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

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

Matematika (mesterképzés)

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

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

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

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

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

Transzformációk síkon, térben

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

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

17. előadás: Vektorok a térben

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

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

Lagrange és Hamilton mechanika

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

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

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

2. gyakorlat. A polárkoordináta-rendszer

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

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

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

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.

Gyakorlati példák Dr. Gönczi Dávid

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

A klasszikus mechanika matematikai módszerei

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

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

1.1. Vektorok és operátorok mátrix formában

DISZKRÉT MATEMATIKA: STRUKTÚRÁK Előadáson mutatott példa: Bércesné Novák Ágnes

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

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

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

1. feladatsor Komplex számok

Végeselem analízis. 1. el adás

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

A gyakorlati jegy

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

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

p-adikus lineáris csoportok reprezentációi

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

MM CSOPORTELMÉLET GYAKORLAT ( )

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

Mátrixok 2017 Mátrixok

MTN714: BEVEZETÉS AZ ABSZTRAKT ALGEBRÁBA. 1. Csoportelméleti alapfogalmak

Modern differenciálgeometria Sokaságok és a Riemann-geometria elemei Szilasi József

3. el adás: Determinánsok

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

Számítási feladatok a Számítógépi geometria órához

Valasek Gábor Informatikai Kar. 2016/2017. tavaszi félév

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

2. SZÉLSŽÉRTÉKSZÁMÍTÁS. 2.1 A széls érték fogalma, létezése

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

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

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

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

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

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

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

Feladatsor A differenciálgeometria alapja c. kurzus gyakorlatához

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

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

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

Lineáris algebra zárthelyi dolgozat javítókulcs, Informatika I márc.11. A csoport

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

1. Mellékosztály, Lagrange tétele

Gyakorló feladatok I.

Számítógépes geometria

1. feladatsor: Vektorfüggvények deriválása (megoldás)

Számítógépes Grafika mintafeladatok

1. Az euklideszi terek geometriája

Bevezetés a görbe vonalú geometriába

1. Bázistranszformáció

MateFIZIKA: Pörgés, forgás, csavarodás (Vektorok és axiálvektorok a fizikában)

Vektorgeometria (1) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

MBN412G: ALKALMAZOTT ALGEBRA GYAKORLAT ÁPRILIS 26.

LINEÁRIS ALGEBRA (A, B, C) tematika (BSc) I. éves nappali programtervező informatikus hallgatóknak évi tanév I. félév

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

Analízis. 1. fejezet Normált-, Banach- és Hilbert-terek. 1. Definíció. (K n,, ) vektortér, ha X, Y, Z K n és a, b K esetén

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

= 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

Lineáris algebra. =0 iє{1,,n}

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

Megjegyzés: jelenti. akkor létezik az. ekkor

Saj at ert ek-probl em ak febru ar 26.

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Diszkrét Matematika II.

1. Részcsoportok (1) C + R + Q + Z +. (2) C R Q. (3) Q nem részcsoportja C + -nak, mert más a művelet!

Pere Balázs október 20.

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

Dierenciálhányados, derivált

Diszkrét matematika II., 1. el adás. Lineáris leképezések

Számítógépes Grafika mintafeladatok

Robotika. Kinematika. Magyar Attila

A lineáris algebra forrásai: egyenletrendszerek, vektorok

1. Algebrai alapok: Melyek műveletek az alábbiak közül?

Haladó lineáris algebra

Átírás:

1 FOLYTONOS CSOPORTOK Lie-csoportok 1. Folytonos csoportok Kontinuum számosságú csoportok esetén elemek jellemzése valós paraméterek (koordináták) segítségével. Topologikus (folytonos) csoport: olyan csoport, amely egyben topologikus tér is, és topológiája kompatibilis a csoportstruktúrával, azaz a λ G : G G G (g, h) gh valamint ι G : G G g g -1 leképezések folytonosak (minden nyílt halmaz inverz képe nyílt).

