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酉群

酉群(unitary group)是數學中一個重要的概念,具體定義如下:

定義:n階酉群是由n×n酉矩陣組成的群,其中群的運算為矩陣乘法。酉群通常記作U(n),它是複數域上一般線性群GL(n,C)的一個子群。在特殊情況下,當n=1時,U(1)稱為圓群,由所有模為1的複數在乘法下組成。

性質:

U(n)是一個n^2維實的李群。

U(n)的李代數由所有復的n×n斜埃爾米特矩陣組成,其李括弧為交換子。

U(n)(對於n>1)是非交換的,並且其中心是數量矩陣λI,其中λ∈U(1)。這表明U(n)不是半單的李群。

作為拓撲空間,U(n)是緊且連通的。這是因為U(n)是復矩陣集合Mn(C)的一個有界閉子集,而Mn(C)本身同構於2n^2維歐幾里得空間。

套用:酉群在量子力學中有著廣泛的套用,其中波函式的演化由酉變換描述。此外,它們也出現在信號處理和通信領域,用於保持信號的能量或範數不變。

相關概念:

特殊酉群:U(n)的同態核是行列式為1的酉矩陣集合,這個子群稱為特殊酉群,記作SU(n)。U(n)可以視為SU(n)與U(1)的半直積。

射影酉群:指酉群的自然同態像,具有對合J的體K上關於厄米特型或反厄米特型f的酉群Un(K,f)在自然同態GLn(K)→PGLn(K)下的像。

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