Зональная сферическая функция - Zonal spherical function

В математика, а зональная сферическая функция или часто просто сферическая функция является функцией на локально компактная группа грамм с компактной подгруппой K (часто максимальная компактная подгруппа ) который возникает как матричный коэффициент из K-инвариантный вектор в неприводимое представление из грамм. Ключевыми примерами являются матричные коэффициенты сферическая основная серия, неприводимые представления, возникающие при разложении унитарное представительство из грамм на L²(грамм/K). В этом случае коммутант из грамм порождается алгеброй биинвариантных функций на грамм относительно K действуя по праву свертка. это коммутативный если в дополнение грамм/K это симметричное пространство, например, когда грамм связная полупростая группа Ли с конечным центром и K - максимальная компактная подгруппа. Матричные коэффициенты главного сферического ряда точно описывают спектр соответствующихC * алгебра порожденные биинвариантными функциями компактная опора, часто называемый Алгебра Гекке. Спектр коммутативной банаховой * -алгебры биинвариантных L¹ функции больше; когда грамм - полупростая группа Ли с максимальной компактной подгруппой K, дополнительные символы берутся из матричных коэффициентов дополнительная серия, полученный аналитическим продолжением сферического главного ряда.

Зональные сферические функции были явно определены для вещественных полупростых групп формулой Хариш-Чандра. За специальные линейные группы, они были независимо открыты Израиль Гельфанд и Марк Наймарк. Для сложных групп теория значительно упрощается, поскольку грамм это комплексирование из K, а формулы связаны с аналитическим продолжением Формула характера Вейля на K. Аннотация функциональная аналитика теория зональных сферических функций была впервые разработана Роджер Годеман. Помимо их теоретико-групповой интерпретации, зональные сферические функции для полупростой группы Ли грамм также предоставляют набор одновременных собственные функции для естественного действия центра универсальная обертывающая алгебра из грамм на L²(грамм/K), в качестве дифференциальные операторы на симметричном пространстве грамм/K. Для полупростого p-адический Группы Ли, теория зональных сферических функций и алгебр Гекке были впервые развиты Сатаке и Ян Г. Макдональд. Аналоги Теорема Планшереля и Формула обращения Фурье в этом случае обобщить разложения по собственным функциям Мелера, Вейля и Фока для сингулярные обыкновенные дифференциальные уравнения: в полной общности они были получены в 1960-е гг. С-функция Хариш-Чандры.

Название «зональная сферическая функция» происходит от случая, когда грамм является SO (3,р) действующий на двумерной сфере и K - подгруппа, фиксирующая точку: в этом случае зональные сферические функции можно рассматривать как некие функции на сфере, инвариантные относительно вращения вокруг фиксированной оси.

Определения

Смотрите также: Алгебра Гекке локально компактной группы

Позволять грамм быть локально компактный унимодулярный топологическая группа и K а компактный подгруппа и разреши ЧАС₁ = L²(грамм/K). Таким образом ЧАС₁ признает унитарное представительство π из грамм по левому переводу. Это подпредставление регулярного представления, поскольку если ЧАС= L²(грамм) с левой и правой регулярные представительства λ и ρ грамм и п это ортогональная проекция

${displaystyle P=int _{K}ho (k),dk}$

из ЧАС к ЧАС₁ тогда ЧАС₁ естественно отождествлять с PH с действием грамм задается ограничением λ.

С другой стороны, по Теорема фон Неймана о коммутации^[1]

${displaystyle lambda (G)^{prime }=ho (G)^{prime prime },}$

куда S ' обозначает коммутант набора операторов S, так что

${displaystyle pi (G)^{prime }=Pho (G)^{prime prime }P.}$

Таким образом, коммутант π порождается как алгебра фон Неймана операторами

${displaystyle Pho (f)P=int _{G}f(g)(Pho (g)P),dg}$

куда ж является непрерывной функцией компактного носителя на грамм.^[а]

тем не мение пρ (ж) п это просто ограничение ρ (F) к ЧАС₁, куда

${displaystyle F(g)=int _{K}int _{K}f(kgk^{prime }),dk,dk^{prime }}$

это K-биинвариантная непрерывная функция компактного носителя, полученная усреднением ж к K с обеих сторон.

Таким образом, коммутант оператора π порождается ограничением операторов ρ (F) с F вC_c(Kграмм/K), K-биинвариантные непрерывные функции компактного носителя на грамм.

Эти функции образуют * алгебра под свертка с инволюцией

${displaystyle F^{*}(g)={overline {F(g^{-1})}},}$

часто называют Алгебра Гекке для пары (грамм, K).

Позволять А(Kграмм/K) обозначают C * алгебра порожденные операторами ρ (F) на ЧАС₁.

Пара (грамм, K) называется Пара Гельфанда^[2] если одна, а значит, и все следующие алгебры являются коммутативный:

• ${displaystyle pi (G)^{prime }}$
• ${displaystyle C_{c}(Kackslash G/K)}$
• ${displaystyle A(Kackslash G/K).}$

С А(Kграмм/K) является коммутативным C * алгебра, посредством Теорема Гельфанда – Наймарка. это имеет форму C₀(Икс),куда Икс - локально компактное пространство непрерывной нормы * гомоморфизмы из А(Kграмм/K) в C.

