نظام الجذور
في الرياضيات ، يُعرف نظام الجذور بأنه مجموعة من المتجهات في فضاء إقليدي تحقق خصائص هندسية معينة. يُعد هذا المفهوم أساسيًا في نظرية زمر لي وجبر لي ، وخاصةً في نظرية تصنيف وتمثيل جبر لي شبه البسيط . ونظرًا لأهمية زمر لي (وبعض نظائرها كالزمر الجبرية ) وجبر لي في العديد من فروع الرياضيات خلال القرن العشرين، فإن الطبيعة الخاصة الظاهرية لأنظمة الجذور تخفي وراءها عددًا كبيرًا من المجالات التي تُطبق فيها. علاوة على ذلك، فإن مخطط تصنيف أنظمة الجذور، باستخدام مخططات دينكين ، يظهر في فروع من الرياضيات لا ترتبط بشكل مباشر بنظرية لي (مثل نظرية التفرد ). وأخيرًا، تُعد أنظمة الجذور مهمة في حد ذاتها، كما هو الحال في نظرية الرسم البياني الطيفي . [ 1 ]
التعريفات والأمثلة

كمثال أولي، لنفترض وجود ستة متجهات في الفضاء الإقليدي ثنائي الأبعاد ، R² ، كما هو موضح في الصورة على اليمين؛ ولنسمّها جذورًا . تمتد هذه المتجهات عبر الفضاء بأكمله. إذا اعتبرنا الخط العمودي على أي جذر، ولنقل β ، فإن انعكاس R² حول هذا الخط يُحوّل أي جذر آخر، ولنقل α ، إلى جذر آخر. علاوة على ذلك، فإن الجذر الذي يُحوّل إليه يساوي α + nβ ، حيث n عدد صحيح (في هذه الحالة، n يساوي 1). تُحقق هذه المتجهات الستة التعريف التالي، وبالتالي تُشكّل نظامًا جذريًا؛ يُعرف هذا النظام باسم A² .
تعريف
ليكن E فضاءً متجهيًا إقليديًا محدود الأبعاد ، مع رمز الضرب الداخلي الإقليدي القياسي بـنظام جذريفي E هي مجموعة محدودة من المتجهات غير الصفرية (تسمى الجذور ) التي تحقق الشروط التالية: [ 2 ] [ 3 ]
- تمتد الجذور إلى الشرق .
- المضاعفات العددية الوحيدة للجذرالتي تنتمي إلىنكوننفسها و.
- لكل جذرالمجموعةيكون مغلقًا تحت الانعكاس عبر المستوى الفائق العمودي على.
- ( التكامل ) إذاوجذورها فيثم إسقاطعلى الخط من خلالهو مضاعف صحيح أو نصف صحيح لـ.
فيما يلي الطرق المكافئة لكتابة الشرطين 3 و 4 على التوالي:
- لأي جذرينالمجموعةيحتوي على العنصر
- لأي جذرينالرقم :=2{\frac {(\alpha ,\beta )}{(\alpha ,\alpha )}}} هو عدد صحيح .
يكتفي بعض المؤلفين بتضمين الشروط من 1 إلى 3 فقط في تعريف نظام الجذور. [ 4 ] في هذا السياق، يُعرف نظام الجذور الذي يحقق شرط التكامل بنظام الجذور البلوري . [ 5 ] بينما يتجاهل مؤلفون آخرون الشرط 2، ويطلقون على أنظمة الجذور التي تحقق الشرط 2 اسم أنظمة الجذور المختزلة . [ 6 ] في هذه المقالة، يُفترض أن جميع أنظمة الجذور مختزلة وبلورية.
بالنظر إلى الخاصية 3، فإن شرط التكامل يكافئ القول بأن β وانعكاسها σ α ( β ) يختلفان بمضاعف صحيح لـ α . لاحظ أن المؤثر إنّ الخاصية 4 المحددة ليست ضربًا داخليًا. وهي ليست بالضرورة متناظرة، وتكون خطية فقط في المتغير الأول.
| نظام الجذور | نظام الجذور |
| نظام الجذور | نظام الجذور |
| نظام الجذور | نظام الجذور |
رتبة نظام الجذور Φ هي بُعد الفضاء الإقليدي E. يمكن دمج نظامي جذور باعتبار الفضاءات الإقليدية التي يمتدان عليها فضاءات فرعية متعامدة ضمن فضاء إقليدي مشترك. يُقال إن نظام الجذور الذي لا ينشأ من هذا الدمج ، مثل الأنظمة A² و B² و G² الموضحة على اليمين ، غير قابل للاختزال .
يُقال عن نظامي الجذر ( E1 , Φ1 ) و( E2 , Φ2 ) أنهما متماثلان إذا وُجد تحويل خطي قابل للعكس E1 → E2 يُحوّل Φ1 إلى Φ2 بحيث يكون عدد كل زوج من الجذور [ 7 ] يتم الحفاظ عليه.
الالشبكة الجذرية لنظام جذري Φ هيZمنEالمتولدة بواسطة. وهيشبكةفيE.
مجموعة ويل

تُسمى مجموعة التماثلات لـ E الناتجة عن الانعكاسات عبر المستويات الفائقة المرتبطة بجذور Φ بمجموعة فايل لـ Φ . ولأنها تؤثر بأمانة على المجموعة المنتهية Φ ، فإن مجموعة فايل تكون منتهية دائمًا. مستويات الانعكاس هي المستويات الفائقة العمودية على الجذور، المشار إليها بـ يُشار إليها بخطوط متقطعة في الشكل أدناه. زمرة ويل هي زمرة التناظر لمثلث متساوي الأضلاع ، وتتكون من ستة عناصر. في هذه الحالة، لا تُمثل زمرة ويل زمرة التناظر الكاملة لنظام الجذور (على سبيل المثال، الدوران بزاوية 60 درجة هو تناظر لنظام الجذور ولكنه ليس عنصرًا من عناصر زمرة ويل).
