Über nilpotente Gruppen Lie. (Q2585944)

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Über nilpotente Gruppen Lie.
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    Über nilpotente Gruppen Lie. (English)
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    1940
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    Der Lie-Ring \(L\) der infinitesimalen Transformationen einer nilpotenten \(r\)-gliedrigen Lie-Gruppe \(\mathfrak G\) besitzt eine Basis \(Y_1\), \(Y_{2}\),\dots, \(Y_{r}\) mit der Klammerregel: \((Y_i, Y_k)=\sum\limits_{s=1}^{k-1}\kern-2pt c_{ik}^sY_s\) \((k < i)\). In \(\mathfrak G\) bilden die Produkte \(a_1^{\alpha _1}a_2^{\alpha _2}\cdots a_r^{\alpha _r}\) der von den \(Y_{i}\) erzeugten 1-gliedrigen Untergruppen \((a_i)\) eine Umgebung der 1, so daß \(\mathfrak G\) durch die Multiplikationsregel: \(a_1^{\alpha _1}a_2^{\alpha _2}\cdots a_r^{\alpha _r}a_1^{\beta _1}a_2^{\beta _2}\cdots a_r^{\beta _r}=a_1^{\varphi _1}a_2^{\varphi _2}\cdots a_r^{\varphi _r}\) mit Zusammensetzungsfunktionen \(\varphi _i=\varphi _i(\alpha _1,\dots,\alpha _r;\beta _1,\dots,\beta _r)=\varphi _i(\alpha,\beta )\) bis auf lokale Isomorphismen eindeutig ist und überdies die Regel: \[ a_i^\beta a_k^\alpha a_i^{-\beta }=a_1^{\psi _{ ik}^{ 1}(\alpha,\beta )}\cdots a_k^{\psi _{ k}^{ k}(\alpha,\beta )}\quad (i>k) \] gilt. Der von \textit{É. Cartan} (J. Math. pures appl., Paris, (9) 17 (1938), 1-12; JFM 64.1093.*) stammende Satz: Die Funktionen \(\varphi _i\), \(\psi _i\) sind Polynome, wird durch vollständige Induktion nach \(r\) bewiesen. Die infinitesimalen Transformationen der adjungierten Gruppe bezüglich der Parameter \(\alpha _1\), \(\alpha _2\),\dots, \(\alpha _r\) lauten: \(X_i=\sum\limits_{\nu =1}^{r}\xi _i^\nu \dfrac{\partial F}{\partial \alpha _\nu }\), wobei \(\xi _i^\nu =\biggl(\dfrac{\partial \varphi _i}{\partial \beta _\nu }\biggr)_{\beta =0}\) ein Polynom in den \(\alpha _i\), und zwar \(\xi _i^\nu =0\), wenn \(\nu >i\); \(\xi _i^i=1\); \(\xi _i^\nu =0\), wenn \(\nu <i\), ist. Demnach ist \((X_i, X_k)=\sum\limits_{s=1}^{k-1}\kern-2pt\lambda _{ik}^sX_s\) \((i>k)\). Wiederum durch vollständige Induktion nach \(r\) wird die Formel \((\xi _i^k)=e^{\alpha _r\lambda _r}\,e^{\alpha _{r-1}\lambda _{r-1}}\cdots e^{\alpha _1\lambda _1}\) mit Matrizen \[ \lambda _\nu =(\lambda _{\nu i}^k)\qquad(\lambda _{\nu i}^k>0,\;\;\text{wenn}\;\;i\leqq k) \] bewiesen, welche die Zurückführung der Infinitesimaloperatoren auf die Strukturkonstanten \(\lambda _{ik}^s\) gestattet. -- Wie bewiesen, lassen sich die Zusammensetzungsfunktionen in der Form \(\varphi _i=\sum\limits_{\nu =1}^{n}U_\nu (\alpha _1,\dots,\alpha _r)Q_{i\nu }(\beta _1,\dots,\beta _r)\) darstellen mit linear unabhängigen Funktionen \(U_{\nu }\). Nach \textit{Cartan} (a. a. O.) vermitteln die \(U_{_\nu }\) bei Anwendung der Operatoren \(X_{i}\) eine treue Darstellung von \(L\), folglich eine lokal isomorphe Darstellung von \(\mathfrak G\). Es wird gezeigt, daß die \(L\) darstellenden Matrizen nilpotent sind. Die treue Darstellbarkeit von \(L\) in nilpotenten Matrizen wurde zuerst von \textit{G. Birkhoff} (Ann. Math., Princeton, (2) 38 (1937), 526-532; JFM 63.0090.*) auf rein algebraischem Wege gezeigt.
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