पोंट्रीगिन द्वैत

2-adic पूर्णांक, Prüfer समूह पर चयनित संबंधित वर्णों के साथ

गणित में, पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूह के बीच एक द्वयात्मकता (गणित) है जो सामान्य रूप से फूरियर को ऐसे सभी समूहों में बदलने की अनुमति देता है, जिसमें वृत्त समूह (मापांक एक की जटिल संख्याओं का गुणक समूह), परिमित एबेलियन समूह (साथ) शामिल हैं। असतत संस्थितिविज्ञान), और पूर्णांकों का योगात्मक समूह (असतत संस्थितिविज्ञान के साथ भी), वास्तविक संख्याएँ, और वास्तविक या पी-एडिक फ़ील्ड पर हर आयाम (सदिश स्थान)|p-एडिक फील्ड।

स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूह का पोन्ट्रियाजिन डुअल स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन सांस्थितिक समूह है, जो समूह से वृत्त समूह तक बिन्दुवार गुणन के कार्य प्रणाली और सुसंहत समूह पर एकसमान अभिसरण के संस्थितिविज्ञान के साथ समूह समरूपता द्वारा बनाया गया है। पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता प्रमेय पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता को यह कहते हुए स्थापित करता है कि कोई भी स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूह स्वाभाविक रूप से अपनी बोली (इसके दोहरे के दोहरे) के साथ समरूपीय है। फूरियर उलटा प्रमेय इस प्रमेय का एक विशेष मामला है।

इस विषय का नाम लेव पोन्ट्रियाजिन के नाम पर रखा गया है जिन्होंने 1934 में अपने शुरुआती गणितीय कार्यों के दौरान स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूहों और उनके द्वंद्व के सिद्धांत की नींव रखी थी। असतत। 1935 में एगबर्ट वैन कम्पेन और 1940 में आंद्रे वेइल द्वारा स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूहों को कवर करने के लिए इसमें सुधार किया गया था।

परिचय

पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता एक एकीकृत संदर्भ में वास्तविक रेखा पर या परिमित एबेलियन समूहों पर कार्यों के बारे में कई टिप्पणियों को रखता है:

• वास्तविक रेखा पर उचित रूप से नियमित रूप से जटिल-मूल्यवान आवधिक कार्यों में फूरियर श्रृंखला होती है और इन कार्यों को उनकी फूरियर श्रृंखला से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है;
• वास्तविक रेखा पर उचित रूप से नियमित रूप से जटिल-मूल्यवान कार्यों में फूरियर रूपांतरण होते हैं जो वास्तविक रेखा पर भी कार्य करते हैं और, आवधिक कार्यों के लिए, इन कार्यों को उनके फूरियर रूपांतरणों से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है; और
• एक एबेलियन समूह पर जटिल-मूल्यवान कार्य परिमित एबेलियन समूहों में असतत फूरियर परिवर्तन होते हैं, जो # द डुअल समूह पर कार्य करते हैं, जो एक (गैर-कैनोनिक रूप से) समरूपीय समूह है। इसके अलावा, परिमित एबेलियन समूह पर कोई भी कार्य इसके असतत फूरियर रूपांतरण से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है।

सिद्धांत, लेव पोन्ट्रियाजिन द्वारा प्रस्तुत किया गया और जॉन वॉन न्यूमैन, आंद्रे वेइल और अन्य द्वारा प्रस्तुत किए गए हार उपाय के साथ संयुक्त रूप से स्थानीय रूप स्थानीय रूप से सुसंहत स्थान एबेलियन समूह के दोहरे समूह के सिद्धांत पर निर्भर करता है।

यह एक सदिश स्थान के दोहरे सदिश स्थान के अनुरूप है: एक परिमित-आयामी सदिश स्थान V और इसका दोहरा सदिश स्थान V* स्वाभाविक रूप से समरूपीय नहीं है, लेकिन एक का अंतःरूपांतरण बीजगणित (मैट्रिक्स बीजगणित) विपरीत रिंग के लिए समरूपीय है। अंतःरूपांतरण दूसरे का बीजगणित: ${\text{End}}(V)\cong {{\text{End}}(V^{*})}^{\text{op}},$ ट्रांसपोज़ के माध्यम से। इसी प्रकार एक समूह $G$ और इसका दोहरा समूह ${\widehat {G}}$ सामान्य रूप से समरूपीय नहीं होते हैं, लेकिन उनके अंतःरूपांतरण के छल्ले एक दूसरे के विपरीत होते हैं: ${\text{End}}(G)\cong {\text{End}}({\widehat {G}})^{\text{op}}$. अधिक स्पष्ट रूप से, यह केवल अंतःरूपांतरण बीजगणित का एक समरूपता नहीं है, बल्कि श्रेणियों का एक विरोधाभासी तुल्यता है - श्रेणीबद्ध विचार देखें।

