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对偶:群上的函数,再回去

Hopf 代数最深的魅力在于自对偶:Hopf 代数的对偶仍是 Hopf 代数,乘法与余乘法互换。我们在有限群上把这点写明,其中 k[G] 与函数代数 O(G) 是对偶伙伴,并认识余模这一与模对偶的概念。

对偶互换乘法与余乘法

设 H 是有限维 Hopf 代数,H* = Hom(H, k) 是其对偶空间。对偶化每支结构映射并利用 (H⊗H)* ≅ H*⊗H*,把 H* 变成 Hopf 代数。H* 上的乘法是 Δ 的转置:(φ·ψ)(h) = (φ⊗ψ)(Δh) = φ(h₍₁₎)ψ(h₍₂₎)——注意这恰是 φ 与 ψ 到 k 的卷积。H* 上的余乘法是 m 的转置。H* 的余单位是在 1 处取值;单位是 ε;对极是 S*。一句话:对偶 Hopf 代数就是把 m 与 Δ 的角色对调后的同一组数据。

把有限群看两遍

取 G 有限。其群代数 k[G] 是以类群元为基的 Hopf 代数。其对偶是 O(G),即 G 上取值于 k 的函数代数(逐点乘法),以指示函数的对偶基 {δ_g} 为基。看角色如何互换。在 k[G] 中乘积是群法则 g·h;对偶化后,O(G) 上的余乘法是 Δ(δ_x) = Σ_{g h = x} δ_g ⊗ δ_h——它记住了群法则。同时 O(G) 中的乘积是逐点的,δ_g δ_h = δ_{g,h} δ_g,对偶化为 k[G] 的类群 Δ(g)=g⊗g。群法则与对角线交换了位置。

G = Z/3Z = {0, 1, 2}, additive group.  Two dual Hopf algebras.

(1) Group algebra k[G], basis e_0, e_1, e_2 (grouplike):
      e_i . e_j = e_{i+j mod 3}        (twisted convolution product)
      Delta(e_i) = e_i (x) e_i,  eps(e_i) = 1,  S(e_i) = e_{-i}.

(2) Functions O(G), basis d_0, d_1, d_2 (indicator functions):
      d_i . d_j = delta_{ij} d_i        (pointwise product, idempotents)
      Delta(d_k) = sum_{i+j = k mod 3} d_i (x) d_j,  eps(d_k)=delta_{k,0},
      S(d_k) = d_{-k}.

Pairing  <d_i, e_j> = delta_{ij} identifies O(G) = k[G]*.
Check the swap once:  the product e_1 . e_1 = e_2 in k[G]
corresponds, under transpose, to the coefficient of d_1 (x) d_1
in Delta(d_2) -- and indeed 1+1 = 2, so d_1 (x) d_1 appears. Consistent.

Note: for abelian G these two Hopf algebras are isomorphic via the
characters (Pontryagin / Fourier duality). For nonabelian G they differ:
k[G] is cocommutative but noncommutative; O(G) is commutative but not
cocommutative.
把 Z/3Z 看作 k[G](类群)与 O(G)(函数);群法则从乘积移到余乘积。

余模:把作用对偶化

也把的概念对偶化。余代数 C 上的右余模是配有余作用 ρ: V → V⊗C 的向量空间,满足镜像于模公理的余结合律与余单位条件。在 O(G) 上,余模就是 G-分次向量空间;在 k[G] 上,余模就是表示。故模/余模对偶把 G 的表示与 G-分次互换——具体、有用,并且是末篇中量子群余模如何编码辫结构的模板。