Rasmiy guruh qonuni - Formal group law

Yilda matematika, a rasmiy guruh qonuni (taxminan aytganda) a rasmiy quvvat seriyalari xuddi a mahsuloti kabi o'zini tutish Yolg'on guruh. Ular tomonidan tanishtirildi S. Bochner  (1946 ). Atama rasmiy guruh ba'zan rasmiy guruh qonuni bilan bir xil ma'noni anglatadi, ba'zan esa bir nechta umumlashmalardan birini anglatadi. Rasmiy guruhlar Yolg'on guruhlari (yoki) o'rtasida oraliqdir algebraik guruhlar ) va Yolg'on algebralar. Ular ishlatilgan algebraik sonlar nazariyasi va algebraik topologiya.

Ta'riflar

A bir o'lchovli rasmiy guruh qonuni ustidan komutativ uzuk R quvvat seriyasidirF(x,y) ning koeffitsientlari bilan R, shu kabi

1. F(x,y) = x + y + yuqori darajadagi shartlar
2. F(x, F(y,z)) = F(F(x,y), z) (assotsiativlik).

Eng oddiy misol qo'shimchalar rasmiy guruh qonuni F(x, y) = x + y.Ta'rifning g'oyasi shu F Lie guruhi mahsulotining rasmiy darajadagi kengayishiga o'xshash narsa bo'lishi kerak, bu erda biz Lie guruhining identifikatori kelib chiqishi uchun koordinatalarni tanlaymiz.

Umuman olganda, an n-o'lchovli rasmiy guruh qonuni to'plamidir n quvvat seriyasiF_men(x₁, x₂, ..., x_n, y₁, y₂, ..., y_n) 2 dan o'zgaruvchilar, shunday qilib

1. F(x,y) = x + y + yuqori darajadagi shartlar
2. F(x, F(y,z)) = F(F(x,y), z)

qaerga yozamiz F uchun (F₁, ..., F_n), x uchun (x₁,..., x_n), va hokazo.

Rasmiy guruh qonuni deyiladi kommutativ agar F(x,y) = F(y,x).

Prop.^{[iqtibos kerak ]} Agar R bu ${ displaystyle mathbb {Z}}$- majburiy erkin, keyin har qanday bir o'lchovli rasmiy guruh qonuni tugaydi R kommutativdir.

Isbot. Torsiyadagi erkinlik bizga eksponent va logaritma beradi, bu bizga yozishga imkon beradi F kabi F(x,y) = exp (log (x) + log (y)).

Guruhlar uchun teskari mavjudlikka o'xshash aksiomaga ehtiyoj yo'q, chunki bu rasmiy guruh qonuni ta'rifidan avtomatik ravishda chiqadi. Boshqacha qilib aytganda, biz har doim (noyob) quvvat seriyasini topishimiz mumkin G shu kabi F(x,G(x)) = 0.

A homomorfizm rasmiy guruh qonunidan F o'lchov m rasmiy guruh qonuniga G o'lchov n to'plamdir f ning n quvvat seriyasi m o'zgaruvchilar, shunday qilib

G(f(x), f(y)) = f(F(x, y)).

Teskari teskari gomomorfizmga an deyiladi izomorfizm, va deyiladi qat'iy izomorfizm agar qo'shimcha ravishda f(x)= x + yuqori darajadagi shartlar. Ularning orasidagi izomorfizmga ega bo'lgan ikkita rasmiy guruh qonunlari mohiyatan bir xil; ular faqat "koordinatalarning o'zgarishi" bilan farqlanadi.

Misollar

• The qo'shimchalar rasmiy guruh qonuni tomonidan berilgan

${ displaystyle F (x, y) = x + y. }$

• The multiplikativ rasmiy guruh qonuni tomonidan berilgan

${ displaystyle F (x, y) = x + y + xy. }$

Ushbu qoidani quyidagicha tushunish mumkin. Mahsulot G halqaning (multiplikatsion guruhida) R tomonidan berilgan G(a,b) = ab. Agar biz "koordinatalarni o'zgartirsak" qo'yish orqali 0 identifikatorini hosil qilamiz a = 1 + x, b = 1 + yva G = 1 + F, keyin biz buni topamiz F(x, y) = x + y + xy.Ratsional sonlar bo'yicha qo'shimchadagi rasmiy guruh qonunidan multiplikativgacha izomorfizm mavjud. exp (x) − 1. Umumiy komutativ halqalar ustida R uni aniqlash uchun integral bo'lmagan ratsional sonlarni talab qiladigan gomomorfizm mavjud emas va qo'shimcha va multiplikativ rasmiy guruhlar odatda izomorf emas.

