6 votos

Contando clases de conjugación:$A^6 = I$

Esta pregunta está inspirada en este post anterior. La pregunta que me interesa es la siguiente:

Deje $S= \{A \in \mathbb{Q}^{k \times k} : A^6 = I \text{ and }A^n \ne I \text{ for any }0 < n < 6\}$. Cuántas órbitas en virtud de la conjugación por $GL_k(\mathbb{Q})$, $S$ contienen?

Por el argumento que he dado en el post vinculado, basta una lista de los representantes en forma canónica racional. Por lo tanto, es equivalente a enumerar los multisets de polinomios irreducibles $\{p_1,\dots,p_n\}$ (que son los polinomios correspondientes a compañero de la matriz de bloques) cada una de las cuales divide $x^6-1$, cuyos grados de suma de a $k$, y cuya lcm divide $x^6 - 1$ pero no polinomio de la forma$x^n - 1$$n < 6$.

Por supuesto, no es sólo un conjunto múltiple en el caso de $k=2$, por lo tanto la respuesta a la pregunta vinculada. Como $k$ crece las cosas se complican. Para $k=5$, tenemos $$ \{x^2 - x + 1, x \pm 1, x \pm 1, x\pm 1\}\\ \{x^2 + x + 1, x+1, x\pm 1, x\pm 1\}\\ \{x^2 - x + 1, x^2 \pm x + 1 ,x \pm 1\}\\ \{x^2 + x + 1, x^2 + x + 1, x+1\}\\ $$ Para un total de $14$ clases conjugacy.

Cómo puede uno acercarse a este problema en general?

3voto

wujj123456 Puntos 171

Por favor, lea mis comentarios en el OP pregunta. En esta respuesta, me gustaría abordar únicamente el caso de $m=6$, es decir, la situación de la OP pide. No sé cómo lidiar con el general exponente $m$.

Como hemos establecido, el polinomio característico involucrados en cada indecomposable bloque de $A$ es uno de los siguientes cuatro cyclotomic polinomios: $$\Phi_1(x)=x-1\,,\,\,\Phi_2(x)=x+1\,,\,\,\Phi_3(x)=x^2+x+1\,,\text{ and }\Phi_6(x)=x^2-x+1\,.$$ Now, $Un$ must have at least one indecomposable block of size $2\times 2$. Let $$ and $b$ denote the number of $2$-by-$2$ indecomposable blocks of $Un$ and the number of $1$-by-$1$ blocks of $Un$. Then, $a\geq 1$ and $2a+b=k$. Denote by $J_1,J_2,\ldots,J_a$ the $2$-by-$2$ blocks of $A$, whereas $K_1,K_2,\ldots,K_b$ the $1$-by-$1$ blocks. We may assume that $J_1,J_2,\ldots,J_p$ have $\Phi_6$ as the characteristic polynomial, whereas $J_{p+1},J_{p+2},\ldots,J_a$ have $\Phi_3$ as the characteristic polynomial. Similarly, suppose that $K_1,K_2,\ldots,K_q$ have $\Phi_2$ as the characteristic polynomial, whilst $K_{q+1},K_{q+2},\ldots,K_b$ have $\Phi_1$ como el polinomio característico.

Si $p\geq 1$, entonces no hay ninguna restricción en $q$. Por lo tanto, para cada uno de ellos fijo $a\in\Biggl\{1,2,\ldots,\left\lfloor\dfrac{k}{2}\right\rfloor\Biggr\}$, $a$ formas de elegir los $p\geq 1$ $b+1=k-2a+1$ formas de elegir los $q$. Así, por $p\geq 1$, hay $$\begin{align}\sum_{a=1}^{\left\lfloor\frac{k}2\right\rfloor}\,a(k-2a+1)&=(k-1)\,\sum_{a=1}^{\left\lfloor\frac{k}2\right\rfloor}\,a-4\,\sum_{a=1}^{\left\lfloor\frac{k}2\right\rfloor}\,\frac{a(a-1)}{2} \\ &=\frac{k-1}{2}\,\left\lfloor\frac{k}{2}\right\rfloor\,\left(\left\lfloor\frac{k}{2}\right\rfloor+1\right)-\frac{2}{3}\,\left\lfloor\frac{k}{2}\right\rfloor\,\left(\left\lfloor\frac{k}{2}\right\rfloor+1\right)\,\left(\left\lfloor\frac{k}{2}\right\rfloor-1\right) \end{align}$$ correspondiente clases conjugacy.

