• No results found

 1 0 0 0 −1 0 0 0 0  , E1:=   0 1 0 0 0 0 0 0 0  , F1:=   0 0 0 1 0 0 0 0 0   K2:=   0 0 0 0 1 0 0 0 −1  , E2:=   0 0 0 0 0 1 0 0 0  , F2:=   0 0 0 0 0 0 0 1 0  

AlsAi,j de3× 3 matrix is met enkel een 1 op de kruising van i-de rij met de j-de

kolom, en overal elders0’en dan hebben we voor i∈ {1, 2} : Ki= Ai,i− Ai+1,i+1, Ei= Ai,i+1, Fi= Ai+1,i

(3) We onderzoeken nu sln(K).

AlsAi,j de n× n matrix is met enkel een 1 op de kruising van i-de rij met de

j-de kolom, en overal elj-ders0’en dan hebben we voor i ∈ {1, ..., n − 1} per inductie

volgende voortbrengers vansln(K) :

Ki= Ai,i− Ai+1,i+1, Ei= Ai,i+1, Fi= Ai+1,i

UitAijAkl= δjkAilbekomen we dat het stelsel :

• KiKj− KjKi= (δi,j+ ...)− (δj,i+ ...) = 0 • Uit KiEj− EjKi− MijEj= 0, KiFj− FjKi+ MijFj= 0,EiFj− FjEi− δijKi=0, • [Ei, [Ei, ..., [Ei, | {z } Ej] = 0 en [Fi, [Fi, ..., [Fi, | {z } Fj] = 0,

telkensMij− 1 keer hetzelfde symbool EiofFiboven het onderhaakje voldaan is enkel en alleen als :

∀i ∈ {1, ..., n−1} : Mi,i= 2, Mi,i+1= Mi+1,i=−1, ∀j /∈ {i−1, i, i+1} : Mi,j = 0

Dit betekent dat Cartan matrixM van sln(K) overeenkomt met de Cartan matrix van

de quiverAn−1. Volgens de hoofdstelling van de Lie-theorie is sln(K) dan een simpele

algebra met Dynkin-diagramAn−1.

3.6 De Chevalley Groepen

De theorie over de simpele Lie-algebra’s werd in het midden van de jaren 1950 verhel-derd door de theorie van de algebraische groepen en het werk van Claude Chevalley over Lie-algebra’s. Als gevolg hiervan werd het concept van een Chevalley-groep ge-isoleerd. Chevalley construeerde een Chevalley-basis (een soort van integrale vorm) voor al de complexe enkelvoudige Lie-algebra’s (of beter gezegd van hun universeel omhullende algebra’s), die kunnen worden gebruikt om de corresponderende bijbeho-rende algebraische groepen over de gehele getallen te definieren. In het bijzonder nam hij punten met waarden in een eindig veld. Voor de Lie-algebra’sAn, Bn, Cn, Dngaf dit bekende klassieke groepen, maar zijn constructie gaf ook groepen die geassocieerd zijn met de uitzonderlijke Lie-algebra’s : E6,E7,E8,F4en G2. (Sommige van deze groepen waren al eerder geconstrueerd door Dickson.)

Definitie 3.6.1. De Chevalley groepG van een Lie-algebra g over een veld Fq wordt bepaald door :

G :=hexp(λad(x)) | x ∈ g, λ ∈ Fqi met ∀y ∈ g : ad(x)(y) = [x, y]

met : exp(λ[x, .]) := X i∈F∗ q λi i!.ad(x) i ∈ g

Stelling 3.6.2. AlsL een simpele Lie algebra is over C en K een willekeurig veld is dan

is de Chevalley groepG = L(K) een simpele groep behalve voor A1(2),A1(3),B2(2)

enG2(2).

We herhalen eerst de definities van de klassieke lineaire groepen en geven hierbij een eenvoudig voorbeeld om de methode beter te begrijpen.

Definitie 3.6.3. Lineaire groepen.

De algemene lineaire groepGLn(q) van graad n over een veld Fqis de verzameling van de inverteerbaren× n matrices, met als groepsoperatie de

matrixvermenigvuldi-ging.

