对称代数
我们从线性代数中的张量积概念开始。设 \(V\) 是域 \(\mathbb{F}\) 上的向量空间。张量代数 \(T(V) = \bigoplus_{n \geq 0} V^{\otimes n}\) 是一个结合代数,其中乘法由张量积给出。然而,张量积不是交换的,这促使我们构造一个交换版本。
对称代数 \(S(V)\) 是张量代数模掉由所有形如 \(v \otimes w - w \otimes v\) 的元素生成的理想 \(I\),即 \(S(V) = T(V) / I\)。这个商代数具有交换性,并且继承了分次结构:\(S(V) = \bigoplus_{n \geq 0} S^n(V)\),其中 \(S^n(V)\) 是 \(n\) 次齐次分量。
接下来,我们考虑对称代数的泛性质。对于任意交换结合 \(\mathbb{F}\)-代数 \(A\) 和线性映射 \(f: V \to A\),存在唯一的代数同态 \(\tilde{f}: S(V) \to A\) 使得 \(\tilde{f} \circ i = f\),其中 \(i: V \to S(V)\) 是典范嵌入。这个性质刻画了对称代数的唯一性。
在坐标表示下,若 \(V\) 有基 \(\{x_1, \dots, x_n\}\),则 \(S(V) \cong \mathbb{F}[x_1, \dots, x_n]\),即多项式代数。此时 \(S^n(V)\) 由 \(n\) 次齐次多项式构成,维数为 \(\binom{n + \dim V - 1}{n}\)。
对称代数与多重线性代数紧密相关。对称积 \(S^n(V)\) 可视为 \(V^{\otimes n}\) 在对称群 \(S_n\) 作用下的不变子空间的对偶。具体地,\(S^n(V^*) \cong \operatorname{Sym}^n(V^*)\),其中 \(\operatorname{Sym}^n\) 表示对称多重线性型。
进一步,对称代数在代数几何中用于定义射影空间:射影空间 \(\mathbb{P}(V)\) 的齐次坐标环即 \(S(V^*)\)。在微分几何中,对称代数构造流形上光滑函数的芽环,用于定义jet空间。
最后,对称代数可推广到模上。设 \(M\) 是交换环 \(R\) 上的模,其对称代数 \(S_R(M)\) 定义为张量代数模掉对称关系生成的理想。当 \(R\) 不是域时,\(S_R(M)\) 的分次分量 \(S^n_R(M)\) 可能没有简单的维数公式,但泛性质依然成立。