Qassoblar guruhi - Butcher group

Yilda matematika, Qassoblar guruhi, Yangi Zelandiya matematikasi nomidan Jon C. Butcher tomonidan Hairer & Wanner (1974), cheksiz o'lchovli Yolg'on guruh[1] birinchi marta kiritilgan raqamli tahlil chiziqli bo'lmagan echimlarni o'rganish oddiy differentsial tenglamalar tomonidan Runge – Kutta usuli. Bu algebraik formalizmdan kelib chiqqan ildiz otgan daraxtlar beradi rasmiy quvvat seriyalari a oqimini modellashtirishning differentsial tenglamasining echimlari vektor maydoni. Bo'lgandi Keyli (1857), ishi bilan bog'liq Silvestr o'zgaruvchilar o'zgarishi to'g'risida differentsial hisob, kim birinchi bo'lib ta'kidlagan funktsiyalar kompozitsiyasining hosilalari ildiz otgan daraxtlar va ularning kombinatorikasi jihatidan qulay tarzda ifodalanishi mumkin.

Konnes va Kreymer (1999) qassoblar guruhi belgilar guruhi ekanligini ta'kidladi Hopf algebra mustaqil ravishda o'z ishlarida paydo bo'lgan ildiz daraxtlari renormalizatsiya yilda kvant maydon nazariyasi va Konnes bilan ishlash Moskovici mahalliy indeks teoremalari. Ushbu Hopf algebra, ko'pincha Konnes-Kreymer algebra, aslida Butcher guruhiga tengdir, chunki uning dual-ni identifikatsiyalash mumkin universal qoplovchi algebra ning Yolg'on algebra Qassoblar guruhi.[2] Ular sharhlaganlaridek:

Biz Butcherning raqamli integratsiya usullarini tasniflash bo'yicha ishlarini ta'sirchan misol sifatida ko'rib chiqamiz, bu aniq muammoli ish uzoq kontseptsiya natijalariga olib kelishi mumkin.

Differentsiallar va ildiz otgan daraxtlar

Ikki, uch va to'rtta tugunli ildiz otgan daraxtlar, Keylining asl maqolasidan

Ildizli daraxt a grafik deb nomlangan taniqli tugun bilan ildiz, unda har bir boshqa tugun ildizga noyob yo'l bilan bog'langan. Agar daraxtning ildizi bo'lsa t olib tashlanadi va asl tugunga bitta bog'lanish bilan bog'langan tugunlar yangi ildiz, daraxt sifatida qabul qilinadi t ildiz otgan daraxtlarga bo'linadi t1, t2, ... Ushbu jarayonni bekor qilish yangi daraxt t = [t1, t2, ...] ni daraxtlarning ildizlarini yangi umumiy ildizga qo'shish orqali qurish mumkin. Daraxtdagi tugunlar soni | bilan belgilanadit|. A uyga buyurtma berish ildiz otgan daraxt t 1 dan | gacha bo'lgan sonlarni taqsimlashdirt| tugunlarga, shuning uchun raqamlar ildizdan uzoqlashadigan har qanday yo'lda ko'payadi. Ikkita uyga buyurtma teng, agar mavjud bo'lsa avtomorfizm bittasini xaritada aks ettiradigan ildiz otgan daraxtlar. Soni ekvivalentlik darslari ma'lum bir daraxtga uyum buyurtmalarini a bilan belgilaydilar (t) va Qassob formulasi yordamida hisoblash mumkin:[3][4]

qayerda St belgisini bildiradi simmetriya guruhi ning t va daraxt faktoriali tomonidan rekursiv ravishda aniqlanadi

ajratilgan ildizning daraxt faktoriali bilan 1 ga belgilangan

A oqimi uchun oddiy differentsial tenglama vektor maydoni ochiq ichki to'plamda U ning RN yozilishi mumkin

qayerda x(s) qiymatlarni qabul qiladi U, f dan to'g'ri funktsiya U ga RN va x0 oqimning boshlang'ich nuqtasi s = 0.

