近年来, Heisenberg李(超)代数的结构和表示一直是非常重要的研究课题, 许多学者对此有着广泛研究.例如, 文[1]研究了特征0代数闭域上$2m+n+1$维Heisenberg李超代数的表示; 文[2]研究了复数域上无限维Heisenberg代数的全形和全形的导子代数, 证明了其全形的导子代数是一个完备李代数; 文[3]研究了特征$2$域上$2n+1$维Heisenberg李代数的同调; 文[4]研究了向量超空间上有限维Heisenberg李超代数不变的超对称和超正交双线性型; 文[5]研究了特征0代数闭域上两种类型Heisenberg李超代数的极小忠实表示.
本文约定在交换环上讨论Heisenberg李代数的自同构群, 在特征0代数闭域上讨论Heisenberg李超代数的自同构群.仿照文[6]中交换环上严格上三角矩阵李代数的自同构和文[7]中复向量空间上Heisenberg李代数的自同构的刻画, 参照文[3, 7]中Heisenberg李代数的定义, 利用文[7]中Heisenberg李代数与线性李代数之间的同构, 本文研究了交换环上Heisenberg李代数的自同构, 包括内自同构、中心自同构、对合自同构, 进而得到其自同构群的子群, 包括内自同构群、中心自同构群、对合自同构群.利用文[5]中有限维Heisenberg李超代数的定义, 本文建立了Heisenberg李超代数与线性李超代数之间的同构, 从而研究了特征0代数闭域上Heisenberg李超代数的自同构, 包括内自同构、中心自同构、对合自同构, 进而得到其自同构群的子群, 包括内自同构群、中心自同构群、对合自同构群.
令$R$是具有单位元的交换环并且$M_{n}(R)$是$R$上所有$n\times n$矩阵构成的集合, 其中$n$是正整数.令$e_{ij}$表示第$i$行第$j$列元素为$1$, 而其余元素为0的矩阵, 其中$i, j$是正整数.
定义2.1[7] 令$H=\Bigg\{\begin{pmatrix} 0&x&z \\ 0&0&y \\ 0&0&0 \end{pmatrix} \Bigg| x \in R^{1\times n} , z\in R, y\in R^{n\times1}\Bigg\}$, 则$H$关于李运算
作成一个李代数, 称$H$为Heisenberg李代数.
令$\mathbb{F}$是特征0代数闭域并且$M_{n}(\mathbb{F})$是$\mathbb{F}$上所有$n\times n$矩阵构成的集合, 其中$n$是正整数.
定义2.2[5] $\mathbb{F}$上具有一维中心的二步幂零李超代数称为Heisenberg李超代数, 并且Heisenberg李超代数分为以下两种类型.
(1) 令$\mathfrak{H}_{m, n}=(\mathfrak{H}_{m, n})_{\overline{0}}\oplus(\mathfrak{H}_{m, n})_{\overline{1}}$是具有偶中心的Heisenberg李超代数, 设
为它的一个基, 并且李超运算由以下给出$ [u_{i}, v_{i}]=-[v_{i}, u_{i}]=z=[w_{j}, w_{j}], $ $\forall i=1, \cdots, m, $ $j=1, \cdots, n, $其余基元素之间的李超运算均为0.
(2) 令$\mathfrak{H}_{n}=(\mathfrak{H}_{n})_{\overline{0}}\oplus(\mathfrak{H}_{n})_{\overline{1}}$是具有奇中心的Heisenberg李超代数, 设
为它的一个基, 并且李超运算由以下给出$ [v_{i}, w_{i}]=z=-[w_{i}, v_{i}], ~ \forall i=1, \cdots, n, $其余基元素之间的李超运算均为0.
根据定义2.2证得以下两个引理.
引理2.3 令$\mathbb{F}$上$\mathscr{A}=\mathscr{A}_{\overline{0}}\oplus\mathscr{A}_{\overline{1}}$是一个线性李超代数, 其中
设线性映射$f$
其中
则$f$是一个李超代数同构.
引理2.4 令$\mathbb{F}$上$\mathscr{B}=\mathscr{B}_{\overline{0}}\oplus\mathscr{B}_{\overline{1}}$是一个线性李超代数, 其中
设线性映射$g$
其中$\begin{aligned} g(v_{i})=e_{1, i+1}\in \mathscr{B}_{\overline{0}}, ~ g(z)=e_{1, n+2}\in \mathscr{B}_{\overline{1}}, ~ g(w_{i})=e_{i+1, n+2}\in \mathscr{B}_{\overline{1}}, ~~ \forall i=1, \cdots, n, \end{aligned}$则$g$是一个李超代数同构.