مثال من الدرجة الأولى
يوجد نظام جذر واحد فقط من الرتبة 1، ويتكون من متجهين غير صفريينيُطلق على هذا النظام الجذري اسم.
أمثلة من الرتبة الثانية
في المرتبة الثانية توجد أربع احتمالات، تتوافق مع، أين[ 8 ] يوضح الشكل الموجود على اليمين هذه الاحتمالات، ولكن مع بعض التكرارات :متماثل معومتماثل مع.
لاحظ أن نظام الجذر لا يتحدد بالشبكة التي يولدها:وكلاهما يُنتج شبكة مربعة بينماوكلاهما يُولّد شبكة سداسية .
عندما يكون Φ نظامًا جذريًا في E ، ويكون S فضاءً جزئيًا من E مُوَلَّدًا بواسطة Ψ = Φ ∩ S ، فإن Ψ يكون نظامًا جذريًا في S. وبالتالي، تُظهر القائمة الشاملة لأنظمة الجذور الأربعة من الرتبة 2 الاحتمالات الهندسية لأي جذرين مُختارين من نظام جذري ذي رتبة عشوائية. على وجه الخصوص، يجب أن يتقاطع هذان الجذران بزاوية 0، أو 30، أو 45، أو 60، أو 90، أو 120، أو 135، أو 150، أو 180 درجة.
أنظمة الجذور الناشئة عن جبر لي شبه البسيط
لوهي جبر لي شبه بسيط معقد وإذا كانت جبرًا جزئيًا من جبر كارتان ، فيمكننا بناء نظام جذري على النحو التالي. نقول إنهو جذربالنسبة إلىلوويوجد بعضبحيث للجميعيمكن إثبات [ 9 ] وجود جداء داخلي تشكل مجموعة جذوره نظامًا جذريًا. النظام الجذري لـتُعد أداة أساسية لتحليل بنيةوتصنيف تمثيلاتها. (انظر القسم أدناه حول أنظمة الجذور ونظرية لي.)
تاريخ
طُرح مفهوم نظام الجذور لأول مرة من قِبل فيلهلم كيلينغ حوالي عام 1889 (بالألمانية: Wurzelsystem [ 10 ] ). [ 11 ] وقد استخدمه في محاولته لتصنيف جميع جبر لي البسيط على حقل الأعداد المركبة . (ارتكب كيلينغ خطأً في التصنيف في البداية، حيث ذكر نظامي جذور استثنائيين من الرتبة 4، بينما في الواقع يوجد نظام واحد فقط، يُعرف الآن باسم F4 . وقد صحّح كارتان هذا الخطأ لاحقًا، من خلال إثبات أن نظامي الجذور اللذين ذكرهما كيلينغ متماثلان. [ 12 ] )
قام كيلينغ بدراسة بنية جبر ليمن خلال النظر في ما يسمى الآن بالجبر الفرعي لكارتانثم درس جذور متعددة الحدود المميزة، أينهنا، يُعتبر الجذر دالةً لـأو في الواقع كعنصر من عناصر الفضاء المتجهي الثنائيتشكل هذه المجموعة من الجذور نظامًا جذريًا في الداخلكما هو موضح أعلاه، حيث يكون الناتج الداخلي هو شكل كيلينج . [ 11 ]
النتائج الأولية لبديهيات نظام الجذر

جيب تمام الزاوية بين جذرين مقيد بأن يكون نصف الجذر التربيعي لعدد صحيح موجب. وذلك لأنوكلاهما عددان صحيحان، حسب الفرض، و
منذالقيم الوحيدة الممكنة لـنكونو، والتي تُقابل زوايا 90°، 60° أو 120°، 45° أو 135°، 30° أو 150°، و0° أو 180°. ينص الشرط 2 على أنه لا يمكن أن تكون أي مضاعفات قياسية لـ α غير 1 و-1 جذورًا، لذا فإن 0° أو 180°، والتي تُقابل 2α أو -2α ، مستبعدة. يُظهر الرسم البياني على اليمين أن الزاوية 60° أو 120° تُقابل جذورًا متساوية الطول، بينما تُقابل الزاوية 45° أو 135° نسبة طول .وزاوية 30° أو 150° تقابل نسبة طول تبلغ.
باختصار، هذه هي الاحتمالات الوحيدة لكل زوج من الجذور. [ 13 ]
- زاوية 90 درجة؛ في هذه الحالة، تكون نسبة الطول غير مقيدة.
- زاوية 60 أو 120 درجة، بنسبة طول 1.
- زاوية 45 أو 135 درجة، بنسبة طول.
- زاوية 30 أو 150 درجة، بنسبة طول.
الجذور الإيجابية والجذور البسيطة

بافتراض وجود نظام جذرييمكننا دائمًا اختيار (بعدة طرق) مجموعة من الجذور الموجبة . هذه مجموعة جزئيةلبحيث
- لكل جذرجذر واحد بالضبط،موجود في.
- لأي اثنين مختلفينبحيثهو جذر،.
إذا كانت مجموعة من الجذور الموجبةيتم اختيار عناصر منتُسمى هذه الجذور بالجذور السالبة . ويمكن إنشاء مجموعة من الجذور الموجبة عن طريق اختيار مستوى فائقلا يحتوي على أي جذر وإعداداتأن تكون جميع الجذور الواقعة على جانب ثابت منعلاوة على ذلك، تنشأ كل مجموعة من الجذور الموجبة بهذه الطريقة. [ 14 ]
عنصر منيُطلق عليه جذر بسيط (أو جذر أساسي ) إذا لم يكن بالإمكان كتابته كمجموع عنصرين من(تُعرف مجموعة الجذور البسيطة أيضًا باسم قاعدة لـ.) المجموعةالجذور البسيطة هي أساسمع الخصائص الخاصة الإضافية التالية: [ 15 ]
- كل جذرهو مزيج خطي من عناصربمعاملات صحيحة .
- لكل، المعاملات في النقطة السابقة إما كلها غير سالبة أو كلها غير موجبة.