Конкретная реализация гомоморфизмов * в Икс в качестве K-biinvariant равномерно ограниченный функции на грамм получается следующим образом.^{[2][3][4][5][6]}

Из-за сметы

${displaystyle |pi (F)|leq int _{G}|F(g)|,dgequiv |F|_{1},}$

представление π C_c(Kграмм/K) в А(Kграмм/K) продолжается по непрерывности на L¹(Kграмм/K), * алгебра из K-биинвариантные интегрируемые функции. Образ образует плотную * подалгебру А(Kграмм/K). Ограничение * гомоморфизма х, непрерывного по операторной норме, непрерывно и по норме || · ||₁. Поскольку Двойственное банахово пространство из L¹ это L^∞,следует, что

${displaystyle chi (pi (F))=int _{G}F(g)h(g),dg,}$

для некоторого единственного равномерно ограниченного K-биинвариантная функция час на грамм. Эти функции час точно зональные сферические функции для пары (грамм, K).

Характеристики

Зональная сферическая функция час обладает следующими свойствами:^[2]

1. час равномерно непрерывна на грамм
2. ${displaystyle h(x)h(y)=int _{K}h(xky),dk,,(x,yin G).}$
3. час(1) = 1 (нормализация)
4. час это положительно определенная функция на грамм
5. ж * час пропорционально час для всех ж в C_c(Kграмм/K).

Это простые следствия того факта, что ограниченный линейный функционал χ, определяемый формулой час является гомоморфизмом. Свойства 2, 3 и 4 или свойства 3, 4 и 5 характеризуют зональные сферические функции. Более общий класс зональных сферических функций можно получить, отказавшись от положительной определенности из условий, но для этих функций больше нет связи с унитарные представления. Для полупростых групп Ли существует дальнейшая характеризация как собственные функцииинвариантные дифференциальные операторы на грамм/K (Смотри ниже).

Фактически, как частный случай Конструкция Гельфанда – Наймарка – Сигала существует однозначное соответствие между неприводимыми представлениями σ грамм имеющий единичный вектор v фиксируется K и зональные сферические функциичас данный

${displaystyle h(g)=(sigma (g)v,v).}$

Такие неприводимые представления часто описываются как имеющие первый класс. Это в точности неприводимые представления, необходимые для разложения индуцированное представление π на ЧАС₁. Каждое представление σ однозначно продолжается по непрерывности до А(Kграмм/K), так что каждая зональная сферическая функция удовлетворяет

${displaystyle left|int _{G}f(g)h(g),dgight|leq |pi (f)|}$

за ж в А(Kграмм/K). Более того, поскольку коммутант π (грамм) 'коммутативна, существует единственная вероятностная мера μ на пространстве * гомоморфизмов Икс такой, что

${displaystyle int _{G}|f(g)|^{2},dg=int _{X}|chi (pi (f))|^{2},dmu (chi ).}$

μ называется Планшерель мера. Поскольку π (грамм)' это центр алгебры фон Неймана, порожденной грамм, он также дает меру, связанную с прямой интеграл разложение ЧАС₁ в терминах неприводимых представлений σ_χ.

Пары Гельфанда

Смотрите также: Пара Гельфанда

Если грамм это связаны Группа Ли, значит, благодаря работе Картан, Мальцев, Ивасава и Chevalley, грамм имеет максимальная компактная подгруппа, уникальный с точностью до спряжения.^[7][8] В этом случае K связно, а частное грамм/K диффеоморфно евклидову пространству. Когда грамм кроме того полупростой, это можно увидеть непосредственно с помощью Картановское разложение связаны с симметричное пространство грамм/K, обобщение полярное разложение обратимых матриц. Действительно, если τ - ассоциированный автоморфизм периода два грамм с подгруппой неподвижной точки K, тогда

${displaystyle G=Pcdot K,}$

куда

${displaystyle P={gin G| au (g)=g^{-1}}.}$

Под экспоненциальная карта, п диффеоморфно -1 собственному подпространству τ в Алгебра Ли из грамм.Поскольку τ сохраняет K, он индуцирует автоморфизм алгебры Гекке C_c(Kграмм/K). С другой стороны, если F лежит в C_c(Kграмм/K), тогда

F(τграмм) = F(грамм⁻¹),

так что τ индуцирует антиавтоморфизм, потому что инверсия делает. Следовательно, когда грамм полупростой,

• алгебра Гекке коммутативна
• (грамм,K) пара Гельфанда.

В более общем плане тот же аргумент дает следующий критерий Гельфанда для (грамм,K) быть парой Гельфанда:^[9]

• грамм - унимодулярная локально компактная группа;
• K - компактная подгруппа, возникающая как неподвижные точки автоморфизма периода два τ группы грамм;
• грамм =K·п (не обязательно прямой продукт), где п определяется, как указано выше.

Это два наиболее важных примера, когда:

• грамм компактная связная полупростая группа Ли с автоморфизмом периода два;^[10][11]
• грамм является полупрямым продуктом ${displaystyle Atimes K}$, с А локально компактная абелева группа без 2-кручения и τ (а· k)= k·а⁻¹ за а в А и k в K.

Три случая охватывают три типа симметричные пространства грамм/K:^[5]

1. Некомпактный тип, когда K - максимальная компактная подгруппа некомпактной вещественной полупростой группы Ли грамм;
2. Компактный тип, когда K - подгруппа неподвижных точек автоморфизма периода два компактной полупростой группы Ли грамм;
3. Евклидов тип, когда А - конечномерное евклидово пространство с ортогональным действием K.

Теорема Картана – Хельгасона

Позволять грамм - компактная полупростая связная и односвязная группа Ли, а τ - автоморфизм периода два грамм с подгруппой неподвижной точки K = грамм^τ. В этом случае K - связная компактная группа Ли.^[5] Вдобавок пусть Т быть максимальный тор из грамм инвариантный относительно τ, такой, что Т ${displaystyle cap }$ п - максимальный тор в п, и установите^[12]

${displaystyle S=Kcap T=T^{ au }.}$

S является прямым произведением тора и элементарная абелева 2-группа.

