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Commutator

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수학(mathematics)에서, 교환자(commutator)는 특정 이항 연산(binary operation)교환적(commutative)임에 실패하는 정도의 표시를 제공합니다. 그룹 이론(group theory)링 이론(ring theory)에서 사용되는 다른 정의가 있습니다.

Group theory

그룹(group) G의 두 원소 gh교환자(commutator)는 다음 원소입니다:

[g, h] = g−1h−1gh.

이 원소가 그룹의 항등식과 같은 것과 gh가 교환하는 것은 필요충분 조건입니다 (정의 gh = hg [g, h]에서, [g, h] 인 것이 항등원과 같은 것은 gh = hg인 것은 필요충분 조건입니다).

그룹의 모든 교환자의 집합은 일반적으로 그룹 연산 아래에서 닫혀 있지 않지만, 모든 교환자에 의해 생성된 G의 부분그룹은 닫혀 있고 G유도된 그룹(derived group) 또는 교환자 부분그룹(commutator subgroup)이라고 불립니다. 교환자는 거듭제곱영 그룹(nilpotent group)해결-가능 그룹(solvable groups) 및 가장 큰 아벨 몫 그룹(quotient group)을 정의하기 위해 사용됩니다.

위의 교환자의 정의는 이 기사 전체에서 사용되지만, 많은 다른 그룹 이론가는 교환자를 다음과 같이 정의합니다:

[g, h] = ghg−1h−1.[1][2]

Identities (group theory)

교환자 항등식은 그룹 이론(group theory)에서 중요한 도구입니다.[3] 표현 axx−1ax로 정의되는 x에 의한 a켤레(conjugate)를 나타냅니다.

  1. and
  2. and
  3. and

항등식 (5)는 역시 필립 홀(Philip Hall)에른스트 비트(Ernst Witt)의 이름을 따서 홀-비트 항등식으로 알려져 있습니다. 그것은 링-이론적 교환자에 대한 야코비 항등식(Jacobi identity)의 그룹-이론적 아날로그입니다 (다음 섹션 참조).

N.B., x에 의한 a의 켤레의 위의 정의는 일부 그룹 이론가들에 의해 사용됩니다. 많은 다른 그룹 이론가들은 x에 의한 a의 켤레를 xax−1로 정의합니다.[4] 이것은 종종 로 씁니다. 유사한 항등식이 이들 관례에 적용됩니다.

참 모듈로 특정 부분그룹인 많은 항등식이 사용됩니다. 이것들은 해결-가능 그룹(solvable groups)거듭제곱영 그룹(nilpotent groups) 연구에 특히 유용할 수 있습니다. 예를 들어, 임의의 그룹에서, 두 번째 거듭제곱은 잘 행동합니다:

만약 유도된 그룹(derived subgroup)이 중심적이면, 다음과 같습니다:

Ring theory

링(Rings)은 종종 나눗셈을 지원하지 않습니다. 따라서, 링 (또는 결합 대수)의 두 원소 ab교환자(commutator)는 다음에 의해 다르게 정의됩니다:

교환자가 영인 것과 ab가 교환하는 것은 필요충분 조건입니다. 선형 대수(linear algebra)에서, 만약 공간의 두 자기-사상(endomorphisms)은 하나의 기저의 관점에서 통근하는 행렬에 의해 표현되면, 그것들은 모든 각 기저의 관점에서 역시 표현됩니다. 교환자를 리 괄호(Lie bracket)로 사용함으로써, 모든 각 결합 대수는 리 대수(Lie algebra)로 바꿀 수 있습니다.

링 또는 결합 대수의 두 원소 ab반교환자(anticommutator)는 다음에 의해 정의됩니다:

때때로 는 반교환자를 나타내기 위해 사용되고, 반면에 는 그때에 교환자에 대해 사용됩니다.[5] 반교환자는 덜 자주 사용되지만, 클리퍼드 대수(Clifford algebra)조르당 대수(Jordan algebra)을 정의하고 입자 물리학(particle physics)에서 디랙 방정식(Dirac equation)을 유도하기 위해 사용될 수 있습니다.

힐베르트 공간(Hilbert space) 위에 동작하는 두 연산자의 교환자는 양자 역학(quantum mechanics)에서 핵심 개념인데, 왜냐하면 그것은 이들 연산자에 의해 설명되는 두 개의 관측-가능(observables)이 동시에 측정될 수 있는 정도를 정량화하기 때문입니다. 불확실성 원리(uncertainty principle)는 궁극적으로 로버트슨-슈뢰딩거 관계(Robertson–Schrödinger relation) 덕분에 그러한 교환자에 대한 정리입니다.[6] 위상 공간(phase space)에서, 함수 별-곱(star-products)의 동등한 교환자는 모얄 괄호(Moyal brackets)라고 불리고 언급된 힐베르트 공간 교환자 구조와 완전하게 동형적입니다.