记${\rm{Aut}}(H)$为Heisenberg李代数$H$的自同构群.
定理3.1 设$d\in M_{n+2}(R)$为可逆的对角矩阵, $x\in H$.令$\alpha=d+x$, 则$\alpha$可逆.设映射
其中$\begin{aligned} \sigma_{\alpha}(h)=\alpha h\alpha^{-1}, \end{aligned}$则$\sigma_{\alpha}$是$H$的一个自同构, 称为$H$的内自同构.令$G$是$H$的所有内自同构构成的集合, 则$G$是${\rm{Aut}} (H)$的子群, 称为$H$的内自同构群.
证 易知$\sigma_{\alpha}$是双射且是线性变换.由已知得$\alpha^{-1}\alpha=e$, 其中$e$是单位矩阵. $\forall h_{1}, h_{2}\in H$, 可得
因此$\sigma_{\alpha}([h_{1}, h_{2}])=[\sigma_{\alpha}(h_{1}), \sigma_{\alpha}(h_{2})].$故$\sigma_{\alpha}$是$H$的一个自同构. $\forall \sigma_{\alpha}, \sigma_{\beta}\in G$, $h\in H$, 可得
因此$\begin{aligned} \sigma_{\alpha}\sigma_{\beta}=\sigma_{\alpha\beta}\in G. \end{aligned}$ $\forall\sigma_{\alpha}\in G$, $h\in H$, 可得
因此$\begin{aligned} \sigma_{\alpha^{-1}}=\sigma_{\alpha}^{-1}\in G. \end{aligned}$故$G$是${\rm{Aut}}(H)$的子群.
定理3.2 令$F=\{f\in {\rm{Hom}}_{R}(H, R)\mid f(y)=0, \forall y\in \delta^{[1]}(H)\}$, 其中$\delta^{[1]}(H)=[H, H]$. $\forall f\in F$, 设映射
其中$\begin{aligned} \psi_{f}(h)=h+f(h)e_{1, n+2}, \end{aligned}$则$\psi_{f}$是$H$的一个自同构, 称为$H$的中心自同构.令$S$是$H$的所有中心自同构构成的集合, 则$S$是${\rm{Aut}}(H)$的子群, 称为$H$的中心自同构群.
证 易知$\psi_{f}$是双射且是线性变换. $\forall h_{1}, h_{2}\in H$, 可得
因此$\begin{aligned} \psi_{f}([h_{1}, h_{2}])=[\psi_{f}(h_{1}), \psi_{f}(h_{2})], \end{aligned}$故$\psi_{f}$是$H$的一个自同构. $\forall \psi_{f}, \psi_{g}\in S$, $h\in H$, 可得
因此$\begin{aligned} \psi_{f}\psi_{g}=\psi_{f+g}\in S. \end{aligned}$ $\forall \psi_{f}\in S$, $h\in H$, 可得$\begin{aligned} \psi_{f}\psi_{-f}(h)=(h-f(h)e_{1, n+2})+f(h)e_{1, n+2}=h, \end{aligned}$因此$\begin{aligned} \psi_{-f}=\psi_{f}^{-1}\in S. \end{aligned}$故$S$是${\rm{Aut}}(H)$的子群.
定理3.3 令$\gamma=e_{1, n+2}+e_{2, n+1}+\cdots+e_{n+2, 1}$.设映射
其中$\begin{aligned} w_{0}(h)=-\gamma h^{{\rm{T}}}\gamma, \end{aligned}$则$w_{0}$是$H$的一个自同构, 称为$H$的对合自同构.令$W=\{\iota, w_{0}\}$, 其中$\iota$是恒等变换, 则$W$是${\rm{Aut}} (H)$的子群, 称为$H$的对合自同构群.
证 易知$w_{0}$是双射且是线性变换.由已知得$\gamma^{2}=e$, $\gamma^{{\rm{T}}}=\gamma$, 其中$e$是单位矩阵. $\forall h_{1}, h_{2}\in H$, 可得
因此$\begin{aligned} w_{0}([h_{1}, h_{2}])=[w_{0}(h_{1}), w_{0}(h_{2})]. \end{aligned}$故$w_{0}$是$H$的一个自同构. $\forall w_{0}\in W$, $h\in H$, 可得$\begin{aligned} w_{0}w_{0}(h)=-\gamma(-\gamma h^{{\rm{T}}}\gamma)^{{\rm{T}}}\gamma=h, \end{aligned}$因此$\begin{aligned} w_{0}^{2}=\iota\in W. \end{aligned}$故$W$是${\rm{Aut}}(H)$的子群.
