µ: U U U folytonos leképezés, µ ( α, β ) az α és β paraméter-vektorú csoportelemek szorzatának paraméter-vektora

Hasonló dokumentumok
Lie-csoportok. 1. Folytonos csoportok 1 FOLYTONOS CSOPORTOK. Kontinuum számosságú csoportok esetén elemek jellemzése valós paraméterek

Lineáris leképezések. Wettl Ferenc március 9. Wettl Ferenc Lineáris leképezések március 9. 1 / 31

Matematika (mesterképzés)

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

Lagrange és Hamilton mechanika

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

Transzformációk síkon, térben

VIK A2 Matematika - BOSCH, Hatvan, 3. Gyakorlati anyag. Mátrix rangja

Csoporthatások. 1 Alapfogalmak 1 ALAPFOGALMAK. G csoport hatása az X halmazon egy olyan µ: G X X leképezés, amelyre teljesül

1. Komplex függvények dierenciálhatósága, Cauchy-Riemann egyenletek. Hatványsorok, elemi függvények

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

Csoportelmélet ( ) ϕ ψ adatokra ( ) ( ) ( ) ( )

Riemanngeometria 1 c. gyakorlat A Riemann-terekkel kapcsolatos fogalmak, jelölések

Matematikai nyelven van írva az, jelei háromszögek, körök és más geometriai formák... G. Galilei, Il Saggiatore

Matematikai nyelven van írva az, jelei háromszögek, körök és más geometriai formák... G. Galilei, Il Saggiatore

Vektorterek. Több esetben találkozhattunk olyan struktúrával, ahol az. szabadvektorok esetében, vagy a függvények körében, vagy a. vektortér fogalma.

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

17. előadás: Vektorok a térben

LINEÁRIS ALGEBRA. matematika alapszak. Euklideszi terek. SZTE Bolyai Intézet, őszi félév. Euklideszi terek LINEÁRIS ALGEBRA 1 / 40

Lineáris Algebra. Tartalomjegyzék. Pejó Balázs. 1. Peano-axiomák

Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

Gyakorlati példák Dr. Gönczi Dávid

Végeselem analízis. 1. el adás

= e i1 e ik e j 1. tenzorok. A k = l = 0 speciális esetben e az R egységeleme. A. e q 1...q s. = e j 1...j l q 1...q s

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 3. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április 3. 1 / 28

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 12. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április / 35

DISZKRÉT MATEMATIKA: STRUKTÚRÁK Előadáson mutatott példa: Bércesné Novák Ágnes

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

MTN714: BEVEZETÉS AZ ABSZTRAKT ALGEBRÁBA. 1. Csoportelméleti alapfogalmak

1. feladatsor Komplex számok

Budapesti Műszaki Főiskola, Neumann János Informatikai Kar. Vektorok. Fodor János

1.1. Vektorok és operátorok mátrix formában

Matematika B/1. Tartalomjegyzék. 1. Célkit zések. 2. Általános követelmények. Biró Zsolt. 1. Célkit zések Általános követelmények 1

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

1. feladatsor: Vektorfüggvények deriválása (megoldás)

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

MM CSOPORTELMÉLET GYAKORLAT ( )

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

2. gyakorlat. A polárkoordináta-rendszer

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

0-49 pont: elégtelen, pont: elégséges, pont: közepes, pont: jó, pont: jeles

Valasek Gábor Informatikai Kar. 2016/2017. tavaszi félév

VEKTORTEREK I. VEKTORTÉR, ALTÉR, GENERÁTORRENDSZER október 15. Irodalom. További ajánlott feladatok

Haladó lineáris algebra

Lineáris leképezések, mátrixuk, bázistranszformáció. Képtér, magtér, dimenziótétel, rang, invertálhatóság

Tartalom. Nevezetes affin transzformációk. Valasek Gábor 2016/2017. tavaszi félév

1. feladatsor: Vektorterek, lineáris kombináció, mátrixok, determináns (megoldás)

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

3. el adás: Determinánsok

Számítási módszerek a fizikában 1. (BMETE90AF35) tárgy részletes tematikája

A klasszikus mechanika matematikai módszerei

Tárgymutató. dinamika, 5 dinamikai rendszer, 4 végtelen sok állapotú, dinamikai törvény, 5 dinamikai törvények, 12 divergencia,

Gyakorló feladatok I.

