En matemáticas , un par de Gelfand es un par ( G , K ) que consta de un grupo G y un subgrupo K (llamado subgrupo de Euler de G ) que satisface una determinada propiedad en representaciones restringidas . La teoría de los pares de Gelfand está estrechamente relacionada con el tema de las funciones esféricas en la teoría clásica de funciones especiales , y con la teoría de los espacios simétricos de Riemann en la geometría diferencial . En términos generales, la teoría existe para abstraer de estas teorías su contenido en términos de análisis armónico y teoría de la representación .
Cuando G es un grupo finito , la definición más simple es, en términos generales, que las clases laterales dobles ( K , K ) en G conmutan. Más precisamente, el álgebra de Hecke , el álgebra de funciones en G que son invariantes bajo traducción en ambos lados por K , debería ser conmutativa para la convolución en G.
En general, la definición del par de Gelfand es aproximadamente que la restricción a K de cualquier representación irreducible de G contiene la representación trivial de K con multiplicidad no mayor que 1. En cada caso, se debe especificar la clase de representaciones consideradas y el significado de "contiene".
En cada área, la clase de representaciones y la definición de contención de las representaciones es ligeramente diferente. Aquí se dan definiciones explícitas de varios de estos casos.
Cuando G es un grupo finito, lo siguiente es equivalente:
Cuando G es un grupo topológico compacto , lo siguiente es equivalente:
Cuando G es un grupo de Lie y K es un subgrupo compacto , lo siguiente es equivalente:
Para obtener una clasificación de dichos pares de Gelfand, consulte [1] .
Ejemplos clásicos de tales pares de Gelfand son ( G , K ), donde G es un grupo de Lie reductivo y K es un subgrupo compacto máximo .
Cuando G es un grupo topológico localmente compacto y K es un subgrupo compacto, lo siguiente es equivalente:
En ese contexto, G tiene una descomposición de Iwasawa - Monod , es decir, G = KP para algún subgrupo P de G susceptible . [2] Este es el análogo abstracto de la descomposición de Iwasawa de grupos de Lie semisimples .
Cuando G es un grupo de Lie y K es un subgrupo cerrado , el par ( G , K ) se llama par de Gelfand generalizado si para cualquier representación unitaria irreducible π de G en un espacio de Hilbert , la dimensión de Hom K ( π , C ) es menor o igual a 1, donde π ∞ denota la subrepresentación de vectores suaves .
Cuando G es un grupo reductor sobre un campo local y K es un subgrupo cerrado, existen tres nociones (posiblemente no equivalentes) del par de Gelfand que aparecen en la literatura:
( GP1 ) Para cualquier representación admisible irreducible π de G , la dimensión de Hom K ( π , C ) es menor o igual a 1.
( GP2 ) Para cualquier representación admisible irreducible π de G , tenemos , donde denota el dual suave .
( GP3 ) Para cualquier representación unitaria irreducible π de G en un espacio de Hilbert , la dimensión de Hom K ( π , C ) es menor o igual a 1.
Aquí, representación admisible es la noción habitual de representación admisible cuando el campo local no es de Arquímedes . Cuando el campo local es Arquímedes, la representación admisible significa una representación suave de Fréchet de crecimiento moderado, de modo que el módulo Harish-Chandra correspondiente sea admisible .
Si el campo local es de Arquímedes, entonces GP3 es igual a la propiedad de Gelfand generalizada definida en el caso anterior.
Claramente, GP1 ⇒ GP2 ⇒ GP3 .
Un par ( G , K ) se llama par de Gelfand fuerte si el par ( G × K , Δ K ) es un par de Gelfand, donde Δ K ≤ G × K es el subgrupo diagonal: . A veces, esta propiedad también se denomina propiedad de la multiplicidad uno .
Cada uno de los casos anteriores se puede adaptar a pares Gelfand fuertes. Por ejemplo, sea G un grupo finito. Entonces los siguientes son equivalentes:
En este caso, existe un criterio clásico debido a Gelfand para que el par ( G , K ) sea Gelfand: supongamos que existe un antiautomorfismo involutivo σ de G tal que cualquier doble clase lateral ( K , K ) es σ -invariante . Entonces el par ( G , K ) es un par de Gelfand.
Este criterio es equivalente al siguiente: Supongamos que existe un antiautomorfismo involutivo σ de G tal que cualquier función en G que sea invariante con respecto a las traslaciones derecha e izquierda de K es σ -invariante. Entonces el par ( G , K ) es un par de Gelfand.
En este caso, existe un criterio debido a Gelfand y Kazhdan para que la pareja ( G , K ) satisfaga GP2 . Supongamos que existe un antiautomorfismo involutivo σ de G tal que cualquier distribución ( K , K )-doble invariante en G es σ -invariante. Entonces el par ( G , K ) satisface GP2 (ver [3] [4] [5] ).