لكل نظام جذريتوجد العديد من الخيارات المختلفة لمجموعة الجذور الموجبة - أو، بشكل مكافئ، للجذور البسيطة - ولكن أي مجموعتين من الجذور الموجبة تختلفان بفعل زمرة ويل. [ 16 ]
نظام جذري مزدوج، وجذور مشتركة، وعناصر متكاملة
نظام الجذر المزدوج
إذا كان Φ نظامًا جذريًا في E ، فإن الجذر المرافق α ∨ للجذر α يُعرَّف بواسطة
تشكل مجموعة الجذور المرافقة أيضًا نظامًا جذريًا Φ ∨ في E ، يُسمى النظام الجذري الثنائي (أو أحيانًا النظام الجذري العكسي ). بالحساب المباشر، α ∨∨ = α، لذا فإن Φ هو النظام الجذري الثنائي لـ Φ ∨ . تُسمى الشبكة في E التي يُولدها Φ ∨ شبكة الجذور المرافقة . لكل من Φ و Φ ∨ نفس زمرة ويل W ، وبالنسبة لـ s في W ،
إذا كانت Δ مجموعة من الجذور البسيطة للمعادلة Φ، فإن Δ ∨ هي مجموعة من الجذور البسيطة للمعادلة Φ ∨ . [ 17 ]
في التصنيف الموصوف أدناه، أنظمة الجذور من النوعوإلى جانب أنظمة الجذور الاستثنائيةجميعها أنظمة ثنائية ذاتية، مما يعني أن نظام الجذر الثنائي متماثل مع نظام الجذر الأصلي. على النقيض من ذلك، فإنوأنظمة الجذور ثنائية لبعضها البعض، ولكنها ليست متماثلة (إلا عندما).
العناصر الأساسية
متجهيُطلق على المجموعة E اسم مجموعة صحيحة [ 18 ] إذا كان حاصل ضربها الداخلي مع كل جذر مشترك عددًا صحيحًا: منذ مجموعةمعيشكل أساسًا لنظام الجذر المزدوج، للتحقق من ذلك.إذا كان جزءًا لا يتجزأ، يكفي التحقق من الشرط المذكور أعلاه لـ.
تُسمى مجموعة العناصر الصحيحة بشبكة الأوزان المرتبطة بنظام الجذور المعطى. هذا المصطلح مستمد من نظرية تمثيل جبر لي شبه البسيط ، حيث تُشكل العناصر الصحيحة الأوزان الممكنة للتمثيلات ذات الأبعاد المحدودة.
يضمن تعريف نظام الجذور أن تكون الجذور نفسها عناصر صحيحة. وبالتالي، فإن كل توليفة خطية صحيحة من الجذور هي أيضاً عدد صحيح. مع ذلك، في معظم الحالات، ستكون هناك عناصر صحيحة ليست توليفات صحيحة من الجذور. أي أن شبكة الأوزان لا تتطابق عموماً مع شبكة الجذور.
تصنيف أنظمة الجذور باستخدام مخططات دينكين

يكون نظام الجذر غير قابل للاختزال إذا لم يكن بالإمكان تقسيمه إلى اتحاد مجموعتين جزئيتين مناسبتينبحيثللجميعو.
تُقابل أنظمة الجذور غير القابلة للاختزال بعض الرسوم البيانية ، وهي مخططات دينكين نسبةً إلى يوجين دينكين . ويُعدّ تصنيف هذه الرسوم البيانية مسألةً بسيطةً في علم التوافيق ، ويؤدي إلى تصنيف أنظمة الجذور غير القابلة للاختزال.
إنشاء مخطط دينكين
بفرض وجود نظام جذري، اختر مجموعة Δ من الجذور البسيطة كما في القسم السابق. تتوافق رؤوس مخطط دينكين المرتبط مع الجذور في Δ. تُرسَم الحواف بين الرؤوس وفقًا للزوايا. (لاحظ أن الزاوية بين الجذور البسيطة لا تقل عن 90 درجة).
- لا توجد حافة إذا كانت المتجهات متعامدة،
- حافة مفردة غير موجهة إذا شكلت زاوية مقدارها 120 درجة،
- يكون الضلع المزدوج الموجه إذا شكلا زاوية مقدارها 135 درجة، و
- تكون الحافة الثلاثية موجهة إذا شكلت زاوية مقدارها 150 درجة.
يشير مصطلح "الحافة الموجهة" إلى أن الحواف المزدوجة والثلاثية تُعلّم بسهم يشير إلى المتجه الأقصر. (يُمكن اعتبار السهم علامة "أكبر من" لتوضيح الاتجاه الذي يُفترض أن يشير إليه السهم).
لاحظ أنه بناءً على الخصائص الأساسية للجذور المذكورة أعلاه، يمكن وصف قواعد إنشاء مخطط دينكين على النحو التالي: لا يوجد ضلع إذا كانت الجذور متعامدة؛ أما بالنسبة للجذور غير المتعامدة، فيوجد ضلع واحد أو ضلعان أو ثلاثة أضلاع وفقًا لما إذا كانت نسبة طول الضلع الأطول إلى الضلع الأقصر تساوي 1.،في حالةعلى سبيل المثال، يوجد في نظام الجذر جذران بسيطان بزاوية 150 درجة (بنسبة طول تبلغوبالتالي، يحتوي مخطط دينكين على رأسين متصلين بثلاثة أضلاع، مع سهم يشير من الرأس المرتبط بالجذر الأطول إلى الرأس الآخر. (في هذه الحالة، يكون السهم زائداً بعض الشيء، لأن المخطط مكافئ بغض النظر عن اتجاه السهم).
