群论:2.2 群空间、正则表示

如题所述

当群的元素与线性空间的向量结合时,我们踏入了群空间的世界。有限群元素构成的向量组,其线性独立性由反证法保障,每个群元的差异不干扰它们的线性关系,从而形成一个极大线性无关向量组,这就是群空间的诞生。它的维度,即为群的基数,体现了群结构的内在维度。


群空间不仅是线性组合的舞台,更是一种特殊的线性代数结构。群元的线性组合通过加法和数乘规则,定义了群代数,其内部的乘法满足结合律,展示了群的运算特性。群函数作为群元到数的映射,构建了群函数空间,这个空间同样遵循线性空间的法则,是群结构与数域相互作用的桥梁。


群函数与群空间向量之间的关系犹如镜像般清晰。每一个群元都对应一个特定的群函数,它们之间建立起了一一对应的纽带,显示了群元素的深刻影响。


在群函数空间,我们定义了新的运算规则。群元的加法、数乘和函数乘法,共同塑造了空间的结构。基础函数由群元映射生成,它们构成了一个内积空间,且满足正交关系,展示了群结构的几何美感。


群元素驱动的线性变换,犹如一个动态的变形群。左正则表示,即群元素的自映射,忠实且一一对应,揭示了群内部操作的规律。右正则表示则从另一角度揭示变换,两者合称正则表示,其表示空间的维度是群阶的大小。


群空间的向量通过群元基矢展开,左正则与右正则变换揭示了不同视角下的群行为。例如,对于二阶循环群,它的群元自然地构成了一组线性无关的基,其正则表示验证了群空间的性质:



    左正则表示不仅是一一对应的,更是忠实的,揭示了群元素的独特标识性。
    通过新向量的系数,我们看到基矢选择的自由度,强化了群元作为基础的作用。
    在群函数空间,同一向量的不同基展开,群元的特性更直观地显现,犹如群元素的多维度表达。
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