Kvantumszimmetriák. Böhm Gabriella. Szeged. Wigner Fizikai Kutatóközpont, Budapest november 16.

p-adikus lineáris csoportok reprezentációi

A gyakorlati jegy

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Lineáris algebra és a rang fogalma (el adásvázlat, szeptember 29.) Maróti Miklós

2. SZÉLSŽÉRTÉKSZÁMÍTÁS. 2.1 A széls érték fogalma, létezése

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Mátrixok 2017 Mátrixok

Bevezetés a görbe vonalú geometriába

Robotika. Kinematika. Magyar Attila

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

Analízis elo adások. Vajda István szeptember 10. Neumann János Informatika Kar Óbudai Egyetem. Vajda István (Óbudai Egyetem)

Az elméleti fizika alapjai házi feladat

1. Példa. A gamma függvény és a Fubini-tétel.

Pere Balázs október 20.

Matematika szigorlat, Mérnök informatikus szak I máj. 12. Név: Nept. kód: Idő: 1. f. 2. f. 3. f. 4. f. 5. f. 6. f. Össz.: Oszt.

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

λ 1 u 1 + λ 2 v 1 + λ 3 w 1 = 0 λ 1 u 2 + λ 2 v 2 + λ 3 w 2 = 0 λ 1 u 3 + λ 2 v 3 + λ 3 w 3 = 0

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

Számítógépes geometria

Lineáris algebra. =0 iє{1,,n}

Térbeli transzformációk, a tér leképezése síkra

{ } x x x y 1. MATEMATIKAI ÖSSZEFOGLALÓ. ( ) ( ) ( ) (a szorzás eredménye:vektor) 1.1. Vektorok közötti műveletek

HALMAZELMÉLET feladatsor 1.

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

1. Az euklideszi terek geometriája

A fontosabb definíciók

1. Bázistranszformáció

Funkcionálanalízis. Gyakorló feladatok március 22. Metrikus tér, normált tér és skalárszorzat tér

1. Mellékosztály, Lagrange tétele

Számítási feladatok a Számítógépi geometria órához

Matematika szigorlat, Mérnök informatikus szak I máj. 29.

Modern differenciálgeometria Sokaságok és a Riemann-geometria elemei Szilasi József

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

ANALÍZIS III. ELMÉLETI KÉRDÉSEK

2014. szeptember 24. és 26. Dr. Vincze Szilvia

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

MM4122/2: CSOPORTELMÉLET GYAKORLAT ( ) 1. Ismétlés február 8.február Feladat. (2 pt. közösen megbeszéltük)

Matematika II képletek. 1 sin xdx =, cos 2 x dx = sh 2 x dx = 1 + x 2 dx = 1 x. cos xdx =,

Megjegyzés: jelenti. akkor létezik az. ekkor

A spin. November 28, 2006

1. Geometriai vektorok

Vektorok. Wettl Ferenc október 20. Wettl Ferenc Vektorok október / 36


Átírás:

1. FOLYTONOS CSOPORTOK 0-0 Lie-csoportok 1. Folytonos csoportok Kontinuum számosságú csoport elemek jellemzése valós paraméterekkel (koordinátákkal): g(α 1,..., α n )= g( α) G α U R n U paraméter-tartomány topológiája csoport topológiája (két csoportelem közeli ha paraméter-vektoraik közeliek) g : U G leképezés folytonos. Csoport dimenziója = elemek megkülönböztetéséhez szükséges paraméterek minimális száma ('n-paraméteres csoport' ).