GLn(q) :={M ∈ Fn×n

q | det(M ) 6= 0}

De actie van de algemene lineaire groepGLn(q) op de vectorruimte V = Fn

q induceert ons de projectieve lineaire groepPGLn(q) die de corresponderende actie uitvoert op

de projectieve ruimtePG(V ) : P GLn(q) := GLn(q)

Z(GLn(q))met Z(GLn(q)) = F

q.En= Cyclicq−1

De speciale lineaire groepSLn(q) van graad n over een veld Fqis de verzameling van den×n matrices met determinant 1 en als groepsoperatie de matrixvermenigvuldiging.

SLn(q) :={g ∈ GLn(q)| det(g) = 1}

De actie van de speciale lineaire groepSL(V ) op de vectorruimte V induceert ons

de projectieve lineaire groepPSL(V ) die de corresponderende actie uitvoert op de

projectieve ruimtePG(V ) :

PSLn(q) := sln(q) Z(sln(q))

met

Z(sln(q)) ={λ.En| λn= 1} ∼= Cyclic(n,q−1)

Oefening 3.6.4. Toon aan datPSL2(q) de Chevalleygroep is over een veld Fqvan de simpele Lie-algebra sl2(C).

Bewijs. We beschouwen sl2(q) = hf, h, eiFq als een vectorruimte met Chevalley basis : f :=  0 0 1 0  , h :=  1 0 0 −1  , e :=  0 1 0 0  .

Uitad(e) : f → ef − f e = h, h → eh − he = −2e, e → ee − ee = 0.E3volgt dat

ad(e) de matrix is die (a, b, c) = af + bh + ce stuurt naar (b,−2c, 0) Hieruit volgt dan

: ad(e) =   0 1 0 0 0 −2 0 0 0  , ad(e)2:=   0 0 −2 0 0 0 0 0 0  , ad(e)3=   0 0 0 0 0 0 0 0 0  = 0.E3.

We kunnen nuexp(λ.ad(e)) berekenen :

exp(λ.ad(e)) = E3+ λ.ad(e) +λ 2 2 .ad(e) 2=   1 λ −λ2 0 1 −2λ 0 0 1  

Uit de symmetrie tussene en f volgt :

exp(λ.ad(f )) = E3+ λ.ad(f ) +λ 2 2 .ad(f ) 2=   1 0 0 2λ 1 0 −λ2 −λ 1  

We kunnenSL2(q) genereren door transvecties :

SL2(q) =hx(λ), y(λ) | λ ∈ Fqi met : x(λ) :=  1 λ 0 1  , y(λ) :=  1 0 λ 1 

We hebben dan een geconjugeerde actie vanSL2(q) op SL2(q) met : x(λ) : f → f + λh − λ2e h→ h − 2λe e→ e; y(λ) : e→ e − λh − λ2f h→ h + 2λf f → f ;

Dit betekent dat de ChevalleygroepA1(q) isomorf is met PSL2(q) : A1(q) :=hexp(λ.ad(e)), exp(λ.ad(f )) | λ ∈ F i ∼= PSL2(q)

Definitie 3.6.5. Symplectische groepen.

In de meetkunde is de symplectische groepSp2n(q) = Sp(F2n

q ) de groep van de

li-neaire transformaties van een2n-dimensionale vectorruimte V over het veld Fq , die een niet-ontaarde scheef-symmetrische bilineaire vormf vasthouden. Zulk een

vector-ruimte noemt men dan een symplectische vectorvector-ruimte. De symplectische Chevalley

groepCn(q) is de projectieve symplectische groep

PSp2n(q) : Cn(q) = PSp2n(q) = Sp2n(q) Z(Sp2n(q))

met Z(Sp2n(q)) ={En,−En}

Opmerking 3.6.6. De symplectische groepenSp2n(q) en PSp2n(q) zijn

automorfis-megroepen van de polaire ruimte∆ ingebed in P G(F2nq ). De punten van de polaire

ruimte ∆ zijn de punten van de projectieve ruimte P G(F2n

q ). De projectieve

pun-ten p = Fqv en q = Fqw met v, w ∈ F2n

q zijn collineair in ∆ enkel en alleen als f (w, v) = 0. De rechten van de polaire ruimte ∆ zijn enkel die projectieve rechten van P G(F2n

Oefening 3.6.7. Bewijs volgende eigenschappen van de symplectische groepen : • (1) |Sp2n(q)| = qn2 .Qni=1(q2i− 1) • (2) |PSp2n(q)| = 1 (2,q−1).|Sp2n(q)| • (3) Sp2(q) ∼= SL2(q) • (4) Sp4(2) ∼= Sym(6) Oplossing. (1) Sp2n(q) = {g ∈ GL2n(q) | ∀u, v ∈ F2n

q : f (ug, vg) = f (u, v) waarbij f een

symplectische vorm is zodat voor een symplectische basis{e1, ..., en, F1, ..., Fn} van F2nq geldt :

∀i, j ∈ {1, ..., n} : f (ei, Fj) =−f (Fj, ei) = δ(i, j), f (ei, ei) = f (Fi, Fi) = 0 Sp2n(q) bestaat dus uit de matrices

(e1...enF1...Fn)T

waarvoor

{e1, ..., en, F1, ..., Fn} ∈ GL2n(q)

een symplectische basis is van F2nq . Om de orde vanSp2n(q) te bepalen moeten we

dus het aantal mogelijke symplectische basissen van F2nq berekenen. Voor de keuze vane1heeft menq2n− 1 mogelijkheden want enkel de 0-vector kan geen basisvector

zijn. Voor de keuze vanF1heeft menq2n−1mogelijkheden want :

• F1∈ e/

1, dit wil zeggenf (e1, F1)6= 0; • |e

1| = q2n−1wantf (e1, X1e1+ ...YnFn) = 0 is de vergelijking van een

hyper-vlak inmathrbF2n q ;

• van de q2n− q2n−1resterende mogelijkheden voorF1metf (e1, F1)6= 0 zijn

erq2n−qq−12n−1 = q2n−1mogelijkheden die voldoen aanf (e1, F1) = 1.

Verder moete2, ..., en, F2, ..., Fneen symplectische basis zijn van F2n−2q . Per inductie hebben we dan : |Sp2n(q)| = n Y i=1 (q2i− 1)q2i−1= qn2 n Y i=1 (q2i− 1)

(2) Het centrum{E2n,−E2n} bestaat uit 1 element als q even is en uit 2 elementen

alsq oneven is want enkel voor p = 2 geldt a =−a in Fp. We hebben dus :

|PSp2n(q)| = 1

(3) PSp2(q) ∼= PSL2(q) want : σ =  a b c d  ∈ Sp2(q)⇔ f (eσ 1, F1σ) = f (e1, F1), ...

Maar dit betekentf (ae1+ cF1, be1+ dF1) = 1 en dus ad− bc = 1. De symplectische

matrices komen hier dus overeen met de speciale lineaire matrices. (4) Sp4(2) ∼= Sym(6) want :

• we beschouwen de actie van de coordinaatpermutaties van Sym(6) op de

6-dimensionele vectorruimte F26:

voorbeeld : (a1, a2, a3, a4, a5, a6)(14)(2356)= (a4, a3, a5, a1, a6, a2) • Sym(6) stabiliseert verzamelingsgewijs de 5-dimensionele deelruimte

W ={(x1, ..., x6)∈ F26| x1+ ...x6= 0}

• Sym(6) stabiliseert verzamelingsgewijs de 1-dimensionele deelruimte U =h(1, 1, 1, 1, 1, 1)i

• Sym(6) stabiliseert dan ook verzamelingsgewijs de 4-dimensionele

quotien-truimte

W U • op W en W

U kunnen we de niet-ontaarde symplectische vormf bepalen : f ((x1, ..., x6), (y1, ..., y6)) =

6

X

i=1

xiyi

• aangezien de coordinaten behoren tot F2isf ook een symplectische vorm • via de actie van Sym(6) opW

U kunnen weSym(6) inbedden in Sp4(2) • deze inbedding is een isomorfisme wegens

|Sp4(2)| = 24(22− 1)(24− 1) = 720 = 6! = |Sym(6)|

Definitie 3.6.8. In de meetkunde zijn de algemene orthogonale groepen

GO2n+1(q), GO2n(q)+enGO2n(q)

de groepen van de lineaire transformaties van respectievelijk de vectorruimtes

F2n+1q , F2nq , F2nq

over een veld Fq, die respectievelijk een niet-ontaarde kwadratische vormk1, k2enk3

vasthouden met :

• k1(X−n, ..., X−1, X0, X1, ...Xn) = X2

• k2(X−n, ..., X−1, X1, ...Xn) =Pni=1XiX−i

• k3(X−n, ..., X−1, X1, ...Xn) = (X2

1 + X1X−1+ aX2

1) +Pni=2XiX−imaar dit enkel alsT2+ T + a niet oplosbaar is in Fq

De speciale orthogonale groep son(q) is de deelgroep van de algemene orthogonale

groepGOn,q() bestaande uit de matrices met determinant 1. De actie van de algemene

orthogonale groepGOn,q() op de vectorruimte V = Fn

q induceert ons de projectieve

orthogonale groepP G0n(q) die de corresponderende actie uitvoert op de projectieve

ruimtePG(V ). De actie van de speciale orthogonale groep son(q) op de vectorruimte V = Fn

q induceert ons de projectieve speciale orthogonale groepPSOn(q) die de

corresponderende actie uitvoert op de projectieve ruimtePG(V ).

De projectieve speciale orthogonale groepPSOn(q) is geen simpele groep. We

gaan op zoek naar een deelgroep van de projectieve speciale orthogonale groep die wel simpel is. Hiervoor moeten we een onderscheid maken tussen het geval datq oneven

is en het geval datq even is.

Orthogonale groepen van oneven karakteristiek q

Definitie 3.6.9. De reflectie rond een niet-singuliere vectorw∈ V wordt gegeven door rw: V → V : v → v −f (v, w)

k(w) .w

De spinor norm van een reflectierwheeft :

• de waarde 1 ∈ (C2, .) als k(rw) een kwadraat is in Fq;

• de waarde −1 ∈ (C2, .) als k(rw) geen kwadraat is in F q.

Aangezien we elk elementg van GOn,q() kunnen schrijven als een eindig product van

reflecties :

g =Y

i∈I

rwi

kunnen we gelijkaardig aan de definitie van het teken van een permutatie de spinor

norm van een algemene orthogonale transformatieg∈ GOn,q() bepalen : S : GOn,q(→)C2: g = rw1...rwm → S(rw1). ... .S(rwm)∈ (Cyclic2, .)

Definitie 3.6.10. De oneven karakteristieke orthogonale groep

n(q)

bestaat uit de elementen van de groep son(q) waarvan de spinor norm 1∈ (C2, .) is :n(q) := Ker(S)∩ PSOn(q).

De oneven karakterisitieke orthogonale projectieve groep wordt dan bepaald door :

PΩn(q) := n(q) Z(Ωn(q))

Orthogonale groepen van even karakteristiek q Propositie 3.6.11. GO2n+1,q(∼=)sp2n(q)

Schets van het bewijs.

UitGOn,q(=)son(q) = PGOn(q) = PSOn(q) volgt GO2n+1,q(∼=)sp2n(q)

We hoeven dus nog enkel het evendimensionele geval te bekijken.

Definitie 3.6.12. De orthogonale transflectie rond een niet-singuliere vectorw∈ V

wordt gegeven door

tw: V → V : v → v + f (v, w).w

De quasideterminant van een transflectietwheeft de waarde−1 ∈ (Cyclic2, .).

Aan-gezien we elk element g van GOn,q() kunnen schrijven als een eindig product van

transflecties :

g =Y

i∈I

twi

kunnen we gelijkaardig aan de definitie van het teken van een permutatie de

quaside-terminant van een algemene orthogonale transformatieg∈ GOn,q() bepalen : Q : GOn,q(→)C2: g = tw1...twm → (−1)m∈ (C2, .)

Definitie 3.6.13. De even karakteristieke orthogonale groep

2nǫ(q)

bestaat uit de elementen van de groepGO2nǫ(q) waarvan de quasideterminant 1 is in (Cyclic2, .).

2nǫ(q) := Ker(Q)