تصنيف أنظمة الجذور
على الرغم من أن نظام الجذر الواحد قد يحتوي على أكثر من مجموعة ممكنة من الجذور البسيطة، فإن زمرة ويل تؤثر بشكل متعدٍّ على هذه الخيارات. [ 19 ] ونتيجةً لذلك، فإن مخطط دينكين مستقل عن اختيار الجذور البسيطة؛ فهو مُحدد بنظام الجذر نفسه. وعلى العكس، إذا كان لدينا نظاما جذر لهما نفس مخطط دينكين، فيمكن مطابقة الجذور، بدءًا من الجذور في القاعدة، وإثبات أن النظامين متطابقان بالفعل. [ 20 ]
وبالتالي، فإن مشكلة تصنيف أنظمة الجذور تُختزل إلى مشكلة تصنيف مخططات دينكين الممكنة. يكون نظام الجذور غير قابل للاختزال إذا وفقط إذا كان مخطط دينكين الخاص به متصلاً. [ 21 ] المخططات المتصلة الممكنة موضحة في الشكل. تشير الرموز السفلية إلى عدد الرؤوس في المخطط (وبالتالي رتبة نظام الجذور غير القابل للاختزال المقابل).
لوهو نظام جذري، مخطط دينكين لنظام الجذر المزدوجيتم الحصول عليها من مخطط دينكين لـوذلك بالاحتفاظ بجميع الرؤوس والحواف نفسها، ولكن بعكس اتجاهات جميع الأسهم. وبالتالي، يمكننا أن نرى من مخططات دينكين الخاصة بهم أنوهما متضادان لبعضهما البعض.
غرف ويل ومجموعة ويل

لوإذا كان نظامًا جذريًا، فيمكننا اعتبار المستوى الفائق عموديًا على كل جذرتذكر أنيشير إلى الانعكاس حول المستوى الفائق وأن مجموعة فايل هي مجموعة تحويلاتتم توليدها بواسطة جميعتكون متممة مجموعة المستويات الفائقة غير متصلة، ويُطلق على كل مكون متصل اسم غرفة فايل . إذا حددنا مجموعة معينة Δ من الجذور البسيطة، فيمكننا تعريف غرفة فايل الأساسية المرتبطة بـ Δ على أنها مجموعة النقاطبحيثللجميع.
منذ الانعكاساتيحفظكما أنها تحافظ على مجموعة المستويات الفائقة العمودية على الجذور. وبالتالي، فإن كل عنصر من عناصر مجموعة فايل يُبدّل غرف فايل.
يوضح الشكل حالةنظام الجذور. تُشير الخطوط المتقطعة إلى "المستويات الفائقة" (أحادية البعد في هذه الحالة) المتعامدة مع الجذور. تمثل القطاعات الستة ذات الزاوية 60 درجة غرف فايل، والمنطقة المظللة هي غرفة فايل الأساسية المرتبطة بالقاعدة المشار إليها.
النظرية العامة الأساسية حول غرف فايل هي كالتالي: [ 22 ]
- نظرية : تؤثر زمرة فايل بحرية وبشكل متعدٍ على غرف فايل. وبالتالي، فإن رتبة زمرة فايل تساوي عدد غرف فايل.
فيعلى سبيل المثال، تحتوي مجموعة ويل على ستة عناصر وهناك ست غرف ويل.
وهذه نتيجة ذات صلة: [ 23 ]
- نظرية : ثبت غرفة ويلثم للجميع، مدار فايل لـيحتوي على نقطة واحدة بالضبط في الإغلاقل.
أنظمة الجذور ونظرية لي
تصنف أنظمة الجذور غير القابلة للاختزال عددًا من الكائنات ذات الصلة في نظرية لي، ولا سيما ما يلي:
- جبر لي البسيط والمعقد (انظر المناقشة أعلاه حول أنظمة الجذور الناشئة من جبر لي شبه البسيط)،
- زمر لي المعقدة المتصلة ببساطة والتي هي مراكز معيارية بسيطة، و
- مجموعات لي المدمجة المتصلة ببساطة والتي هي مراكز قياس بسيطة.
في كل حالة، تكون الجذور عبارة عن أوزان غير صفرية للتمثيل المرافق .
نقدم الآن إشارة موجزة عن كيفية تصنيف أنظمة الجذور غير القابلة للاختزال لجبر لي البسيط علىاستنادًا إلى الحجج الواردة في همفريز. [ 24 ] تنص نتيجة أولية على أن جبر لي شبه البسيط يكون بسيطًا إذا وفقط إذا كان نظام الجذور المرتبط به غير قابل للاختزال. [ 25 ] ولذلك، سنقتصر اهتمامنا على أنظمة الجذور غير القابلة للاختزال وجبر لي البسيط.
- أولاً، يجب أن نثبت أنه لكل جبر بسيطيوجد نظام جذري واحد فقط. وينتج هذا التأكيد من النتيجة التي مفادها أن الجبر الفرعي لكارتان لـفريد حتى التماثل الذاتي، [ 26 ] ومن ثم يترتب على ذلك أن أي جبرين فرعيين من جبر كارتان يعطيان أنظمة جذرية متماثلة.
- بعد ذلك، نحتاج إلى إثبات أنه لكل نظام جذري غير قابل للاختزال، يمكن أن يكون هناك على الأكثر جبر لي واحد، أي أن النظام الجذري يحدد جبر لي حتى التشاكل. [ 27 ]
- أخيرًا، يجب أن نُثبت أنه لكل نظام جذري غير قابل للاختزال، توجد جبر لي بسيط مُرتبط به. هذا الادعاء بديهي بالنسبة للأنظمة الجذرية من النوع A وB وC وD، حيث تكون جبر لي المرتبطة بها هي جبر لي الكلاسيكي . عندئذٍ، يُمكن تحليل الجبر الاستثنائي حالةً بحالة. بدلاً من ذلك، يُمكن تطوير إجراء منهجي لبناء جبر لي من نظام جذري، باستخدام علاقات سير . [ 28 ]
للاطلاع على الروابط بين أنظمة الجذور الاستثنائية ومجموعات لي وجبر لي الخاص بها، انظر E 8 و E 7 و E 6 و F 4 و G 2 .
