考克斯特群


在數學中,考克斯特群是一類由空間中對超平面的鏡射生成的群。這類群廣泛出現於數學的各分支中,二面體群與正多胞體的對稱群都是例子;此外,根系對應到的外爾群也是考克斯特群。這類群以數學家哈羅德·斯科特·麥克唐納·考克斯特命名。




目录





  • 1 形式定義


  • 2 性質


  • 3 例子


  • 4 分類


  • 5 文獻




形式定義


所謂考克斯特群,是一個群 Wdisplaystyle WW 配上如下的展示(即一組生成元與關係):


⟨r1,r2,…,rn∣(rirj)mij=1⟩displaystyle leftlangle r_1,r_2,ldots ,r_nmid (r_ir_j)^m_ij=1rightrangle displaystyle leftlangle r_1,r_2,ldots ,r_nmid (r_ir_j)^m_ij=1rightrangle

其中 mij∈N∪∞displaystyle m_ijin mathbb N cup infty displaystyle m_ijin mathbb N cup infty 滿足


  • 對稱性- mij=mjidisplaystyle m_ij=m_jidisplaystyle m_ij=m_ji

  • i≠j⇒mij≥2displaystyle ineq jRightarrow m_ijgeq 2displaystyle ineq jRightarrow m_ijgeq 2

  • mii=1displaystyle m_ii=1displaystyle m_ii=1

在此 mij=∞displaystyle m_ij=infty displaystyle m_ij=infty 意指 ri,rjdisplaystyle r_i,r_jdisplaystyle r_i,r_j 之間沒有關係。注意到性質三蘊含 ri2=edisplaystyle r_i^2=edisplaystyle r_i^2=e;若mij=2displaystyle m_ij=2displaystyle m_ij=2,則 rirj=rjridisplaystyle r_ir_j=r_jr_idisplaystyle r_ir_j=r_jr_i。


令這組生成元為 Sdisplaystyle SS。資料 (W,S)displaystyle (W,S)displaystyle (W,S) 稱為考克斯特群。方陣 (mij)ijdisplaystyle (m_ij)_ijdisplaystyle (m_ij)_ij 稱為考克斯特矩陣。



性質




有限考克斯特群的分類


設 (W,S)displaystyle (W,S)displaystyle (W,S) 為考克斯特群,可證明存在一個有限維實矢量空間 Vdisplaystyle VV 及其上的非退化雙線性形 qdisplaystyle qq(未必正定),使得 Wdisplaystyle WW 同構於正交群 O(q)displaystyle O(q)displaystyle O(q) 的某個子群。由於 Sdisplaystyle SS 的元素均為二階,可視之為 (V,q)displaystyle (V,q)displaystyle (V,q) 中對某些超平面的鏡射。


利用 (W,S)displaystyle (W,S)displaystyle (W,S) 的展示,定義元素的長度如下:對 w∈Wdisplaystyle win Ww in W,定義其長度 ℓ(w)displaystyle ell (w)displaystyle ell (w) 為所有表法 w=ri1⋯ris(rj∈S)displaystyle w=r_i_1cdots r_i_s;(r_jin S)displaystyle w=r_i_1cdots r_i_s;(r_jin S) 中最短的 sdisplaystyle ss。由此可導出


∀s∈S,ℓ(ws)=ℓ(w)±1displaystyle forall sin S,;ell (ws)=ell (w)pm 1displaystyle forall sin S,;ell (ws)=ell (w)pm 1

ℓ(w−1)=ℓ(w)displaystyle ell (w^-1)=ell (w)displaystyle ell (w^-1)=ell (w)


例子



  • 對稱群 Sndisplaystyle S_nS_n 是考克斯特群。在此可取 Sdisplaystyle SS 為置換 (1,2),(2,3),…,(n−1,n)displaystyle (1,2),(2,3),ldots ,(n-1,n)displaystyle (1,2),(2,3),ldots ,(n-1,n);關係為 ((k,k+1)(k+1,k+2))3=1displaystyle ((k,k+1)(k+1,k+2))^3=1displaystyle ((k,k+1)(k+1,k+2))^3=1。
  • 正多胞體的對稱:正多胞體的對稱群是有限考克斯特群。舉例明之:正多邊形的對稱群是二面體群,正 n 維單形的對稱群是前述的 Sn+1displaystyle S_n+1S_n+1,又稱為 Andisplaystyle A_nA_n 型的考克斯特群。n 維超正方體的對稱群為 BCndisplaystyle BC_ndisplaystyle BC_n。正十二面體與正二十面體的對稱群是 H3displaystyle H_3displaystyle H_3。在四維空間中,存在三種特別的正多胞體──正二十四胞體、正一百二十胞體與正六百胞體,其對稱群分別是 F4,H4,H4displaystyle F_4,H_4,H_4displaystyle F_4,H_4,H_4。Dn,E6,E7,E8displaystyle D_n,E_6,E_7,E_8displaystyle D_n,E_6,E_7,E_8 可以由某些半正多胞體的對稱群得到。

  • 外爾群:每個根系的外爾群都是有限考克斯特群。

  • 仿射外爾群:仿射外爾群是無限群,但帶有一個正則阿貝爾子群,使得對應的商群是個外爾群。


分類


一般而言,兩個群展示的同構與否是無法判定的。然而對考克斯特群則有一個簡單的判準,稱為交換條件。可以透過考克斯特-丹金圖分類有限考克斯特群。圖的構造方式為:


  1. 每個生成元對應到一個頂點。

  2. 若 mij≥3displaystyle m_ijgeq 3displaystyle m_ijgeq 3,則頂點 ri,rjdisplaystyle r_i,r_jdisplaystyle r_i,r_j 之間有邊相連。

  3. 若 mij≥4displaystyle m_ijgeq 4displaystyle m_ijgeq 4,則將邊標上 mijdisplaystyle m_ijdisplaystyle m_ij。


文獻


  • Larry C Grove and Clark T. Benson, Finite Reflection Groups (1985), Graduate texts in mathematics, vol. 99, Springer.

  • Paul Garrett, Buildings and Classical Groups (1997), Chapman Hall. ISBN 0-412-06331-X . PostScript 檔案下載 .

  • James E. Humphreys, Reflection Groups and Coxeter Groups (1990), Cambridge studies in advanced mathematics, 29.


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