• Umuman olganda biz rasmiy guruh o'lchov qonunini tuzishimiz mumkin n har qanday algebraik guruhdan yoki Lie o'lchov guruhidan n, identifikator bo'yicha koordinatalarni olish va mahsulot xaritasini kuchini rasmiy ravishda kengaytirishni yozish orqali. Additiv va multiplikativ rasmiy guruh qonunlari shu tarzda additiv va multiplikativ algebraik guruhlardan olinadi. Buning yana bir muhim maxsus holati rasmiy guruh (qonun) elliptik egri chiziq (yoki abeliya xilma-xilligi ).
• F(x,y) = (x + y)/(1 + xy) bu giperbolik tangens funktsiyasi uchun qo'shilish formulasidan kelib chiqadigan rasmiy guruh qonuni: tanh (x + y) = F(tanh (x), tanh (y)), va shuningdek, tezliklarni qo'shilish formulasi maxsus nisbiylik (yorug'lik tezligi 1 ga teng).
• ${ textstyle F (x, y) = chap. chap (x { sqrt {1-y ^ {4}}} + y { sqrt {1-x ^ {4}}} o'ng) o'ng / (1 + x ^ {2} y ^ {2})}$ rasmiy guruh qonuni Z[1/2] tomonidan topilgan Eyler shaklida qo'shilish formulasi uchun elliptik integral (Striklend ):

${ displaystyle int _ {0} ^ {x} {dt over { sqrt {1-t ^ {4}}}} + int _ {0} ^ {y} {dt over { sqrt { 1-t ^ {4}}}} = int _ {0} ^ {F (x, y)} {dt over { sqrt {1-t ^ {4}}}}.}$

Yolg'on algebralar

Har qanday n-o'lchovli rasmiy guruh qonuni an n halqa ustidagi o'lchovli algebra R, kvadrat qismi bo'yicha aniqlangan F₂ rasmiy guruh qonunining.

[x,y] = F₂(x,y) − F₂(y,x)

Lie guruhlaridan yoki algebraik guruhlardan Lie algebralariga tabiiy funktsiyani Lie guruhlaridan rasmiy guruh qonunlariga qadar funktsionalga aylantirish mumkin, so'ngra rasmiy guruhning Lie algebrasini olish:

Yolg'on guruhlari → Rasmiy guruh qonunlari → Yolg'on algebralari

0 xarakterli sohalar bo'yicha rasmiy guruh qonunlari aslida cheklangan o'lchovli algebralar bilan bir xil: aniqrog'i, cheklangan o'lchovli rasmiy guruh qonunlaridan cheklangan o'lchovli algebralarga qadar bo'lgan funktsiya bu toifalarning ekvivalentligi.^{[iqtibos kerak ]} Nolga teng bo'lmagan xarakteristikalar doirasidagi rasmiy guruh qonunlari Lie algebralariga teng kelmaydi. Darhaqiqat, bu holda algebraik guruhdan Lie algebrasiga o'tish juda ko'p ma'lumotni tashlab yuborishi ma'lum, ammo rasmiy guruh qonuniga o'tish ko'pincha etarli ma'lumotni saqlaydi. Shunday qilib, ma'lum ma'noda rasmiy guruh qonunlari, Lie algebralari uchun "to'g'ri" o'rnini bosuvchi xususiyatdir p > 0.

Komutativ rasmiy guruh qonunining logarifmi

Agar F kommutativdir n-kommutativ ustidan o'lchovli rasmiy guruh qonuni Q-algebra R, keyin qo'shimcha guruh rasmiy qonuni uchun qat'iy izomorfdir. Boshqacha qilib aytganda, qat'iy izomorfizm mavjud f qo'shimchali rasmiy guruhdan F, deb nomlangan logaritma ning F, Shuning uchun; ... uchun; ... natijasida

f(F(x,y)) = f(x) + f(y)

Misollar:

• Ning logarifmi F(x, y) = x + y bu f(x) = x.
• Ning logarifmi F(x, y) = x + y + xy bu f(x) = log (1 +x), chunki log (1 +x + y + xy) = log (1 +x) + log (1 +y).

