李 羽

（惠州學(xué)院 數(shù)學(xué)系, 廣東 惠州 516007）

自由左交換代數(shù)的子代數(shù)*

李 羽

（惠州學(xué)院 數(shù)學(xué)系, 廣東 惠州 516007）

本文通過(guò)研究自由左交換代數(shù)的子代數(shù)的生成元的首項(xiàng)之間的關(guān)系證明了自由左交換代數(shù)的二元生成的子代數(shù)也是自由左交換代數(shù).

左交換代數(shù); 正規(guī)字; 子代數(shù)

1 引言

自由群的子群也是自由群[1]是群論中的一個(gè)著名的定理. 若一個(gè)代數(shù)范疇滿足自由代數(shù)的子代數(shù)還是自由的, 則被稱為Schreier范疇. Kurosh[2]證明了非結(jié)合代數(shù)范疇是Schreier范疇. Shirshov[3]和Witt[4]證明了李代數(shù)范疇是Schreier范疇. 在[5]中, Shirshov證明了交換(反交換)非結(jié)合代數(shù)范疇是Schreier范疇. Shestakov和Umirbaev[6]證明了Akivis代數(shù)范疇是Schreier范疇.

另一方面, 結(jié)合代數(shù)范疇不是Schreier范疇[7]. Bokut, Chen和Zhang[8]證明了Novikov代數(shù)范疇不是Schreier范疇. Kozybaev, Markar-Limanov和Umirbaev[9]證明了自由右對(duì)稱代數(shù)的二元生成的子代數(shù)仍是自由右對(duì)稱代數(shù). Kozybaev[10]構(gòu)造了自由右對(duì)稱代數(shù)的一個(gè)五元生成的非自由子代數(shù).

設(shè)k是一個(gè)域, A是k上的一個(gè)非結(jié)合代數(shù). 若A滿足恒等式x(yz)=y(xz), 則稱A是一個(gè)左交換代數(shù). Novikov代數(shù)范疇[11]和對(duì)偶萊布尼茲代數(shù)范疇[12]都是左交換代數(shù)范疇的子范疇. 自由左交換代數(shù)最早由A. Dzhumadil'daev 和C. L?fwall[11]所研究, 他們?cè)赱11]中給出了自由左交換代數(shù)的線性基底. 本文應(yīng)用組合代數(shù)的方法重寫自由左交換代數(shù)的子代數(shù)的生成元證明了自由左交換代數(shù)的二元生成的子代數(shù)也是自

由左交換代數(shù).

2 自由左交換代數(shù)

設(shè)X是一個(gè)良序集. 設(shè)u, v分別是次數(shù)為m, n的非結(jié)合字, 那么我們稱(uv)是次數(shù)為m+n的非結(jié)合字, 用d(uv)表示(uv)的次數(shù). 令X**為X上的全體非結(jié)合字所構(gòu)成的集合. 設(shè)u, v∈X**.

規(guī)定若d(u)＞d(v),

則u＞v.

則規(guī)定u＞v

我們稱這個(gè)序?yàn)榇螖?shù)逆字典序. 如無(wú)特別說(shuō)明,文章將使用次數(shù)逆字典序.

定義1. 每一個(gè)字母xi∈X 被稱為次數(shù)為1的正規(guī)字, 設(shè)u=(vw)是次數(shù)為m, m＞1的非結(jié)合字, 那么u=(vw)被稱為次數(shù)為m的正規(guī)字, 如果v, w都是正規(guī)字且若w=(w1w2), 則v≥w1.

設(shè)k是一個(gè)域, N(X)為所有X上的正規(guī)字所構(gòu)成的集合, kN(X)是由N(X)張成的域k上的向量空間.下面定義kN(X)上的乘法：

設(shè)u, v∈N(X), 若v=xi∈X ,

則令u· v=(uxi); 若v=(v1v2)且u≥v1,

則令u· v=(u(v1v2)); 若v=(v1v2)且u＜v1,

則令u· v=(v1(u· v2)).

