多重线性代数与张量代数

对称代数

对称代数是让各因子可交换之后的张量代数——它把抽象向量变成普通的可交换变量。一旦顺序不再要紧,向量的乘积就完全像单项式那样表现,整个结构成为建立在向量空间上的无坐标多项式环。它是该空间上的自由交换代数。

给定 R-模 V,对称代数 S(V) 是张量代数 T(V) 对由一切 v ⊗ w − w ⊗ v 生成的双边理想所作的商。诱导出的乘积可交换,且 S(V) = ⊕_{k≥0} S^k(V) 是分次的,S^k(V) 为对称 k-张量——Λ^k(V) 的对称类比。它满足万有性质:任何到交换 R-代数 A 的 R-线性映射 V -> A 都唯一地延拓为代数同态 S(V) -> A。

若 V 自由、秩为 n、带基 x_1, ..., x_n,则 S(V) ≅ R[x_1, ..., x_n],n 元多项式环,且 dim S^k(V) = C(n + k − 1, k) 计数 k 次单项式。于是对称代数是多项式的内在、无基化身,其各分次块容纳对称多重线性形式。

对 dim V = 2、带基 x, y:S^2(V) 以 x^2, xy, y^2 为基(维 3 = C(3, 2)),且 S(V) ≅ R[x, y]。对比 Λ^2(V) 仅一维,由 x ∧ y 张成。

对称平方由单项式张成;外平方由单一楔积张成。

在特征 0 的域上有干净的分裂 V ⊗ V ≅ S^2(V) ⊕ Λ^2(V),其中 dim S^2 = n(n+1)/2、dim Λ^2 = n(n−1)/2,相加为 n^2。在特征 2 中此分解失效,对称张量与交错张量不再干净地分裂。