1 FOLYTONOS CSOPORTOK n-paraméteres folytonos G csoport paraméterezése egy g: U G lokális homeomorzmus az U R n paraméter-tartomány és G között (minden α U pontnak létezik olyan α W U nyílt környezete, hogy g megszorítása W -re inverzével együtt folytonos). Példa: térbeli eltolások háromparaméteres csoportjának jellemzése az spontot a képponttal összeköt vektor (adott bázisra vonatkozó) vektorkomponenseinek segítségével. Paraméterek α U összessége a g( α) G csoportelem paramétervektora. Csoport topológiája paraméter-tartomány topológiája (két csoportelem akkor közeli, ha paramétereik közeliek).

1 FOLYTONOS CSOPORTOK Egy G folytonos csoport kompakt, ha minden nyílt lefedéséb l kiválasztható egy véges lefedés a ( paraméter-tartomány zárt és korlátos); összefügg, ha bármely két pontja összeköthet folytonos görbével; egyszeresen összefügg, ha összefügg és minden zárt görbe folytonosan a összehúzható egy pontra. Egységelemb l kiinduló, G-beli folytonos görbék végpontjainak G 0 halmaza az egységelem komponense (részcsoportja G-nek, G 0 <G, és összefügg csoportra G 0 =G). G/G 0 mellékosztályok G összefügg komponensei

1 FOLYTONOS CSOPORTOK Egységelem paramétervektora (konvenció szerint) 0=(0,..., 0), vagyis g( 0)=1 G Csoportaxiómák miatt léteznek µ: U U U és ι: U U folytonos leképezések, hogy és g( α)g( β) = g(µ ( α, β ) ) g( α) 1 = g(ι( α)) µ ( α, β ) az α és β paramétervektorú csoportelemek szorzatának paramétervektora, míg ι( α) az α paramétervektorú csoportelem inverzéé.

1 FOLYTONOS CSOPORTOK Csoportaxiómák következtében 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 inverzek létezése Liecsoport: a µ:u U U és ι:u U leképezések konvergens Taylorsorba fejthet k az egységelem egy kis környezetében (elegend kétszeres folytonos dierenciálhatóságot feltenni).

1 FOLYTONOS CSOPORTOK Lokális izomorzmus: egységelem kis környezetében m velettartó dieomorzmus, azaz 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 csak a topológiai tulajdonságokban. Minden összefügg G Lie-csoportra létezik vele lokálisan izomorf egyszeresen összefügg Ĝ univerzális fed csoport, amelyre G = Ĝ/Z ahol Z a Ĝ egy véges centrális részcsoportja.

1 FOLYTONOS CSOPORTOK Példák 1. (R, +), a valós számok additív csoportja U = R paraméter-tartomány és g(α) = α triviális paraméterezés esetén µ(α, β)=α+β és ι(α)= α egyszeresen összefügg és nem kompakt; 2. U(1)={z C z =1}, a komplex fázisok multiplikatív csoportja U = R paraméter-tartomány és g(α) = exp(ıα) exponenciális paraméterezés esetén µ(α, β)=α+β és ι(α)= α lokálisan izomorf (R, +)-szal kompakt és összefügg, de nem egyszeresen összefügg ;

1 FOLYTONOS CSOPORTOK 3. a háromdimenziós forgáscsoport (adott közös ponton átmen tengelyek körüli forgatások csoportja): háromparaméteres (forgatások jellemezhet k pl. Euler-szögekkel), és a paramétertartomány azonosítható egy gömb belsejével (határfelület szerkezete nem triviális) kompakt és összefügg, de nem egyszeresen összefügg Azonosítható az SO(3) ortogonális csoporttal (forgástengelyek metszéspontjától mért távolság invariáns minden forgatás leírható egy 3x3-as ortogonális mátrix segítségével); 4. SU(2)= { U Mat 2 (C) det U =1, U U =1 } izospin-csoport háromparaméteres, egyszeresen összefügg és kompakt SO(3) univerzális fed csoportja;

1 FOLYTONOS CSOPORTOK 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 Poincarécsoport = Minkowskitérid szimmetriacsoportja 10 paraméteres: 3 térbeli + 1 id beli eltolás + 6 négydimenziós forgatás (3 térbeli forgatás és 3 Lorentztrafó) transzláció részcsoport és Lorentcsoport féldirekt szorzata nem összefügg és nem kompakt.

