众所周知, Schrödinger代数和Virasoro代数与非平衡统计物理密切相关, 它们在数学和物理学(如统计物理学)的许多领域中都有着重要的作用. Schrödinger-Virasoro代数$ \mathfrak{sb} $最初是由Henkel在研究自由Schrödinger方程的不变性时被引入文献[1], 其结构和表示理论被Roger和Unterberger在文献[2]深入研究.比如, Henkel在文献[1]中给出了$ \mathfrak{sb} $只有一维中心扩张. Roger和Unterberger在研究$ \mathfrak{sb} $的同调理论时得出了有三维外导子[2]. $ \mathfrak{sb} $上的有限维不可约权模在文献[3]中被分类.广义的Schrödinger-Virasoro代数的自同构群及Verma模被完全确定[4].最近几年Schrödinger-Virasoro代数及其变形的结构和表示理论被许多学者广泛研究[5-8].为了研究$ \mathfrak{sb} $的顶点表示, Unterberger介绍了一类新的无限维李代数[9], 称之为扩张的Schrödinger-Virasoro代数$ \widetilde{\mathfrak{sb}} $, 该李代数是复数域$ \mathbb{C} $上的向量空间, 带有一组基$ \{L_{n}, M_{n}, N_{n}, Y_{n+\frac{1}{2}}\mid n\in \mathbb{Z}\} $, 满足李积关系
该无限维李代数的导子、自同构群及中心扩张等结构理论在文献[10]中被完全刻画.
本文将考虑一类与扩张的Schrödinger-Virasoro代数$ \widetilde{\mathfrak{sb}} $相关的无限维李代数.通过$ \widetilde{\mathfrak{sb}} $与洛朗多项式代数$ \mathbb{C}[t, t^{-1}] $张量成一个新的无限维李代数$ \widetilde{\mathfrak{sb}}\otimes\mathbb{C}[t, t^{-1}] $, 记作$ \widetilde{\mathscr{W}} $, 称之为扩张的圈Schrödinger-Virasoro代数, 满足以下李积关系
对任意的$ m, n, i, j\in\mathbb{Z} $, 其中$ L_{m, i} $表示$ L_{m}\otimes t^{i} $, 其他定义类似.
由于李代数的二上循环在其中心扩张方面起着关键作用, 可以借助它构造许多无限维李代数, 并且可以进一步刻画所得李代数的结构及表示.同时上同调群和李代数的结构密切相关, 比如一阶同调群和李代数的导子代数及李双代数的联系, 从而上同调群的计算就显得比较重要.本文主要确定了扩张的圈Schrödinger-Virasoro代数$ \widetilde{\mathscr{W}} $的所有二上同调群, 并且给出了它的泛中心扩张.我们希望借助于中心扩张能够进一步深刻理解$ \widetilde{\mathscr{W}} $的结构及其表示.
李代数$ \widetilde{\mathscr{W}} $上的双线性型$ \psi:\widetilde{\mathscr{W}}\times \widetilde{\mathscr{W}} \rightarrow \mathbb{C} $若满足以下关系
对任意的$ x, y\in \widetilde{\mathscr{W}} $, 称$ \psi $为$ \widetilde{\mathscr{W}} $上的二上循环.记$ C^{2}(\widetilde{\mathscr{W}}, \ \mathbb{C}) $为$ \widetilde{\mathscr{W}} $上的所有二上循环构成的向量空间.对于任意的线性函数$ f: \widetilde{\mathscr{W}} \rightarrow \mathbb{C} $, 可以定义一个二上循环$ \psi_{f} $,
称这样的二上循环为$ \widetilde{\mathscr{W}} $的二上边缘或平凡的二上循环.记$ B^{2}(\widetilde{\mathscr{W}}, \ \mathbb{C}) $为$ \widetilde{\mathscr{W}} $上的所有二上边缘构成的向量空间.如果$ \phi-\psi $是一个平凡的二上循环, 则称二上循环$ \phi $和$ \psi $等价.记$ \bar{\phi} $为所有与二上循环$ \phi $等价的等价类.由所有这样的等价类构成的商空间
称为$ \widetilde{\mathscr{W}} $上的二上同调群.
设$ \psi $是$ \widetilde{\mathscr{W}} $上的任意一个二上循环, 可以利用$ \psi $定义一个$ \mathbb{C} $上的线性映射$ f:\widetilde{\mathscr{W}}\rightarrow \mathbb{C} $满足
令$ \phi = \psi-\psi_{f} $, 其中$ \psi_{f} $即为(2.1)式中的定义, 显然很容易验证
下面通过几个引理给出主要结果.