Identities (ring theory)

교환자는 다음 속성을 가집니다:

Lie-algebra identities

관계 (3)는 is called 반교환성(anticommutativity)이라고 불리고, 반면에 (4)는 야코비 항등식(Jacobi identity)입니다.

Additional identities

만약 A가 링 R의 고정된 원소이면, 항등식 (1)은 에 의해 주어진 맵 에 대한 라이프니츠 규칙(Leibniz rule)으로 해석될 수 있습니다. 다시 말해서, 맵 adA는 링 R 위에 유도(derivation)를 정의합니다. 항등식 (2), (3)은 두 개보다 많은 원소에 대한 라이프니츠 규칙을 나타내고, 임의의 유도에 대해 유효합니다. 등식 (4)–(6)은 역시 라이프니츠 규칙으로 해석될 수 있습니다. 항등식 (7), (8)은 Z-쌍선형성(Z-bilinearity)를 나타냅니다.

위의 항등식 중 일부는 위의 ± 아래첨자 표기법을 사용하여 반교환자로 확장될 수 있습니다.[7] 예를 들어:

Exponential identities

지수(exponential) 가 의미 있게 정의될 수 있는, 바나흐 대수(Banach algebra) 또는 형식적 거듭제곱 급수(formal power series)의 링과 같은 링 또는 대수를 생각해 보십시오.

그러한 링에서, 중첩된 교환자에 적용된 아다마르의 보조정리(Hadamard's lemma)는 다음을 제공합니다: (마지막 표현에 대해, 아래 Adjoint derivation를 참조하십시오.) 이 공식은 log(exp(A) exp(B))의 베이커–캠벨–하우스도르프 전개(Baker–Campbell–Hausdorff expansion)의 기초가 됩니다.

유사한 전개는 중첩된 교환자 (리 괄호)의 수열의 관점에서 표현 (리 그룹의 원소와 유사)의 그룹 교환자를 표현합니다:

Graded rings and algebras

등급화된 대수(graded algebras)를 다룰 때, 교환자는 보통 동차 구성 요소에서 다음과 같이 정의되는 등급화된 교환자(graded commutator)로 대체됩니다:

Adjoint derivation

특히 만약 링 R에서 여러 교환자를 다루면, 또 다른 표기법이 유용한 것으로 판명되었습니다. 원소 에 대해, 인접(adjoint) 매핑 을 다음과 같이 정의합니다:

이 매핑은 링 R 위에 유도(derivation)입니다:

야코비 항등식(Jacobi identity)에 의해, 그것은 교환 연산에 걸쳐 유도이기도 합니다:

그러한 매핑을 구성하여, 예를 들어 와 다음을 얻습니다: 우리는 자체를 매핑 로 고려할 수 있으며, 여기서 는 곱셈 연산으로 합성을 갖는 R에서 자체로의 매핑의 링입니다. 그런 다음 는 교환자를 보존하는 리 대수(Lie algebra) 준동형입니다:

대조적으로, 그것은 항상 링 준동형은 아닙니다: 보통 입니다.

General Leibniz rule

곱의 반복된 유도를 확장하는 일반적인 라이프니츠 규칙(general Leibniz rule)은 인접 표현을 사용하여 추상적으로 쓸 수 있습니다:

x를 미분 연산자 로, y를 곱셈 연산자 로 대체하여, 우리는 를 얻고, 양쪽 변을 함수 g에 적용하여, 항등식은 다음이 n-차 도함수 에 대한 보통의 라이프니츠 규칙이 됩니다.

See also

Notes

  1. ^ Fraleigh (1976, p. 108)
  2. ^ Herstein (1975, p. 65)
  3. ^ McKay (2000, p. 4)
  4. ^ Fraleigh (1976, p. 128)
  5. ^ McMahon (2008)
  6. ^ Liboff (2003, pp. 140–142)
  7. ^ Lavrov (2014)

References

  • Fraleigh, John B. (1976), A First Course In Abstract Algebra (2nd ed.), Reading: Addison-Wesley, ISBN 0-201-01984-1
  • Griffiths, David J. (2004), Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.), Prentice Hall, ISBN 0-13-805326-X
  • Herstein, I. N. (1975), Topics In Algebra (2nd ed.), Wiley, ISBN 0471010901
  • Lavrov, P.M. (2014), "Jacobi -type identities in algebras and superalgebras", Theoretical and Mathematical Physics, 179 (2): 550–558, arXiv:1304.5050, Bibcode:2014TMP...179..550L, doi:10.1007/s11232-014-0161-2, S2CID 119175276
  • Liboff, Richard L. (2003), Introductory Quantum Mechanics (4th ed.), Addison-Wesley, ISBN 0-8053-8714-5
  • McKay, Susan (2000), Finite p-groups, Queen Mary Maths Notes, vol. 18, University of London, ISBN 978-0-902480-17-9, MR 1802994
  • McMahon, D. (2008), Quantum Field Theory, McGraw Hill, ISBN 978-0-07-154382-8

Further reading

External links