Si la afirmación anterior es válida sólo para distribuciones definidas positivas , entonces el par satisface GP3 (consulte el siguiente caso).
La propiedad GP1 a menudo se deriva de GP2 . Por ejemplo, esto es válido si existe un antiautomorfismo involutivo de G que preserva K y preserva cada clase de conjugación cerrada. Para G = GL( n ), la transposición puede servir como tal involución.
En este caso, existe el siguiente criterio para que el par ( G , K ) sea un par de Gelfand generalizado. Supongamos que existe un antiautomorfismo involutivo σ de G tal que cualquier distribución definida positiva invariante K × K en G es σ -invariante. Entonces el par ( G , K ) es un par de Gelfand generalizado (ver [6] ).
Todos los criterios anteriores se pueden convertir en criterios para pares de Gelfand fuertes reemplazando la acción bilateral de K × K por la acción de conjugación de K.
Un par ( G , K ) se llama par trenzado de Gelfand con respecto al carácter χ del grupo K , si la propiedad de Gelfand se cumple cuando la representación trivial se reemplaza con el carácter χ. Por ejemplo, en el caso de que K sea compacto, significa que la dimensión de Hom K ( π , χ) es menor o igual a 1. El criterio para pares de Gelfand se puede adaptar al caso de pares de Gelfand trenzados. [ cita necesaria ]
La propiedad de Gelfand suele satisfacerse mediante pares simétricos . Un par ( G , K ) se llama par simétrico si existe un automorfismo involutivo θ de G tal que K es una unión de componentes conectados del grupo de θ -elementos invariantes: G θ .
Si G es un grupo reductor conectado sobre R y K = G θ es un subgrupo compacto, entonces ( G , K ) es un par de Gelfand. Ejemplo: G = GL( n , R ) y K = O( n , R ), el subgrupo de matrices ortogonales .
En general, es interesante saber cuándo un par simétrico de un grupo reductor sobre un campo local tiene la propiedad de Gelfand. Para investigaciones de pares simétricos de rango uno, consulte [7] [8] .
Un ejemplo de par simétrico Gelfand de alto rango es . Esto se demostró en [9] sobre campos locales no de Arquímedes y posteriormente en [10] para todos los campos locales de característica cero.
Para obtener más detalles sobre esta pregunta para pares simétricos de alto rango, consulte [11] .
En el contexto de los grupos algebraicos , los análogos de los pares de Gelfand se denominan pares esféricos . Es decir, un par ( G , K ) de grupos algebraicos se denomina par esférico si se cumple una de las siguientes condiciones equivalentes:
En este caso, el espacio G / H se denomina espacio esférico .
Se conjetura que cualquier par esférico ( G , K ) sobre un campo local satisface la siguiente versión débil de la propiedad de Gelfand: Para cualquier representación admisible π de G , el espacio Hom K ( π , C ) es de dimensión finita; además, el límite para esta dimensión no depende de π . Esta conjetura se demuestra para una gran clase de pares esféricos, incluidos todos los pares simétricos. [12]
Los pares de Gelfand se utilizan a menudo para clasificar representaciones irreducibles de la siguiente manera:
Sea ( G , K ) un par de Gelfand. Una representación irreducible de G se llama K -distinguida si Hom K ( π , C ) es unidimensional. La representación indiaG
k( C ) es un modelo para todas las K -representaciones distinguidas, es decir, cualquier K -representaciones distinguidas aparece allí con una multiplicidad exactamente 1. Existe una noción similar para los pares trenzados de Gelfand.
Ejemplo: si G es un grupo reductor sobre un campo local y K es su subgrupo compacto máximo, entonces K -las representaciones distinguidas se denominan esféricas y dichas representaciones se pueden clasificar mediante la correspondencia de Satake. La noción de representación esférica está en la base de la noción de módulo Harish-Chandra .
Ejemplo: si G es un grupo reductor dividido sobre un campo local y K es su subgrupo unipotente máximo, entonces el par ( G , K ) es un par de Gelfand retorcido con respecto a cualquier carácter no degenerado ψ (ver [3] [13] ). En este caso, las K representaciones distinguidas se denominan genéricas (o no degeneradas) y son fáciles de clasificar. Casi cualquier representación irreductible es genérica. La incorporación única (hasta escalar) de una representación genérica a IndG
k( ψ ) se llama modelo de Whittaker .
En el caso de G = GL( n ) hay una versión más detallada del resultado anterior; es decir, existe una secuencia finita de subgrupos Ki y caracteres tales que ( G , Ki ) es un par trenzado de Gelfand con respecto a y cualquier representación unitaria irreducible se distingue exactamente por un i ( ver [ 14] [ 15] ).
También se pueden utilizar pares de Gelfand para construir bases para representaciones irreductibles.