Agar R mantiqiy asoslarni, xaritani o'z ichiga olmaydi f skalerlarni ga kengaytirish orqali qurish mumkin R⊗Q, lekin bu hamma narsani nolga yuboradi, agar R ijobiy xususiyatga ega. Rasmiy guruh qonunlari halqa ustida R ko'pincha ularning logarifmlarini koeffitsientlari bilan quvvat qatori sifatida yozish orqali tuziladi R⊗Qva keyin tegishli rasmiy guruhning koeffitsientlari tugaganligini isbotlash R⊗Q aslida yotish R. Ijobiy xarakteristikada ishlashda, odatda, o'rnini egallaydi R ga qarshi bo'lgan aralash xarakterli halqa bilan Ruzuk kabi V(R) ning Witt vektorlari va ga kamaytiradi R oxirida.

Rasmiy guruh qonunining rasmiy guruh halqasi

Rasmiy guruh qonunining rasmiy guruh halqasi, o'xshashiga o'xshash Hopf algebraidir guruh halqasi guruhning va universal qoplovchi algebra Lie algebra, ikkalasi ham kommututativ Hopf algebralari. Umuman olganda kokommutativ Hopf algebralari o'zlarini xuddi guruhlarga o'xshatadilar.

Oddiylik uchun biz 1 o'lchovli ishni tasvirlaymiz; yuqori o'lchovli holat shunga o'xshashdir, faqat yozuv notinchroq bo'ladi.

Aytaylik F (1 o'lchovli) rasmiy guruh qonuni R. Uning rasmiy guruh halqasi (uni ham deb atashadi giperalgebra yoki uning kovariant bialgebra) kokommutativ hisoblanadi Hopf algebra H quyidagicha qurilgan.

• Sifatida R-modul, H 1 = asos bilan bepul D.⁽⁰⁾, D.⁽¹⁾, D.⁽²⁾, ...
• Qo'shimcha mahsulot Δ tomonidan berilganD.⁽ⁿ⁾ = ∑D.^(men) ⊗ D.^(n−men) (shuning uchun bu koalgebraning duali - bu faqat rasmiy kuch seriyasining halqasi).
• Mamlakat η koeffitsienti bilan berilgan D.⁽⁰⁾.
• Shaxsiyat 1 = D.⁽⁰⁾.
• Antipod S oladi D.⁽ⁿ⁾ ga (-1)ⁿD.⁽ⁿ⁾.
• Koeffitsienti D.⁽¹⁾ mahsulotda D.⁽ⁱ⁾D.^(j) ning koeffitsienti x^meny^j yilda F(x, y).

Aksincha, yuqorida kongergebra tuzilishi berilgan Hopf algebrasi berilgan bo'lsa, biz rasmiy guruh qonunini tiklashimiz mumkin F undan. Shunday qilib, 1 o'lchovli rasmiy guruh qonunlari, asosan, koopergebra tuzilishi yuqorida keltirilgan Hopf algebralari bilan bir xildir.

Rasmiy guruh qonunlari funktsiyalar sifatida

Berilgan n-o'lchovli rasmiy guruh qonuni F ustida R va kommutativ R-algebra S, biz guruh tuzishimiz mumkin F(S) kimning asosiy to'plami Nⁿ qayerda N ning to'plami nolpotent elementlari S. Mahsulot foydalanish orqali beriladi F elementlarini ko'paytirish Nⁿ; Gap shundaki, hozirda barcha rasmiy quvvat seriyalari birlashadi, chunki ular nilpotent elementlarga qo'llaniladi, shuning uchun faqat nolga teng bo'lmagan atamalar mavjud. F ichiga funktsiya kommutativdan R-algebralar S guruhlarga.

Ning ta'rifini kengaytirishimiz mumkin F(S) ba'zi topologik R-algebralar. Xususan, agar S diskretning teskari chegarasi R algebralar, biz aniqlay olamiz F(S) tegishli guruhlarning teskari chegarasi bo'lish. Masalan, bu bizga aniqlashga imkon beradi F(Z_p) qiymatlari bilan p- oddiy raqamlar.

