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Determinar el álgebra de mentira del subgrupo de SO(4)

Dejemos que $G\subset SO(4)$ sea el subgrupo dado a continuación:

$$G=\left\{ \begin{pmatrix} a & -b & -c &-d\\ b & a & -d & c\\ c & d & a & -b \\ d &-c & b &a \end{pmatrix} : a,b,c,d\in \mathbb{R}, a^2+b^2+c^2+d^2=1\right\}$$

Encuentra el álgebra de la mentira $\mathfrak{g}$ .

Sé que si $X\in \mathfrak{so}_4$ entonces $X\in \mathfrak{g} \iff e^{tX}\in G$ $\forall$ $t\in \mathbb{R}$ .

Sin embargo, no puedo utilizarlo aquí, ya que el grupo dado es un poco complicado. Se agradece cualquier ayuda.

Gracias

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s.harp Puntos 475

Usted se encuentra en la siguiente situación. Usted tiene un grupo de Lie $H$ (no quiero usar la letra $G$ aquí, ya que lo estás usando) y un sistema de ecuaciones suaves $f_1,..., f_n: H\to\Bbb R$ para que $G:=\bigcap_i f^{-1}_i(\{0\})$ es un subgrupo de $H$ . ¿Cómo se puede determinar el álgebra de Lie de $G$ ? Bueno: $v\in T_1H$ es tangente a $G$ si las ecuaciones $f_i$ permanecen sin cambios cuando se perturba en la dirección $v$ . Esto significa que $v\in \bigcap_i\ker( d_1f_i)$ y se obtiene otro sistema de ecuaciones $d_1f_i(v)=0$ determinar los elementos del álgebra de Lie.

En su ejemplo tiene $13$ ecuaciones, por un lado están las ecuaciones $$g_{11}-g_{22}=0, \quad g_{11}-g_{33}=0, \quad g_{11}-g_{44}=0\\ g_{21}+g_{12}=0,\quad g_{21}-g_{43}=0,\quad g_{43}+g_{34}=0\\ g_{31}+g_{42}=0,\quad g_{31}+g_{13}=0, \quad g_{31}-g_{24}=0\\ g_{41}-g_{32}=0,\quad g_{41}+g_{23}=0,\quad g_{41}+g_{14}=0$$ así como la ecuación $$g_{11}^2+g_{21}^2+g_{31}^2+g_{41}^2-1=0.$$

Si se toman los diferenciales en $1$ de esto las primeras ecuaciones permanecen sin cambios, ya que son lineales, pero la última ecuación se convierte: $$2v_{11}\cdot 1+2v_{21}\cdot 0+2v_{31}\cdot 0+2v_{41}\cdot 0=0.$$

Ahora se pueden combinar estas ecuaciones con la condición adicional de que los elementos del álgebra de Lie sean antisimétricos (para obtener elementos de $SO(4)$ ).

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Vijesh VP Puntos 2535

Son perturbaciones infinitesimales de la identidad. Si $b$ , $c$ y $d$ son pequeños, entonces $a = 1 + O(b^2 + c^2 + d^2)$ Así que $a$ es constante hasta el primer orden. Así que $$\mathfrak g=\left\{ \begin{pmatrix} 0 & -b & -c &-d\\ b & 0 & -d & c\\ c & d & 0 & -b \\ d &-c & b & 0 \end{pmatrix} : b,c,d\in \mathbb{R} \right\} .$$

3voto

Ivo Terek Puntos 27665

¿Cómo se encuentra el álgebra de Lie de un grupo de Lie? Diferencia el mapa $$(a,b,c,d) \mapsto \begin{pmatrix} a & -b & -c & -d \\ b & a & -d & c \\ c & -d & a & -b \\ d & c & b & a \end{pmatrix}\quad \mbox{and the equation}\quad a^2+b^2+c^2+d^2=1$$ en $(1,0,0,0)$ y evaluar en $(x,y,z,w)$ . Así que $$\mathfrak{g} = \left\{\begin{pmatrix} x & -y & -z & -w \\ y & x & -w & z \\ z & -w & x & y \\ w & z & y & x \end{pmatrix} \mid x,y,z,w \in \Bbb R \mbox{ and }2x+0y+0z+0w = 0 \right\},$$ que por supuesto coincide con la respuesta de Stephen $$\mathfrak{g} = \left\{\begin{pmatrix} 0 & -y & -z & -w \\ y & 0 & -w & z \\ z & -w & 0 & y \\ w & z & y & 0 \end{pmatrix} \mid y,z,w \in \Bbb R \right\}.$$ El principio general es que para encontrar la ecuación de un espacio tangente a un submanifold, se diferencia la ecuación que lo define. También, $G \cong \Bbb S^3$ es isomorfo al grupo de cuaterniones unitarios, ya que la expresión general para un elemento de $G$ está en la imagen de la composición de los mapas $$\Bbb H \ni z+wj \mapsto \begin{pmatrix} z & -\overline{w} \\ w & z\end{pmatrix} \in \mathfrak{gl}(2,\Bbb C)\quad\mbox{and}\quad \Bbb C \ni a+bi \mapsto \begin{pmatrix} a & -b \\ b & a\end{pmatrix} \in \mathfrak{gl}(2, \Bbb R).$$

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