6. Csoport hatások, pályák, stabilizátorok

1. Definíció:
csoport hatás
Legyen G egy csoport. Egy G-hatás az X halmazon nem más, mint egy kétváltozós függvény: G×X→X, amit szorzással fogunk jelölni, és ami kielégíti a következő azonosságot: g(hx)=(gh)xg,h∈G,x∈X Ha G Lie csoport, X sokaság, és a kétváltozós függvényünk végtelen sokszor differenciálható, akkor differenciálható csoport hatásnak mondjuk.
2. Tétel: Legyen G egy csoport, ami hat egy X halmazon! S(X) jelöli az X halmaz szimmetrikus csoportját. Definiáljuk a ϕ:G→S(X) leképezést: ϕ(g)(x)=gx. Ez egy csoport homomorfizmus. Fordítva: minden G→S(X) homomorfizmus megad egy G-hatást X-en. Ezért a G-hatást megadhatjuk a hozzá tartozó ϕ homomorfizmussal is.
3. Definíció:
pálya, stabilizátor
Legyen G egy csoport, ami hat egy X halmazon! Egy x∈X elem egy g∈G transzformáció fixpontja, ha gx=x. az x elem az egész G csoport fixpontja, ha gx=x minden g∈G-re. Az x elem pályája (jelölése Gx): Gx={gx∣g∈G}⊆X Az x stabilizátora (jelölése G x) pedig: G x={g∈G∣gx=x}⊆G
I. Feladat: Mutasd meg, hogy a stabilizátor mindig részcsoport! Igaz-e, hogy mindig normálosztó? Segítség
4. Tétel: Legyen G egy csoport, ami hat egy X halmazon, x∈X tetszőleges pont. A G x stabilizátor mindig részcsoport. A Gx pályája pontjai egy-egyértelmű megfeleltetésben állnak a G x stabilizátor mellékosztályaival: a gG x mellékosztályban pontosan azok a csoportelemek laknak, amelyek x-et az y=gx pontba viszik. Ennek az y-nak a stabilizátora pedig éppen a G y=gG xg −1 konjugált részcsoport. Látható, hogy G x minden konjugáltját megkapjuk, mint a Gx pályán valamelyik pont stabilizátorát. (Viszont több pontnak is lehet ugyanaz a stabilizátora! Ha például G x normálosztó, akkor a pálya minden pontjában ugyanaz a stabilizátor.)
5. Megjegyzés: A fenti tétel miatt egy pont stabilizátor részcsoportja pontosan meghatározza a pálya szerkezetét!
6. Tétel: Legyen G egy Lie csoport, ami differenciálhatóan hat egy M sokaságon. Ekkor a stabilizátor részcsoportok zárt részcsoportok, tehát maguk is Lie csoportok. A pályák pedig részsokaságok.
7. Megjegyzés: Tekintsük a ϕ:G→X, g→gx leképezést. Jelölje g a G Lie algebráját. A stabilizátor egy rész Lie csoport, legyen h≤g a Lie algebrája, és legyen h ⊥ az ortogonális kiegészítője. A ϕ∘exp:G→X leképezés a Gx pályába képez, és könnyű látni, hogy bijektíven képezi h ⊥ origó körüli környezetét Gx egy x-körüli környezetébe.
8. Tétel: Legyen G egy Lie csoport, ami hat az M sokaságon. Jelölje g a csoport Lie algebráját. Minden A∈g elemhez tartozik egy t→e tA egyparaméteres részcsoport, és minden p∈M pontból kiindul a t→e tAx görbe. Ennek az érintő vektora megad egy vektormezőt M-en: V A(x)=∂∂te tAx∣ t=0 Az A→V A leképezés egy Lie algebra homomorfizmus g-ből az M-en élő vektormezők Lie algebrájába.
9. Megjegyzés: A fenti tételt meg is lehet fordítani: a vektormezőt leíró differenciálegyenlet megoldható a Picard-Lindelöf tétel miatt, így tudunk a g-hez rendelt vektormezőkből M→M transzformációkat gyártani. Ezek összeállnak egy Lie csoporttá - de mint a 5/(B) Listában, most sem feltétlenül a G csoportot kapjuk vissza.
(A)
csoport hatás - vektormező kapcsolata