В 1929 г. Эли Картан нашел правило для определения разложения L²(грамм/K) в прямую сумму конечномерных неприводимые представления из грамм, что было строго доказано только в 1970 г. Сигурдур Хельгасон. Потому что коммутант грамм на L²(грамм/K) коммутативно, каждое неприводимое представление появляется с кратностью единица. К Взаимность Фробениуса для компактных групп неприводимые представления V возникают именно те, которые допускают ненулевой вектор, фиксированный K.

От теория представлений компактных полупростых групп, неприводимые представления грамм классифицируются по их самый высокий вес. Это задается гомоморфизмом максимального тора Т в Т.

В Теорема Картана – Хельгасона^[13][14] утверждает, что

неприводимые представления грамм допускающий ненулевой вектор, фиксированный K в точности те со старшими весами, которые соответствуют тривиальным на S.

Соответствующие неприводимые представления называются сферические представления.

Теорема может быть доказана^[5] с использованием Разложение Ивасавы:

${displaystyle {mathfrak {g}}={mathfrak {k}}oplus {mathfrak {a}}oplus {mathfrak {n}},}$

куда ${displaystyle {mathfrak {g}}}$, ${displaystyle {mathfrak {k}}}$, ${displaystyle {mathfrak {a}}}$ усложнения Алгебры Ли из грамм, K, А = Т ${displaystyle cap }$ п и

${displaystyle {mathfrak {n}}=igoplus {mathfrak {g}}_{alpha },}$

суммированы по всем собственным подпространствам для Т в ${displaystyle {mathfrak {g}}}$ соответствующий положительные корни α не фиксируется τ.

Позволять V - сферическое представление с вектором старшего веса v₀ и K-фиксированный вектор v_K. С v₀ является собственным вектором разрешимой алгебры Ли ${displaystyle {mathfrak {a}}oplus {mathfrak {p}}}$, то Теорема Пуанкаре – Биркгофа – Витта. означает, что K-модуль, созданный v₀ это весь V. Если Q ортогональная проекция на неподвижные точки K в V полученные усреднением по грамм относительно Мера Хаара, следует, что

${displaystyle displaystyle {v_{K}=cQv_{0}}}$

для некоторой ненулевой константы c. Потому что v_K фиксируется S и v₀ является собственным вектором для S, подгруппа S должен на самом деле исправить v₀, эквивалентная форма условия тривиальности на S.

И наоборот, если v₀ фиксируется S, то его можно показать^[15] что матричный коэффициент

${displaystyle displaystyle {f(g)=(gv_{0},v_{0})}}$

неотрицательно на K. С ж(1)> 0, то (Qv₀, v₀)> 0 и, следовательно, Qv₀ - ненулевой вектор, фиксированный K.

Формула Хариш-Чандры

Если грамм - некомпактная полупростая группа Ли, ее максимальная компактная подгруппа K действует сопряжением на компонент п в Картановское разложение. Если А является максимальной абелевой подгруппой в грамм содержалась в п, тогда А диффеоморфна своей алгебре Ли при экспоненциальная карта и, как дальнейшее обобщение из полярное разложение матриц, каждый элемент п сопряжен под K к элементу А, так что^[16]

грамм =КАК.

Также есть связанный Разложение Ивасавы

грамм =KAN,

куда N - замкнутая нильпотентная подгруппа, диффеоморфная своей алгебре Ли при экспоненциальном отображении и нормированная на А. Таким образомS=AN закрытый разрешимая подгруппа из грамм, то полупрямой продукт из N к А, и грамм = KS.

Если α в Hom (А,Т) это персонаж из А, то α продолжается до характера S, определив его тривиальным на N. Есть соответствующий унитарный индуцированное представление σ из грамм на L²(грамм/S) = L²(K),^[17] так называемый (сферическое) представление главной серии.

Это представление можно явно описать следующим образом. В отличие от грамм и K, разрешимая группа Ли S не унимодулярный. Позволять dx обозначим левоинвариантную меру Хаара на S и Δ_S то модульная функция из S. потом^[5]

${displaystyle int _{G}f(g),dg=int _{S}int _{K}f(xcdot k),dx,dk=int _{S}int _{K}f(kcdot x)Delta _{S}(x),dx,dk.}$

Представление основной серии σ реализуется на L²(K) в качестве^[18]

${displaystyle (sigma (g)xi )(k)=alpha ^{prime }(g^{-1}k)^{-1},xi (U(g^{-1}k)),}$

куда

${displaystyle g=U(g)cdot X(g)}$

является разложением Ивасавы грамм с U(грамм) в K и Икс(грамм) в S и

${displaystyle alpha ^{prime }(kx)=Delta _{S}(x)^{1/2}alpha (x)}$

за k в K и Икс в S.

Представление σ неприводимо, так что если v обозначает постоянную функцию 1 на K, фиксируется K,

${displaystyle varphi _{alpha }(g)=(sigma (g)v,v)}$

определяет зональную сферическую функцию грамм.

Вычисление внутреннего продукта выше приводит к Формула Хариш-Чандры для зональной сферической функции

${displaystyle varphi _{alpha }(g)=int _{K}alpha ^{prime }(gk)^{-1},dk}$

как интеграл по K.

Хариш-Чандра доказал, что эти зональные сферические функции исчерпывают характеры C * алгебра генерируется C_c(K грамм / K) действуя по правому свёртке на L²(грамм / K). Он также показал, что два разных символа α и β дают одну и ту же зональную сферическую функцию тогда и только тогда, когда α = β ·s, куда s находится в Группа Вейля из А

${displaystyle W(A)=N_{K}(A)/C_{K}(A),}$

частное от нормализатор из А в K своим централизатор, а конечная группа отражений.