引理2.1 $ \phi(L_{m, i}, Y_{n+\frac{1}{2}, j}) = 0, \quad \forall \ m, n, i, j\in \mathbb{Z} $.
证 由二上循环$ \phi $的关系知
整理得
又由(2.8)式, 则上式可得$ (n+m+\frac{1}{2})\phi(L_{m, i}, Y_{n+\frac{1}{2}, j}) = 0 $, 从而有
引理2.2 $ \phi(N_{m, i}, Y_{n+\frac{1}{2}, j}) = 0, \quad \forall \ m, n, i, j\in \mathbb{Z} $.
又由(2.8)式, 则上式可得$ (n+m+\frac{1}{2})\phi(N_{m, i}, Y_{n+\frac{1}{2}, j}) = 0 $, 即有
引理2.3 $ \phi(M_{m, i}, Y_{n+\frac{1}{2}, j}) = 0, \quad \forall \ m, n, i, j\in \mathbb{Z} $.
则有
引理2.4 $ \phi(L_{m, i}, M_{n, j}) = \phi(Y_{m+\frac{1}{2}, i}, Y_{n+\frac{1}{2}, j}) = 0, \quad \forall \ m, n, i, j\in \mathbb{Z} $.
证 由关系
若$ m+n\neq 0 $, 又由(2.4)式, 则有
又由关系
取$ n = m $, 则有
从而当$ m\neq0 $时, 有
在(2.10)式中令$ m = -n $, 则有
从而
由(2.11)和(2.12)式, 得到
上式说明仅与第二个指标的和$ i+j+k $有关, 而与位置无关, 从而不妨设$ A_{m, i+j} = \phi(L_{m, i+j}, M_{-m, 0}) $.在(2.10)式中取$ m = 1 $, 又由(2.5)式有
在(2.14)式中用$ n-1 $替换$ n $, 则有
在(2.10)式中取$ n = n-1, m = 2 $, 可得
将(2.14), (2.15)和(2.16)式联立方程, 解得
在(2.10)式中令$ m = 2, n = -1 $, 从而
由(2.17)和(2.18)式, 得到
考虑关系
若$ m+n+1\neq 0 $, 由(2.4)式, 则上式可得
整理得到
在(2.21)式中取$ m = 0 $, 则有
在上式取$ n = -2 $, 结合(2.5)式, 从而有
由(2.19), (2.22)及(2.23)式, 可得
上式也说明仅与第二个指标的和$ i+j+k $有关, 而与位置无关.当$ n = -2 $时, 由$ \phi $的反对称性及上式知
在(2.24)式中分别取$ n = 2, -3 $, 则有
由$ \phi $的反对称性知$ A_{2, i+j+k} = 0 $.从而由(2.19), (2.24)和(2.25)式知
引理2.5 $ \phi(M_{m, i}, M_{n, j}) = 0, \quad \forall \ m, n, i, j\in \mathbb{Z} $.
证 由于
从而有
又由
在(2.27)式中令$ m = 0 $, 则有
在(2.27)式中令$ n = 0 $, 可得
综合(2.28)和(2.29)式, 有
上式说明仅与第二个指标的和$ i+j+k $有关, 而与位置无关.从而不妨令$ B_{n, i+j} = \phi(M_{n, i+j}, M_{-n, 0}) $, 在式(2.27)式中取$ n = 1 $, 则有
在上式中取$ m = 2, n = -2 $, 可得$ B_{1, i+j+k} = 0 $, 由(2.30)式知
综合(2.26)和(2.31)式, 得到
引理2.6 $ \phi(M_{m, i}, N_{n, j}) = 0, \; \; \forall \ m, n, i, j\in \mathbb{Z} $.
从而由(2.4)式得
结合引理2.4, 整理得
若$ m = 0 $, 则有
在(2.33)式中令$ n = 0 $, 可得
由(2.33)和(2.35)式, 有
上式说明仅与第二个指标的和$ i+j+k $有关, 而与位置无关.不妨设$ C_{n, i+j} = \phi(M_{n, i+j}, N_{-n, 0}) $, 在(2.33)中令$ n = 1 $, 则有
又由引理2.4, 整理得
在上式令$ n = 1, m = -1 $, 则有$ C_{1, i+j+k} = 0 $, 从而由(2.37)式, 知
由上式结合(2.32)式, 就可得到
引理2.7 $ \phi(L_{m, i}, N_{n, j}) = \delta_{m+n, 0}\frac{m(m-1)}{2}\phi(L_{2, i+j}, N_{-2, 0}), \quad \forall \ m, n, i, j\in \mathbb{Z} $.
