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双代数:同时做乘法与余乘法

把一个代数与一个余代数放在同一向量空间上——这很容易。真正的内容在于相容性:Δ 与 ε 必须是代数同态。我们拆解这一条件的要求,看清它为何是正确公理,并目睹卷积乘积在对偶上出现。

相容性意味着什么

双代数是一个向量空间 B,它既是代数 (m, u) 又是余代数 (Δ, ε),且两种结构相容。陈述相容性有两种等价方式,值得看清它们重合。版本 A:Δ: B → B⊗B 与 ε: B → k 是代数同态(其中 B⊗B 带张量积代数结构)。版本 B:m: B⊗B → B 与 u: k → B 是余代数同态。对称性正是要点——乘法与余乘法地位平等。

在元素上展开版本 A:Δ(ab) = Δ(a)Δ(b),右边的乘积取在 B⊗B 中,即 (a₍₁₎⊗a₍₂₎)(b₍₁₎⊗b₍₂₎) = a₍₁₎b₍₁₎ ⊗ a₍₂₎b₍₂₎。此外 Δ(1) = 1⊗1,ε(ab) = ε(a)ε(b),且 ε(1) = 1。这就是全部定义。后面的一切——对极、量子群——都活在双代数之内。

为何这是正确的公理

表示论解释了这一选择。若 B = k[G],而 V、W 是模——即表示——它们的张量积 V⊗W 经由 g·(v⊗w) = gv⊗gw 仍是一个表示。仔细看:这条公式恰是 Δ(g) = g⊗g 在作用。余乘法告诉你单一元素如何作用在表示的张量积上。相容性(Δ 是同态)正是使 V⊗W 成为 B-模而非仅仅 B⊗B-模的条件。余单位给出平凡的一维表示。故双代数恰是使 B 的模范畴成为张量范畴的结构。

卷积乘积

一个双代数 C(这里只需余代数那一面)连同任意代数 A,一起把线性映射空间 Hom(C, A) 变成一个代数。给定 f, g: C → A,定义它们的卷积乘积为 (f * g)(c) = m_A(f⊗g)Δ(c) = Σ f(c₍₁₎) g(c₍₂₎)。余结合律使 * 结合;其单位是 u_A ∘ ε,即映射 c ↦ ε(c)1_A。这一构造是下一篇的引擎:对极将被定义为恒等映射的卷积逆。

Convolution on End(C) = Hom(C, C), with C a bialgebra.

Product:  (f * g)(c) = f(c_(1)) . g(c_(2))   (sum over Sweedler indices)
Unit:     e(c) = eps(c) 1_C

Associativity, checked by coassociativity:
  ((f * g) * h)(c)
    = (f * g)(c_(1)) . h(c_(2))
    = f(c_(1)) g(c_(2)) h(c_(3))      [coassoc: regroup the three legs]
    = f(c_(1)) . (g * h)(c_(2))
    = (f * (g * h))(c).

Unit law:
  (e * f)(c) = e(c_(1)) f(c_(2)) = eps(c_(1)) 1 . f(c_(2))
             = f( eps(c_(1)) c_(2) ) = f(c).        [counit axiom]

So (End(C), *, e) is a genuine associative unital algebra.
Next guide: an antipode S is the *-inverse of id, i.e. S * id = id * S = e.
卷积代数:余结合律给出结合律,余单位给出单位。