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李代数的伴随表示


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Abstract.
在本文中, 我将对~Petersen~的黎曼几何中p.378的引理69, 引理70给一点注记. 引理69 是说李代数的伴随表示可以用利用李括号积表出. 而引理70, 作为这个结果的推论, 给出了一般线性群这个李群的李括号积的具体表达式.


假设G是一个李群, 对G中一固定元h, 定义G的一个由h决定的内自同构αh 如下
αh:GGxhxh1.
容易看出, αh(x)=Rh1Lh(x), 因此αh=Rh1Lh.

αh在单位元eG处的切映射Ad(h). 即Ad(h):TeGTeG. 且Ad(h)=Dαh|e=DRh1|eDLh|e.

由此, 我们又定义了一个映射Ad,
Ad:G\GL(n,TeG)hAd(h),
容易验证, 它是李群G与李群\GL(n,TeG)之间的一个同态, 称为李群G伴随表示.

再次, 由Ad的切映射, 可以诱导李群G与李群\GL(n,TeG)的李代数间的同态. 即, 定义ad=DAd|e:TeGTI\GL(n,TeG).

有了上面这些定义, 引理69是说:

Lemma1.(Lemma 69, p378)
ad(u)(v)=[u,v]=[U,V]|e,
其中, u,vTeG, 而U,V是分别是由它们生成的左不变向量场.
Proof.U的一个流Ft, 即

{˙Ft(g)|t=0=UgFt(g)|t=0=g.
容易看出,
Ug=LgUe=Lg˙Ft(e)|t=0g=Lge=LgFt(e)|t=0,

因此, LgFt(e)Ft(g)有相同的初值. 从而 Ft(g)=LgFt(e), Ft=RFt(e).
现在,
ad(u)v=[DAd|e(u)](v)=[ddt|t=0Ad(Ft(e))](v)=ddt|t=0[Ad(Ft(e))(v)]=ddt|t=0[DRFt(e)DLFt(e)(v)]=ddt|t=0DRFt(e)(V|Ft(e))=ddt|t=0DFt(VFt(e))=[LUV]|e,
最后一步是因为, 按照Petersen书上的定义,

Ft(V|Ft(e))=v+t[LUV]|e+o(t).

现在, 我们将用上面引理来计算一般线性群的李代数.

首先, 我们知道, 对一个线性空间V, 其上的全体可逆线性变换所构成的群\GL(n,V)是一个李群. 而且它是Rn2的一个开子流形. 于是其在单位元处的切空间TI\GL(n,V)可以和其自身等同. 现在, 引理70是说

Lemma2.(Lemma 70, p378)
假设x,yTI\GL(n,V) 则:
[x,y]=xyyx,

这里, 右边的x,y应看成线性变换.

Proof.x,y生成的左不变向量场分别为X,Y. 注意\GL(n,V)的内自同构αh:xhxh1 是一个线性映射, 从而其切映射, 即Ad(h), 满足Ad(h)(x)=αh(x)=hxh1.

其次, 由于\GL(n,V)是线性空间中的开集, 从而X的局部流为Ft(g)=g(I+tx+o(t)), 这里x=X|I, g\GL(n,V). 利用上面引理的结果

[x,y]=(LXY)|I=ad(x)(y)=DAd(x)|I(y)=[ddt|t=0Ad(Ft(I))](y)=ddt|t=0[Ad(Ft(I))(y)]=ddt|t=0[Ft(I)yFt(I)]=ddt|t=0[(I+tx+o(t))y(Itx+o(t))]=ddt|t=0[y+txytyx+o(t)]=xyyx.

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