خصائص أنظمة الجذور غير القابلة للاختزال
| Φ | | Φ | | | Φ < | | أنا | د | | W | |
|---|---|---|---|---|---|
| A n ( n ≥ 1) | ن ( ن + 1) | ن + 1 | ( ن + 1)! | ||
| B n ( n ≥ 2) | 2 ن 2 | 2 ن | 2 | 2 | 2 ن ن ! |
| C n ( n ≥ 3) | 2 ن 2 | 2 ن ( ن − 1) | 2 ن −1 | 2 | 2 ن ن ! |
| D n ( n ≥ 4) | 2 ن ( ن − 1) | 4 | 2 ن −1 ن ! | ||
| E 6 | 72 | 3 | 51840 | ||
| E 7 | 126 | 2 | 2903040 | ||
| E 8 | 240 | 1 | 696729600 | ||
| F 4 | 48 | 24 | 4 | 1 | 1152 |
| جي 2 | 12 | 6 | 3 | 1 | 12 |
تُسمى أنظمة الجذور غير القابلة للاختزال وفقًا لمخططات دينكين المتصلة المقابلة لها. توجد أربع عائلات لانهائية (A <sub>n </sub>، B <sub>n</sub> ، C <sub>n</sub> ، وD <sub>n</sub> ، وتُسمى أنظمة الجذور الكلاسيكية ) وخمس حالات استثنائية ( أنظمة الجذور الاستثنائية ). يشير الرمز السفلي إلى رتبة نظام الجذر.
في نظام جذور غير قابل للاختزال ، لا يمكن أن يكون هناك أكثر من قيمتين للطول ( α , α ) ¹/² ، وهما القيمتان اللتان تُقابلان الجذور القصيرة والطويلة . إذا كانت جميع الجذور متساوية الطول، تُعتبر طويلة بحكم التعريف، ويُقال إن نظام الجذور مُتشابك ببساطة ؛ ويحدث هذا في الحالات A وD وE. أي جذرين متساويين في الطول يقعان في نفس مدار زمرة فايل. في الحالات غير المُتشابكة ببساطة B وC وG وF، تمتد شبكة الجذور بواسطة الجذور القصيرة، بينما تمتد الجذور الطويلة بواسطة شبكة فرعية، ثابتة تحت زمرة فايل، تساوي r² / ² مضروبة في شبكة الجذور المرافقة، حيث r هو طول الجذر الطويل.
في الجدول المجاور، يشير | Φ < | إلى عدد الجذور القصيرة، ويشير I إلى المؤشر في شبكة الجذر للشبكة الفرعية المتولدة بواسطة الجذور الطويلة، ويشير D إلى محدد مصفوفة كارتان ، ويشير | W | إلى رتبة مجموعة ويل .
البناء الصريح لأنظمة الجذور غير القابلة للاختزال
أن

| هـ 1 | هـ 2 | هـ 3 | هـ 4 | |
|---|---|---|---|---|
| α 1 | 1 | -1 | 0 | 0 |
| α 2 | 0 | 1 | -1 | 0 |
| α 3 | 0 | 0 | 1 | -1 |
ليكن E الفضاء الجزئي من Rⁿ⁺¹ الذي مجموع إحداثياته يساوي صفرًا، ولتكن Φ مجموعة المتجهات في E التي طولها √2 وهي متجهات صحيحة، أي إحداثياتها صحيحة في Rⁿ⁺¹ . يجب أن تكون جميع إحداثيات هذا المتجه مساوية للصفر باستثناء إحداثيين، وإحداثي واحد يساوي 1، وإحداثي آخر يساوي -1، وبالتالي يوجد n² + n جذرًا إجمالًا. أحد الخيارات للجذور البسيطة المعبر عنها في الأساس القياسي هو αᵢ = eᵢ - eᵢ⁺¹ حيث 1 ≤ i ≤ n .
الانعكاس σ i عبر المستوى الفائق العمودي على α i هو نفسه تبديل الإحداثيات المتجاورة i و ( i + 1 ) . تُولّد هذه التبديلات مجموعة التبديلات الكاملة . بالنسبة للجذور البسيطة المتجاورة، σ i ( α i + 1 ) = α i + 1 + α i = σ i + 1 ( α i ) = α i + α i + 1 ، أي أن الانعكاس يُكافئ إضافة مُضاعف للعدد 1؛ لكن انعكاس جذر بسيط عمودي على جذر بسيط غير مجاور له لا يُغيّره، ويختلف عنه بمُضاعف للعدد 0.
يمكن وصف شبكة الجذور A n - أي الشبكة المتولدة بواسطة جذور A n - بسهولة بأنها مجموعة المتجهات الصحيحة في R n +1 التي مجموع مكوناتها يساوي صفرًا.
شبكة الجذر A 2 هي ترتيب رؤوس التبليط المثلثي .
تُعرف الشبكة الجذرية A3 لدى علماء البلورات باسم الشبكة المكعبة ذات المراكز الوجهية (أو الشبكة المكعبة ذات التراص المتراص ). [ 29 ] وهي ترتيب رؤوس قرص العسل رباعي الأوجه-ثماني الأوجه .
يمكن نمذجة نظام الجذر A 3 (وكذلك أنظمة الجذر الأخرى من الرتبة الثالثة) في مجموعة بناء Zometool . [ 30 ]
بشكل عام، فإن شبكة الجذر A n هي ترتيب الرؤوس لقرص العسل البسيط ذي الأبعاد n .
ب ن
| هـ 1 | هـ 2 | هـ 3 | هـ 4 | |
|---|---|---|---|---|
| α 1 | 1 | -1 | 0 | 0 |
| α 2 | 0 | 1 | -1 | 0 |
| α 3 | 0 | 0 | 1 | -1 |
| α 4 | 0 | 0 | 0 | 1 |
ليكن E = R n ، ولتكن Φ مجموعة جميع المتجهات الصحيحة في E التي طولها 1 أو √2 . العدد الإجمالي للجذور هو 2 n 2. أحد خيارات الجذور البسيطة هو α i = e i – e i +1 حيث 1 ≤ i ≤ n – 1 (وهو الخيار المذكور أعلاه للجذور البسيطة لـ A n −1 )، والجذر الأقصر هو α n = e n .
