二次型的西群
我们先从二次型的基本概念开始。设 \(V\) 是域 \(F\) 上的有限维向量空间,\(Q: V \to F\) 是一个二次型,即满足 \(Q(av) = a^2 Q(v)\) 对所有 \(a \in F, v \in V\),且其极化形式 \(B_Q(v, w) = Q(v+w) - Q(v) - Q(w)\) 是双线性型。
1. 正交群
二次型 \(Q\) 的正交群 \(O(Q)\) 定义为保持 \(Q\) 的线性自同构群:
\[O(Q) = \{ g \in \mathrm{GL}(V) \mid Q(gv) = Q(v), \, \forall v \in V \}. \]
当 \(Q\) 非退化时,\(O(Q)\) 是 \(\mathrm{GL}(V)\) 的闭子群(在代数群意义下)。
2. 克利福德代数与偶子群
为研究 \(O(Q)\) 的精细结构,需引入克利福德代数 \(C\ell(Q)\)。它是满足 \(v^2 = Q(v) \cdot 1\) 的泛结合代数。偶克利福德代数 \(C\ell^0(Q)\) 是其偶次部分。
旋量范数 \(N: C\ell(Q)^\times \to F^\times\) 定义为 \(N(x) = x \cdot \gamma(x)\),其中 \(\gamma\) 是主对合(分次对合)。
3. 偶正交群与旋量范数
偶正交群 \(SO(Q)\) 是 \(O(Q)\) 中行列式为 1 的元素子群(当 \(\mathrm{char}(F) \ne 2\))。旋量范数限制在 \(SO(Q)\) 上给出群同态:
\[\mathrm{sn}: SO(Q) \to F^\times / (F^\times)^2. \]
其核记为 \(\Omega(Q)\),称为 偶半旋群 或 西群(但更常用 \(\Omega(Q)\) 表示)。
4. 西群的精确构造
西群 \(\Omega(Q)\) 可定义为 \(SO(Q)\) 中旋量范数为 1 的元素子群:
\[\Omega(Q) = \{ g \in SO(Q) \mid \mathrm{sn}(g) = 1 \in F^\times / (F^\times)^2 \}. \]
它是 \(SO(Q)\) 的指数 1 或 2 的正规子群(取决于 \(F\) 与 \(Q\))。
5. 例外情形与自同构
当 \(\dim V \ge 3\) 且 \(Q\) 非退化,\(\Omega(Q)\) 通常是单群(除少数低维情形)。例如,\(F = \mathbb{R}\) 时 \(\Omega^n\) 是 \(SO(n)\) 的万有覆叠的单连通分支。
注:西群在不同文献中可能指 \(\Omega(Q)\) 或其射影化 \(P\Omega(Q)\),后者是单群的重要来源(如有限单群分类中的正交型)。