定理1 ([11]). kN(X)關(guān)于乘法“·”構(gòu)成了一個(gè)由X生成的自由左交換代數(shù), 記為L(zhǎng)C(X).

由定理1可知, 對(duì)于任意0≠f∈LC(X), f可以被唯一地表示成f=α1u1+α2u2++αnun,

設(shè)f∈LC(X), 用Lf表示作用在LC(X)上的左乘算子, 即: Lf(u)=(fu), u∈LC(X). 特別地,

如果

那么

引理1. 每一個(gè)正規(guī)字u∈N(X)都可以被唯一地表示成

其中

證明：對(duì)d(u)作數(shù)學(xué)歸納法. 若d(u)=1,u=xi, 則原命題顯然成立.

由歸納假設(shè)可知w=LwnLw1(xi),

其中n≥0, xi∈X , wj,1≤j≤n都是正規(guī)字且wn≥≥w1.

因?yàn)閡是正規(guī)字, 所以v≥wn,

從而有

其中n≥0, xi∈X , v, wj,1≤j≤n都是正規(guī)字且v≥wn≥≥w1. 證畢.

引理2. 設(shè)u, v∈N(X)且v=LvnLv1(xi),

其中n≥1, xi∈X.證明：對(duì)n作數(shù)學(xué)歸納法.

綜上可得當(dāng)n=1時(shí)原命題成立.考慮n＞1的情形. 若u≥vn,

則u· v=LuLvnLv1(xi)原命題顯然成立.

若u＜vn,

則u· v=vn(u· Lvn-1Lv1(xi)).根據(jù)歸納假設(shè)得u· Lvn-1Lv1(xi)=Lvn-1LvsLuLvs-1Lv1(xi),

其中 vn≥≥vs＞u≥vs-1≥≥v1. 證畢.

引理3. ([11]) 若u, v, w∈N(X)且u＞v,

則 u· w＞v· w, w· u＞w· v .

3 二元生成的子代數(shù)

引理4. 設(shè)f是LC(X)的任意一個(gè)非零元. 那么LC(X)的由f所生成的子代數(shù)也是自由左交換代數(shù)且f是這個(gè)子代數(shù)的自由生成元.

證明：假設(shè)f是代數(shù)相關(guān)的. 那么存在一個(gè)非零多項(xiàng)式p(y)∈L(y)使得在LC(X)中有p(f)=0成立. 設(shè)

定理2. 自由左交換代數(shù)的二元生成的子代數(shù)也是自由左交換代數(shù).

根據(jù)引理[4]可知f1,f2是一個(gè)以g為自由生成元的自由左交換代數(shù). 證畢.

[1] SCHREIER O. Die Untergruppen der freien Gruppen[J]. Abh. Math. Sem. Univ. Hamburg,1927(5)∶161 – 183.

[2] KUROSH A G. Nonassociative free algebras and free products of algebras[J]. Mathematical Sbornik,1947(62)∶239 – 262.

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[9] KOZYBAEV D, MAKAR-LIMANOV L, UMIRBAEV U. The freiheitssatz and automorphisms of free right-symmetric algebras[J]. Asian-European Journal of Mathematics,2008(1)∶ 243 – 254.

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【責(zé)任編輯：吳躍新】

Subalgebras of Free Left-commutative Algebras

LI Yu
(Department of Mathematical Sciences, Huizhou University, Huizhou 516007, Guangdong China)

In this paper, we prove that two generated subalgebras of free left-commutative algebras are also free by the research on the relations between the leading terms of the generators of subalgebras of free left-commutative algebras.

Left-commutative algebra; Normal word; Subalgebra

A

1671 - 5934 (2016)03 - 0084 - 05

2016 -

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(Nos. 11401246; 11426112; 11501237), 廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（Nos.1414050000365; 1414050000488）, 廣東高校優(yōu)秀青年教師培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目（No.YQ2015155）, 惠州學(xué)院博士科研基金項(xiàng)目（Nos. C513.0210; C513.0209）.

李 羽（1982 - ）, 廣東龍門人，講師，博士，研究方向?yàn)榻M合代數(shù)及其應(yīng)用.