Groupe de Lie $ SL_2 ( \mathbb{K} ) $.

Bonjour à tous,

Je fais une brève récapitulation de mes cours que j'ai appris depuis longtemps sur les groupes et algèbres de Lie.
Grace à mes cours, je sais désormais déterminer les représentations de dimension finie de l'algèbre de Lie $ \mathfrak{sl}_2 ( \mathbb{K} ) $ pour $ \mathbb{K} $ un corps de caractéristique $ 0 $.
Comment trouver maintenant les représentations de son groupe de Lie $ SL_2 ( \mathbb{K} ) $ ?

Merci d'avance.

Réponses

  • Je sais déterminer les représentations de $ SL_2 ( \mathbb{K} ) $ pour $ \mathbb{K} = \mathbb{R} $ ou $ \mathbb{K} = \mathbb{C} $, mais pas pour $ \mathbb{K} $ arbitraire de caractéristique $ 0 $.
    Pouvez vous m'aider s'il vous plait ?
  • C'est la même chose que pour $ k = \Bbb C$ comme expliqué dans le lien Math Stackexchange en bas (la catégorie est semisimple et les simples sont parametrisés par $\Bbb N$). Tu peux aussi lire l'article de Tits cité dans la réponse.

    En caractéristique positive c'est beaucoup plus compliqué car la catégorie cesse d'être semi-simple. En fait il existe même des modules de dimension finie qui ne sont pas rationnels, c'est à dire que $\rho : G \to GL(V)$ n'est pas polynomiale.

    https://math.stackexchange.com/questions/62755/representations-of-sl2-as-an-algebraic-group
  • Oui. Voila. Merci.
    Lupulus a écrit:
    C'est la même chose que pour $ k = \mathbb{C} $.

    Sais-tu pourquoi, c'est la même chose que pour $ k = \mathbb{C} $, et pas la même chose que pour $ k = \mathbb{R} $ par exemple ?
    Merci d'avance.
  • Je ne sais pas trop prouver ces choses la donc c'est un peu au pif :

    Il faut distinguer : groupe topologique, groupe de Lie réel ou complexe (avec localement une structure de $\R$ ou $\C$-manifold) et groupe algébrique. Seulement ce dernier a une version pour tous les corps $K$. Donc pour un corps autre que $\R$ ou $\C$ alors $SL_2(K)$ n'est pas un groupe topologique mais un groupe algébrique d'où la réponse de David Loeffer sur MSE. Les groupes algébriques ont aussi une algèbre de Lie via les modules des différentielles.

    Les représentations algébriques de dimension finie qu'on connait de $SL_2(K)$ sont celles sur $K[x,y]_n$ les polynômes homogènes de degré $n$, via $M.f(x,y)=f( (x,y)M^\top)$, cette représentation s'appelle $Sym^n \rho$ où $\rho$ est la représentation naturelle de $SL_2(K)$ sur $K^2$.

    Est-ce que David dit qu'en caractéristique 0 ce sont toutes les représentations irréductibles algébriques de dimension finie ?

    Pour les représentations non-algébriques, seulement continues, $SL_2(\C)$ est un sous-groupe topologique de $SL_4(\R)$ dont les représentations irréductibles de dimension finie sont sur les $\R[x_1,\ldots,x_4]_n$. Est-ce que ces représentations sont les mêmes que sur $\C[x_1,x_2]_n$ ?

    Pour les représentations de dimension infinie c'est beaucoup plus compliqué, si $f$ est une cusp forme modulaire de poids $k$ pour $\Gamma_1(N)$ alors on regarde $F(g) = (ci+d)^{-k} f(g.i)$ et $V_f$ l'espace vectoriel généré par les $F_h(g)=F( gh)$ alors $M. \sum_j c_j F_h =\sum_j F_{hM}$ est une représentation irréductible ssi $f$ est une eigenforme. https://en.wikipedia.org/wiki/Cuspidal_representation
  • - Si l'on croit au petit cours suivant : https://webusers.imj-prg.fr/~adrien.deloro/talks/2015-10-09, Istanbul.pdf , page : $ 6 $ :
    Le groupe algébrique $ SL_2 ( \mathbb{K} ) $ pour $ \mathbb{K} $ arbitraire de caractéristique $ 0 $ a pour représentations :
    -- Les représentations engendrées par les sous représentations irréductibles $ S_d ( \mathbb{K} ) = \mathbb{K} [X^d , \dots , X^{d-1} Y , \dots , XY^{d-1} , Y^d ] $ définies par : $ \rho : SL_2 ( \mathbb{K} ) \to GL ( S_d ( \mathbb{K} )) $ telles que : $ \rho \Big( \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} \Big) ( P(X,Y) ) = P( aX + cY , bX + d Y ) $.