2 LIE-ALGEBRA 2. Lie-algebra Minden Liecsoportnak létezik olyan (ún. kanonikus) paraméterezése, amelyre 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 A c jk i valós együtthatók a Liecsoport struktúraállandói. Struktúraállandók tulajdonságai: { c jm i m c kl c jk i + c kj i = 0 antiszimmetria m + c km i c lj m + c lm i c jk } m = 0 Jacobi-azonosság

2 LIE-ALGEBRA Lie tételei: 1. struktúraállandók meghatározzák a magasabb rend tagokat! 2. antiszimmetriát és Jacobi-azonosságot kielégít tetsz leges valós c jk i együtthatók valamely Lie-csoport struktúraállandói (megfelel kanonikus paraméterezésben). Lokálisan izomorf csoportok struktúraállandói megegyeznek (megfelel en választott paraméterezések esetén). Különböz kanonikus paraméterezésekben számított struktúraállandók között lineáris összefüggés csoportszerkezet linearizálása.

2 LIE-ALGEBRA Lie-algebra: L lineáris tér egy [a, b]-vel jelölt mindkét változójában lineáris ('bilineáris') kétváltozós m velettel (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, ill. λ, µ skalárok esetén), amelyre teljesül [a, b] + [b, a] = 0 [a, [b, c]] + [b, [c, a]] + [c, [a, b]] = 0 antiszimmetria Jacobi-azonosság M velet bilineáris elegend ismerni báziselemekre. Liemorzmus: m velet rz φ:l 1 L 2 lineáris leképezés φ ( [a, b] ) =[φ(a), φ(b)]

2 LIE-ALGEBRA Példák: 1. R 3 a vektoriális szorzattal a ( b c) = ( a c) b ( a b) c 2. n n-es mátrixok az [A,B] = AB BA kommutátor-m velettel; 3. gl(v ) általános lineáris Liealgebra az A: V V lineáris operátorok összessége a szokásos [A,B] = AB BA kommutátorral; 4. meggyelhet mennyiségek a Poisson-zárójellel a klasszikus mechanika kanonikus formalizmusában; 5. impulzusmomentum komponensei a kvantummechanikában.

2 LIE-ALGEBRA Csoport Lie-algebrája: olyan valós Lie-algebra, amelyben megfelel en választott B={b 1,..., b n } bázis esetén (n=dim G a paraméterek száma) [b i, b j ] = k c ij k b k ahol c ij k -k a csoport struktúraállandói (Lieizomora erejéig egyértelm ). Alternatív deníciók: egységelem érint tere, invariáns vektormez k, stb. Lokálisan izomorf csoportok Liealgebrái izomorfak. Egyparaméteres alcsoport: valós számok additív csoportjával lokálisan izomorf részcsoport (ciklikus részcsoport analógja a Lieelméletben). egyparaméteres alcsoportok Liealgebra egydimenziós alterei

2 LIE-ALGEBRA Transzformációcsoport: R m folytonos koordináta-transzformációinak csoportja (dierenciálható sokaság dieomorzmusai) g( α) : R m R m x i x i dierenciálható leképezés α U R n esetén. Innitezimális generátorok m ( ) g( α)j T i = α i j=1 α= 0 x j els rend parciális dierenciál-operátorok (i = 1,..., n). [T i, T j ] = T i T j T j T i = n k=1 c ij k T k c ij k együtthatók a transzformációcsoport struktúraállandói.

2 LIE-ALGEBRA Példák 1. A háromdimenziós eltolások csoportja: jelölje g( α) : R 3 R 3 x x + α az α R 3 vektorral történ eltolást. Ekkor T i = j (x j +α j ) α i x j = x i azaz az innitezimális generátorok a koordináták szerinti parciális deriválások. Mivel ezek alkalmazásának sorrendje lényegtelen (Youngtétel), [T i, T j ] = 0 a struktúraállandók mind zérusok.

