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Nesta seção, falaremos sobre identidades polinomiais de uma álgebra. Temos que a classe de todas as álgebras comutativas e todas as álgebras de dimensão finita são importantes por terem propriedades estruturais de fácil manuseio. Em uma tentativa de generalizar tais propriedades para outras álgebras, estudamos estes assuntos.

A partir de agora, fixamos um conjunto infinito e enumerável X  tx1, x2, ...u.

Definição 3.3.1. Seja f  fpx1, x2, ..., xnq P KxXy e seja R uma álgebra associativa. Dizemos

que f  0 é uma identidade polinomial para R, se fpr1, ..., rnq  0 para todo r1, ..., rn P R. Por

vezes, dizemos que f é uma identidade polinomial para R.

Observação 3.3.2. Seja φ o conjunto de todos os homomorfismos ϕ : FxXy Ñ R onde R

é uma K-álgebra. Temos que f  0 é uma identidade polinoomial para R se, e somente se,

f P £

ϕP φ

Kerϕ. Normalmente dizemos que f  0 é uma identidade em R ou que R satisfaz

f  0.

Como o polinômio trivial f  0 é uma identidade para qualquer álgebra R, temos:

Definição 3.3.3. Dizemos que uma álgebra associativa R é uma PI-álgebra, ou álgebra com

identidade polinomial, se existir f P KxXy não nulo tal que a R satisfaz a identidade polinomial (fpr1, ..., rnq  0 para todo r1, ..., rn P Rq.

Ou seja, se R satisfaz uma identidade polinomial não trivial, então dizemos que R é uma PI-álgebra.

Definição 3.3.4. Sejam R uma álgebra e x1, x2 elementos de R. Definimos o comutador entre

x1 e x2 e denotamos por rx1, x2s  x1x2 x2x1.

Observação 3.3.5. Temos que uma álgebra R é comutativa se, e somente se, satisfaz a

identidade polinomial

rx1, x2s  x1x2 x2x1  0.

Definição 3.3.6. Seja R uma K-álgebra associativa. Dizemos que R é nilpotente, se existir um

inteiro positivo n tal que 0  r1...rn para todo ri P R. O menor n que satisfaz a igualdade é

dito o índice de nilpotência da álgebra R.

Exemplo 3.3.7. Qualquer álgebra nilpotente é uma PI-álgebra. De fato, se Rn 0, para algum

n ¥ 1, então x1...xn 0 é uma identidade para R.

Exemplo 3.3.8. Se R é uma álgebra comutativa, então R é uma PI-álgebra pois satisfaz a

Exemplo 3.3.9. Seja U TnpF q a álgebra de matrizes triangulares superiores de ordem n sobre

o corpo F . Temos que U TnpF q é uma PI-álgebra, pois satisfaz a identidade

rx1, x2s.    .rx2n1, x2ns  0

De fato, sejam A, B P UTnpF q. Temos que AB e BA são matrizes triangulares

possuindo mesma diagonal. Logo AB  BA é uma matriz triangular estritamente superior.

SU TnpF q é um ideal bilateral nilpotente, então tomando n da nilpotência de SUTnpF q temos

SU TnpF qn 0 e assim rx1, x2s.    .rx2n1, x2ns  0 é uma identidade de UTnpF q.

Exemplo 3.3.10. Seja F um corpo. Temos que a álgebra M2pF q satisfaz a identidade rrx, ys2, zs 

0.

De fato, consideremos A, B P M2pF q. Denotando por C o comutador entre A e B,

ou seja C  rA, Bs, temos que trC  0. Desta forma, podemos escrever C  

d m

n d



, com

m, n e d elementos de F . Calculando o polinômio característico Ppλq de C, temos que

ppλq  pd  λqpd  λq  mn

 λ2 d2 mn

 λ2 detpCq.

Pelo teorema de Hamilton-Cayley, temos que PpCq  0, logo C2 detpCqI  0. Como

consequência, C2 é uma matriz escalar, assim C2 comuta com qualquer matriz de M2pF q.

Portanto, rrA, Bs2, Ds  0 para todo A, B, D P M2pF q, daí a identidade rrx, ys2, zs  0 é

satisfeita para M2pF q.

Introduzimos agora algumas definições mais elaboradas acerca de ideais em PI- álgebras.

Definição 3.3.11. Seja R uma K-álgebra. Denotamos por TpRq, o conjunto de todas as

identidades polinomiais de R. Ou seja

TpRq : tf P KxXy tal que f  0 em Ru.

Observação 3.3.12. Temos que TpRq é um ideal bilateral de F xXy. Além disso, se f 

px1, ..., xnq for um polinômio qualquer em T pRq, e g1, ..., gn são polinômios arbitrários em FxXy,

então fpg1, ..., gnq P T pRq.

Definição 3.3.13. Sejam R uma K-álgebra e FxXy a álgebra das palavras associativas. Dizemos

que um ideal I de FxXy é um T -ideal, se o mesmo for invariante sobre todos os endomorfismos de FxXy.

Em outras palavras, dizemos que I é um T -ideal se ϕpIq „ I com ϕ endomorfismo de FxXy.

Observação 3.3.14. Como qualquer endomorfismo de FxXy é determinado aplicando x ÞÑ g,

onde x P X e g P F xXy (pois F xXy é livre na classe de todas as álgebras, como visto anteriormente), segue que TpRq é um ideal invariante sobre todos os endomorfismos de F   Xy, ou seja, TpRq é um T -ideal.

