Кіріспе

Математикалық сақина, мүшелері матрицалар болып табылады. Абстрактілік алгебрада матрицалық сақина – R сақинасының элементтерінен құралған матрицалар жиыны, бұл матрицаларды қосу және көбейту арқылы сақина құрайды. R сақинасының элементтерінен құралған барлық n × n матрицалар жиыны Mn(R) матрицалық сақинасы деп белгіленеді (басқа белгілеулер: Matn(R) және Rn×n). Кейбір шексіз матрицалар жиындары шексіз матрицалық сақиналарды құрайды. Матрицалық сақинаның ішкі сақинасы қайтадан матрицалық сақина болып табылады. Rng арқылы матрицалық rng құруға болады. Егер R коммутативті сақина болса, онда Mn(R) матрицалық сақинасы R үстінен ассоциативті алгебра болып табылады және оны матрицалық алгебра деп атауға болады. Мұндай жағдайда, егер M матрица болса және r R-ге тиесілі болса, онда rM матрицасы – M матрицасының әрбір элементі r-ға көбейтілген матрица болады.

Мысалдар

R үстіндегі барлық n × n шаршы матрицалар жиыны Mn(R) деп белгіленеді. Бұл кейде "n × n матрицалардың толық сақинасы" деп аталады. R үстіндегі барлық жоғарғы үшбұрышты матрицалар жиыны. R үстіндегі барлық төменгі үшбұрышты матрицалар жиыны. R үстіндегі барлық диагональдық матрицалар жиыны. Mn(R) сақинасының бұл субальгебрасы R-дің n көшірмесінің тікелей көбейтіндісіне изоморфты. Кез келген индекс жиыны I үшін, оң R-модулінің эндоморфизмдер сақинасы I × I индексімен берілген баған шекті матрицалар сақинасына изоморфты, мұнда әр бағанда тек шекті санда ғана нөлдік емес элементтер бар. M-нің сол R-модулі ретінде қарастырылатын эндоморфизмдер сақинасы қатарлы шекті матрицалар сақинасына изоморфты. Егер R – Банах алгебрасы болса, онда бұрынғы пункттегі қатар немесе баған шектілігі шарты жеңілдетілуі мүмкін. Норма белгіленген кезде, шекті қосындылардың орнына толық конвергентті қатарларды қолдануға болады. Мысалы, бағандарының қосындысы толық конвергентті тізбектер болатын матрицалар сақинаны құрайды. Әрине, қатарларының қосындысы толық конвергентті қатарлар болатын матрицалар да сақинаны құрайды. Бұл идеяны, мысалы, Хилберт кеңістіктеріндегі операторларды бейнелеу үшін қолдануға болады. Қатарлы және бағанды шекті матрицалар сақиналарының қиылысы сақинаны құрайды. Егер R коммутативті болса, онда Mn(R) R үстіндегі *алгебра құрылымына ие, мұнда Mn(R) алгебрасындағы *инволюция матрицаның транспозициясы болып табылады. Егер A – C*алгебрасы болса, онда Mn(A) – тағы бір C*алгебрасы. Егер A – бірліксіз болса, онда Mn(A) да бірліксіз болады. Гельфанд-Наймaрк теоремасы бойынша, H Хилберт кеңістігі және A-дан B(H) үзіліссіз операторлар алгебрасының жабық субальгебрасына изометриялық *изоморфизм бар; бұл Mn(A)-ны B(H⊕n) субальгебрасымен сәйкестендіреді. Қарапайымдық үшін, егер H ажыратылатын және A B(H) – C*алгебрасы болса, онда A-ны кішірек C*алгебрасы бойынша матрицалық сақинаға бөлуге болады. Мұны проекция p және оның ортогоналды проекциясы 1 – p орнату арқылы жасауға болады; A-ны , матрицалық көбейту проекциялардың ортогоналдығынан туындайтын жерде анықтауға болады. A-ны C*алгебрасы бойынша матрицалық сақинамен сәйкестендіру үшін p және 1 – p бірдей "рангқа" ие болуы керек; нақтырақ айтқанда, p және 1 – p Мюррей-Вон-Нойман эквивалентті болуы керек, яғни u ішінара изометриясы бар болуы керек, онда 1 = p = uu* және 1 = 1 – p = u*u. Мұны үлкен өлшемді матрицаларға оңай жалпылауға болады. Кешенді матрицалық алгебралар Mn(C) изоморфизмге дейін, кешенді сандардың C өрісіндегі жалғыз шекті өлшемді жай ассоциативтік алгебралар болып табылады. Матрицалық алгебралар ойлап табылуынан бұрын, 1853 жылы Гамильтон сақинаны енгізді, оның элементтерін бикватерниондар деп атады, ал қазіргі авторлар C ⊗R H-дегі тензорлар деп атайды, ол кейін M2(C)-ге изоморфты екені көрсетілді. M2(C) базасы төрт матрицалық бірліктерден тұрады (бір 1 және қалғандары 0 болатын матрицалар); тағы бір база сәйкестік матрицасы және үш Паули матрицасынан тұрады. Өріс үстіндегі матрицалық сақина – Фробениус алгебрасы, Фробениус формасы көбейтіндінің ізден беріледі: 1 = σ(A, B) = tr(AB).