Это также можно проверить напрямую^[2] что эта формула определяет зональную сферическую функцию без использования теории представлений. Доказательство для общих полупростых групп Ли того факта, что каждая зональная сферическая формула возникает таким образом, требует подробного изучения грамм-инвариантные дифференциальные операторы на грамм/K и их одновременное собственные функции (Смотри ниже).^[4][5] В случае комплексных полупростых групп Хариш-Чандра и Феликс Березин независимо понял, что формула значительно упрощается и может быть доказана более прямо.^{[5][19][20][21][22]}

Остальные положительно определенные зональные сферические функции задаются формулой Хариш-Чандры с α в Hom (А,C*) вместо Hom (А,Т). Разрешены только определенные α, и соответствующие неприводимые представления возникают как аналитические продолжения сферической главной серии. Это так называемый "дополнительная серия "был впервые изучен Баргманн (1947) за грамм = SL (2,р) и Хариш-Чандра (1947) и Гельфанд и Наймарк (1947) за грамм = SL (2,CВпоследствии, в 1960-х годах, строительство дополнительная серия путем аналитического продолжения сферической главной серии был систематически развит для общих полупростых групп Ли Рэем Кунце, Элиас Штайн и Бертрам Костант.^[23][24][25] Поскольку эти неприводимые представления не являются закаленный, они обычно не требуются для гармонического анализа на грамм (или же грамм / K).

Собственные функции

Хариш-Чандра доказал^[4][5] что зональные сферические функции можно охарактеризовать как нормированные положительно определенные K-инвариантные функции на грамм/K которые являются собственными функциями D(грамм/K), алгебра инвариантных дифференциальных операторов на грамм. Эта алгебра действует на грамм/K и коммутирует с естественным действием грамм по левому переводу. Его можно отождествить с подалгеброй универсальная обертывающая алгебра из грамм фиксируется под сопряженное действие из K. Что касается коммутанта грамм на L²(грамм/K) и соответствующей алгебры Гекке эта алгебра операторов есть коммутативный; на самом деле это подалгебра алгебра измеримых операторов аффилированный с коммутантом π (грамм) ', абелева алгебра фон Неймана. Как доказал Хариш-Чандра, он изоморфен алгебре W(А) -инвариантные многочлены на алгебре Ли А, который сам по себе кольцо многочленов посредством Теорема Шевалле – Шепарда – Тодда. на полиномиальных инвариантах конечные группы отражений. Простейший инвариантный дифференциальный оператор на грамм/K это Оператор лапласа; с точностью до знака этот оператор является просто образом под π Оператор Казимира в центре универсальной обертывающей алгебры грамм.

Таким образом, нормализованный положительно определенный K-биинвариантная функция ж на грамм является зональной сферической функцией тогда и только тогда, когда для каждого D в D(грамм/K) существует постоянная λ_D такой, что

${displaystyle displaystyle pi (D)f=lambda _{D}f,}$

т.е. ж это одновременный собственная функция операторов π (D).

Если ψ - зональная сферическая функция, то, рассматриваемая как функция на грамм/K, это собственная функция лапласианта, эллиптический дифференциальный оператор с настоящий аналитик коэффициенты. К аналитическая эллиптическая регулярность, ψ - вещественная аналитическая функция на грамм/K, и поэтому грамм.

Хариш-Чандра использовал эти факты о структуре инвариантных операторов, чтобы доказать, что его формула дает все зональные сферические функции для вещественных полупростых групп Ли.^[26][27][28] Действительно, коммутативность коммутанта означает, что все одновременные собственные подпространства алгебры инвариантных дифференциальных операторов имеют размерность один; и полиномиальная структура этой алгебры заставляет одновременные собственные значения быть в точности теми, которые уже связаны с формулой Хариш-Чандры.

Пример: SL (2, C)

Смотрите также: SL (2, С); Представления группы Лоренца.; и Спектральная теория обыкновенных дифференциальных уравнений

Группа грамм = SL (2,C) это комплексирование из компактная группа Ли K = SU (2) и двойная крышка из Группа Лоренца. Бесконечномерные представления группы Лоренца впервые были изучены Дирак в 1945 году, которые считали дискретная серия представления, которые он назвал экспансоры. Вскоре после этого к систематическому исследованию приступили Хариш-Чандра, Гельфанд-Наймарк и Баргманн. Неприводимые представления первого класса, соответствующие зональным сферическим функциям, могут быть легко определены с помощью радиальной компоненты Оператор лапласа.^[5]

Действительно, любая унимодулярная комплексная матрица 2 × 2 грамм допускает уникальный полярное разложение грамм = pv с v унитарный и п положительный. В очередип = uau*, с ты унитарный и а диагональная матрица с положительными элементами. Таким образом грамм = уау с ш = ты* v, так что любой K-биинвариантная функция на грамм соответствует функции диагональной матрицы

${displaystyle a={egin{pmatrix}e^{r/2}&0�&e^{-r/2}end{pmatrix}},}$

инвариантен относительно группы Вейля. Идентификация грамм/K с гиперболическим 3-пространством зональные гиперболические функции ψ соответствуют радиальным функциям, которые являются собственными функциями лапласиана. Но по радиальной координате р, лапласиан задается формулой^[29]

${displaystyle L=-partial _{r}^{2}-2coth rpartial _{r}.}$

Параметр ж(р) = sh (р) · Ψ (р), следует, что ж является нечетная функция из р и собственная функция ${displaystyle partial _{r}^{2}}$.