1. FOLYTONOS CSOPORTOK 0-1 Példa: eltolások csoportja háromparaméteres, míg az összes mozgásé (euklidészi izometriák = eltolások + forgatások + tükrözések) hatparaméteres. µ: U U U folytonos leképezés, µ ( α, β ) az α és β paraméter-vektorú csoportelemek szorzatának paraméter-vektora g( α)g( β) = g(µ ( α, β ) ) α paraméter-vektorú csoportelem inverzének paraméter-vektora ι( α), g( α) 1 = g(ι( α)) megfelel ι: U U folytonos leképezéssel. Egységelem paraméter-vektora (konvenció): 0=(0,..., 0).

1. FOLYTONOS CSOPORTOK 0-2 Csoportaxiómák µ ( α, µ ( β, γ )) = µ ( µ ( α, β ), γ ) asszociativitás µ ( α, 0 ) = µ ( 0, α ) = α egységelem µ ( α, ι ( α )) = µ ( ι ( α ), α ) = 0 inverzelem Lie-csoport: kompatibilis algebrai és dierenciálható struktúra. µ : U U U és ι : U U leképezések konvergens Taylor-sorba fejthet k az origó (egységelem paraméter-vektora) egy kis környezetében. Gleason-Montgomery-Zippin tétele: kétszeres folytonos dierenciálhatóság + csoportaxiómák konvergens Taylor-sor! Dieomorzmus: inverzével együtt dierenciálható leképezés. Lokális izomorzmus: egységelem elég kis környezetében értelmezett m - velettartó dieomorzmus.

1. FOLYTONOS CSOPORTOK 0-3 (U 1, µ 1, ι 1 ) és (U 2, µ 2, ι 2 ) közötti lokális izomorzmus olyan φ: W 1 W 2 (inverzével együtt) dierenciálható leképezés 0 W 1 U 1 és 0 W 2 U 2 euklideszi részhalmazok között, amelyre ( ( µ 2 φ α ) (, φ β )) ( ( )) = φ µ1 α, β Lokális szerkezet ugyanaz, különbség a globális topológiai tulajdonságokban: kompaktság: U paraméter-tartomány zárt és korlátos (minden nyílt lefedéséb l kiválasztható véges lefedés); összefügg ség: U bármely két pontja összeköthet U-n belül haladó folytonos görbével; egyszeres összefügg ség: minden U belsejében futó zárt görbe folytonosan összehúzható egy pontra (csak összefügg G-re).

1. FOLYTONOS CSOPORTOK 0-4 Példák: 1. valós számok (R, +) additív csoportja egyparaméteres (minden számot önmaga paraméterez, U = R) µ(α, β)=α+β és ι(α)= α egyszeresen összefügg és nem-kompakt; 2. komplex fázisok U(1)={z C z =1} multiplikatív csoportja egyparaméteres (g : α exp(ıα) exponenciális paraméterezés) µ(α, β)=α+β és ι(α)= α (lokálisan izomorf (R, +)-szal) kompakt és nem egyszeresen összefügg ; 3. 3d forgáscsoport háromparaméteres (pl. Euler-szögek) origótól mért távolság invariáns forgatás leírható 3x3-as ortogonális mátrix segítségével (azonosítható SO(3) mátrixcsoporttal) kompakt és összefügg, de nem egyszeresen összefügg ;

1. FOLYTONOS CSOPORTOK 0-5 4. SU(2)= { U Mat 2 (C) det U =1, U U =1 } izospin-csoport dim SU(2) = 3 (képzetes kvaterniók és/vagy Pauli-mátrixok) egyszeresen összefügg és kompakt; 5. E(3) euklidészi csoport = R 3 izometriáinak csoportja hatparaméteres: 3 transzláció + 3 forgatás összefügg és nem-kompakt; 6. O(n)={A GL(n) AA t =1} ortogonális csoport dim O(n)= n(n 1) 2 nem összefügg (tükrözések), de kompakt; 7. P Poincaré-csoport = Minkowski-térid szimmetriacsoportja 10 paraméteres: 3 térbeli + 1 id beli eltolás + 6 négydimenziós forgatás (3 térbeli forgatás és 3 Lorentz-boost) transzláció részcsoport és Lorent-csoport féldirekt szorzata nem összefügg és nem kompakt.