Ning guruh tomonidan baholanadigan funktsiyasi F rasmiy guruh halqasi yordamida ham tavsiflanishi mumkin H ning F. Oddiylik uchun biz buni taxmin qilamiz F 1 o'lchovli; umumiy holat shunga o'xshash. Har qanday kommutativ Hopf algebra uchun element g deyiladi guruhga o'xshash agar Δg = g ⊗ g va εg = 1 bo'lsa va guruhga o'xshash elementlar ko'paytma ostida guruhni tashkil qilsa. Agar halqa ustidagi rasmiy guruh qonunining Hopf algebrasi bo'lsa, xuddi shunday elementlar guruhi aynan shu shaklga kiradi.

D.⁽⁰⁾ + D.⁽¹⁾x + D.⁽²⁾x² + ...

uchun nolpotent elementlar x. Xususan, ning guruhga o'xshash elementlarini aniqlashimiz mumkin H⊗S ning nilpotent elementlari bilan Sva guruhga o'xshash elementlar bo'yicha guruh tuzilishi H⊗S keyin guruh tuzilishi bilan aniqlanadi F(S).

Balandligi

Aytaylik f xarakteristikalar sohasidagi bir o'lchovli rasmiy guruh qonunlari orasidagi homomorfizmdir p > 0. Keyin f yoki nolga teng, yoki kuchning kengayishidagi birinchi nolga teng bo'lmagan muddat ${ displaystyle ax ^ {p ^ {h}}}$ ba'zi bir salbiy bo'lmagan butun son uchun h, deb nomlangan balandlik homomorfizmning f. Nol gomomorfizmning balandligi ∞ ga teng.

The balandlik xarakteristikalar sohasidagi bitta o'lchovli rasmiy guruh qonunining p > 0 uning balandligi sifatida aniqlanadi p ga ko'paytirish xarita

Algebraik yopiq xarakteristikalar sohasidagi ikkita bitta o'lchovli rasmiy guruh qonunlari p > 0 izomorfikdir, agar ular faqat bir xil balandlikka ega bo'lsa va balandlik har qanday musbat tamsayı yoki ∞ bo'lsa.

Misollar:

• Qo'shimchalar rasmiy guruh qonuni F(x, y) = x + y uning height balandligi bor pquvvat xaritasi 0 ga teng.
• Multiplikativ rasmiy guruh qonuni F(x, y) = x + y + xy uning balandligi 1 ga teng pQuvvat xaritasi (1 +)x)^p − 1 = x^p.
• Elliptik egri chiziqning rasmiy guruh qonuni egri chiziqning oddiy yoki bo'lishiga qarab bir yoki ikki balandlikka ega supersingular. Supersingularlikni Eyzenshteyn seriyasining yo'q bo'lib ketishi bilan aniqlash mumkin ${ displaystyle E_ {p-1}}$.

Lazard uzuk

Umumjahon komutativ halqaga nisbatan quyidagicha ta'riflangan universal komutativ bir o'lchovli rasmiy guruh qonuni mavjud. Biz ruxsat berdik

F(x, y)

bo'lishi

x + y + Σv_men,j x^meny^j

noaniqliklar uchun

v_men,j,

va biz universal halqani aniqlaymiz R elementlar tomonidan hosil qilingan komutativ halqa bo'lish v_men,j, rasmiy guruh qonunlari uchun assotsiativlik va kommutativlik qonunlari majbur qiladigan munosabatlar bilan. Ko'proq yoki kamroq ta'rifga ko'ra, uzuk R quyidagi universal xususiyatga ega:

Har qanday komutativ uzuk uchun S, bir o'lchovli rasmiy guruh qonunlari tugadi S dan halqa gomomorfizmlariga mos keladi R gaS.

Kommutativ uzuk R yuqorida qurilgan sifatida tanilgan Lazardning universal halqasi. Bir qarashda bu nihoyatda murakkab bo'lib tuyuladi: uning generatorlari o'rtasidagi munosabatlar juda chalkash. Ammo Lazard juda sodda tuzilishga ega ekanligini isbotladi: bu shunchaki 2, 4, 6, ... darajadagi generatorlarda polinom halqasi (butun sonlar ustida) (bu erda v_men,j 2 darajaga ega (men + j − 1)). Daniel Quillen ning koeffitsienti halqasi ekanligini isbotladi murakkab kobordizm tabiiy ravishda izomorf bo'lib, Lazardning universal halqasiga darajalangan uzuk bo'lib, g'ayrioddiy baholashni tushuntiradi.

