完备Witt李代数的1/2-导子及转置泊松结构

张雯婷 ,  吴鹤楠

山西大学学报(自然科学版) ›› 2026, Vol. 49 ›› Issue (1) : 71 -77.

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山西大学学报(自然科学版) ›› 2026, Vol. 49 ›› Issue (1) : 71 -77. DOI: 10.13451/j.sxu.ns.2024017
基础数学与应用数学

完备Witt李代数的1/2-导子及转置泊松结构

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1/2-Derivations and Transposed Poisson Structures on the Completed Witt Lie Algebra

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摘要

完备Witt李代数L^是由形式幂级数代数的导子构成的李代数。我们确定了L^的所有1/2-导子,证明了L^有非平凡的转置泊松结构,并且给出了L^的转置泊松结构的乘法的一般形式为i=-1xiLij=-1yjLj=q=-1ijxiyjaq-i-jLq,其中,a1,a2,C对广义的完备Witt 李代数也得到了类似的结果。

Abstract

The completed Witt Lie algebra L^ is a Lie algebra consisting of derivations of the algebra of formal series. We determine all 1/2-derivations of L^. We prove transposed Poisson structures of L^ are nontrivial, and the general form of multiplication of transposed Poisson structures of L^ is i=-1xiLij=-1yjLj=q=-1ijxiyjaq-i-jLq,where a1,a2,C. Similar results are also obtained for the generalized completed Witt Lie algebra.

关键词

完备Witt李代数 / 广义完备Witt李代数 / 1/2-导子 / 转置泊松结构

Key words

completed Witt Lie algebra / generalized completed Witt Lie algebra / 1/2-derivation / transposed Poisson structure

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张雯婷,吴鹤楠. 完备Witt李代数的1/2-导子及转置泊松结构[J]. 山西大学学报(自然科学版), 2026, 49(1): 71-77 DOI:10.13451/j.sxu.ns.2024017

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泊松代数起源于20世纪70年代的泊松几何,从那时起,泊松代数已经在数学和物理的几个领域显示了它的重要性,如泊松流形,代数几何,量子化理论,量子群和量子力学。许多学者对泊松代数及其相关的代数结构进行了深入的研究,例如generic Poisson代数1,Novikov-Poisson代数2,quiver Poisson代数3。当下研究具有固定李代数上的所有可能的泊松结构是泊松代数理论中的热门课题,学者们研究了oscillator李代数4,有限维半单李代数及Kac-Moody代数5的泊松结构。

近年,Bai等通过交换定义泊松代数的莱布尼茨规则中两个二元运算的角色,引入了泊松代数的对偶概念,称为转置泊松代数6。研究具有固定李代数上的所有可能的转置泊松结构有助于理解一般的转置泊松代数的结构问题。为了研究固定李代数上的所有可能的转置泊松结构,Ferreira等7引出了1/2-导子的定义,他们指出转置泊松代数的每个左乘算子都是相应李代数上的1/2-导子,从而可以利用李代数的1/2-导子去确定它上面的转置泊松结构。之后学者们根据李代数的1/2-导子与转置泊松代数之间的关系,研究了具有固定李代数的转置泊松结构。这些学者们发现了一些李代数没有非平凡的转置泊松结构,例如,Yuan,Hua8研究了twisted Heisenberg-Virasoro代数,Schrödinger-Virasoro代数,扩张的Schrödinger-Virasoro代数,twisted Schrödinger-Virasoro代数的转置泊松结构,发现了这些李代数没有非平凡的1/2-导子,所以这些李代数上没有非平凡的转置泊松结构。Kaygorodov等9对伽利略型李代数上的转置泊松结构进行了研究,Kaygorodov等证明了伽利略型李代数没有非平凡的1/2-导子,所以伽利略型李代数上没有非平凡的转置泊松结构。而一些李代数上有非平凡的转置泊松结构,例如,Kaygorodov等10对block李(超)代数上的转置泊松结构进行了研究,证明了block李(超)代数上有非平凡的转置泊松结构。Witt类代数是一类重要的李代数,最早Ferreira等7研究了Witt代数和Virasoro代数上的所有转置泊松结构,发现了Witt代数上有非平凡的转置泊松结构,Virasoro代数上没有非平凡的1/2-导子,所以没有非平凡的转置泊松结构。之后Kaygorodov等11研究了Witt型李代数上的转置泊松结构,发现了当fΓ=1时,Witt型李代数上没有非平凡的1/2-导子,所以没有非平凡的转置泊松结构,当fΓ2时,Witt型李代数上有非平凡的转置泊松结构。完备Witt李代数是经典Witt代数的一种推广,它是一元形式幂级数代数C[[t]]的导子代数。在本文中,我们想要研究完备Witt李代数的转置泊松结构,进而更清楚地了解Witt类代数上的转置泊松代数结构。

