16. 共轭定理

假定 F 是代数闭特征零域。我们即将证明在 F 上的任一李代数 L 中,每一个 CSA 都在内自同构群 IntL 下共轭(内自同构定义见此);对 L 为半单元,这说明所有极大环面子代数都是相互共轭的:因此, L 由其根系唯一确定,不论选定何者极大环面子代数。

作为辅助的一步,我们先证明 L 中所有的极大可解李代数相互共轭。

E(L)

定义:强伴随表示幂零

L 是李代数, xL 称为强伴随表示幂零的(strongly ad-nilpotent) ,若存在 yLady 的非零特征值 a 使得 xLa(ady)x 位于 ady 的特征 a 对应的根子空间中。注意这直接导致 x 是伴随表示幂零的,故这术语没问题。
记全体强伴随表示幂零元为 N(L)、由全体 xN(L) 诱导的内自同构群为 E(L)

附注

  1. 注意:N(L)AutL 作用下稳定,由此有 E(L)AutL
  2. 我们更喜欢在 E(L) 上工作,而不是 IntL:因为其有更好的函子性质。
    事实上,若 L 半单,KL 的子代数,则显然有 N(K)N(L)。这允许我们去定义 E(L) 的子群 E(L;K),其由各 exp(adLx), xN(K) 生成。则 E(K) 可单纯地由在 E(L;K) 限制到 K 得到。相反地,如果我们取任一 xK 使 adKx 幂零,我们没办法控制 adLx,因此找不到 Int(K)Int(L) 之间的关系。

引理:满同态保持非零特征值根子空间特征值

φ:LL 是满同态,且 yL,则 φ(La(ady))=La(adφ(y))。由此可知 φ(N(L))=N(L)

引理:

φ:LL 为满同态,若 σE(L),则存在 σE(L) 使得

σφ=φσ

证明: 只需在 σ=exp(adLx)xN(L) 的情型下证明即可。由前述引理,x=φ(x) 对至少一个 xN(L) 成立。对任意的 zL:考虑 exp 的展开式即证。

可解情型下 CSA 的共轭性

定理

L 可解, E(L) 如上所示。则对任意两个 CSA H1H2, 其在 E(L) 下共轭。