Введение

Комбинаторный объект в теории представлений
В математике, Young tableau (/tæ/'/b//l//oʊ/, /'/tæ//b//l//oʊ/; множественное число: tableaux) — комбинаторный объект, полезный в теории представлений и исчислении Шуберта. Он предоставляет удобный способ описания представлений симметрической и общей линейной групп и изучения их свойств. Юнговы диаграммы были введены Альфредом Янгом, математиком из Кембриджского университета, в 1900 году. Впоследствии Георг Фробениус применил их к изучению симметрических групп в 1903 году. Теория юнговых диаграмм была далее развита многими математиками, включая Перси МакМахона, В. В. Д. Ходжа, Г. де Б. Робинсона, Джан Карло Рота, Алена Ласкукса, Марселя Пола Шутценбергера и Ричарда П. Стэнли.

Определения

Примечание: в этой статье используется английская конвенция для отображения диаграмм Юнга и таблиц.

Диаграммы

Диаграмма Янга (также называемая диаграммой Феррера, особенно при представлении точками) — это конечный набор ящиков или клеток, расположенных в строках, выровненных по левому краю, при этом длины строк невозрастают. Перечисление количества ящиков в каждой строке дает разбиение λ неотрицательного целого числа n, равного общему числу ящиков в диаграмме. Диаграмма Янга называется диаграммой формы λ и несёт ту же информацию, что и это разбиение. Вложение одной диаграммы Янга в другую определяет частичный порядок на множестве всех разбиений, который фактически является решёткой, известной как решётка Янга. Перечисление количества ящиков диаграммы Янга в каждом столбце даёт другое разбиение — сопряжённое или транспонированное разбиение λ; диаграмму Янга этой формы можно получить, отразив исходную диаграмму относительно её главной диагонали. Существует почти всеобщее согласие, что при нумерации ящиков диаграмм Янга парами целых чисел, первый индекс указывает номер строки, а второй — номер ячейки в этой строке. Тем не менее, существуют две различные конвенции для отображения этих диаграмм и, следовательно, таблиц: первая располагает каждую строку под предыдущей, а вторая — над предыдущей. Поскольку первая конвенция в основном используется англоязычными исследователями, а вторая часто предпочтительна франкоязычными, принято называть эти конвенции соответственно английской и французской нотацией; например, в своей книге о симметричных функциях Макдональд советует читателям, предпочитающим французскую конвенцию, «читать эту книгу вверх ногами в зеркале» (Macdonald 1979, с. 2). Эта терминология, вероятно, возникла как шутка. Английская нотация соответствует общепринятой для матриц, в то время как французская нотация ближе к конвенции декартовых координат; однако французская нотация отличается от этой конвенции тем, что вертикальная координата указывается первой. На рисунке справа, используя английскую нотацию, показана диаграмма Янга, соответствующая разбиению (5, 4, 1) числа 10. Сопряжённое разбиение, определяемое длинами столбцов, равно (3, 2, 2, 2, 1).

Длина рук и ног

Во многих приложениях, например, при определении функций Джека, удобно определять длину руки aλ(s) ячейки s как количество ячеек справа от s в диаграмме λ в английской нотации. Аналогично, длина ноги lλ(s) – это количество ячеек под s. Длина крюка ячейки s – это количество ячеек справа от s или под s в английской нотации, включая саму ячейку s; другими словами, длина крюка равна aλ(s) + lλ(s) + 1.

Таблицы

Табле Юнга получается путем заполнения ячеек диаграммы Юнга символами, взятыми из некоторого алфавита, который обычно должен представлять собой вполне упорядоченное множество. Изначально этот алфавит был набором индексированных переменных x1, x2, x3, но сейчас для краткости обычно используется набор чисел. В первоначальном применении к представлениям симметрической группы, таблицы Юнга содержат n различных элементов, произвольно присвоенных ячейкам диаграммы. Таблица называется стандартной, если элементы в каждой строке и каждом столбце возрастают. Количество различных стандартных таблиц Юнга на n элементах задается числами инволюции: 1, 1, 2, 4, 10, 26, 76, 232, 764, 2620, 9496. В других приложениях естественно допускать, чтобы одно и то же число встречалось более одного раза (или вообще не встречалось) в таблице. Таблица называется полустандартной, или строго столбцовой, если элементы слабо возрастают вдоль каждой строки и строго возрастают вниз по каждому столбцу. Запись количества появлений каждого числа в таблице дает последовательность, известную как вес таблицы. Таким образом, стандартные таблицы Юнга являются точно полустандартными таблицами веса (1, 1, ..., 1), что требует, чтобы каждое целое число до n встречалось ровно один раз. В стандартной таблице Юнга целое число является спуском, если оно появляется в строке, строго ниже, чем текущая. Сумма спусков называется основным индексом таблицы. Следовательно, форма косой диаграммы не всегда может быть определена только по набору заполненных ячеек. Хотя многие свойства косых таблиц зависят только от заполненных ячеек, некоторые операции, определенные для них, требуют явного знания λ и μ, поэтому важно, чтобы косые таблицы сохраняли эту информацию: две различные косые таблицы могут отличаться только своей формой, в то время как они занимают один и тот же набор ячеек, каждая из которых заполнена одними и теми же элементами. Таблицы Юнга можно отождествить с косыми таблицами, в которых μ является пустым разбиением (0) (единственным разбиением 0). Любая полустандартная косая таблица T формы λ/μ с положительными целыми числами порождает последовательность разбиений (или диаграмм Юнга), начиная с μ, и принимая за разбиение i-е место в последовательности то, чья диаграмма получена из диаграммы μ путем добавления всех ячеек, содержащих значение ≤ i в T; это разбиение в конечном итоге становится равным λ. Любая пара последовательных форм в такой последовательности является косой формой, диаграмма которой содержит не более одной ячейки в каждом столбце; такие формы называются горизонтальными полосами. Эта последовательность разбиений полностью определяет T, и на самом деле возможно определить (косые) полустандартные таблицы как такие последовательности, как это делает Макдональд (Macdonald 1979, с. 4). Это определение включает в себя разбиения λ и μ в данные, составляющие косую таблицу.