1. FOLYTONOS CSOPORTOK 0-6 G 0 részcsoport: egységelemb l kiinduló, G-beli folytonos görbék végpontjai (egységelem komponense). Összefügg csoportra G=G 0. G/G 0 mellékosztályok G összefügg komponensei Minden összefügg G-re létezik Ĝ univerzális fed csoport, amely egyszeresen összefügg, lokálisan izomorf G-vel, és G = Ĝ/Z ahol Z a Ĝ véges centrális részcsoportja. Például U(1) univerzális fed csoportja (R, +), míg SO(3)-é SU(2).

2. LIE-ALGEBRA 0-7 2. Lie-algebra Egyparaméteres (lokális) részcsoport: 0 egy kicsiny környezetében dierenciálható ς : R U leképezés, amelyre µ ( ς(t 1 ), ς(t 2 ) ) =ς(t 1 +t 2 ). Ciklikus részcsoportokkal analóg szerep Lie-csoportok elméletében. Kanonikus paraméterezés: minden ς :t (α 1 t,..., α n t) lineáris leképezés lokális egyparaméteres részcsoport (α 1,..., α n ) U esetén. Minden Lie-csoportnak létezik kanonikus paraméterezése. Kanonikus paraméterezés esetén ι ( α ) = α és µ ( α, β ) i = α i + β i + n j,k=1 c jk i α j β k + magasabb rend tagok c jk i valós együtthatók a Lie-csoport struktúraállandói.

2. LIE-ALGEBRA 0-8 Lie tételei struktúraállandók meghatározzák magasabb rend tagokat! Lokálisan izomorf csoportok struktúraállandói megegyeznek (megfelel en választott paraméterezések esetén). Tulajdonságok: ( m c jm i c jk i + c kj i = 0 ) antiszimmetria m + c km i c lj m + c lm i c jk m = 0 Jacobi-azonosság c kl Lie tételei antiszimmetriát és Jacobi-azonosságot kielégít tetsz leges valós c jk i együtthatók egy Lie-csoport struktúraállandói (megfelel kanonikus paraméterezésben). Különböz (kanonikus) paraméterezésekben számított struktúraállandók között lineáris összefüggés csoportszerkezet linearizálása.

2. LIE-ALGEBRA 0-9 Lie-algebra: L lineáris tér egy [a, b]-vel jelölt kétváltozós m velettel (kommutátor), amely mindkét változójában lineáris, azaz [λa+µb, c] = λ[a, c] + µ[b, c] és [a, λb+µc] = λ[a, b] + µ[a, c] minden a, b, c L és λ, µ skalárok esetén, antiszimmetrikus [a, b] + [b, a] = 0 és teljesül a [a, [b, c]] + [b, [c, a]] + [c, [a, b]] = 0 Jacobi-azonosság Kommutátor lineáris elegend ismerni báziselemek kommutátorait. Liemorzmus: kommutátor rz φ:l 1 L 2 lineáris leképezés φ ( [a, b] ) =[φ(a), φ(b)]

2. LIE-ALGEBRA 0-10 Példák: 1. R 3 a vektoriális szorzattal a ( b c) = ( a c) b ( a b) c 2. n n-es mátrixok [A, B] = AB BA kommutátorral; 3. A: V V lineáris operátorok gl(v ) összessége a szokásos [A, B] = AB BA kommutátorral (általános lineáris Liealgebra); 4. sl(v )={A gl(v ) Tr(A)=0}; 5. meggyelhet mennyiségek a Poisson-zárójellel (klasszikus mechanika kanonikus formalizmusa); 6. impulzusmomentum komponensei (kvantummechanika).