Rasmiy guruhlar

A rasmiy guruh a guruh ob'ekti toifasida rasmiy sxemalar.

• Agar ${ displaystyle G}$ funktsiyasidir Artin algebralari aniq qoldirilgan guruhlarga, u vakili bo'ladi (G - rasmiy guruhning nuqtalari funktsiyasi. (funktsiyaning chap aniqligi cheklangan proektiv chegaralar bilan harakatlanishga teng).
• Agar ${ displaystyle G}$ a guruh sxemasi keyin ${ displaystyle { widehat {G}}}$, G ning o'ziga xosligi bilan rasmiy ravishda to'ldirilishi, rasmiy guruh tuzilishiga ega.
• Silliq guruh sxemasi izomorfikdir ${ displaystyle mathrm {Spf} (R [[T_ {1}, ldots, T_ {n}]])}$. Ba'zi odamlar rasmiy guruh sxemasini chaqirishadi silliq agar aksincha bo'lsa.
• rasmiy silliqlik deformatsiyalar ko'tarilishining mavjudligini tasdiqlaydi va nuqtalardan kattaroq rasmiy sxemalarga taalluqli bo'lishi mumkin. Yumshoq rasmiy guruh sxemasi - bu rasmiy guruh sxemasining alohida holati.
• Yumshoq rasmiy guruhni hisobga olgan holda, bo'limlarning birlashtiruvchi to'plamini tanlash orqali rasmiy guruh qonuni va maydonni qurish mumkin.
• Parametrlarning o'zgarishi natijasida kelib chiqqan rasmiy guruh qonunlari orasidagi (qat'iy bo'lmagan) izomorfizmlar rasmiy guruhdagi koordinatalar o'zgarishi guruhining elementlarini tashkil qiladi.

Rasmiy guruhlar va rasmiy guruh qonunlari ham o'zboshimchalik bilan belgilanishi mumkin sxemalar, shunchaki komutativ halqalarni yoki maydonlarni emas, balki oilalarni xaritalar bo'yicha bazadan parametrlash moslamasiga qadar tasniflash mumkin.

Rasmiy guruh qonunlarining moduli maydoni bu tarkibiy qismlar o'lchov bilan parametrlangan va nuqtalari quvvat seriyasining ruxsat etilgan koeffitsientlari bilan parametrlangan cheksiz o'lchovli affin bo'shliqlarining birlashtirilgan birlashmasidir. F. Tegishli moduli to'plami silliq rasmiy guruhlar koordinatalar o'zgarishlarining cheksiz o'lchovli guruhoidining kanonik harakati bilan bu bo'shliqning qismidir.

Algebraik yopiq maydonda bitta o'lchovli rasmiy guruhlarning pastki to'plami nuqta (xarakterli nolda) yoki balandliklarni parametrlash stacky nuqtalarining cheksiz zanjiri. Xarakterli nolda har bir nuqtaning yopilishi katta balandlikdagi barcha nuqtalarni o'z ichiga oladi. Ushbu farq rasmiy guruhlarga Steenrod algebra bilan bog'liq bo'lgan ijobiy va aralash xarakteristikalarga boy geometrik nazariyani beradi, p- bo'linadigan guruhlar, Dieudonné nazariyasi va Galua vakolatxonalari. Masalan, Serre-Teyt teoremasi shuni anglatadiki, guruh sxemasining deformatsiyalari uning rasmiy guruhi tomonidan, ayniqsa, supersingular abeliya navlari. Uchun supersingular elliptik egri chiziqlar, bu boshqarish tugallangan va bu rasmiy guruhda deformatsiyalar bo'lmagan xarakterli nol holatidan ancha farq qiladi.

Rasmiy guruh ba'zan a deb belgilanadi qo'shma Hopf algebra (odatda ba'zi qo'shimcha shartlar qo'shilgan, masalan, ishora yoki ulanish).^[1] Bu yuqoridagi tushunchaga nisbatan ozroq yoki ikkilangan. Yumshoq holda, koordinatalarni tanlash rasmiy guruh halqasining taniqli asosini olishga tengdir.