Следовательно

${displaystyle varphi (r)={sin(ell r) over ell sinh r}}$

куда ${displaystyle ell }$ реально.

Аналогичное элементарное лечение обобщенные группы Лоренца ТАК(N, 1) в Такахаши (1963) и Фараут и Кораньи (1994) (напомним, что SO⁰(3,1) = SL (2,C) / ± I).

Сложный случай

Если грамм комплексная полупростая группа Ли, это комплексирование своей максимальной компактной подгруппы K. Если ${displaystyle {mathfrak {g}}}$ и ${displaystyle {mathfrak {k}}}$ их алгебры Ли, то

${displaystyle {mathfrak {g}}={mathfrak {k}}oplus i{mathfrak {k}}.}$

Позволять Т быть максимальный тор в K с алгеброй Ли ${displaystyle {mathfrak {t}}}$. потом

${displaystyle A=exp i{mathfrak {t}},,,P=exp i{mathfrak {k}}.}$

Позволять

${displaystyle W=N_{K}(T)/T}$

быть Группа Вейля из Т в K. Вызов персонажей в Hom (Т,Т) называются веса и могут быть идентифицированы с элементами весовая решетка Λ inHom (${displaystyle {mathfrak {t}}}$, р) = ${displaystyle {mathfrak {t}}^{*}}$. Существует естественный порядок весов и всякого конечномерного неприводимого представления (π, V) из K имеет единственный старший вес λ. Вес присоединенное представительство из K на ${displaystyle {mathfrak {k}}ominus {mathfrak {t}}}$ называются корнями, а ρ используется для обозначения половины суммы положительные корни α, Формула характера Вейля утверждает, что для z = exp Икс в Т

${displaystyle displaystyle chi _{lambda }(e^{X})equiv {m {Tr}},pi (z)=A_{lambda +ho }(e^{X})/A_{ho }(e^{X}),}$

где для μ в ${displaystyle {mathfrak {t}}^{*}}$, А_μ обозначает антисимметричность

${displaystyle displaystyle A_{mu }(e^{X})=sum _{sin W}varepsilon (s)e^{imu (sX)},}$

а ε обозначает знаковый персонаж из конечная группа отражений W.

Формула знаменателя Вейля выражает знаменатель А_ρ как продукт:

${displaystyle displaystyle A_{ho }(e^{X})=e^{iho (X)}prod _{alpha >0}(1-e^{-ialpha (X)}),}$

где произведение находится над положительными корнями.

Формула размерности Вейля утверждает, что

${displaystyle displaystyle chi _{lambda }(1)equiv {m {dim}},V={prod _{alpha >0}(lambda +ho ,alpha ) over prod _{alpha >0}(ho ,alpha )}.}$

где внутренний продукт на ${displaystyle {mathfrak {t}}^{*}}$ это связано с Форма убийства на ${displaystyle {mathfrak {k}}}$.

Сейчас же

• каждое неприводимое представление K голоморфно продолжается до комплексификации грамм
• всякий неприводимый характер χ_λ(k) из K голоморфно продолжается до комплексификации K и ${displaystyle {mathfrak {t}}^{*}}$.
• для любого λ из Hom (А,Т) = ${displaystyle i{mathfrak {t}}^{*}}$, существует зональная сферическая функция φ_λ.

В Формула Березина – Хариш – Чандры^[5] утверждает, что для Икс в ${displaystyle i{mathfrak {t}}}$

${displaystyle varphi _{lambda }(e^{X})={chi _{lambda }(e^{X}) over chi _{lambda }(1)}.}$

Другими словами:

• зональные сферические функции на комплексной полупростой группе Ли задаются аналитическим продолжением формулы для нормированных характеров.

Одно из самых простых доказательств^[30] этой формулы включает радиальный компонент на А лапласиана на грамм, доказательство, формально параллельное переработке Хельгасоном Freudenthal классическое доказательство Формула характера Вейля, используя радиальную составляющую на Т лапласиана на K.^[31]

В последнем случае функции класса на K можно отождествить с W-инвариантные функции на Т. Радиальная составляющая Δ_K на Т есть просто выражение для ограничения Δ_K к W-инвариантные функции на Т, где она определяется формулой

${displaystyle displaystyle Delta _{K}=h^{-1}circ Delta _{T}circ h+|ho |^{2},}$

куда

${displaystyle displaystyle h(e^{X})=A_{ho }(e^{X})}$

за Икс в ${displaystyle {mathfrak {t}}}$. Если χ - характер со старшим весом λ, то φ = час· Χ удовлетворяет

${displaystyle Delta _{T}varphi =(|lambda +ho |^{2}-|ho |^{2})varphi .}$

Таким образом, для любого веса μ с ненулевым Коэффициент Фурье в φ,

${displaystyle displaystyle |lambda +ho |^{2}=|mu +ho |^{2}.}$

Классический аргумент Фройденталя показывает, что μ + ρ должно иметь вид s(λ + ρ) для некоторого s в W, поэтому формула характера следует из антисимметрии φ.

по аналогии K-биинвариантные функции на грамм можно отождествить с W(А) -инвариантные функции на А. Радиальная составляющая Δ_грамм на А есть просто выражение для ограничения Δ_грамм к W(А) -инвариантные функции на АОн задается формулой

${displaystyle displaystyle Delta _{G}=H^{-1}circ Delta _{A}circ H-|ho |^{2},}$

куда

${displaystyle displaystyle H(e^{X})=A_{ho }(e^{X})}$

за Икс в ${displaystyle i{mathfrak {t}}}$.