परिभाषा

Further information: Locally compact abelian group

एक सांस्थितिक समूह स्थानीय रूप से सुसंहत समूह है यदि अंतर्निहित सांस्थितिक स्थान स्थानीय रूप से सुसंहत स्थान और हॉसडॉर्फ स्थान है; एक सांस्थितिक समूह एबेलियन है यदि अंतर्निहित समूह एबेलियन समूह है।स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूहों के उदाहरणों में परिमित एबेलियन समूह, पूर्णांक (दोनों असतत संस्थितिविज्ञान के लिए, जो सामान्य मीट्रिक द्वारा भी प्रेरित होते हैं), वास्तविक संख्याएं, वृत्त समूह टी (दोनों अपने सामान्य मीट्रिक संस्थितिविज्ञान के साथ), और भी शामिल हैं। पी-एडिक नंबर | पी-एडिक नंबर (उनके सामान्य पी-एडिक संस्थितिविज्ञान के साथ)।

स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूह के लिए $G$, पोन्ट्रियाजिन दोहरी समूह है ${\widehat {G}}$ निरंतर समूह समरूपता से $G$ मंडली समूह को $T$. वह है,

$${\widehat {G}}:=\operatorname {Hom} (G,T).$$

पोन्ट्रियाजिन दोहरी ${\widehat {G}}$ आमतौर पर सुसंहत समूह पर समान अभिसरण द्वारा दी गई संस्थितिविज्ञान से संपन्न होता है (अर्थात, सभी निरंतर कार्यों के स्थान पर सुसंहत-ओपन संस्थितिविज्ञान द्वारा प्रेरित संस्थितिविज्ञान $G$ को $T$).

उदाहरण के लिए,

$${\widehat {\mathbb {Z} /n\mathbb {Z} }}=\mathbb {Z} /n\mathbb {Z} ,\ {\widehat {\mathbb {Z} }}=T,\ {\widehat {\mathbb {R} }}=\mathbb {R} ,\ {\widehat {T}}=\mathbb {Z} .$$

पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता प्रमेय

Theorem — There is a canonical isomorphism $G\cong {\widehat {\widehat {G}}}$ between any locally compact abelian group $G$ and its double dual.

विहित रूप का अर्थ है कि स्वाभाविक रूप से परिभाषित नक्शा है $\operatorname {ev} _{G}\colon G\to {\widehat {\widehat {G}}}$; इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि नक्शा क्रियाशील होना चाहिए $G$. विहित समरूपता $\operatorname {ev} _{G}$ पर परिभाषित किया गया है $x\in G$ निम्नलिखित नुसार:

$$\operatorname {ev} _{G}(x)(\chi )=\chi (x)\in \mathbb {T} .$$

वह है,

$$\operatorname {ev} _{G}(x):(\chi \mapsto \chi (x)).$$

दूसरे शब्दों में, प्रत्येक समूह तत्व $x$ दोहरे पर मूल्यांकन चरित्र की पहचान की जाती है। यह एक परिमित-आयामी सदिश अंतरिक्ष और इसके दोहरे दोहरे के बीच दोहरे-द्वयात्मकता में दोहरे स्थान # इंजेक्शन के समान है, $V\cong V^{**}$, और यह ध्यान देने योग्य है कि कोई भी सदिश स्थान $V$ एबेलियन समूह है। अगर $G$ एक परिमित एबेलियन समूह है, तब $G\cong {\widehat {G}}$ लेकिन यह समरूपता विहित नहीं है। इस कथन को सटीक (सामान्य रूप से) बनाने के लिए न केवल समूहों पर, बल्कि समूहों के बीच नक्शों पर भी दोहरीकरण के बारे में सोचने की आवश्यकता है, ताकि दोहरीकरण को एक ऑपरेटर के रूप में माना जा सके और पहचान फ़ैक्टर को साबित किया जा सके और डुअलाइज़ेशन फ़ंक्टर स्वाभाविक रूप से समकक्ष नहीं हैं। साथ ही द्वयात्मकता प्रमेय का अर्थ है कि किसी भी समूह के लिए (जरूरी नहीं कि परिमित हो) द्वयात्मकताकरण फ़ंक्टर एक सटीक फ़ंक्टर है।

पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता और फूरियर रूपांतरण

उसका नाप

Main article: Haar measure

स्थानीय रूप से सुसंहत समूह के बारे में सबसे उल्लेखनीय तथ्यों में से एक $G$ यह है कि यह एक अनिवार्य रूप से अद्वितीय प्राकृतिक उपाय (गणित), हार उपाय करता है, जो किसी को पर्याप्त रूप से नियमित उपसमुच्चय के आकार को लगातार मापने की अनुमति देता है $G$. पर्याप्त रूप से नियमित उपसमुच्चय का अर्थ है बोरेल समूह; अर्थात्, सुसंहत समूह द्वारा उत्पन्न सिग्मा-बीजगणित|σ-बीजगणित का एक तत्व। अधिक सटीक रूप से, स्थानीय रूप से सुसंहत समूह पर एक सही हार उपाय $G$ के बोरेल समूह पर परिभाषित एक योगात्मक योगात्मक उपाय है $G$ जो इस अर्थ में सही अपरिवर्तनीय है μ(Ax) = μ(A) के लिए $x$ का एक तत्व $G$ और $A$ का एक बोरेल सबसमूह $G$ और नियमितता की कुछ शर्तों को भी पूरा करता है (हार उपाय पर लेख में विस्तार से बताया गया है)। सकारात्मक स्केलिंग कारकों को छोड़कर, हार माप पर $G$ निराला है।

हार नाप रहा है $G$ हमें समूह पर परिभाषित बोरेल कार्यों (जटिल संख्या-मूल्यवान) के लिए अभिन्न की धारणा को परिभाषित करने की अनुमति देता है। विशेष रूप से, कोई व्यक्ति विभिन्न Lp स्थान #Lp स्थान और Lebesgue इंटीग्रल्स|L पर विचार कर सकता है^p हार से संबंधित रिक्त स्थान μ मापते हैं। विशेष रूप से,

$${\mathcal {L}}_{\mu }^{p}(G)=\left\{(f:G\to \mathbb {C} )\ {\Big |}\ \int _{G}|f(x)|^{p}\ d\mu (x)<\infty \right\}.$$

ध्यान दें, चूंकि कोई भी दो हार पर उपाय करता है $G$ एक स्केलिंग कारक के बराबर हैं, यह $L^{p}$-अंतरिक्ष हार माप की पसंद से स्वतंत्र है और इस प्रकार शायद इसे लिखा जा सकता है $L^{p}(G)$. हालांकि $L^{p}$-इस स्थान पर मानदंड हार माप की पसंद पर निर्भर करता है, इसलिए यदि कोई आइसोमेट्री के बारे में बात करना चाहता है तो उपयोग किए जा रहे हार माप का ट्रैक रखना महत्वपूर्ण है।

एल के लिए फूरियर रूपांतरण और फूरियर उलटा सूत्र¹-फंक्शन

स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूह के दोहरे समूह का उपयोग फूरियर रूपांतरण के सार संस्करण के लिए अंतर्निहित स्थान के रूप में किया जाता है। अगर $f\in L^{1}(G)$, तो फूरियर रूपांतरण कार्य है ${\widehat {f}}$ पर ${\widehat {G}}$ द्वारा परिभाषित

$${\widehat {f}}(\chi )=\int _{G}f(x){\overline {\chi (x)}}\ d\mu (x),$$

जहां इंटीग्रल हार माप के सापेक्ष है $\mu$ पर $G$. यह भी बताया गया है $({\mathcal {F}}f)(\chi )$. ध्यान दें कि फूरियर रूपांतरण हार माप की पसंद पर निर्भर करता है। यह दिखाना बहुत मुश्किल नहीं है कि फूरियर एक का रूपांतरण करता है $L^{1}$ समारोह चालू $G$ पर एक परिबद्ध सतत फलन है ${\widehat {G}}$ जो रीमैन-लेबेस्गु लेम्मा है।

Fourier Inversion Formula for $L^{1}$-Functions — For each Haar measure $\mu$ on $G$ there is a unique Haar measure $\nu$ on ${\widehat {G}}$ such that whenever $f\in L^{1}(G)$ and ${\widehat {f}}\in L^{1}\left({\widehat {G}}\right)$, we have

$$f(x)=\int _{\widehat {G}}{\widehat {f}}(\chi )\chi (x)\ d\nu (\chi )\qquad \mu {\text{-almost everywhere}}$$

If $f$ is continuous then this identity holds for all $x$.