Ba'zi mualliflar ushbu atamadan foydalanadilar rasmiy guruh anglatmoq rasmiy guruh qonuni.

Lyubin-Teytning rasmiy guruh qonunlari

Biz ruxsat berdik Z_p ning halqasi bo'ling p- oddiy tamsayılar. The Lyubin-Teyt rasmiy guruh qonuni noyob (1 o'lchovli) rasmiy guruh qonunidir F shu kabi e(x) = px + x^p ning endomorfizmi F, boshqa so'zlar bilan aytganda

${ displaystyle e (F (x, y)) = F (e (x), e (y)). }$

Umuman olganda biz ruxsat bera olamiz e har qanday kuch seriyali bo'lishi kerak e(x) = px + yuqori darajadagi atamalar va e(x) = x^p modp. Turli xil tanlovlar uchun barcha guruh qonunlari e ushbu shartlarni qondirish qat'iy izomorfdir.^[2]

Har bir element uchun a yilda Z_p noyob endomorfizm mavjud f Lyubin-Teyt rasmiy guruh qonunining shunday f(x) = bolta + yuqori darajadagi shartlar. Bu uzukning harakatini beradi Z_p Lyubin-Teyt rasmiy guruh qonuni to'g'risida.

Bilan o'xshash qurilish mavjud Z_p cheklangan har qanday to'liq diskret baholash rishtasi bilan almashtiriladi qoldiq sinf maydoni.^[3]

Ushbu qurilish tomonidan kiritilgan Lyubin va Teyt (1965), ajratish uchun muvaffaqiyatli harakatlarda mahalliy dala klassik nazariyasining bir qismi murakkab ko'paytirish ning elliptik funktsiyalar. Shuningdek, u ba'zi bir yondashuvlarning asosiy tarkibiy qismidir mahalliy sinf maydon nazariyasi.^[4]

Shuningdek qarang

• Witt vektori
• Artin-Hasse eksponenti
• Guruh funktsiyasi

Adabiyotlar

• Adams, J. Frank (1974), Barqaror homotopiya va umumlashtirilgan homologiya, Chikago universiteti matbuoti, ISBN  978-0-226-00524-9
• Bochner, Salomon (1946), "Rasmiy yolg'on guruhlari", Matematika yilnomalari, Ikkinchi seriya, 47 (2): 192–201, doi:10.2307/1969242, ISSN  0003-486X, JSTOR  1969242, JANOB  0015397
• M. xafagarchilik, P ga bo'linadigan guruhlar bo'yicha ma'ruzalar Matematikadan ma'ruza yozuvlari, 1972 y. ISBN  0-387-06092-8
• Fröhlich, A. (1968), Rasmiy guruhlar, Matematikadan ma'ruza matnlari, 74, Berlin, Nyu-York: Springer-Verlag, doi:10.1007 / BFb0074373, ISBN  978-3-540-04244-0, JANOB  0242837
• P. Gabriel, Étude infinitésimale des schémas en groupes SGA 3 Exp. VIIB
• Rasmiy guruhlar va dasturlar (Sof va amaliy matematika 78) Michiel Hazewinkel Nashriyotchi: Academic Pr (iyun 1978) ISBN  0-12-335150-2
• Lazard, Mishel (1975), Kommutativ rasmiy guruhlar, Matematikadan ma'ruza matnlari, 443, Berlin, Nyu-York: Springer-Verlag, doi:10.1007 / BFb0070554, ISBN  978-3-540-07145-7, JANOB  0393050
• Lyubin, Jonatan; Teyt, Jon (1965), "Mahalliy maydonlarda rasmiy kompleks ko'paytirish", Matematika yilnomalari, Ikkinchi seriya, 81 (2): 380–387, doi:10.2307/1970622, ISSN  0003-486X, JSTOR  1970622, JANOB  0172878, Zbl  0128.26501
• Noykirx, Yurgen (1999). Algebraik sonlar nazariyasi. Grundlehren derhematischen Wissenschaften. 322. Berlin: Springer-Verlag. ISBN  978-3-540-65399-8. JANOB  1697859. Zbl  0956.11021.
• Striklend, N. "Rasmiy guruhlar" (PDF).