Обзор заявок

Молодые таблицы имеют многочисленные применения в комбинаторике, теории представлений и алгебраической геометрии. Различные способы подсчёта таблиц Янга были исследованы и привели к определению и тождествам для функций Шура. Известно множество комбинаторных алгоритмов, работающих с таблицами, включая игру «jeu de taquin» Шютценбергера и соответствие Робинсона — Шенстеда — Кнута. Ласку и Шютценбергер изучили ассоциативное произведение на множестве всех полустандартных таблиц Янга, наделяя его структурой, называемой плактическим моноидом (фр. le monoïde plaxique). В теории представлений стандартные таблицы Янга размера k описывают базисы в неприводимых представлениях симметрической группы на k элементах. Стандартный мономиальный базис в конечномерном неприводимом представлении общей линейной группы GLn параметризуется множеством полустандартных таблиц Янга фиксированной формы над алфавитом {1, 2, ..., n}. Это имеет важные последствия для инвариантной теории, начиная с работ Ходжа по гомогенному координатному кольцу грассманиана и далее развитых Джан Карло Ротой с соавторами, де Кончини и Процеси, и Эйзенбудом. Правило Литтлвуда — Ричардсона, описывающее (в частности) разложение тензорных произведений неприводимых представлений GLn на неприводимые компоненты, сформулировано в терминах определённых косых полустандартных таблиц. Приложения к алгебраической геометрии сосредоточены вокруг вычислений Шуберта на грассманианах и флаговых многообразиях. Определённые важные классы когомологий могут быть представлены полиномами Шуберта и описаны в терминах таблиц Янга.

Применение в теории представления

Юнские диаграммы находятся во взаимно однозначном соответствии с неприводимыми представлениями симметрической группы над комплексными числами. Они предоставляют удобный способ задания юнговских симметризаторов, из которых строятся неприводимые представления. Многие свойства представления можно вывести из соответствующей диаграммы. Ниже мы опишем два примера: определение размерности представления и вырожденные представления. В обоих случаях мы увидим, что некоторые свойства представления можно определить, используя только его диаграмму. Юнговские таблицы используются при применении симметрической группы в квантово-химических исследованиях атомов, молекул и твердых тел. Юнговские диаграммы также параметризуют неприводимые полиномиальные представления общей линейной группы GLn (когда они имеют не более n ненулевых строк), или неприводимые представления специальной линейной группы SLn (когда они имеют не более n − 1 ненулевых строк), или неприводимые комплексные представления специальной унитарной группы SUn (опять же, когда они имеют не более n − 1 ненулевых строк). В этих случаях полустандартные таблицы с элементами, не превышающими n, играют центральную роль, а не стандартные таблицы; в частности, именно количество этих таблиц определяет размерность представления.

Ограниченные представления

Представление симметрической группы на n элементах, Sn, также является представлением симметрической группы на n − 1 элементах, Sn−1. Однако, неприводимое представление Sn может оказаться приводимым для Sn−1. Вместо этого, оно может быть прямой суммой нескольких представлений, которые являются неприводимыми для Sn−1. Эти представления называются факторами ограниченного представления (см. также индуцированное представление). Вопрос об определении этого разложения ограниченного представления заданного неприводимого представления Sn, соответствующего разбиению λ числа n, решается следующим образом. Формируется множество всех диаграмм Янга, которые можно получить из диаграммы формы λ, удалив ровно одну клетку (которая должна быть последней как в своей строке, так и в своем столбце); ограниченное представление затем раскладывается в прямую сумму неприводимых представлений Sn−1, соответствующих этим диаграммам, причем каждая из них входит в сумму ровно один раз.