本篇论文有以下几个部分构成,第1节介绍了转置泊松代数、1/2-导子、完备Witt李代数及广义完备Witt李代数的定义。第2节计算了完备Witt李代数的1/2-导子并且研究了它的转置泊松结构,第3节计算了广义完备Witt李代数的1/2-导子并且研究了它的转置泊松结构,第4节进行总结。

1 基本概念

在这一节中我们给出了转置泊松代数的定义,1/2-导子的定义,以及完备Witt李代数、广义完备Witt李代数的定义。

定义16L是带有两个乘法运算·和[,]的线性空间,并且满足三个条件:

(1) L,是一个交换结合代数,

(2) L,[,]是一个李代数,

(3) 对x,y,zL

2z[x,y=zx,y]+[x,zy],

则称L,[,]是一个转置泊松代数。

定义27L,[,]是一个李代数,并且ϕL的线性变换。若

ϕ[x,y]=12ϕ(x),y+[x,ϕ(y)]

ϕ被称为是L的1/2-导子,L的所有1/2-导子构成的线性空间记为Der12L

L,[,]是一个转置泊松代数,对任意xL,左乘变换

Lx:yxy,yL

L,[,]的1/2-导子。

众所周知,单边Witt代数W1+是一元多项式代数C[t]的导子代数,即W1+=DerC[t]=C[t]ddt若令Li=ti+1ddt,W1+具有一组基为Li|iZ,i-1,括积运算为[Li,Lj]=(j-i)Li+j。类似地也可以考虑一元形式幂级数代数C[[t]]的导子,那么就会得到完备Witt李代数的定义。

定义312 完备Witt李代数L^是一元形式幂级数代数C[[t]]的导子代数,简单计算可知DerC[[t]]=C[[t]]ddtLi=ti+1ddt,那么L^是由元素i=-1aiLi构成的不可数维的线性空间,可以推出括积运算为

i=-1aiLi,j=-1bjLj=k=-1j=-1k+1(2j-k)ak-jbjLk

上述是经典的完备Witt 李代数的定义,还可以推广这个概念,定义L˜为所有下截断的形式幂级数

iZaiLi,mZ,ai=0,i<m

构成的李代数,其括积由下式给出

iaiLi,jbjLj=kj2j-kak-jbjLk

我们称L˜为广义的完备Witt 李代数。

2 完备Witt李代数L^的1/2-导子及转置泊松结构

这节将计算Der12L^首先注意到Li|iZ,i-1并不是L^的一组基,L^上的一般的线性变换在所有Li,i-1上的取值并不能确定这个线性变换。文献[12]证明了L^的导子由其在Li,i-1上的取值完全确定。这个结论也可以推广到1/2-导子上来。