Keyli (1857) yuqori darajadagi hosilalarni hisoblash usulini berdi x(m)(s) ildiz otgan daraxtlar jihatidan. Uning formulasini elementar differentsiallar Butcher tomonidan kiritilgan. Ular induktiv tarzda belgilanadi

Ushbu yozuv bilan

quvvat qatorini kengaytirish

Misol sifatida qachon N = 1, shuning uchun x va f bu bitta haqiqiy o'zgaruvchining real qiymat funktsiyalari, formula hosil bo'ladi

bu erda to'rtta atama yuqoridagi 3-rasmda chapdan o'ngga ildiz otgan to'rtta daraxtga to'g'ri keladi.

Bitta o'zgaruvchida ushbu formula xuddi shunday Faa di Brunoning formulasi 1855 yil; ammo bir nechta o'zgaruvchida uni diqqat bilan shaklda yozish kerak

bu erda daraxt tuzilishi hal qiluvchi ahamiyatga ega.

Ildizli daraxtlarning Hopf algebra yordamida ta'rifi

The Hopf algebra H ildiz otgan daraxtlar tomonidan belgilandi Konnes va Kreymer (1998) bilan bog'liq Kreymer oldingi ish renormalizatsiya yilda kvant maydon nazariyasi. Keyinchalik Hopf algebrasi ilgari belgilangan Hopf algebrasining ikkiligi ekanligi aniqlandi Grossman va Larsen (1989) boshqa kontekstda. Ning belgilar H, ya'ni asosiy komutativ algebraning homomorfizmlari R, deb nomlangan guruh tuzing Qassoblar guruhi. Bu mos keladi rasmiy guruh yilda topilgan tuzilma raqamli tahlil tomonidan Qassob (1972).

The Ildizlangan daraxtlarning Hopf algebrasi H deb belgilanadi polinom halqasi o'zgaruvchilarda t, qayerda t ildiz otgan daraxtlardan o'tadi.

  • Uning komulyatsiya bilan belgilanadi

bu erda barcha ildiz otilgan daraxtlar ustida yig'indisi bor s ning t; o'zgaruvchisi mahsulot tomonidan berilgan monomialdir tmen ning barcha tugunlarini yo'q qilishda paydo bo'lgan ildiz daraxtlari tomonidan hosil qilingan s va dan bog'langan havolalar t. Bunday daraxtlarning soni bilan belgilanadi n(ts).

  • Uning masjid ning homomorfizmi H ichiga R har bir o'zgaruvchini yuborish t nolga.
  • Uning antipod S formula bo'yicha rekursiv ravishda aniqlanishi mumkin

The Qassoblar guruhi φ ning algebra homomorfizmlari to'plami sifatida aniqlanadi H ichiga R guruh tuzilishi bilan

Qassob guruhidagi teskari tomon tomonidan berilgan

va shaxsning o'ziga xosligi ε.

Ildizli daraxtlarning Hopf algebrasini qurishda murakkab koeffitsientlardan foydalanib, ildiz otgan daraxtlarning murakkab Hopf algebrasini olamiz. C-qimmatlangan belgilar guruhini tashkil qiladi, deb nomlanadi murakkab Qassoblar guruhi GC. Murakkab qassoblar guruhi GC cheksiz o'lchovli murakkab Lie guruhidir[1] ichida o'yinchoq modeli sifatida paydo bo'lgan § Renormalizatsiya kvant maydon nazariyalari.

Qassoblar seriyasi va Runge – Kutta usuli

Lineer bo'lmagan oddiy differentsial tenglama

tomonidan taxminan hal qilinishi mumkin Runge-Kutta usuli. Ushbu takroriy sxema uchun m x m matritsa

va vektor

bilan m komponentlar.

Sxema vektorlarni belgilaydi xn birinchi navbatda echim topish orqali X1, ... , Xm ning

va keyin sozlash

Qassob (1963) mos keladigan oddiy differentsial tenglamalarning echimi ekanligini ko'rsatdi

quvvat seriyasining kengayishiga ega

qaerda φj va φ rekursiv tarzda aniqlanadi

va

Yuqoridagi quvvat seriyasi deyiladi B seriyali yoki Qassoblar seriyasi.[3][5] Tegishli topshiriq the Butcher guruhining elementidir. Haqiqiy oqimga mos keladigan gomomorfizm mavjud