记${\rm{Aut}}(\mathfrak{H}_{m, n})$, ${\rm{Aut}}(\mathfrak{H}_{n})$分别为Heisenberg李超代数$\mathfrak{H}_{m, n}$, $\mathfrak{H}_{n}$的自同构群.
定理3.4 设$d=\sum\limits_{k=1}^{m+n+2}a_{kk}e_{kk}\in M_{m+n+2}(\mathbb{F})$为可逆的矩阵, 并且满足
令$\alpha=d+x$, 则$\alpha$可逆.设映射
其中$\begin{aligned} \sigma_{\alpha}(h)=\alpha h\alpha^{-1}, \end{aligned}$则$\sigma_{\alpha}$是$\mathfrak{H}_{m, n}$的一个自同构, 称为$\mathfrak{H}_{m, n}$的内自同构.令$G_{1}$是$\mathfrak{H}_{m, n}$所有内自同构构成的集合, 则$G_{1}$是${\rm{Aut}}(\mathfrak{H}_{m, n})$的子群, 称为$\mathfrak{H}_{m, n}$的内自同构群.
证 易知$\sigma_{\alpha}$是双射且是线性变换.由已知设
则有
其中$a_{kk}a_{kk}^{-1}=1$.由引理2.3, 设
故$\sigma_{\alpha}$是偶的线性变换.由引理2.3, 设
因此$\begin{aligned} \sigma_{\alpha}([h_{1}, h_{2}])=[\sigma_{\alpha}(h_{1}), \sigma_{\alpha}(h_{2})]. \end{aligned}$故$\sigma_{\alpha}$是$\mathfrak{H}_{m, n}$的一个自同构.由定理3.1的类似证明可得$G_{1}$是${\rm{Aut}}(\mathfrak{H}_{m, n})$的子群.
定理3.5 令$a=(a_{1}, b_{1}, \cdots, a_{m}, b_{m})\in \mathbb{F}^{2m}$.设映射
其中$\begin{aligned} \psi_{a}(h)=h+\sum_{i=1}^{m}(a_{i}x_{i}+b_{i}y_{i})e_{1, m+2}, \end{aligned}$这里
则$\psi_{f}$是$\mathfrak{H}_{m, n}$的一个自同构, 称为$\mathfrak{H}_{m, n}$的中心自同构.令$S_{1}$是$\mathfrak{H}_{m, n}$所有中心自同构构成的集合, 则$S_{1}$是${\rm{Aut}}(\mathfrak{H}_{m, n})$的子群, 称为$\mathfrak{H}_{m, n}$的中心自同构群.
证 易知$\psi_{a}$是双射且是线性变换.由(3.1)和(3.2)式可得
故$\psi_{a}$是偶的线性变换.由定义2.2和引理2.3可得$\begin{aligned} \psi_{a}(e_{1, m+2})=e_{1, m+2}. \end{aligned}$ $\forall h_{1}, h_{2}\in\mathfrak{H}_{m, n}$, 可得$\psi_{a}([h_{1}, h_{2}])=[h_{1}, h_{2}], $
因此$\begin{aligned} \psi_{a}([h_{1}, h_{2}])=[\psi_{a}(h_{1}), \psi_{a}(h_{2})]. \end{aligned}$故$\psi_{a}$是$\mathfrak{H}_{m, n}$的一个自同构.由定理3.2的类似证明可得$S_{1}$是${\rm{Aut}}(\mathfrak{H}_{m, n})$的子群.
定理3.6 令$\gamma=e_{11}-\sum\limits_{i=1}^{m}e_{i+1, i+1}+\sum\limits_{j=1}^{n}e_{m+2+j, m+2+j}+e_{m+2, m+2}$.设映射
其中$\begin{aligned} w_{0}(h)=\gamma h\gamma, \end{aligned}$则$w_{0}$是$\mathfrak{H}_{m, n}$的一个自同构, 称为$\mathfrak{H}_{m, n}$的对合自同构.令$W_{1}=\{\iota, w_{0}\}$, 其中$\iota$是恒等变换, 则$W_{1}$是${\rm{Aut}}(\mathfrak{H}_{m, n})$的子群, 称为$\mathfrak{H}_{m, n}$的对合自同构群.
