一般線性群

在數學中，一般線性群是指基域K上n×n 可逆矩陣全體組成的矩陣乘法群。

在任何域 F或環 R上的 n 次一般線性群是帶有來自 F（或 R）的元素的 n×n 可逆矩陣的群，帶有矩陣乘法作為群運算。典型符號是 GLn(F)或 GL(n, F)，如果域是自明的也可簡寫為 GL(n)。

基本介紹

• 中文名：一般線性群
• 外文名：general linear group
• 所屬學科：群論
• 別名：全線性群
• 性質：典型群
• 記號：GL(V)

簡介

如果V是在域F上的向量空間，V的一般線性群，寫為GL(V)或Aut(V)，是V的所有自同構的群，就是說所有自同構V→V的集合，和與之一起的函式複合作為群運算。如果V有有限維n，則GL(V)和GL(n,F)是同構的。這個同構不是規範的；它依賴於在V中基的選擇。給定V的一組基 (e₁, ...,e_n)和GL(V)中自同構T，則

對於某些F中的常量a_jk；對應於T的矩陣就是由a_jk作為元素的矩陣。

以類似的方式，對於交換環R群GL(n,R)可以被解釋為n秩的自由R模的自同構的群。還可以對任何模定義GL(M)，但是這一般不同構於GL(n,R)（對於任何n）。

一般線性群亦稱全線性群。一類重要的典型群。

定義

若V是體K上n維右線性空間，則V上全體可逆線性變換在映射的乘法下構成一個群，稱為V上的一般線性群，記為GL(V)。

體K上全體n×n可逆方陣在矩陣乘法下構成一個群，稱為K上n次一般線性群，記為GL_n(K)或GL(n，K)。

取定V在K上任一組基後可將每個g∈GL(V)對應一個矩陣A∈GL_n(K)，從而得到GL(V)到GL_n(K)上的一個同構。在這個意義下，可以將GL(V)與GL_n(K)等同起來。

性質

一般線性群GL(n,)以行列式為上的連續函式，則GL(n,)作為的開集，是一個微分流形。

矩陣代數

設M₂為域k上多項式代數k[a,b,c,d]，M₂(A)為矩陣元取值於代數A的2×2矩陣代數

故M(2)為2×2矩陣簇的坐標k代數。

定義GL₂(A)為M₂(A)中可逆矩陣的集合。若A為交換代數，則矩陣可逆若且唯若其行列式在A中可逆：

定義交換代數GL(2)=M(2)[t]/((ad-bc)t-1)

GL(2)上可定義余單位ε

余乘法Δ

以及對極映射S

故GL(2)為交換霍普夫代數。

量子

設q≠-1，考慮x,y滿足量子平面關係xy=qyx，且a,b,c,d與x,y交換

定義x',y',x'',y''，滿足

，

則若x'與y'，以及x''與y''，均滿足量子平面關係，可生成關係

ba=qab,db=qbd,ca=qac,dc=qcd,bc=cb,ad-da=(q-q)bc，

則M_q(2)為自由代數k{a,b,c,d}對上述關係生成的雙邊理想的商代數。

當q=1，M_q(2)同構於M(2)。

量子行列式為det_q=ad-qbc=da-qbc。

則量子一般線性群定義為GL_q(2)=M_q(2)[t]/(tdet_q-1)。

群

群是一種只有一個運算的、比較簡單的代數結構；是可用來建立許多其他代數系統的一種基本結構。

設G為一個非空集合，a、b、c為它的任意元素。如果對G所定義的一種代數運算“·”(稱為“乘法”，運算結果稱為“乘積”)滿足：

(1)封閉性，a·b∈G;

(2)結合律，即(a·b)c = a·(b·c);

(3)對G中任意元素a、b，在G中存在惟一的元素x，y，使得a·x= b，y·a=b，則稱G對於所定義的運算“·”構成一個群。例如，所有不等於零的實數，關於通常的乘法構成一個群;時針轉動(關於模12加法)，構成一個群。