    - Si l'on croit maintenant au cours suivant : https://www.math.u-psud.fr/~paulin/notescours/cours_centrale.pdf , à partir de la page : $ 100 $ :
    Le groupe de Lie $ SL_2 ( \mathbb{C} ) $ a pour représentations :
    -- Les représentations engendrées par les sous représentations irréductibles $ S_d ( \mathbb{C} ) = \mathbb{C} [z_1^{2d} , \dots , z_1^{2d-1} z_2 , \dots , z_1 z_2^{2d-1} , z_{2}^{2d} ] $ définies par : $ \rho : SL_2 ( \mathbb{C} ) \to GL ( S_d ( \mathbb{C} ) $ telles que : $ \rho \Big( \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} \Big) ( P(X,Y) ) = P \Big( \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix}^{-1} \begin{pmatrix} X \\ Y \end{pmatrix} \Big) = P( dX - bY , -c X + a Y ) $.
    Ces représentations ne sont en effet, pas les seules représentations irréductibles de $SL_2 ( \mathbb{C} ) $ que nous désignerons désormais par les représentations de type $ (d,0) $.
    -- Il y'a aussi les représentations irréductibles de type $ ( 0,d) $ désignée par : $ (S_d ( \mathbb{C} ) , \overline{\rho}) $ ( représentation complexe conjuguée ).
    -- Le reste des représentations sont celles de type $ ( d_1 , d_2 ) $ désignés par : $ ( S_{d_{1} } ( \mathbb{C} ) \otimes S_{d_{2}} ( \mathbb{C} ) , \rho_{d_{1}} \otimes \overline{\rho_{d_{2}}} ) $.
    Finalement, toute représentation de $ SL_2 ( \mathbb{C} ) $ est somme directe des sous représentations irréductibles de type $ (d_1, d_2 ) $.

    Les représentations irréductibles de type $ (d,0) $ de $ SL_2 ( \mathbb{C} ) $, contrairement au groupe algébrique : $ SL_2 ( \mathbb{K} ) $ avec $ \mathbb{K} $ arbitraire différent de $ \mathbb{C} $, ne constituent pas une liste complète des représentations irréductibles de $ SL_2 ( \mathbb{C} ) $. elles constituent seulement une liste complète de représentations irréductibles de son sous groupe de Lie $ SU(2) \subset SL_2 ( \mathbb{C} ) $.

    Donc, le cas $ \mathbb{K} = \mathbb{C} $ est celui le plus compliqué qui demande d'introduire une sorte de complexification par $ \mathbb{C} $. Comme pour les complexifications, qui font l'objet de théorie des structures de Hodge? Voir ici : https://en.wikipedia.org/wiki/Hodge_structure
  • Le $d$ de Deloro est un entier, celui de Paulin est un demi-entier mais tu es au-dessus de cela, n'est-ce pas ?

    Pour Deloro, il n'est nullement exclu que $\mathbf{K}=\C$. Dans ce cas, tu as donc deux classifications sous la main mais un de ces deux cas identiques est plus compliqué que l'autre, c'est bien ce que tu es en train de dire ?
  • Non, je voulais dire, que pour Deloro, les représentations qu'il répertorie pour $ SL_2 ( \mathbb{K} ) $ ne représentent ( parallèlement à $ SL_2 ( \mathbb{C} ) $ ) que les représentations ''holomorphes'' de $ SL_2 ( \mathbb{C} ) $ au sens de l'analyse complexe à multi-variables. Or, il n'y'a pas que les représentations ''holomorphes'' $ (d,0) $ qui déterminent $ SL_2 ( \mathbb{C} ) $. Il y'a aussi les représentations anti-holomorphes $ (0,d) $, et le produit tensoriel de représentations holomorphes et représentations anti-holomorphes $ (d_1 , d_2 ) $, en toute généralité si tu veux.
  • À vérifier mais : soit $h(A,B) = A+iB, M_n(\R)^2\to M_n(\C)$.