Qassob Runge-Kutta usuli an beradi nbarcha daraxtlar bo'yicha φ va Φ kelishilgan bo'lishi sharti bilan haqiqiy oqimning taxminan tartibini taqsimlash n tugunlar yoki undan kam. Bundan tashqari, Qassob (1972) Runge-Kutta usuli bilan aniqlangan gomomorfizmlar Butcher guruhining zich kichik guruhini tashkil etishini ko'rsatdi: aslida u gomomorfizmni hisobga olgan holda, buyurtma berish uchun φ 'bilan kelishgan Runge-Kutta gomomorfizmi mavjudligini ko'rsatdi. n; va agar Runge-Kutta ma'lumotlariga mos keladigan $ g $ va $ 'gomomorfimlari berilgan bo'lsa (A, b) va (A ' , b ' ), mahsulot homomorfizmi ma'lumotlarga mos keladi

Hairer & Wanner (1974) Qassoblar guruhi funktsiyalar bo'yicha tabiiy ravishda harakat qilishini isbotladi f. Darhaqiqat, sozlash

ular buni isbotladilar

Yolg'on algebra

Konnes va Kreymer (1998) Qassoblar guruhi bilan bog'liqligini ko'rsatdi G cheksiz o'lchovli Lie algebraidir. Ushbu Lie algebra mavjudligini a tomonidan bashorat qilinadi teorema ning Milnor va Mur (1965) komutativlik va tabiiy baholash H ikkilangan degan ma'noni anglatadi H* bilan aniqlanishi mumkin universal qoplovchi algebra yolg'on algebra . Konnes va Kreymer aniq aniqlaydilar bo'sh joy bilan hosilalar θ ning H ichiga R, ya'ni chiziqli xaritalar

ning rasmiy tangens maydoni G shaxsiyat bo'yicha ε. Bu Lie algebrasini Lie qavs bilan hosil qiladi

θ hosilalari bilan hosil bo'ladit tomonidan belgilanadi

har bir ildiz otgan daraxt uchun t.

Cheksiz o'lchovli Lie algebra dan Konnes va Kreymer (1998) va yolg'on algebra L (G) Butcher guruhining cheksiz o'lchovli Lie guruhi sifatida bir xil emas. Yolg'on algebra L (G) dual dagi barcha hosilalarning Lie algebra bilan aniqlanishi mumkin H (ya'ni barcha chiziqli xaritalarning maydoni H ga R), aksincha darajali dualdan olinadi. Shuning uchun ning (qat'iyan kichikroq) Lie subalgebra bo'lib chiqadi L (G).[1]

Renormalizatsiya

Konnes va Kreymer (1998) foydalanish uchun umumiy kontekstni taqdim etdi Hopf algebraik oddiy matematik formulasini berish usullari renormalizatsiya yilda kvant maydon nazariyasi. Renormalizatsiya deb talqin qilingan Birxof faktorizatsiyasi bog'liq Hopf algebra belgilar guruhidagi ko'chadan. Tomonidan ko'rib chiqilgan modellar Kreymer (1999) Hopf algebrasiga ega edi H va belgilar guruhi G, Qassoblar guruhi. Brouder (2000) ushbu renormalizatsiya jarayoni haqida Runge-Kutta ma'lumotlari bo'yicha ma'lumot berdi.

Ushbu soddalashtirilgan sozlamada a qayta tuziladigan model kirish ma'lumotlarining ikkita qismi mavjud:[6]

  • to'plami Feynman qoidalar Φ ning algebra homomorfizmi bilan berilgan H algebra ichiga V ning Loran seriyasi yilda z cheklangan tartibli qutblar bilan;
  • a renormalizatsiya sxemasi chiziqli operator tomonidan berilgan R kuni V shu kabi R qondiradi Rota-Baxterning o'ziga xosligi
va tasviri Rid algebrada yotadi V+ ning quvvat seriyasi yilda z.

Yozib oling R Rota-Baxter identifikatorini qondiradi, agar shunday bo'lsa idR qiladi. Bunga muhim misol minimal ayirish sxemasi

Bundan tashqari, proektsiya mavjud P ning H ustiga kattalashtirish ideal ker ker tomonidan berilgan

Renalizatsiya qilingan Feynman qoidalarini aniqlash uchun antipodga e'tibor bering S qondiradi

Shuning uchun; ... uchun; ... natijasida

The qayta tuzilgan Feynman qoidalari homomorfizm bilan berilgan ning H ichiga V gomomorfizmni burish natijasida olingan Φ • S. Gomomorfizm tomonidan noyob tarzda ko'rsatilgan

$ Delta $ aniq shakli tufayli bu $ uchun rekursiv formulani beradi .

