定义基灵型为 B(x, y) = trace(ad(x) ad(y)),其中 ad(x)(z) = [x, z]。它是 L 上的对称双线性型,并且是不变的(结合的):B([x, y], z) = B(x, [y, z])。这种不变性迫使 B 的根(退化子空间)成为 L 的理想,这正是把该型与代数的理想结构联系起来的关键。

两个卡当判别法使基灵型成为核心的诊断工具(在特征零下)。可解性:L 可解当且仅当对一切 x 属于 [L, L] 与 y 属于 L 有 B(x, y) = 0。半单性:L 半单当且仅当 B 非退化。所以一次迹的计算就能区分李代数这两个极端的类别。

对 sl(2, C),取基 e, f, h,可算得 B(h, h) = 8,B(e, f) = B(f, e) = 4,其余配对全为零。其格拉姆矩阵非退化(行列式非零),证实 sl(2, C) 是半单的。

sl(2, C) 上非退化的基灵型证明了半单性。

这些判别法要求特征零(最干净的形式还要求代数闭)。在正特征下,即便对单李代数,基灵型也可能退化,所以在那里它不是可靠的判别工具。