2. LIE-ALGEBRA 0-11 Csoport Lie-algebrája: (valós) n = dim G dimenziós Lie-algebra, amelyben megfelel en választott B={b 1,..., b n } bázis esetén [b i, b j ] = k c ij k b k ahol c ij k -k a csoport struktúraállandói (csoportszerkezet linearizálása); Lieizomora erejéig egyértelm. Alternatív deníciók: egységelem érint tere, invariáns vektormez k, stb. egyparaméteres alcsoportok Liealgebra egydimenziós alterei Lokálisan izomorf csoportok Liealgebrái izomorfak: például (R, +) és U(1) (egydimenziós Lie-algebra), vagy SU(2) és SO(3).

2. LIE-ALGEBRA 0-12 Transzformációcsoport: α U R n esetén g( α) : R m R m dierenciálható leképezés (általában: dierenciálható sokaság dieomorzmusa). T 1,..., T n innitezimális generátorok T i = m ( ) g( α)j j=1 α i α= 0 x j Els rend parciális dierenciál-operátorok. Innitezimális generátorok kommutátora szintén els rend! [T i, T j ] = T i T j T j T i = k c ij k T k c ij k együtthatók a transzformációcsoport struktúraállandói.

2. LIE-ALGEBRA 0-13 Példák 1. 3d transzlációcsoport: legyen g( α) az α R 3 vektorral való eltolás g( α) : R 3 R 3 x x + α Ekkor T i = j (x j +α j ) α i x j = x i azaz az innitezimális generátorok a koordináták szerinti parciális deriváltak. Mivel ezek sorrendje lényegtelen (Youngtétel), ezért a struktúraállandók mind zérusok: [T i, T j ] = 0

2. LIE-ALGEBRA 0-14 2. 2d forgáscsoport: α R-re g(α): ( ) x y ( ) cosα x sinα y sinα x+cosα y T = (cosα x sinα y) α (sinα x+cosα y) + x α y = y x + x y 3. 1d konform csoport: a, b R-re g(a, b):x ax+b Megjegyzés: g(1, 0) a csoport egységeleme! T a = (ax+b) a T b = (ax+b) b a=1,b=0 a=1,b=0 = x x = x [T a, T b ]=x ( ) ( x ) = x x x x x = T b

3. ÁBRÁZOLÁSOK 0-15 3. Ábrázolások gl(v ) általános lineáris Liealgebra: Lie-algebrája. GL(V ) általános lineáris csoport Lie-algebra ábrázolása: L-b l gl(v )-be képz Liemorzmus, azaz olyan φ:l gl(v ) lineáris leképezés, amelyre [φ(a), φ(b)] = φ(a) φ(b) φ(b) φ(a) Lie-algebra ábrázolásai univerzális fed csoport ábrázolásai Általában projektív ábrázolásai a csoportnak(azok valódiak közülük, amelyek magja tartalmazza a Z <Ĝ centrális részcsoportot). Ábrázolások vizsgálata lineáris algebrai eszközökkel.

4. HAAR-MÉRTÉK 0-16 4. Haar-mérték Csoportelemekre vett összegzés Haar-integrál. Integrálás: f f lineáris funkcionál komplex érték függvények terén. G Kompatibilitás csoportszerkezettel: transzláció-invariancia ˆ G f = ˆ G g f = ˆ f g G minden g G-re, ahol g f(h) = f(gh) és f g (h) = f(hg) az f : G C komplex érték függvény bal-, illetve jobb-eltoltja. Paraméter-tartományra vett Lebesgue-Stieltjesintegrál. Haar-mérték: karakterisztikus függvények integráljából. Kompakt csoportra mindig létezik normalizált Haar-mérték.