2 LIE-ALGEBRA 2. Az egydimenziós konform csoport: a, b R-re g(a,b):x ax+b Megjegyzés: az egységelem paramétervektora (1, 0)! ( ) (ax+b) T a = a a=1,b=0 x = x x ( ) (ax+b) T b = b x = x [T a, T b ]=x ( ) x x x a=1,b=0 ( x x 3. A kétdimenziós forgáscsoport: α R-re ( ) ( ) x cosα x sinα y g(α): y sinα x+cosα y ) = x = T b T = (cosα x sinα y) α (sinα x+cosα y) + x α y = y x + x y

3 A HAAR-MÉRTÉK 3. A Haar-mérték Csoportstruktúrával kompatibilis Lebesgue-mérték. Kompatibilitás csoportszerkezettel: transzláció-invariancia µ(gx) = µ(xg) = µ(x) minden g G-re és X G mérhet halmazra. Kompakt csoportra mindig létezik Haar-mérték. Haar-mérték egyértelm multiplikatív faktor erejéig. Haar-mérték Haar-integrál (csoportelemekre vett összegzés): paramétertartományra vett Lebesgue-Stieltjesintegrál.

4 A FORGÁSCSOPORT 4. A forgáscsoport Rögzített ponton (origó) átmen tengelyek körüli forgatások csoportja. Descartes-koordináták lineárisan transzformálódnak, és az együtthatómátrix ortogonális és egységnyi determinánsú forgáscsoport azonosítható SO(3) csoporttal (n dimenzióban SO(n)-nel). 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 )

4 A FORGÁSCSOPORT ahol x O z (α): y z cosα x sinα y sinα x+cosα y z az innitezimális generátor alakja L z = x y y x Hasonló megfontolásból L x = y z z y L y = z x x z Lie-algebra: L x, L y, L z generátorok lineáris kombinációi.

4 A FORGÁSCSOPORT 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 z ( y z z ) = y y + yz x 2 z x yx 2 z 2 z 2 2 y x + zx 2 y x zy 2 x z + z 2 2 x y + xy 2 z 2 x y xz 2 z y = y x x y = L z és hasonló módon [L x, L z ] =L y [L y, L z ] = L x

4 A FORGÁSCSOPORT Tetsz leges n irányú tengely körüli forgatások generátora L n = n x L x + n y L y + n z L z Kommutátoruk [L n, L m ] = L n m forgáscsoport Liealgebrája izomorf a háromdimenziós vektorok Lie algebrájával (vektoriális szorzattal mint m velettel). Észrevétel. Innitezimális generátorok antihermitikus operátorok az L 2( R 3) Hilbert-téren f, L i g = ˆ f(x, y, z)l i g(x, y, z) dxdydz = L i f, g

4 A FORGÁSCSOPORT Önadjungált J i = i L i generátorok (nem elemei a Liealgebrának, csak a komplexikált Liealgebrának, amelyet a skalárok testének kiterjesztésével kapunk) kommutátorai (ɛ ijk a Levi-Civitatenzor) [J i, J j ] = i ɛ ijk J k Impulzusmomentum-komponensek csererelációi (Noethertétel)! J 2 = J 2 x + J 2 y + J 2 z nem eleme a Lie-algebrának, csak annak fed algebrájának (generátorok polinomiális kifejezéseinek algebrája), és kommutál minden generátorral [ Ji,J 2] =0 J 2 egy (kvadratikus) Casimiroperátor.

4 A FORGÁSCSOPORT Egységelemhez közeli U SU(2) mátrix alakja U = 1 + i εa valamely 2x2-es A mátrixra és kicsiny ε valós paraméterre. 1=det U =1+i εtr(a) miatt Tr(A)=0, míg U unitér volta következtében 1=UU =(1+i εa)(1 i εa )=1+i ε(a A ) A = A, azaz A egy önadjungált ('hermitikus') mátrix. 2x2-es spúrtalan és önadjungált mátrixok terének bázisa: Paulimátrixok. ( ) 0 1 σ 1 = 1 0 ( ) 0 i σ 2 = i 0 ( ) 1 0 σ 3 = 0 1

4 A FORGÁSCSOPORT Kommutátoraik [ σi 2, σ ] j 2 = σ i 2 σ j 2 σ j 2 σ i 2 = i ɛ σ k ijk 2 Struktúraállandók megegyeznek SO(3)-éval (Lie-algebrák izomorfak) SU(2) és SO(3) lokálisan izomorf csoportok. SU(2) egyszeresen összefügg, és Z centruma kételem SO(3) = SU(2)/Z SU(2) a forgáscsoport univerzális fed csoportja!