إن الانعكاس σn عبر المستوى الفائق العمودي على الجذر القصير αn هو ببساطة نفي الإحداثي النوني . بالنسبة للجذر البسيط الطويل αn⁻¹ ، فإن σn⁻¹ ( αn ) = αn + αn⁻¹ ، أما بالنسبة للانعكاس العمودي على الجذر القصير، فإن σn(αn⁻¹ ) = αn⁻¹ + 2αn ، وهو فرق من مضاعفات العدد 2 بدلاً من 1 .
تتكون شبكة الجذور B n - أي الشبكة المتولدة بواسطة جذور B n - من جميع المتجهات الصحيحة.
B 1 متماثل مع A 1 عن طريق القياس بواسطة √ 2 ، وبالتالي فهو ليس نظام جذر مميز.
سي إن

| هـ 1 | هـ 2 | هـ 3 | هـ 4 | |
|---|---|---|---|---|
| α 1 | 1 | -1 | 0 | 0 |
| α 2 | 0 | 1 | -1 | 0 |
| α 3 | 0 | 0 | 1 | -1 |
| α 4 | 0 | 0 | 0 | 2 |
ليكن E = Rⁿ ، ولتكن Φ مجموعة جميع المتجهات الصحيحة في E التي طولها √2 بالإضافة إلى جميع المتجهات من الشكل 2λ ، حيث λ متجه صحيح طوله 1. العدد الإجمالي للجذور هو 2ⁿ². أحد الخيارات للجذور البسيطة هو: αᵢ = eᵢ - eᵢ⁺¹ ، حيث 1 ≤ i ≤ n - 1 ( وهو الخيار السابق للجذور البسيطة لـ Aⁿ⁻¹ ) ، والجذر الأطول αⁿ = 2eⁿ . الانعكاس σⁿ ( αⁿ⁻¹ ) = αⁿ⁻¹ + αⁿ ، ولكن σⁿ⁻¹ ( αⁿ ) = αⁿ + 2αⁿ⁻¹ .
تتكون شبكة الجذور C n - أي الشبكة المتولدة بواسطة جذور C n - من جميع المتجهات الصحيحة التي مجموع مكوناتها عدد صحيح زوجي.
C 2 متماثل مع B 2 عن طريق القياس بواسطة √ 2 ودوران 45 درجة، وبالتالي فهو ليس نظام جذر مميز.
د ن
| هـ 1 | هـ 2 | هـ 3 | هـ 4 | |
|---|---|---|---|---|
| α 1 | 1 | -1 | 0 | 0 |
| α 2 | 0 | 1 | -1 | 0 |
| α 3 | 0 | 0 | 1 | -1 |
| α 4 | 0 | 0 | 1 | 1 |
![]() | ||||
ليكن E = R n ، ولتكن Φ مجموعة جميع المتجهات الصحيحة في E التي طولها √2 . العدد الإجمالي للجذور هو 2n ( n -1) . أحد خيارات الجذور البسيطة هو αi = ei - ei + 1 حيث 1 ≤ i ≤ n - 1 ( وهو الخيار السابق للجذور البسيطة لـ An - 1 ) بالإضافة إلى αn = en - 1 + en .
الانعكاس عبر المستوى الفائق العمودي على α n هو نفسه نقل وإسقاط الإحداثيات المجاورة رقم n و ( n − 1). أي جذر بسيط وانعكاسه العمودي على جذر بسيط آخر يختلفان بمضاعفات 0 أو 1 للجذر الثاني، وليس بأي مضاعف أكبر.
تتكون شبكة الجذور D n - أي الشبكة المولدة من جذور D n - من جميع المتجهات الصحيحة التي يكون مجموع عناصرها عددًا زوجيًا. وهذا هو نفسه شبكة الجذور C n .
يتم التعبير عن جذور D n كرؤوس لمخطط كوكسيتر - دينكين المعدل n - orthoplex : ... . توجد الرؤوس 2 n ( n − 1) في منتصف حواف n -orthoplex.![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
يتطابق D 3 مع A 3 ، وبالتالي فهو ليس نظام جذر منفصل. تُعبّر متجهات الجذر الاثني عشر لـ D 3 عن رؤوس ، وهو بناء ذو تناظر أقل للمكعب الثماني الأوجه .![]()
![]()
![]()
تتمتع D 4 بتناظر إضافي يُسمى التناظر الثلاثي . تُعبّر متجهات الجذور الأربعة والعشرون لـ D 4 عن رؤوس ، وهو بناء ذو تناظر أقل للخلية 24 .![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
E 6 ، E 7 ، E 8
- نظام الجذر E 8 هو أي مجموعة من المتجهات في R 8 التي تتطابق مع المجموعة التالية:
يحتوي نظام الجذور على 240 جذرًا. المجموعة المذكورة آنفًا هي مجموعة المتجهات ذات الطول √2 في شبكة الجذور E8، والمعروفة أيضًا ببساطة باسم شبكة E8 أو Γ8 . هذه هي مجموعة النقاط في R8 التي تحقق ما يلي:
- جميع الإحداثيات أعداد صحيحة أو جميع الإحداثيات أنصاف أعداد صحيحة (لا يُسمح بمزيج من الأعداد الصحيحة وأنصاف الأعداد الصحيحة)، و
- مجموع الإحداثيات الثمانية هو عدد زوجي صحيح .
هكذا،
- نظام الجذور E7 هو مجموعة المتجهات في E8 التي تكون عمودية على جذر ثابت في E8 . يحتوي نظام الجذور E7 على 126 جذراً .