Quando o corpo base é infinito, o estudo de identidades de uma determinada álgebra

R pode ser resumido ao estudo dos polinômios homogêneos ou multilineares.

Definição 3.3.15. Seja f  fpx1, ..., xnq um polinômio em K   Xy. Definimos o grau total de

um monômio u como sendo a soma dos degxiu, com i 1, ..., n.

Definição 3.3.16. Seja Fn F   x1, ..., xny, a álgebra livre de rank n ¥ 1 sobre um corpo F .

Denotamos por Fnpkq ao subespaço gerado por todos os monômios de grau total k e por Fpi1,...,inq ao subespaço gerado por todos os monômios de grau ij em xj com j  1, ..., n. Os

Definição 3.3.17. Um polinômio f pertencente a Fnpkq para algum k ¥ 1 é dito de grau

homogêneo k.

Definição 3.3.18. Um polinômio f é linear na variável xi se xi aparece com grau 1 em todo

monômio de f . Um polinômio que é linear em todas as suas indeterminadas é dito multilinear.

Definição 3.3.19. Os polinômios fpi1,...,inq P Fpi1,...,inq

n não nulos são chamados de multihomo-

gêneos de multigrau pi1, ..., inq.

Proposição 3.3.20. Seja R uma K-álgebra gerada por um conjunto X sobre F . Se um

polinômio multilinear f se anula em X então f é uma identidade polinomial para R.

Demonstração. Sejam r1 

¸

α1iui, ..., rn 

¸

αniui os elementos de R com cada ui sendo

elementos de X. Então, como f  fpx1, ..., xnq é linear in cada uma de suas variáveis,

fpa1, ..., anq 

¸

4 Álgebras G-Graduadas

No último capítulo deste trabalho, falaremos sobre álgebras G-graduadas e suas identidades polinomiais. Falaremos também sobre o assunto principal deste trabalho que são os co-caracteres de PI-álgebras G-graduadas e por último, falaremos sobre algumas propriedades envolvendo produto tensorial.

4.1

Introdução

Se uma álgebra R tem uma estrutura adicional de uma álgebra graduada, pode- mos tentar relacionar as identidades polinomiais de R para identidades mais genéricas (como identidades G-graduadas) levando em consideração a nova estrutura. Esse estudo se dá pela importância da álgebra de matrizes k k sobre o corpo da base cujas graduações, automorfismos e involuções são "bem-entendidas"

Definição 4.1.1. Seja G um grupo. Dizemos que uma álgebra assoaciativa R sobre um corpo

arbitrário F é uma álgebra G-graduada se

R

gPG

Rg

onde cada Rg é um subespaço de R, tal que RgRh € Rg h para todo g, h P G.

Da definição, podemos escrever r P R de maneira única como uma soma finita

r ¸

gP G

rg, com rg P Rg.

Definição 4.1.2. Os subespaços Rg são chamados de componentes homogêneas de R. Adequa-

damente, um elemento r P R é homogêneo (ou homogêneo de grau g) se r P Rg. Um subespaço

S de R é graduado ou homogêneo se S  ¸

gP G

pS X Rgq (Ou seja, S é graduado se, para algum

s P S temos s  ¸

gP G

rg, então rg P S para todo g P G).

Analogamente, podemos definir subalgebras graduadas, ideais, etc.

Exemplo 4.1.3. Qualquer álgebra R pode ser graduada por um grupo G definindo R  Re e

Exemplo 4.1.4. Temos que C pode ser escrito como R ` R, o qual podemos denotar como R loomoon 0 ` Rloomoon 1 . Assim, temos: C  C0` C1 $ ' ' ' ' ' ' & ' ' ' ' ' ' % C0C0 „ C0 0 C0; C0C1 „ C0 1 C1; C1C0 „ C1 0 C1; C1C1 „ C1 1 C0.

E como já sabemos que C é uma álgebra associativa sobre R e Z2 é grupo aditivo de ordem

finita, temos que C é uma álgebra Z2-graduada.

Exemplo 4.1.5. Temos que M2pF q 

 a11 0 0 a22  `  0 a12 a21 0 

é uma G-graduação com verifi- cação análoga à anterior e podendo ser generalizada para MnpF q com n P N.

Exemplo 4.1.6. A álgebra associativa livre R  F xXy de posto enumerável tem uma Z-

graduação natural, definindo R  ¸

nP ZRn

onde Rn  0 se n ¤ 0, e Rn o conjunto gerado por

todos os monômios de grau n, no caso de ny0.

Se X1  tx1, ..., xku é um conjunto finito, então a álgebra associativa de posto k,

R  F xX1y, pode ser graduada pelo grupo Zk Z `    ` Zlooooomooooon

kvezes

definindo

Rpn1,...,nkq : tf P F xX1y tal que f é multihomogêneo, def

xif  ni, i 1, ..., ku

Definição 4.1.7. Sejam G um grupo e A à

gP G

Ag e B 

à

gP G

Bg duas álgebras G-graduadas.

Dizemos que uma aplicação ϕ : AÑ B é um homomorfismo de álgebras G-graduadas se ϕ for um homomorfismo de álgebras que satisfaz ϕpAgq „ Bg para todo g P G. Dizemos que ϕ é um

isomorfismo de álgebras G-graduadas, se ϕ for um homomorfismo bijetivo.

4.2

Identidades Polinomiais G-Graduadas

No documento Co-caracteres de álgebras G-graduadas (páginas 45-49)

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