Құрылымы

Матрицалық сақина Mn(R) n-дәрежелі еркін оң R-модулінің эндоморфизмдер сақинасымен сәйкестендіріледі; яғни, Mn(R) ≅ EndR(Rn). Матрицалық көбейту эндоморфизмдердің композициясына сәйкес келеді. D бөлу сақинасы арқылы анықталған Mn(D) сақинасы – Артиндық қарапайым сақина, жартылай қарапайым сақинаның ерекше түрі. Егер жиын I шексіз болса, Mn(R) және Mn(D) сақиналары қарапайым да емес, Артиндық та емес, бірақ олар әлі де толық сызықтық сақиналар болып табылады. Артин–Уэддерберн теоремасы әр жартылай қарапайым сақинаның шекті тікелей көбейтіндіге изоморфты екенін көрсетеді, яғни , мұндағы r – теріс емес бүтін сан, ni – оң бүтін сандар, ал Di – бөлу сақиналары. Mn(C) сақинасын Cn сызықтық эндоморфизмдерінің сақинасы ретінде қарастырғанда, белгілі бір V подпространствосында жоғалатын матрицалар сол жақ идеалды құрайды. Керісінше, Mn(C) сақинасының берілген сол жақ идеалы I үшін, I-дегі барлық матрицалардың ядролық кеңістіктерінің қиылысы Cn подпространствосын береді. Осы құрылым бойынша Mn(C) сақинасының сол жақ идеалдары мен Cn подпространстволары арасында биекция бар. Mn(R) және R сақиналарының екі жақты идеалдары арасында да биекция бар. Атап айтқанда, R сақинасының әрбір I идеалы үшін, I-ге кіретін барлық n × n матрицалар жиыны Mn(R) сақинасының идеалы болып табылады, және Mn(R) сақинасының әрбір идеалы осылай туындайды. Бұл Mn(R) сақинасының қарапайымдығы R сақинасының қарапайымдығына эквивалентті екенін білдіреді. n ≥ 2 болғанда, Mn(R) сақинасының әрбір сол жақ немесе оң жақ идеалы R сақинасының сол жақ немесе оң жақ идеалынан жоғарыдағы құрылым арқылы туындамайды. Мысалы, 2-ден n-ге дейінгі индекстері бар бағандары нөлге тең матрицалар жиыны Mn(R) сақинасында сол жақ идеалды құрайды. Бұл идеалдық сәйкестік, шын мәнінде, R және Mn(R) сақиналарының Морита эквиваленттігінен туындайды. Бұл, R-модульдерінің және Mn(R)-модульдерінің санаттары өте ұқсас екенін білдіреді. Осыған байланысты, R-модульдерінің изоморфизм кластары мен Mn(R)-модульдерінің изоморфизм кластары, сондай-ақ R сақинасының сол жақ идеалдары мен Mn(R) сақинасының сол жақ идеалдары арасында табиғи биективті сәйкестік бар. Сол сияқты мәлімдемелер оң жақ модульдер мен оң жақ идеалдар үшін де қолданылады. Морита эквиваленттілігі арқылы Mn(R) сақинасы R сақинасының қарапайымдығы, Артиндығы, Ноэтериандығы, жайлылығы сияқты Морита инвариантты қасиеттерін мұра етеді.

Матрицалық семиринг

Шындығында, Mn(R) анықталуы үшін R-дың жартылай шеңбер болуы жеткілікті. Бұл жағдайда Mn(R) – матрицалық жартылай шеңбер деп аталатын жартылай шеңбер болады. Сол сияқты, егер R коммутативті жартылай шеңбер болса, онда Mn(R) – матрицалық жартылай алгебра болады. Мысалы, егер R – Бульдік жартылай шеңбер (1=1 + 1 = 1 болатын екі элементті Бульдік алгебрасы) болса, онда Mn(R) – n элементті жиынтақтағы бинарлық қатынастардың жартылай шеңбері болады, онда қосымша операция ретінде біріктіру, көбейту операциясы ретінде қатынастардың композициясы, бос қатынас (нөлдік матрица) нөл ретінде, ал сәйкестік қатынасы (бірлік матрица) бірлік ретінде қарастырылады.