Minimal ayirboshlash sxemasi uchun bu jarayonni murakkab Butcher guruhidagi Birkhoff faktorizatsiyasi nuqtai nazaridan izohlash mumkin. Φ birlik doirasining xaritasi regard deb hisoblash mumkin GC ning G (ichiga xaritalar C o'rniga R). Shunday qilib, u Birxof faktorizatsiyasiga ega

qaerda γ+ bu holomorfik yopiq blok diskning ichki qismida va γ tarkibidagi holomorfik xususiyatga ega Riman shar C γ bilan(∞) = 1. loop tsikli+ renormalizatsiya qilingan homomorfizmga to'g'ri keladi. Da baholash z = 0 ning γ+ yoki renormalizatsiya qilingan homomorfizm beradi o'lchovli ravishda tartibga solingan har bir ildiz otgan daraxt uchun qiymatlar.

Masalan, Feynman qoidalari qo'shimcha parametr m ga, "massa birligi" ga bog'liq. Konnes va Kreymer (2001) buni ko'rsatdi

shunday qilib γm– m dan mustaqil.

Murakkab Butcher guruhi tabiiy bitta parametrli guruh bilan birga keladiw avtomorfizmlar, bunga ikkilangan H

uchun w ≠ 0 dyuym C.

Ilmoqlar γm va λw · Γm uchun bir xil salbiy qism mavjud va t haqiqiy,

murakkab Butcher guruhining bitta parametrli kichik guruhini belgilaydi GC deb nomlangan renormalizatsiya guruhining oqimi (RG).

Uning cheksiz kichik generatori L ning algebra elementidir GC va tomonidan belgilanadi

Bunga deyiladi beta-funktsiya model.

Har qanday modelda, odatda, ulanishning murakkab konstantalarining cheklangan o'lchovli maydoni mavjud. Murakkab Qassoblar guruhi bu maydonda diffeomorfizmlar bilan harakat qiladi. Xususan, renormalizatsiya guruhi birlashuvchi konstantalar fazosidagi oqimni aniqlaydi va beta-funktsiya mos keladigan vektor maydonini beradi.

Kvant maydon nazariyasidagi ko'proq umumiy modellar ildiz otgan daraxtlarni almashtirishni talab qiladi Feynman diagrammalari cheklangan indekslar to'plamidan belgilar bilan bezatilgan tepaliklar bilan. Konnes va Kreimer ushbu parametrda Hopf algebralarini ham aniqladilar va ularni qanday qilib renormalizatsiya nazariyasida standart hisoblashlarni tizimlashtirish uchun ishlatilishini ko'rsatdilar.

Misol

Kreymer (2007) o'z ichiga olgan "o'yinchoq modeli" ni berdi o'lchovli tartibga solish uchun H va algebra V. Agar v musbat butun son va qm = q / m - bu o'lchovsiz doimiy, Feynman qoidalari tomonidan rekursiv ravishda aniqlanishi mumkin

qayerda z = 1 – D./ 2 - bu regulyatsiya parametri. Ushbu integrallarni aniqlik bilan hisoblash mumkin Gamma funktsiyasi formuladan foydalanib

Jumladan

Renormalizatsiya sxemasini olish R minimal ayirma, qayta normalizatsiya qilingan miqdorlar bor polinomlar yilda da baholanganda z = 0.

Izohlar

  1. ^ a b v Bogfjellmo & Shmeding 2015
  2. ^ Brouder 2004 yil
  3. ^ a b Qassob 2008 yil
  4. ^ Brouder 2000
  5. ^ Jekson, K. R .; Kverno, A .; Nørsett, S.P. (1994), "Rung-Kutta formulalarida Nyutonga o'xshash takrorlanishlarni tahlil qilishda Butcher seriyasidan foydalanish", Amaliy sonli matematik, 15 (3): 341–356, CiteSeerX  10.1.1.42.8612, doi:10.1016 / 0168-9274 (94) 00031-X (Professor J. C. Butcherning oltmish yilligiga bag'ishlangan maxsus son)
  6. ^ Kreymer 2007 yil

Adabiyotlar