滿足交換律的群，稱為交換群。

群是數學最重要的概念之一，已滲透到現代數學的所有分支及其他學科中。凡是涉及對稱，就存在群。例如，可以用研究圖形在變換群下保持不變的性質，來定義各種幾何學，即利用變換群對幾何學進行分類。可以說，不了解群，就不可能理解現代數學。

1770年，拉格朗日在討論代數方程根之間的置換時，首先引入群的概念，而它的名稱，是伽羅華在1830年首先提出的。

典型群

典型群是一類重要的群。一般線性群、酉群、辛群、正交群，以及它們的換位子群、對中心的商群等統稱為典型群。實數域和複數域上的典型群是李群的重要例子，它們的構造及表示在李群理論、幾何學、多複變函數論以至物理學中都起著重要作用。迪克森(Dickson，L.E.)通過對有限域上典型群的構造的研究得到了一大批有限單群.這是繼交錯群之後人們發現的又一批重要的有限單群系列。經過謝瓦萊(Chevalley，C.)的工作進一步擴展為有限李型單群的系列後，為有限單群分類的最後完成奠定了一個重要基礎。迪厄多內(Dieudonné，J.)將迪克森的工作加以推廣，通過研究任意體上的典型群的構造也得到了大量的單群。迪厄多內、施賴埃爾(Schreier，O.)、范·德·瓦爾登(Van der Waerden，B.L.)、華羅庚、萬哲先等對研究典型群的構造、自同構及同構作出了重要貢獻。

相似群

酉群

酉群是一類重要的典型群。在複數域的特殊情形，全體n×n酉方陣在矩陣乘法下構成的群稱為n次酉群，記為U(n)。一般地，設K是帶有對合J：a→a-的體，V是K上n維列向量空間，f(x，y)=x-Hy是V上非退化厄米特型或反厄米特型，這裡H∈GL_n(K)且=εH，ε=±1。若A∈GL(V)使f(Ax，Ay)=f(x，y)對所有的x，y∈V成立，則稱A是關於f的酉變換。關於f的全體酉變換組成GL(V)的一個子群，稱為關於f的酉群，記為U_n(K，f)。從矩陣的觀點看，U_n(K，f)={A∈GL_n(K)|HA=H}。當f是交錯雙線性型時U_n(K，f)就是辛群Sp_n(K，f);當K的特徵≠2且f是對稱雙線性型時U_n(K，f)就是正交群O_n(K，f);當K是複數域，J是復共軛，H=I時，酉群U_n(K，f)就是酉群U(n)。

辛群

辛群是一類重要的群。辛空間的自同構群。設(V，ω)是一辛空間，若φ：V→V是線性同構且滿足ω(φX，φY)=ω(X，Y)，X，Y∈V，則稱φ為(V，ω)的一個自同構.(V，ω)的自同構全體構成群GL(V)的一個子群，記為SP(V，ω)。特別地，標準辛空間(K，ω)的自同構群記為Sp(2n，K)。若K=R(實數域)，則把Sp(2n，K)簡記為Sp(2n)並稱它為2n維辛群。

正交群

正交群是一類重要的典型群。在實數域的特殊情形，全體n×n正交方陣在矩陣乘法下構成的群稱為n次正交群，記為O(n)。一般地，設V是域K上n維列向量空間，Q(x)=xAx是V上的非退化二次型(A是K上某個n×n矩陣)，若g∈GL(V)使Q(gx)=Q(x)對所有的x∈V成立，則稱g是關於Q的正交變換。關於Q的全體正交變換在映射乘法下構成一個群，稱為關於Q的正交群，記為O_n(K，Q).當K的特徵≠2時，V上每個非退化對稱雙線性型f也決定一個正交群：

其中Q(x)=f(x，x)/2.當K是實數域，Q是單位二次型Q(x)=x·x時的正交群O_n(K，Q)就是O(n)。