5. A FORGÁSCSOPORT 0-17 5. A forgáscsoport Rögzített ponton (origó) átmen tengelyek körüli forgatások csoportja. Descartes-koordináták lineárisan transzformálódnak, együttható-mátrix ortogonális és egységnyi determinánsú forgáscsoport azonosítható SO(3) csoporttal (n dimenzióban SO(n)). Tetsz leges forgatás el állítható három, egymásra mer leges tengely körüli forgatás szorzataként: O( α) = O x (α x ) O y (α y ) O z (α z ) ahol x O z (α): y z cosα x sinα y sinα x+cosα y z

5. A FORGÁSCSOPORT 0-18 innitezimális generátor L z = x y y x Hasonló megfontolásból L x = y z z y L y = z x x z Generátorok antihermitikus operátorok L 2( R 3) Hilbert-téren ˆ f, L i g = f(x, y, z)l i g(x, y, z) dxdydz = L i f, g Lie-algebra: L x, L y, L z generátorok lineáris kombinációi.

5. A FORGÁSCSOPORT 0-19 Kommutátorok ( [L x, L y ] = y z z )( z y x x ) ( z z x x )( y z z z ) y = y ( z z x x ) z ( z z y x x ) z ( y z x z z ) y + x ( y z z z ) 2 2 = y +yz yx y x z x z 2 z2 2 2 +zx y x y x zy 2 x z +z2 2 2 +xy x y z 2 x 2 xz y z y = y x x y = L z és hasonló módon [L x, L z ] =L y [L y, L z ] = L x

5. A FORGÁSCSOPORT 0-20 Tetsz leges n egységvektorral jellemzett tengely körüli forgatások generátora L n = n x L x + n y L y + n z L z Kommutátorok [L n, L m ] = L n m forgáscsoport Liealgebrája izomorf 3d vektorok Liealgebrájával (vektoriális szorzattal mint kommutátorral). Önadjungált J i = ıl i generátorok (komplexikált algebrában) kommutátorai (ɛ ijk a Levi-Civitatenzor) [J i, J j ] = ıɛ ijk J k Impulzusmomentum komponenseinek csererelációi (Noethertétel).

5. A FORGÁSCSOPORT 0-21 Casimiroperátor J 2 = Jx 2 + Jy 2 + Jz 2 (impulzusmomentum négyzete) nem eleme a Lie-algebrának, csak annak fed algebrájának (burkolóalgebrájának), és kommutál minden generátorral, [ J i,j 2] =0 irreducibilis ábrázolásban J 2 skalárral való szorzás J 2 = j(j + 1) valamely egész vagy fél-egész j értékre (impulzusmomentum-kvantumszám). Egységelemhez közeli U SU(2) mátrix alakja U = 1 + ıεa valamely A mátrixra (ε innitezimális valós paraméter). 1=det U =1+ıεTr(A) miatt Tr(A)=0.

5. A FORGÁSCSOPORT 0-22 Unitaritás miatt 1=UU =(1+ıεA)(1 ıεa )=1+ıε(A A ), így A = A, azaz A önadjungált (hermitikus) mátrix. 2x2-es spúrtalan, önadjungált mátrixok terének bázisa: Paulimátrixok. ( ) 0 1 σ 1 = 1 0 ( ) 0 ı σ 2 = ı 0 ( ) 1 0 σ 3 = 0 1 [ σi 2, σ ] j 2 = σ i 2 σ j 2 σ j 2 σ i 2 = ıɛ σ k ijk 2

5. A FORGÁSCSOPORT 0-23 Lie-algebrák izomorfak SU(2) és SO(3) lokálisan izomorfak. SU(2) egyszeresen összefügg, centruma Z = {1, 1} SU(2) a forgáscsoport univerzális fed csoportja SO(3) = SU(2)/Z Forgáscsoport projektív ábrázolásai SU(2) közönséges ábrázolásai. Irreducibilis SU(2) ábrázolásban 1 képe e 2πıj. tenzor vagy spinor ábrázolások attól függ en, hogy j értéke egész vagy fél-egész.