引理1DDer12L^,使得D(Li)=0,i-1,那么D=0

证明x=i=-1aiLiL^,假设D(x)=i=-1biLi,接下来计算bi0,其中i0-1,取N>i0+1,然后得到

D(x)=Di=-1aiLi=Di=-1N-2aiLi+i=N-1aiLi=Di=N-1aiLi=
Di=-1ai+NLi+N=DLN,iNai+Ni-NLi+a2NL2N=12LN,DiNai+Ni-NLi

DiNai+Ni-NLi=i=-1ciLi,然后得到i=-1biLi=12LN,i=-1ciLi=12i=-1ci(i-N)Li+N,这表明bi0=0。因为i0是任意取的,所以得到D(x)=0

DDer12L^,并且有

D(Li)=j=-1aj,iLj,

其中aj,iCak=ak,0,k-1,约定ak=0,k<-1我们将计算aj,i,i,j-1为了下面讨论中的式子写起来简单可以约定aj,i=0,j<-1

引理2 对任意的j,m-1,aj,m=aj-m

证明 因为Lm,Li=(i-m)Lm+i,D作用在上式可以得到

2(i-m)j=-1aj,m+iLj=j=-1aj,m(i-j)Li+j+j=-1aj,i(j-m)Lm+j

比较Lj前面的系数得到,

2(i-m)aj,m+i=(2i-j)aj-i,m-(2m-j)aj-m,i,m,j,i-1

公式(4)中令i=0得到(2m-j)aj,m=(2m-j)aj-m,0,当j2m时,有

aj,m=aj-m,0

下面计算a2m,m。只需考虑m>0,在公式(4)中令j=5m,i=3m,有

4ma5m,4m=ma2m,m+3ma4m,3m

根据公式(5)得到a5m,4m=a4m,3m=am,0,将式子代入公式(6)得到a2m,m=am,0。综上所述aj,m=aj-m

引理3a-1=0

证明公式(4)中,令j=-1,i=1,m=-1得到4a-1,0=3a-2,-1+a0,1,又因为a-2,-1=0,可以得到3a-1,0=0,所以a-1=0

由引理2与引理3可得到D(Li)=k=0akLi+k,i-1

相反,对任意的一组复数ai,i0,我们定义

D'i=-1xiLi=t=-1i=-1txiat-iLt

容易看出,D'L^的一个线性变换。特别地,对任意i-1,D'Li=t=-1at-iLt=k=0akLi+k=DLi

引理4D'Der12L^,从而D=D'

证明 根据式(1)得到

2D'i=-1xiLi,j=-1yjLj=2D'i=-1j=-1i2j-ixi-jyjLj=t=-1i=-1tj=-1i4j-2ixi-jyjat-iLt
D'i=-1xiLi,j=-1yjLj=t=-1i=-1tj=-1i2j-txi-jyjat-iLt
i=-1xiLi,D'j=-1yjLj=t=-1i=-1tj=-1it-2i+2jxi-jyjat-iLt

根据式(7)式(9)然后可以得到

2D'i=-1xiLi,j=-1yjLj=D'i=-1xiLi,j=-1yjLj+i=-1xiLi,D'j=-1yjLj

根据定义2推出D'Der12L^因为DDer12L^,所以D-D'Der12L^,根据引理1可以得到D-D'=0,也就是D=D'

N表示自然数的集合,CN表示从NC的所有函数构成的线性空间,即

CN=a0,a1,,am,|aiC

命题1 作为线性空间,Der12L^CN

证明 由引理1、2、3、4可以得到每一个D都与线性空间CN中的一个向量一一对应。这里DDer12L^a0,a1,,am,CN。所以Der12L^CN

定理1 完备Witt李代数L^的转置泊松结构是非平凡的,L^的转置泊松结构的乘法的一般形式为

i=-1xiLij=-1yjLj=q=-1ijxiyjaq-i-jLq

其中a1,a2,C

证明𝒯L^上的一个转置泊松代数,Di表示左乘Li这个变换,由命题1知存在ak,iC,kN使得

Di(Lj)=k0ak,iLj+k,j-1

由乘法的交换律知DjLi=LiLj=LjLi=DiLj。当i≥0时,由D0Li=LiL0=L0Li=DiL0

am,i=am-i,0mi0m<i

i=-1时,由D0L-1=L-1L0=D-1L0,得k0ak,0L-1+k=k0ak,-1Lk,根据上式比较基 Lm前的系数得到am,-1=am+1,0,比较基L-1前的系数得到a0,0=0。令ak=ak,0

