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Teoría de grupos geométricos

El gráfico de Cayley de un grupo libre con dos generadores. Se trata de un grupo hiperbólico cuyo límite de Gromov es un conjunto de Cantor . Los grupos hiperbólicos y sus límites son temas importantes en la teoría de grupos geométricos, al igual que los gráficos de Cayley.

La teoría de grupos geométricos es un área de las matemáticas dedicada al estudio de grupos generados finitamente mediante la exploración de las conexiones entre las propiedades algebraicas de dichos grupos y las propiedades topológicas y geométricas de los espacios en los que estos grupos pueden actuar de manera no trivial (es decir, cuando los grupos en cuestión se realizan como simetrías geométricas o transformaciones continuas de algunos espacios).

Otra idea importante en la teoría geométrica de grupos es considerar a los grupos finitamente generados como objetos geométricos. Esto se hace habitualmente estudiando los grafos de Cayley de los grupos, que, además de la estructura del grafo , están dotados de la estructura de un espacio métrico , dada por la llamada palabra métrica .

La teoría geométrica de grupos, como área diferenciada, es relativamente nueva y se convirtió en una rama claramente identificable de las matemáticas a fines de la década de 1980 y principios de la de 1990. La teoría geométrica de grupos interactúa estrechamente con la topología de baja dimensión , la geometría hiperbólica , la topología algebraica , la teoría de grupos computacionales y la geometría diferencial . También existen conexiones sustanciales con la teoría de la complejidad , la lógica matemática , el estudio de los grupos de Lie y sus subgrupos discretos, los sistemas dinámicos , la teoría de la probabilidad , la teoría K y otras áreas de las matemáticas.

En la introducción a su libro Temas de teoría geométrica de grupos , Pierre de la Harpe escribió: "Una de mis creencias personales es que la fascinación por las simetrías y los grupos es una forma de hacer frente a las frustraciones de las limitaciones de la vida: nos gusta reconocer simetrías que nos permiten reconocer más de lo que podemos ver. En este sentido, el estudio de la teoría geométrica de grupos es parte de la cultura, y me recuerda varias cosas que Georges de Rham practicaba en muchas ocasiones, como enseñar matemáticas, recitar a Mallarmé o saludar a un amigo". [1] : 3 

Historia

La teoría de grupos geométricos surgió de la teoría de grupos combinatorios que estudiaba en gran medida las propiedades de los grupos discretos mediante el análisis de las presentaciones de grupos , que describen a los grupos como cocientes de grupos libres ; este campo fue estudiado sistemáticamente por primera vez por Walther von Dyck , estudiante de Felix Klein , a principios de la década de 1880, [2] mientras que una forma temprana se encuentra en el cálculo icosiano de 1856 de William Rowan Hamilton , donde estudió el grupo de simetría icosaédrica a través del gráfico de aristas del dodecaedro . Actualmente, la teoría de grupos combinatorios como área está en gran parte subsumida por la teoría de grupos geométricos. Además, el término "teoría de grupos geométricos" llegó a incluir a menudo el estudio de grupos discretos utilizando enfoques probabilísticos, de teoría de la medida , aritméticos, analíticos y otros que se encuentran fuera del arsenal tradicional de la teoría de grupos combinatorios.

En la primera mitad del siglo XX, el trabajo pionero de Max Dehn , Jakob Nielsen , Kurt Reidemeister y Otto Schreier , JHC Whitehead , Egbert van Kampen , entre otros, introdujo algunas ideas topológicas y geométricas en el estudio de grupos discretos. [3] Otros precursores de la teoría geométrica de grupos incluyen la teoría de cancelaciones pequeñas y la teoría de Bass-Serre . La teoría de cancelaciones pequeñas fue introducida por Martin Grindlinger en la década de 1960 [4] [5] y desarrollada por Roger Lyndon y Paul Schupp . [6] Estudia los diagramas de van Kampen , correspondientes a presentaciones de grupos finitos, a través de condiciones de curvatura combinatoria y deriva propiedades algebraicas y algorítmicas de los grupos a partir de dicho análisis. La teoría de Bass-Serre, introducida en el libro de Serre de 1977, [7] deriva información algebraica estructural sobre grupos mediante el estudio de las acciones de grupo en árboles simpliciales . Los precursores externos de la teoría geométrica de grupos incluyen el estudio de redes en grupos de Lie, especialmente el teorema de rigidez de Mostow , el estudio de los grupos kleinianos y el progreso logrado en topología de baja dimensión y geometría hiperbólica en los años 1970 y principios de los años 1980, impulsados, en particular, por el programa de Geometrización de William Thurston .

El surgimiento de la teoría geométrica de grupos como un área distinta de las matemáticas se suele rastrear a finales de la década de 1980 y principios de la de 1990. Fue estimulada por la monografía de 1987 de Mikhail Gromov "Grupos hiperbólicos" [8] que introdujo la noción de un grupo hiperbólico (también conocido como palabra-hiperbólico o Gromov-hiperbólico o grupo de curvatura negativa ), que captura la idea de un grupo finitamente generado que tiene una curvatura negativa a gran escala, y por su monografía posterior Invariantes asintóticos de grupos infinitos , [9] que describió el programa de Gromov para comprender los grupos discretos hasta la cuasi-isometría . El trabajo de Gromov tuvo un efecto transformador en el estudio de los grupos discretos [10] [11] [12] y la frase "teoría geométrica de grupos" comenzó a aparecer poco después. (ver por ejemplo [13] ).

Temas y desarrollos modernos

Los temas y desarrollos notables en la teoría de grupos geométricos en las décadas de 1990 y 2000 incluyen:

Un tema amplio particularmente influyente en el área es el programa de Gromov [14] de clasificación de grupos finitamente generados según su geometría de gran escala. Formalmente, esto significa clasificar grupos finitamente generados con su métrica de palabras hasta la cuasi-isometría . Este programa implica:
  1. El estudio de propiedades que son invariantes bajo cuasi-isometría . Ejemplos de tales propiedades de grupos finitamente generados incluyen: la tasa de crecimiento de un grupo finitamente generado; la función isoperimétrica o función de Dehn de un grupo finitamente presentado ; el número de extremos de un grupo ; hiperbolicidad de un grupo ; el tipo de homeomorfismo del límite de Gromov de un grupo hiperbólico; [15] conos asintóticos de grupos finitamente generados (ver por ejemplo [16] [17] ); amenabilidad de un grupo finitamente generado; ser virtualmente abeliano (es decir, tener un subgrupo abeliano de índice finito ); ser virtualmente nilpotente ; ser virtualmente libre ; ser finitamente presentable ; ser un grupo finitamente presentable con Word Problem resoluble ; y otros.
  2. Teoremas que utilizan invariantes cuasi-isométricos para demostrar resultados algebraicos sobre grupos, por ejemplo: Teorema de crecimiento polinomial de Gromov ; Teorema de los extremos de Stallings ; Teorema de rigidez de Mostow .
  3. Teoremas de rigidez cuasi-isométrica, en los que se clasifican algebraicamente todos los grupos que son cuasi-isométricos con respecto a algún grupo o espacio métrico dado. Esta dirección fue iniciada por el trabajo de Schwartz sobre la rigidez cuasi-isométrica de redes de rango uno [18] y el trabajo de Benson Farb y Lee Mosher sobre la rigidez cuasi-isométrica de los grupos Baumslag-Solitar . [19]

Ejemplos

Los siguientes ejemplos se estudian a menudo en la teoría de grupos geométricos:

Véase también

Referencias

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Libros y monografías

Estos textos cubren la teoría de grupos geométricos y temas relacionados.

Enlaces externos