Формула Березина – Хариш – Чандры для зональной сферической функции φ может быть получена путем введения антисимметричной функции

${displaystyle displaystyle f=Hcdot varphi ,}$

которая является собственной функцией лапласиана ∆_А. С K порождается копиями подгрупп, которые являются гомоморфными образами SU (2), соответствующими простые корни, его комплексирование грамм порождается соответствующими гомоморфными образами SL (2,C). Формула для зональных сферических функций SL (2,C) следует, что ж это периодическая функция на ${displaystyle i{mathfrak {t}}}$ в отношении некоторых подрешетка. Антисимметрия по группе Вейля и аргумент Фрейденталя снова подразумевают, что ψ должен иметь указанную форму с точностью до мультипликативной константы, которая может быть определена с помощью формулы размерности Вейля.

Пример: SL (2, R)

Смотрите также: SL (2, R); Теория представлений SL2 (R); и Спектральная теория обыкновенных дифференциальных уравнений

Теория зональных сферических функций для SL (2,р) возникла в результате работы Mehler в 1881 г. по гиперболической геометрии. Он открыл аналог теоремы Планшереля, который был переоткрыт Фоком в 1943 году. Соответствующее разложение по собственным функциям называется Преобразование Мелера – Фока. Уже в 1910 году он был поставлен на прочную основу. Герман Вейль важная работа над спектральная теория обыкновенных дифференциальных уравнений. Радиальная часть лапласиана в этом случае приводит к гипергеометрическое дифференциальное уравнение, теория которого подробно изложена Вейлем. Подход Вейля впоследствии был обобщен Хариш-Чандрой для изучения зональных сферических функций и соответствующей теоремы Планшереля для более общих полупростых групп Ли. Следуя работе Дирака о представлениях SL (2,р), общая теория унитарных неприводимых представлений SL (2,р) был разработан независимо Баргманном, Хариш-Чандрой и Гельфандом-Наймарком. Неприводимые представления первого класса или, что эквивалентно, теория зональных сферических функций, составляют важный частный случай этой теории.

Группа грамм = SL (2,р) это двойная крышка трехмерного Группа Лоренца SO (2,1), группа симметрии из гиперболическая плоскость с этими Метрика Пуанкаре. Он действует Преобразования Мебиуса. Верхнюю полуплоскость можно идентифицировать с единичным диском по Преобразование Кэли. Под этой идентификацией грамм отождествляется с группой SU (1,1), также действующей преобразованиями Мёбиуса. Потому что действие переходный, оба пространства можно отождествить с грамм/K, куда K = ТАК (2). Метрика инвариантна относительно грамм а ассоциированный лапласиан равен грамм-инвариантный, совпадающий с изображением Оператор Казимира. В модели верхней полуплоскости лапласиан задается формулой^[5][6]

${displaystyle displaystyle Delta =-4y^{2}(partial _{x}^{2}+partial _{y}^{2}).}$

Если s это комплексное число и z = х + я у с у > 0 функция

${displaystyle displaystyle f_{s}(z)=y^{s}=exp({s}cdot log y),}$

является собственной функцией Δ:

${displaystyle displaystyle Delta f_{s}=4s(1-s)f_{s}.}$

Поскольку Δ коммутирует с грамм, любой левый перевод ж_s также является собственной функцией с тем же собственным значением. В частности, усреднение по K, функция

${displaystyle varphi _{s}(z)=int _{K}f_{s}(kcdot z),dk}$

это K-инвариантная собственная функция Δ на грамм/K. Когда

${displaystyle displaystyle s={1 over 2}+i au ,}$

с вещественным τ эти функции дают все зональные сферические функции на грамм. Как и в случае более общей формулы Хариш-Чандры для полупростых групп Ли, φ_s является зональной сферической функцией, потому что это матричный коэффициент, соответствующий вектору, фиксированному K в основная серия. Существуют различные аргументы, доказывающие, что других нет. Один из самых простых классических Алгебраический аргументы^{[5][6][32][33][34]} следует отметить, что, поскольку Δ - эллиптический оператор с аналитическими коэффициентами, в силу аналитической эллиптической регулярности любая собственная функция обязательно является вещественно-аналитической. Следовательно, если зональная сферическая функция соответствует матричному коэффициенту для вектора v и представление σ, вектор v является аналитический вектор за грамм и

${displaystyle displaystyle (sigma (e^{X})v,v)=sum _{n=0}^{infty }(sigma (X)^{n}v,v)/n!}$

за Икс в ${displaystyle i{mathfrak {t}}}$. Инфинитезимальная форма неприводимых унитарных представлений с вектором, фиксированным K были разработаны Баргманном в классическом стиле.^[32][33] Они в точности соответствуют основной серии SL (2,р). Отсюда следует, что зональная сферическая функция соответствует представлению главной серии.

Еще один классический аргумент^[35] продолжается, показывая, что на радиальных функциях лапласиан имеет вид

${displaystyle displaystyle Delta =-partial _{r}^{2}-coth(r)cdot partial _{r},}$

так что в зависимости от р, зональная сферическая функция φ (р) должен удовлетворять обыкновенное дифференциальное уравнение

${displaystyle displaystyle varphi ^{prime prime }+coth r,varphi ^{prime }=alpha ,varphi }$

для некоторой постоянной α. Замена переменных т = зп р преобразует это уравнение в гипергеометрическое дифференциальное уравнение. Общее решение с точки зрения Функции Лежандра комплексного индекса определяется выражением^[2][36]

${displaystyle varphi (r)=P_{ho }(cosh r)={1 over 2pi }int _{0}^{2pi }(cosh r+sinh r,cos heta )^{ho },d heta ,}$

где α = ρ (ρ + 1). Дальнейшие ограничения на ρ наложены ограниченностью и положительной определенностью зональной сферической функции на грамм.

Существует еще один подход Могенса Фленстеда-Йенсена, который выводит свойства зональных сферических функций на SL (2,р), включая формулу Планшереля, из соответствующих результатов для SL (2,C), которые являются простыми следствиями формулы Планшереля и формулы обращения Фурье для р. Этот «метод спуска» работает в более общем плане, позволяя получить результаты для реальной полупростой группы Ли путем спуска из соответствующих результатов для ее комплексификации.^[37][38]

Дальнейшие направления

• Теория зональных функций, которые не обязательно являются положительно определенными. Они задаются теми же формулами, что и выше, но без ограничений на комплексный параметр s или ρ. Они соответствуют неунитарным представлениям.^[5]
• Разложение по собственным функциям Хариш-Чандры и формула обращения сферических функций.^[39] Это важный частный случай его Теорема Планшереля для вещественных полупростых групп Ли.
• Структура алгебры Гекке. Хариш-Чандра и Годеман доказали, что как сверточные алгебры существуют естественные изоморфизмы между C_c^∞(K грамм / K ) и C_c^∞(А)^W, подалгебра, инвариантная относительно группы Вейля.^[3] Это несложно установить для SL (2,р).^[6]
• Сферические функции для Группы евклидовых движений и компактные группы Ли.^[5]
• Сферические функции для p-адический Группы Ли. Они были подробно изучены Сатаке и Макдональд.^[40][41] Их изучение и изучение связанных с ними алгебр Гекке было одним из первых шагов в обширной теории представлений полупростых p-адических групп Ли, ключевого элемента в Программа Langlands.

Смотрите также

• Теорема Планшереля для сферических функций
• Алгебра Гекке локально компактной группы
• Представления групп Ли
• Некоммутативный гармонический анализ
• Закаленное представление
• Положительно определенная функция на группе
• Симметричное пространство
• Пара Гельфанда

Примечания

1. Если σ - унитарное представление грамм, тогда ${displaystyle sigma (f)=int _{G}f(g)sigma (g),dg}$.

Цитаты

1. Диксмье 1996, Algèbres hilbertiennes.
2. Дьедонне 1978.
3. Годеман 1952.
4. Хелгасон 2001.
5. Хельгасон 1984.
6. Lang 1985.
7. Картье 1954–1955.
8. Хохшильд 1965.
9. Дьедонне 1978 С. 55–57.
10. Дьедонне 1977.
11. Хелгасон 1978, п. 249.
12. Хелгасон 1978 С. 257–264.
13. Хельгасон 1984 С. 534–538.
14. Гудман и Уоллах 1998 С. 549–550.
15. Гудман и Уоллах 1998, п. 550.
16. Хелгасон 1978, Глава IX.
17. Хариш-Чандра 1954a, п. 251.
18. Уоллах 1973.
19. Березин 1956а.
20. Березин 1956б.
21. Хариш-Чандра 1954b.
22. Хариш-Чандра 1954c.
23. Кунце и Штейн 1961.
24. Штейн 1970.
25. Костант 1969.
26. Хариш-Чандра 1958.
27. Хелгасон 2001, страницы 418–422, 427-434
28. Хельгасон 1984, п. 418.
29. Дэвис 1990.
30. Хельгасон 1984 С. 432–433.
31. Хельгасон 1984 С. 501–502.
32. Баргманн 1947.
33. Хоу и Тан 1992.
34. Валлах 1988.
35. Хелгасон 2001, п. 405.
36. Бейтман и Эрдели, 1953 г., п. 156.
37. Фленстед-Йенсен 1978.
38. Хельгасон 1984 С. 489–491.
39. Хельгасон 1984 С. 434–458.
40. Сатаке 1963.
41. Макдональд 1971.