Supongamos que tenemos una secuencia que es un par Gelfand fuerte. Por simplicidad supongamos que G n es compacto. Entonces esto da una descomposición canónica de cualquier representación irreductible de G n en subrepresentaciones unidimensionales. Cuando G n = U( n ) (el grupo unitario), esta construcción se denomina base de Gelfand-Zeitlin. Dado que las representaciones de U( n ) son las mismas que las representaciones algebraicas de GL( n ), también obtenemos una base de cualquier representación algebraica irreducible de GL( n ). Sin embargo, la base construida no es canónica ya que depende de la elección de las incrustaciones .
Un uso más reciente de los pares de Gelfand es para dividir períodos de formas automórficas.
Sea G un grupo reductivo definido sobre un campo global F y sea K un subgrupo algebraico de G . Supongamos que para cualquier lugar de F , el par ( G , K ) es un par de Gelfand sobre la terminación . Sea m una forma automórfica sobre G , entonces su período H se divide como producto de factores locales (es decir, factores que dependen sólo del comportamiento de m en cada lugar ).
Ahora supongamos que se nos da una familia de formas automórficas con un parámetro complejo s . Entonces el período de esas formas es una función analítica que se descompone en un producto de factores locales. A menudo esto significa que esta función es una determinada función L y esto proporciona una continuación analítica y una ecuación funcional para esta función L.
Generalmente esos períodos no convergen y conviene regularizarlos. [ cita necesaria ]
Un posible enfoque a la teoría de la representación es considerar la teoría de la representación de un grupo G como un análisis armónico del grupo G con respecto a la acción bilateral de G × G. De hecho, conocer todas las representaciones irreducibles de G equivale a conocer la descomposición del espacio de funciones en G como una representación G × G. En este enfoque, la teoría de la representación se puede generalizar reemplazando el par ( G × G , G ) por cualquier par esférico ( G , K ). Luego pasaremos a la cuestión del análisis armónico en el espacio G / K con respecto a la acción de G .
Ahora bien, la propiedad de Gelfand para el par ( G , K ) es análoga al lema de Schur .
Utilizando este enfoque, cualquier concepto de la teoría de la representación puede generalizarse al caso de un par esférico. Por ejemplo, la fórmula de traza relativa se obtiene a partir de la fórmula de traza mediante este procedimiento.
Algunos ejemplos comunes de pares Gelfand son:
Si ( G , K ) es un par de Gelfand, entonces ( G / N , K / N ) es un par de Gelfand para cada G - subgrupo normal N de K . Para muchos propósitos, es suficiente considerar K sin ninguno de estos subgrupos normales no identitarios. La acción de G sobre las clases laterales de K es , por tanto, fiel, por lo que entonces se consideran grupos de permutación G con estabilizadores puntuales K. Ser un par de Gelfand equivale a por cada χ en Irr( G ). Dado que según Frobenius la reciprocidad y es el carácter de la acción de permutación, un grupo de permutación define un par de Gelfand si y sólo si el carácter de permutación es el llamado carácter de permutación libre de multiplicidad . Estos caracteres de permutación libres de multiplicidad se determinaron para los grupos esporádicos en (Breuer y Lux 1996).
Esto da lugar a una clase de ejemplos de grupos finitos con pares de Gelfand: los grupos 2-transitivos . Un grupo de permutación G es 2-transitivo si el estabilizador K de un punto actúa transitivamente sobre los puntos restantes. En particular, G el grupo simétrico en n +1 puntos y K el grupo simétrico en n puntos forman un par de Gelfand para cada n ≥ 1. Esto se deduce porque el carácter de una acción de permutación transitiva 2 es de la forma 1+ χ para algún carácter irreductible χ y el carácter trivial 1, (Isaacs 1994, p. 69).
De hecho, si G es un grupo de permutación transitivo cuyo estabilizador puntual K tiene como máximo cuatro órbitas (incluida la órbita trivial que contiene sólo el punto estabilizado), entonces su anillo de Schur es conmutativo y ( G , K ) es un par de Gelfand (Wielandt 1964). , pág.86). Si G es un grupo primitivo de grado dos veces primo con estabilizador puntual K , entonces nuevamente ( G , K ) es un par de Gelfand (Wielandt 1964, p. 97).
Los pares Gelfand (Sym( n ), K ) se clasificaron en (Saxl 1981). En términos generales, K debe estar contenido como un subgrupo de índice pequeño en uno de los siguientes grupos, a menos que n sea menor que 18:
También se han investigado los pares de Gelfand para grupos clásicos.
Sea F un campo local de característica cero.
Sea F un campo local de característica cero. Sea G un grupo reductivo sobre F . Los siguientes son ejemplos de pares Gelfand simétricos de alto rango:
Los siguientes pares son pares Gelfand fuertes:
Esos cuatro ejemplos se pueden reformular como la afirmación de que los siguientes son pares de Gelfand: