李代数

单李代数

正如素数是算术中乘法意义下的原子,单李代数就是构建一切半单李代数的不可再分的原子。单李代数无法被拆成更小的理想;它没有可供取商抹去的内部结构。令人惊叹的事实是:在复数上,这样的原子只有寥寥几个,而且已被完全分类。

李代数 L 若非阿贝尔且除 0 与 L 自身外没有别的理想,则称为单的。非阿贝尔这一条排除了 1 维代数(它没有真理想,但太平凡而不计入)。单性迫使 [L, L] = L,所以单李代数根本没有阿贝尔商。半单李代数恰好就是有限个单李代数的直和。

在特征零的代数闭域(如 C)上,单李代数由连通邓金图分类:经典族 A_n = sl(n+1)、B_n = so(2n+1)、C_n = sp(2n)、D_n = so(2n),以及五个例外型 G_2, F_4, E_6, E_7, E_8。这是数学中最深刻、最美的分类定理之一,归功于基灵与卡当。

sl(2, C) 由 e, f, h 张成,满足 [e, f] = h,[h, e] = 2e,[h, f] = -2f,是最小的单李代数(A_1 型,维数 3)。任何非零理想都必含 h,进而含 e 与 f,于是含整个 sl(2):不存在真的非零理想。

sl(2, C):最小的单李代数,A_1 型。

李代数意义上的单(无真理想)是群论中单群(无真正规子群)的无穷小表亲。两个概念互相关联:单李群的李代数是单的,至多差一个中心的细节。