Источники

• Баргманн, В. (1947), "Неприводимые унитарные представления группы Лоренца", Анналы математики, 48 (3): 568–640, Дои:10.2307/1969129, JSTOR  1969129
• Барнетт, Адам; Смарт, Найджел П. (2003), «Повторение мысленного покера, в криптографии и кодировании», Конспект лекций по информатике, 2898: 370–383, Дои:10.1007/978-3-540-40974-8_29
• Бейтман, Гарри; Эрдели, Артур (1953), Высшие трансцендентные функции, Vol. я (PDF), Макгроу – Хилл, ISBN  0-07-019546-3
• Березин, Ф.А. (1956a), «Операторы Лапласа на полупростых группах» [Операторы Лапласа на полупростых группах], Доклады Академии Наук СССР, 107: 9–12.
• Березин, Ф. А. (1956b), "Представление комплексных полупростых групп Ли в банаховом пространстве", Доклады Академии Наук СССР, 110: 897–900
• Брычков, Ю. А .; Прудников, А.П. (2001) [1994], «Сферические функции», Энциклопедия математики, EMS Press
• Картье, Пьер (1954–1955), Structure topologique des groupes de Lie généraux, Exposé No. 22 (PDF), Séminaire "Sophus Lie", 1.
• Дэвис, Э. Б. (1990), Тепловые ядра и спектральная теория, Издательство Кембриджского университета, ISBN  0-521-40997-7
• Дьедонне, Жан (1977), Трактат об анализе, Vol. V, Academic Press
• Дьедонне, Жан (1978), Трактат об анализе, Vol. VI, Academic Press, ISBN  0-12-215506-8
• Дирак, П.А. (1945), «Унитарные представления группы Лоренца», Труды Королевского общества А, 183 (994): 284–295, Дои:10.1098 / RSPA.1945.0003
• Диксмье, Жак (1996), Les algèbres d'opérateurs dans l'espace hilbertien (Альгебры фон Неймана), Les Grands Classiques Gauthier-Villars., Éditions Jacques Gabay, ISBN  2-87647-012-8
• Фараут, Жак; Кораньи, Адам (1994), Анализ на симметричных конусах, Oxford Mathematical Monographs, The Clarendon Press, Oxford University Press, Нью-Йорк, ISBN  0-19-853477-9, МИСТЕР  1446489, Глава XIV.
• Фленстед-Йенсен, Могенс (1978), "Сферические функции вещественной полупростой группы Ли. Метод сведения к комплексному случаю", J. Funct. Анальный., 30: 106–146, Дои:10.1016/0022-1236(78)90058-7
• Гельфанд, И.; Наймарк, М.А. (1947), «Унитарные представления группы Лоренца», Изв. Акад. АН СССР, Сер. Мат., 37: 411–504
• Гельфанд, И.; Наймарк, М.А. (1948), «Аналог теоремы Планшереля для комплексной унимодулярной группы», Доклады Академии Наук СССР, 63: 609–612
• Гельфанд, И.; Наймарк, М.А. (1952), «Унитарные представления унимодулярной группы, содержащие единичное представление унитарной подгруппы», Труды Москвы. Мат. Obšč., 1: 423–475
• Годеман, Роджер (1952), "Теория сферических функций. I", Труды Американского математического общества, 73 (3): 496–556, Дои:10.2307/1990805, JSTOR  1990805
• Гудман, Роу; Уоллах, Нолан (1998), Представления и инварианты классических групп., Издательство Кембриджского университета, ISBN  0-521-66348-2
• Хариш-Чандра (1947), "Бесконечные неприводимые представления группы Лоренца", Труды Королевского общества А, 189 (1018): 372–401, Дои:10.1098 / RSPA.1947.0047
• Хариш-Чандра (1954a), "Представления полупростых групп Ли. II", Пер. Амер. Математика. Soc., 76 (1): 26–65, Дои:10.2307/1990743, JSTOR  1990743
• Хариш-Чандра (1954b), "Представления полупростых групп Ли. III", Пер. Амер. Математика. Soc., 76 (2): 234–253, Дои:10.2307/1990767, JSTOR  1990767 (Упрощение формулы для комплексных полупростых групп Ли)
• Хариш-Чандра (1954c), "Формула Планшереля для комплексных полупростых групп Ли", Пер. Амер. Математика. Soc., 76 (3): 485–528, Дои:10.2307/1990793, JSTOR  1990793, PMID  16589034 (Второе доказательство формулы для комплексных полупростых групп Ли)
• Хариш-Чандра (1958), "Сферические функции на полупростой группе Ли I, II", Амер. J. Math., 80 (2): 241–310, 553–613, Дои:10.2307/2372786, JSTOR  2372786, ЧВК  528464, PMID  16590028 (Определение меры Планшереля)
• Хельгасон, Сигурдур (1978), Дифференциальная геометрия, группы Ли и симметрические пространства, Academic Press, ISBN  0-12-338460-5
• Хельгасон, Сигурдур (1984), Группы и геометрический анализ: интегральная геометрия, инвариантные дифференциальные операторы и сферические функции, Academic Press, ISBN  0-12-338301-3 - через Интернет-архив
• Хельгасон, Сигурдур (2001), Дифференциальная геометрия и симметричные пространства (перепечатка 1962 г.), Американское математическое общество, ISBN  0-8218-2735-9
• Хохшильд, Герхард П. (1965), Строение групп Ли, Холден – Дэй
• Хау, Роджер; Тан, Энг-чье (1992), Неабелев гармонический анализ: приложения SL (2,р), Universitext, Springer-Verlag, ISBN  0-387-97768-6
• Костант, Бертрам (1969), «О существовании и неприводимости некоторых серий представлений», Бык. Амер. Математика. Soc., 75 (4): 627–642, Дои:10.1090 / S0002-9904-1969-12235-4
• Кунце, Раймонд А.; Штейн, Элиас М. (1961), «Аналитическое продолжение основной серии», Бык. Амер. Математика. Soc., 67 (6): 593–596, Дои:10.1090 / S0002-9904-1961-10705-2
• Ланг, Серж (1985), SL (2,р), Тексты для выпускников по математике, 105, Springer-Verlag, ISBN  0-387-96198-4
• Макдональд, Ян Г. (1971), Сферические функции на группе p-адического типа., Publ. Рамануджанский институт, 2, Мадрасский университет
• Сатаке, И. (1963), «Теория сферических функций на редуктивных алгебраических группах над p-адическими полями», Publ. Математика. IHES, 18: 5–70, Дои:10.1007 / bf02684781, S2CID  4666554
• Штейн, Элиас М. (1970), «Аналитическое продолжение представлений групп», Успехи в математике, 4 (2): 172–207, Дои:10.1016/0001-8708(70)90022-8
• Такахаши, Р. (1963), "Sur les représentations unitaires des groupes de Lorentz généralisés", Бык. Soc. Математика. Франция, 91: 289–433, Дои:10.24033 / bsmf.1598
• Уоллах, Нолан (1973), Гармонический анализ на однородных пространствах, Марсель Декер, ISBN  0-8247-6010-7
• Уоллах, Нолан (1988), Действительные редуктивные группы I, Academic Press, ISBN  0-12-732960-9 - через Интернет-архив

внешняя ссылка

• Кассельман, Уильям, Примечания к сферическим функциям (PDF)