    Si $f$ est une représentation analytique du groupe de Lie réel $SL_n(\C)$,

    c'est à dire une fonction $SL_n(\C) \to GL_n(\C)$ analytique en $(\Re(A),\Im(A))$ donc telle que $F=f \circ h$ est réelle-analytique sur $X= \{ (A,B)\in M_n(\R)^2, \det(A+iB)=1\}$

    Alors $F$ s'étend en une fonction analytique complexe $U \to M_n(\C)$ où $U$ est un voisinage de $X$ dans $M_n(\C)^2$,

    et $F( (CA,CB)) = F(A,B)F(C,0), F( (-CB,CA)) = F(A,B)F(0,C)$ donne que $F$ s'étend en une fonction analytique complexe sur $\{ (A,B)\in M_n(\C)^2, \det(A+iB)\ne 0\}$ avec une croissance polynomiale en $\infty$ et aux pôles $\det(A+iB)=0$.

    En la multipliant par $\det(A+iB)^k$ pour $k$ suffisamment grand, on a une fonction entière de croissance polynomiale qui est donc un polynôme. Donc $F$ est une fonction rationnelle.

    Donc représentations analytiques du groupe de Lie réel $SL_n(\C)$ et représentations algébriques de l'image de $SL_n(\C)$ dans $SL_{2n}(\R)$ c'est pareil.
  • reuns a écrit:
    Est-ce que David dit qu'en caractéristique 0 ce sont toutes les représentations irréductibles algébriques de dimension finie ?

    Oui.
    reuns a écrit:
    Pour les représentations non-algébriques, seulement continues, $SL_2(\C)$ est un sous-groupe topologique de $SL_4(\R)$ dont les représentations irréductibles de dimension finie sont sur les $\R[x_1,\ldots,x_4]_n$. Est-ce que ces représentations sont les mêmes que sur $\C[x_1,x_2]_n$ ?

    Si elles sont seulement continues, alors, elles sont holomorphes, et dans ce cas oui, les représentations irréductibles de dimension finie sont sur les $\R[x_1,\ldots,x_4]_n$. Ces représentations sont les mêmes que sur $\C[x_1,x_2]_n$. Voir le cours de Paulin comme indiqué plus haut.
  • Comment tu montres qu'une représentation continue est réelle-analytique ? (holomorphe ne veut rien dire pour une fonction de $\R^{2 n^2}$, la composition de la représentation régulière de $SL_n(\C)$ sur $\C^n$ et de la conjuguée complexe n'est pas holomorphe mais réelle-analytique)
  • Non, $ SL_2 ( \mathbb{C} ) $ agit sur $ \mathbb{C} [z_1^d , z_1^{d-1} z_2 , \dots , z_1 z_{2}^{d-1} , z_{2}^{d}] $ par une représentation complexe, et si elle continue, alors elle est $ \mathbb{C} $ - analytique. ( Et non pas réelle-analytique ). Non ?
  • Pardon, c'est un lapsus. Je voulais dire que si elle est holomorphe, alors elle est $ \mathbb{C} $ - analytique, et non pas, si elle est continue, alors, elle est holomorphe, et à fortiori $ \mathbb{C} $ - analytique. Pas grave.

    Edit : Ici, la représentation complexe est $ \mathbb{C} $ - analytique, car $ \rho \ : \ P \to P \circ g^{-1} $ avec : $ g \in SL_2 ( \mathbb{C} ) $ est polynomiale, donc, ici, on ne parle pas de représentations continues, mais polynomiales qui sont donc $ \mathbb{C} $ - analytiques. Tu m'as dérouté au début. ;-)
  • reuns a écrit:
    holomorphe ne veut rien dire pour une fonction de $\R^{2 n^2}$

    Bah si, les fonctions holomorphes de $n^2$ variables complexes ça existe.
  • Oui merci je suis au courant, mais je n'ai pas dit $\C^{n^2}$ mais $\R^{2n^2}$, le problème étant que la conjuguée complexe est un automorphisme de $SL_n(\C)$ donc pour toute représentation holomorphe on a une représentation anti-holomorphe, quand on mélange les deux on a des représentations qui sont seulement réelles analytiques (c'est à dire $A\in SL_n(\C)\to \rho(A) \in GL_m(\C)$ est analytique en $(\Re(A),\Im(A))\in \R^{2n^2}$)
  • Je ne saisis pas le but de tes questions, ni où tu voudrais en venir.
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