- إن نظام الجذور E6 ليس مجموعة المتجهات في E7 العمودية على جذر ثابت في E7 ، بل إننا نحصل على D6 بهذه الطريقة. مع ذلك، فإن E6 هو النظام الفرعي من E8 العمودي على جذرين مختارين بشكل مناسب من E8 . يحتوي نظام الجذور E6 على 72 جذرًا.
| 1 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | -1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | -1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | -1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| - 1 / 2 | - 1 / 2 | - 1 / 2 | - 1 / 2 | - 1 / 2 | - 1 / 2 | - 1 / 2 | - 1 / 2 |
يُمكن وصف شبكة E 8 بشكل بديل، وهو وصف مناسب في بعض الأحيان، بأنها مجموعة Γ' 8 لجميع النقاط في R 8 بحيث
- جميع الإحداثيات أعداد صحيحة ومجموع الإحداثيات عدد زوجي، أو
- جميع الإحداثيات هي أنصاف أعداد صحيحة ومجموع الإحداثيات فردي.
الشبكتان Γ 8 و Γ' 8 متماثلتان ؛ إذ يمكن الانتقال من إحداهما إلى الأخرى بتغيير إشارات أي عدد فردي من الإحداثيات. تُسمى الشبكة Γ 8 أحيانًا بنظام الإحداثيات الزوجي لـ E 8، بينما تُسمى الشبكة Γ' 8 بنظام الإحداثيات الفردي .
أحد الخيارات للجذور البسيطة للمعادلة E 8 في نظام الإحداثيات الزوجي مع ترتيب الصفوف حسب ترتيب العقد في مخططات دينكين البديلة (غير القياسية) (أعلاه) هو:
- α i = e i − e i +1 ، لـ 1 ≤ i ≤ 6، و
- α 7 = e 7 + e 6
(اختيار الجذور البسيطة المذكورة أعلاه للمعادلة D 7 ) بالإضافة إلى
| 1 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | -1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | -1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | -1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | -1 |
| - 1 / 2 | - 1 / 2 | - 1 / 2 | - 1 / 2 | - 1 / 2 | ١/٢ | ١/٢ | ١/٢ |
أحد الخيارات للجذور البسيطة للمعادلة E 8 في نظام الإحداثيات الفردي مع ترتيب الصفوف حسب ترتيب العقد في مخططات دينكين البديلة (غير القياسية) (أعلاه) هو
- α i = e i − e i +1 ، لـ 1 ≤ i ≤ 7
(اختيار الجذور البسيطة المذكورة أعلاه للمعادلة A7 ) بالإضافة إلى
- α 8 = β 5 ، حيث
(استخدام β 3 سيعطي نتيجة متماثلة. استخدام β 1,7 أو β 2,6 سيعطي ببساطة A 8 أو D 8. أما بالنسبة لـ β 4 ، فإن مجموع إحداثياته يساوي صفرًا، وينطبق الشيء نفسه على α 1...7 ، لذا فهي تغطي فقط الفضاء الفرعي ذي الأبعاد السبعة الذي يكون مجموع إحداثياته يساوي صفرًا؛ في الواقع، −2 β 4 له إحداثيات (1,2,3,4,3,2,1) في الأساس ( α i ).)
بما أن التعامد على α 1 يعني أن أول إحداثيين متساويان، فإن E 7 هي المجموعة الجزئية من E 8 حيث يكون أول إحداثيين متساويين، وبالمثل فإن E 6 هي المجموعة الجزئية من E 8 حيث تكون أول ثلاثة إحداثيات متساوية. وهذا يُسهّل التعريفات الصريحة لـ E 7 و E 6 على النحو التالي:
- E 7 = { α ∈ Z 7 ∪ ( Z +1/2) 7 : Σ α i 2 + α 1 2 = 2, Σ α i + α 1 ∈ 2 Z },
- E 6 = { α ∈ Z 6 ∪ ( Z +1/2) 6 : Σ α i 2 + 2 α 1 2 = 2, Σ α i + 2 α 1 ∈ 2 Z }
لاحظ أن حذف α 1 ثم α 2 يُعطي مجموعات من الجذور البسيطة لـ E 7 و E 6. ومع ذلك، فإن مجموعات الجذور البسيطة هذه تقع في فضاءات فرعية مختلفة من E 8 ، وهي E 7 و E 6، عن تلك المذكورة أعلاه، لأنها ليست متعامدة مع α 1 أو α 2 .
F 4
| هـ 1 | هـ 2 | هـ 3 | هـ 4 | |
|---|---|---|---|---|
| α 1 | 1 | -1 | 0 | 0 |
| α 2 | 0 | 1 | -1 | 0 |
| α 3 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| α 4 | - 1 / 2 | - 1 / 2 | - 1 / 2 | - 1 / 2 |

بالنسبة للمعادلة F 4 ، ليكن E = R 4 ، ولتكن Φ مجموعة المتجهات α ذات الطول 1 أو √2 بحيث تكون إحداثيات 2α جميعها أعدادًا صحيحة، إما زوجية أو فردية. يوجد 48 جذرًا في هذا النظام. أحد خيارات الجذور البسيطة هو: اختيار الجذور البسيطة المذكور أعلاه للمعادلة B 3 ، بالإضافة إلى.
شبكة الجذور F⁴ - أي الشبكة المولدة بواسطة نظام الجذور F⁴ - هي مجموعة النقاط في R⁴ التي تكون إحداثياتها إما أعدادًا صحيحة أو أنصاف أعداد صحيحة (لا يُسمح بمزيج من الأعداد الصحيحة وأنصاف الأعداد الصحيحة). هذه الشبكة متماثلة مع شبكة رباعيات هورويتز .
جي 2
| هـ 1 | هـ 2 | هـ 3 | |
|---|---|---|---|
| α 1 | 1 | -1 | 0 |
| β | -1 | 2 | -1 |
يحتوي النظام الجذري G 2 على 12 جذرًا، تشكل رؤوس شكل سداسي . انظر الصورة أعلاه .
أحد خيارات الجذور البسيطة هو ( α 1 , β = α 2 − α 1 ) حيث α i = e i − e i +1 لـ i = 1, 2 هو الخيار أعلاه للجذور البسيطة لـ A 2 .
إن شبكة الجذر G 2 - أي الشبكة المتولدة بواسطة جذور G 2 - هي نفسها شبكة الجذر A 2 .