证 事实上$w_{0}\in G_{1}$, $\{\iota, w_{0}\}$构成$G_{1}$的子群.
定理3.7 设$d\in M_{n+2}(\mathbb{F})$为可逆的对角矩阵, $x\in (\mathfrak{H}_{n})_{\overline{0}}$.令$\alpha=d+x$, 则$\alpha$可逆.设映射
其中$\begin{aligned} \sigma_{\alpha}(h)=\alpha h\alpha^{-1}, \end{aligned}$则$\sigma_{\alpha}$是$\mathfrak{H}_{n}$的一个自同构, 称为$\mathfrak{H}_{n}$的内自同构.令$G_{2}$是$\mathfrak{H}_{n}$所有内自同构构成的集合, 则$G_{2}$是${\rm{Aut}}(\mathfrak{H}_{n})$的子群, 称为$\mathfrak{H}_{n}$的内自同构群.
其中$a_{kk}a_{kk}^{-1}=1$.由引理2.4设
故$\sigma_{\alpha}$是偶的线性变换.由引理2.4设
因此$\begin{aligned} \sigma_{\alpha}([h_{1}, h_{2}])=[\sigma_{\alpha}(h_{1}), \sigma_{\alpha}(h_{2})]. \end{aligned}$故$\sigma_{\alpha}$是$\mathfrak{H}_{n}$的一个自同构.由定理3.1的类似证明可得$G_{2}$是${\rm{Aut}}(\mathfrak{H}_{n})$的子群.
定理3.8 令$b=(b_{1}, \cdots, b_{n})\in\mathbb{F}^{n}$.设映射
其中$\begin{aligned} \psi_{b}(h)=h+\sum_{i=1}^{n}b_{i}y_{i}e_{1, n+2}, \end{aligned}$这里$\begin{aligned} h=\sum_{i=1}^{n}(x_{i}e_{1, i+1}+y_{i}e_{i+1, n+2})+pe_{1, n+2}, ~ x_{i}, y_{i}, p\in\mathbb{F}, \end{aligned}$则$\psi_{b}$是$\mathfrak{H}_{n}$的一个自同构, 称为$\mathfrak{H}_{n}$的中心自同构.令$S_{2}$是$\mathfrak{H}_{n}$所有中心自同构构成的集合, 则$S_{2}$是${\rm{Aut}}(\mathfrak{H}_{n})$的子群, 称为$\mathfrak{H}_{n}$的中心自同构群.
证 易知$\psi_{b}$是双射且是线性变换.由(3.3)和(3.4)式可得
故$\psi_{b}$是偶的线性变换.由定义2.2和引理2.4可得$\begin{aligned} \psi_{b}(e_{1, n+2})=e_{1, n+2}. \end{aligned}$ $\forall h_{1}, h_{2}\in\mathfrak{H}_{n}$, 可得
因此$\begin{aligned} \psi_{b}([h_{1}, h_{2}])=[\psi_{b}(h_{1}), \psi_{b}(h_{2})]. \end{aligned}$故$\psi_{b}$是$\mathfrak{H}_{n}$的一个自同构.由定理3.2的类似证明可得$S_{2}$是${\rm{Aut}}(\mathfrak{H}_{n})$的子群.
定理3.9 令$\gamma=e_{11}-\sum\limits_{k=1}^{n+1}e_{k+1, k+1}+\sum\limits_{i=1}^{n}e_{1, i+1}+e_{1, n+2}$.设映射
其中$\begin{aligned} w_{0}(h)=\gamma h\gamma, \end{aligned}$则$w_{0}$是$\mathfrak{H}_{n}$的一个自同构, 称为$\mathfrak{H}_{n}$的对合自同构.令$W_{2}=\{\iota, w_{0}\}$, 其中$\iota$是恒等变换, 则$W_{2}$是${\rm{Aut}}(\mathfrak{H}_{n})$的子群, 称为$\mathfrak{H}_{n}$的对合自同构群.
证 易知$w_{0}$是双射且是线性变换.由(3.3)和(3.4)式可得
故$w_{0}$是偶的线性变换.由已知得$\gamma^{2}=e$, 其中$e$是单位矩阵.由(3.5)和(3.6)式可得
因此$\begin{aligned} w_{0}([h_{1}, h_{2}])=[w_{0}(h_{1}), w_{0}(h_{2})]. \end{aligned}$故$w_{0}$是$\mathfrak{H}_{n}$的一个自同构.由定理3.3的类似证明可得$W_{2}$是${\rm{Aut}}(\mathfrak{H}_{n})$的子群.