Si $b=0$, $q\geq1$ es necesario. Por lo tanto, para cada uno de ellos fijo $a\in\Biggl\{1,2,\ldots,\left\lfloor\dfrac{k}{2}\right\rfloor\Biggr\}$, $b=k-2a$ formas de elegir los $q\geq 1$. Por lo tanto, para $p=0$, hay $$\sum_{a=1}^{\left\lfloor\frac{k}2\right\rfloor}\,(k-2a)=k\,\left\lfloor\frac{k}{2}\right\rfloor-\left\lfloor\frac{k}{2}\right\rfloor\,\left(\left\lfloor\frac{k}{2}\right\rfloor+1\right)$$ correspondiente clases conjugacy.

Esto demuestra que $$N(k,6)=\frac{1}{6}\,\left\lfloor\frac{k}{2}\right\rfloor\,\left(3\,(k-3)\,\left\lfloor\frac{k}{2}\right\rfloor-4\,\left\lfloor\frac{k}{2}\right\rfloor^2+9\,k-5\right)$$ es el número total de clases conjugacy. Tenemos $$N(1,6)=0\,,\,\,N(2,6)=1\,,\,\,N(3,6)=3\,,\,\,N(4,6)=7\,,\text{ and }N(5,6)=12\,.$$ (El OP miscounted algo. A partir de su lista, no debería ser $12$ distintas clases conjugacy para $k=5$.)

Tenga en cuenta que $$\frac{(k-1)(k^2+10k-3)}{24}\leq N(k,6)\leq \frac{k(k-1)(k+10)}{24}\,.$$ El lado izquierdo es una igualdad iff $k$ es un entero positivo impar. El lado derecho es la igualdad iff $k=1$ o $k$ es incluso un entero positivo.

2voto

Spencer Puntos 48

Si $A\in M_n(\mathbb{Q}),A^6=I$, $A$ es diagonalizable sobre $\mathbb{C}$ y sus valores propios deben ser elegidos entre $1,-1$ o de las parejas $(j,j^2)$ o $(-j,-j^2)$ donde $j=e^{2i\pi/3}$. Desde los mínimos de los polinomios de los anteriores valores propios en $\mathbb{Q}[x]$ tienen un grado $2$, nuestras matrices son clasificados por la elegibles con secuencias de elementos en el cuadro de $ 1, -1, (j, j ^ 2), (- j, -j ^ 2) $, de los elementos codificados por $(1,2,3,4)$, ordenados por $1\leq 2\leq 3\leq 4$$length(1)=length(2)=1,length(3)=length(4)=2$. Una condición es $\sum_i length(i)=k$.

EDIT. La otra condición es $order(A)=6$, es decir, el elemento $4$ es en la que se considera la secuencia O de la pareja $2,3$ es en la secuencia.

Tenga en cuenta que el número de clases similares es la misma como la en $M_n(\mathbb{R})$.

Por ejemplo, cuando se $k=4$, $7$ elegibles (secuencias, a continuación, $7$ clases similares) [1, 1, 4][1, 2, 3][1, 2, 4] [2, 2, 3][2, 2, 4][3, 4] [4, 4]

Un rudimentario procedimiento (con el ordenador) da explícitamente la lista de la similitud de las clases y, por supuesto, el número de clases.

Para$k=5$, $12$ clases similares. [1, 1, 1, 4][1, 1, 2, 3][1, 1, 2, 4] [1, 2, 2, 3][1, 2, 2, 4][1, 3, 4] [1, 4, 4][2, 2, 2, 3][2, 2, 2, 4] [2, 3, 3][2, 3, 4][2, 4, 4]

Para $k=6$, $20$ clases.

Para $k=7$, $29$ clases.

Estos resultados son consistentes con el conteo Batominovski la fórmula (gracias a él por señalar un error en la versión anterior de mi post).

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