由(2.6)式, 则有
在上式中取$ m = n $, 则有
在(2.40)式中取$ m = -n $, 可得
由(2.41)和(2.42)式, 则有
上式说明仅与第二个指标的和$ i+j+k $有关, 而与位置无关.不妨设$ D_{n, i+j} = \phi(L_{n, i+j}, N_{-n, 0}) $, 在(2.40)式中取$ n = 1 $, 结合(2.7)式, 则有
在上式用$ m-1 $替换$ m $, 有
在(2.40)式中令$ n = 2, m = m-1 $, 得到
将式(2.44), (2.45)和(2.46)式联立方程, 解得
在(2.40)式中取$ m = 2, n = -1 $, 结合(2.7)式, 易得$ D_{2} = D_{-1} $, 从而由(2.47)式就有
由上式和(2.39)式, 有
引理2.8 $ \phi(N_{m, i}, N_{n, j}) = \delta_{m+n, 0}m\phi(N_{1, i+j}, N_{-1, 0}), \quad \forall \ m, n, i, j\in \mathbb{Z} $.
在上式取$ m = 0 $, 则有
在(2.49)式中取$ m = -n $, 可得
由(2.50)和(2.51)式, 有
上式说明仅与第二个指标的和$ i+j+k $有关, 而与位置无关.不妨设$ E_{n, i+j} = \phi(N_{n, i+j}, N_{-n, 0}) $, 在(2.49)式中令$ n = 1 $, 就有
由(2.48)和(2.53)式, 则有$ \phi(N_{m, i}, N_{n, j}) = \delta_{m+n, 0}m\phi(N_{1, i+j}, N_{-1, 0}), \quad \forall \ m, n, i, j\in \mathbb{Z}. $
引理2.9 $ \phi(L_{m, i}, L_{n, j}) = \delta_{m+n, 0}\frac{m^{3}-m}{6}\phi(L_{2, i+j}, L_{-2, 0}), \quad \forall \ m, n, i, j\in \mathbb{Z} $.
由上式及(2.2)式可得
在上式中令$ n = m $, 则有
在(2.55)式中取$ m = -n = 1 $, 结合上式可得
由(2.56)和(2.57)式, 有
上式说明仅与第二个指标的和$ i+j+k $有关, 而与位置无关.不妨设$ F_{n, i+j} = \phi(L_{m, i+j}, L_{-m, 0}) $, 在(2.55)式中令$ m = 1 $, 结合(2.3)式, 则有
将上式$ n $由$ n-1 $替代, 从而
在(2.55)式中取$ m = 2, n = n-1 $, 可得
将(2.59), (2.60)和(2.61)式联立方程组, 解得
由上式及(2.54)式, 就得到$ \phi(L_{m, i}, L_{n, j}) = \delta_{m+n, 0}\frac{m^{3}-m}{6}\phi(L_{2, i+j}, L_{-2, 0}), \; \forall \ m, n, i, j\in \mathbb{Z}. $
由引理2.1–2.9, 我们就可以得到本文的主要定理.
定理2.1 二上同调群
其中$ I = \{1, 2, 3\} $, $ \mathbb{C}\bar{\phi}_{k, i} $表示所有的直积, $ \bar{\phi}_{k, i} $是$ \phi_{k, i} $的同调类, 满足
其他关系均为$ 0 $, 对于$ m, n, i, j, k\in \mathbb{Z} $.
注 考虑中心扩张$ \widehat{\mathscr{W}} = \widetilde{\mathscr{W}}\bigoplus C^{1}\otimes\mathbb{C}[t, t^{-1}]\bigoplus C^{2}\otimes\mathbb{C}[t, t^{-1}]\bigoplus C^{3}\otimes\mathbb{C}[t, t^{-1}] $, 满足李积关系:对于任意给定的$ k\in \mathbb{Z} $, 有
其中$ C^{t}_{k} = C^{t}\otimes t^{k}, t = 1, 2, 3 $, 其他李积关系与$ \widetilde{\mathscr{W}} $一致.定理2.1表明$ \widehat{\mathscr{W}} $是$ \widetilde{\mathscr{W}} $的泛中心扩张.