LiLj=k=1akLi+j+k

根据引理4得到i=-1xiLiLj=Dji=-1xiLi=t=-1ixiat-i-jLt,同理根据引理4将j=-1yjLj看成一个整体,得到

i=-1xiLij=-1yjLj=j=-1yjLji=-1xiLi=q=-1ijxiyjaq-i-jLq

可以验证这样定义的乘法符合转置泊松代数的要求。

3 广义完备Witt李代数L˜的1/2-导子及转置泊松结构

这节将计算Der12(L˜)。首先注意到对任意的iZ,LiL˜。但Li|iZ并不是L˜的一组基,L˜上的线性变换在所有Li,iZ上的取值并不能确定这个线性变换。但是,下面的结论实际上告诉我们,L˜的1/2-导子由其Li,iZ上的取值完全确定。

引理5DDer12(L˜),使得D(Li)=0,i-1,那么D=0

证明 对任意的x=iaiLiL˜,D(x)=jbjLj对任意的NZ,令xN=x-a2NL2N=i2NaiLi,则DxN=Dx-a2NDL2N=DxzN=iNaii-NLi,LN,zN=xNDDer12L˜,DLN=0

2Dx=2DxN=LN,DzN

由此可推断出Dx不含L2N的项,即b2N=0,NZ从而可以得到对任意的xL˜,Dx只含奇数下标的项。在式(11)中令N=12Dx=L1,Dz1比较左右两边项的奇偶性可得Dx=0

DDer12L˜,并且有

D(Li)=jaj,iLj,

其中aj,iCak=ak,0,kZ,类似于完备Witt李代数L^的情形,也可以证明

aj,m=aj-m,j,mZ,

并且

DixiLi=tixiat-iLt

V表示从ZC的下截断函数构成的线性空间,即

V=,ai-1,ai,ai+1,|aiC,mZ,aj=0,jm

由引理5及以上结论可完全确定Der12L˜。类似于命题1的证明可得。

命题2 作为线性空间Der12L˜V

定理2 广义完备Witt李代数L˜的转置泊松结构是非平凡的,L˜的转置泊松结构的乘法的一般形式为

ixiLijyjLj=qijxiyjaq-i-jLq

其中,ak,V

证明𝒯L˜上的一个转置泊松代数,类似定理1的证明可推出存在a=,ak,V使得

LiLj=kakLi+j+k

并且

ixiLijyjLj=jyjLjixiLi=qijxiyjaq-i-jLq

可以验证这样定义的乘法符合转置泊松代数的要求。

4 结论

完备Witt李代数是由形式幂级数代数的导子构成的李代数。L^是由元素i=-1aiLi构成的不可数维的线性空间,Li|iZ,i-1并不是L^的一组基,但L^的1/2-导子由其在Li,i-1上的取值完全确定。本文确定了完备Witt李代数的所有1/2-导子,并且研究得到了完备Witt李代数上有非平凡的转置泊松结构。L^的转置泊松结构的乘法的一般形式为

i=-1xiLij=-1yjLj=q=-1ijxiyjaq-i-jLq,

其中a1,a2,C

对广义的完备Witt李代数,我们也得到了类似的结果。广义完备Witt李代数L˜有非平凡的转置泊松结构,L˜的转置泊松结构的乘法的一般形式为

ixiLijyjLj=qijxiyjaq-i-jLq,

其中a=,ak,V,并且V=,ai-1,ai,ai+1,|aiC,mZ,aj=0,jm

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