مجموعة الجذر

يتم ترتيب مجموعة الجذور الموجبة بشكل طبيعي بالقول إنإذا وفقط إذاهي توليفة خطية غير سالبة من الجذور البسيطة. يتم تصنيف هذه المجموعة المرتبة جزئيًا بواسطةولها العديد من الخصائص التوافقية الرائعة، إحداها أنه يمكن تحديد درجات الثوابت الأساسية لمجموعة ويل المقابلة من هذه المجموعة الجزئية المرتبة. [ 31 ] يُعد مخطط هاس تمثيلاً مرئياً لترتيب المجموعة الجزئية المرتبة الجذرية.
انظر أيضاً
ملحوظات
- ↑ سفيتكوفيتش، دراغوش (2002). "الرسوم البيانية ذات القيمة الذاتية الأصغر -2؛ دراسة تاريخية وتطورات حديثة في الرسوم البيانية الاستثنائية القصوى" . الجبر الخطي وتطبيقاته . 356 ( 1-3 ): 189-210 . doi : 10.1016/S0024-3795(02)00377-4 .
- ↑ بوربكي، الفصل السادس، القسم 1
- ↑ همفريز 1972 ، ص 42
- ↑ همفريز 1992 ، ص 6
- ↑ همفريز 1992 ، ص 39
- ↑ همفريز 1992 ، ص 41
- ↑ همفريز 1972 ، ص 43
- ↑ اقتراح هول 2015 رقم 8.8
- ↑ هول 2015 ، القسم 7.5
- ↑ جريمة قتل عام 1889
- 1 2 بورباكي 1998 ، ص 270
- ↑ كولمان 1989 ، ص 34
- ↑ هول 2015 الاقتراح 8.6
- ↑ هول 2015 ، النظريتان 8.16 و8.17
- ↑ هول 2015 ، النظرية 8.16
- ↑ هول 2015 ، الاقتراح 8.28
- ↑ هول 2015 ، الاقتراح 8.18
- ↑ هول 2015 ، القسم 8.7
- ↑ هذا يتبع من هول 2015 ، الاقتراح 8.23
- ↑ هول 2015 ، الاقتراح 8.32
- ↑ هول 2015 ، الاقتراح 8.23
- ↑ هول 2015 ، المقولتان 8.23 و8.27
- ↑ هول 2015 ، الاقتراح 8.29
- ↑ انظر أجزاءً مختلفة من الفصول الثالث والرابع والخامس من كتاب همفريز 1972 ، وصولاً إلى القسم 19 في الفصل الخامس
- ↑ هول 2015 ، النظرية 7.35
- ↑ همفريز 1972 ، القسم 16
- ↑ همفريز 1972 ، الجزء (ب) من النظرية 18.4
- ↑ همفريز 1972 القسم 18.3 والنظرية 18.4
- ↑ كونواي، جون ؛ سلون، نيل جيه إيه (1998). "القسم 6.3". تعبئة الكرات، والشبكات، والمجموعات . سبرينغر. ISBN 978-0-387-98585-5.
- ↑ هول 2015 القسم 8.9
- ↑ همفريز 1992 ، النظرية 3.20
مراجع
- آدامز، جيه إف (1983)، محاضرات حول جماعات لي ، مطبعة جامعة شيكاغو، رقم ISBN 0-226-00530-5
- بورباكي، نيكولاس (2002)، زمر لي وجبر لي، الفصول 4-6 ( ترجمة أندرو بريسلي من النسخة الفرنسية الأصلية لعام 1968) ، عناصر الرياضيات، سبرينغر-فيرلاغ، ISBN 3-540-42650-7المرجع الكلاسيكي لأنظمة الجذور.
- بورباكي، نيكولاس (1998). عناصر تاريخ الرياضيات . سبرينغر. ISBN 3540647678.
- كولمان، أ. ج. (صيف 1989)، "أعظم ورقة بحثية رياضية على مر العصور"، مجلة الرياضيات الذكية ، 11 (3): 29-38 ، doi : 10.1007/bf03025189 ، S2CID 35487310
- هول، برايان سي. (2015)، زمر لي، وجبر لي، والتمثيلات: مقدمة تمهيدية ، نصوص الدراسات العليا في الرياضيات، المجلد 222 ( الطبعة الثانية)، سبرينغر، ISBN 978-3319134666
- همفريز، جيمس (1972). مقدمة في جبر لي ونظرية التمثيل . سبرينغر. ISBN 0387900535.
- همفريز، جيمس (1992). مجموعات التأمل ومجموعات كوكسيتر . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 0521436133.
- قتل فيلهلم (يونيو ١٨٨٨). "Die Zusammensetzung der stetigen endlichen Transformationsgroupen" . الرياضيات أنالن . 31 (2): 252-290 . دوى : 10.1007 / BF01211904 . S2CID 120501356 . مؤرشفة من الأصلي بتاريخ 2016-03-05.
- — (مارس 1888). "الجزء الثاني" . حوليات الرياضيات 33 (1): 1-48 . doi : 10.1007/BF01444109 . S2CID 124198118 .
- — (مارس 1889). "الجزء 3" . حوليات الرياضيات 34 (1): 57-122 . doi : 10.1007/BF01446792 . S2CID 179177899. مؤرشف من الأصل بتاريخ 21 فبراير 2015.
- — (يونيو 1890). "الجزء 4" . حوليات الرياضيات 36 ( 2): 161-189 . doi : 10.1007/BF01207837 . S2CID 179178061 .
- كاك، فيكتور ج. (1990). جبر لي اللانهائي الأبعاد ( الطبعة الثالثة). مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-46693-6.
- سبرينغر، تي إيه (1998). الزمر الجبرية الخطية ( الطبعة الثانية). بيركهاوزر. ISBN 0817640215.
للمزيد من القراءة
- دينكين، إي بي (1947). "بنية الجبر شبه البسيط" . أوسبيخي مات. ناوك . 2 (بالروسية). 4 (20): 59-127 . MR 0027752 .
روابط خارجية
- الهندسة الإقليدية
- جماعات الكذب
- جبر لي

