李代数

可解李代数

当一个李代数的不可交换性能够分阶段地被“解开”时,它就是可解的:先取一切元素的括号,再取这些括号的括号,如此下去,最终到达零。这个名字呼应了伽罗瓦理论中的可解群,并非偶然——李代数的可解性正是“由阿贝尔层逐级搭建”这一性质的无穷小版本,也正是用根式解多项式背后的那个性质。

定义导出列:L^{(0)} = L,L^{(k+1)} = [L^{(k)}, L^{(k)}]。每一项都是 L 的理想(实际上是前一项中的理想)。若对某个 m 有 L^{(m)} = 0,则称 L 可解。等价地,L 有一条有限的子代数链 L = L_0 > L_1 > ... > L_m = 0,其中每个 L_{i+1} 是 L_i 的理想且商为阿贝尔的。

每个幂零李代数都可解;反之不成立。在特征零的代数闭域上,李定理说明可解的矩阵代数可被同时化为上三角形,因此上三角矩阵就是普适的例子。还存在一个最大的可解理想,称为根基,其商是半单的——这就是莱维分解。

二维非阿贝尔李代数,取基 x, y,括号 [x, y] = y,满足 L^{(1)} = [L, L] = span(y),L^{(2)} = 0。它可解但不幂零,因为 ad(x) 在 y 上作为恒等映射,故并不幂零。

唯一的二维非阿贝尔李代数:可解但不幂零。

卡当可解性判别法给出一个干净的迹检验:一个矩阵李代数可解,当且仅当对每个 x 属于 [L, L] 与每个 y 属于 L,都有 trace(xy) = 0。