एक समाकलनीय फलन का व्युत्क्रम फूरियर रूपांतरण ${\widehat {G}}$ द्वारा दिया गया है

$${\check {g}}(x)=\int _{\widehat {G}}g(\chi )\chi (x)\ d\nu (\chi ),$$

जहां इंटीग्रल हार माप के सापेक्ष है $\nu$ दोहरे समूह पर ${\widehat {G}}$. पैमाना $\nu$ पर ${\widehat {G}}$ जो फूरियर व्युत्क्रम सूत्र में प्रकट होता है उसे पुशफॉरवर्ड माप कहा जाता है $\mu$ और निरूपित किया जा सकता है ${\widehat {\mu }}$.

विभिन्न फूरियर रूपांतरणों को उनके डोमेन और रूपांतरण डोमेन (समूह और दोहरे समूह) के संदर्भ में वर्गीकृत किया जा सकता है (ध्यान दें कि $\mathbb {T}$ मंडल समूह है):

Transform	Original domain, $G$	Transform domain, ${\hat {G}}$	Measure, $\mu$
Fourier transform	$\mathbb {R}$	$\mathbb {R}$	${\text{Constant}}\times {\text{Lebesgue measure}}$
Fourier series	$\mathbb {T}$	$\mathbb {Z}$	${\text{Constant}}\times {\text{Lebesgue measure}}$
Discrete-time Fourier transform (DTFT)	$\mathbb {Z}$	$\mathbb {T}$	${\text{Constant}}\times {\text{Counting measure}}$
Discrete Fourier transform (DFT)	$\mathbb {Z} _{n}$	$\mathbb {Z} _{n}$	${\text{Constant}}\times {\text{Counting measure}}$

उदाहरण के तौर पर, मान लीजिए $G=\mathbb {R} ^{n}$, ताकि हम सोच सकें ${\widehat {G}}$ जैसा $\mathbb {R} ^{n}$ जोड़ी द्वारा $(\mathbf {v} ,\mathbf {w} )\mapsto e^{i\mathbf {v} \cdot \mathbf {w} }.$ अगर $\mu$ यूक्लिडियन अंतरिक्ष पर लेबेस्ग माप है, हम सामान्य फूरियर रूपांतरण प्राप्त करते हैं $\mathbb {R} ^{n}$ और फूरियर व्युत्क्रम सूत्र के लिए आवश्यक दोहरी माप है ${\widehat {\mu }}=(2\pi )^{-n}\mu$. यदि हम दोनों पक्षों पर समान माप के साथ फूरियर व्युत्क्रम सूत्र प्राप्त करना चाहते हैं (अर्थात, चूंकि हम इसके बारे में सोच सकते हैं $\mathbb {R} ^{n}$ इसकी अपनी दोहरी जगह के रूप में हम मांग सकते हैं ${\widehat {\mu }}$ बराबर करने के लिए $\mu$) तो हमें उपयोग करने की आवश्यकता है

$${\begin{aligned}\mu &=(2\pi )^{-{\frac {n}{2}}}\times {\text{Lebesgue measure}}\\{\widehat {\mu }}&=(2\pi )^{-{\frac {n}{2}}}\times {\text{Lebesgue measure}}\end{aligned}}$$

हालाँकि, अगर हम अपनी पहचान के तरीके को बदलते हैं $\mathbb {R} ^{n}$ इसके दोहरे समूह के साथ, पेयरिंग का उपयोग करके

$$(\mathbf {v} ,\mathbf {w} )\mapsto e^{2\pi i\mathbf {v} \cdot \mathbf {w} },$$

फिर लेबेसेग उपाय $\mathbb {R} ^{n}$ अपने स्वयं के दोहरे माप के बराबर है। यह सम्मेलन के कारकों की संख्या को कम करता है $2\pi$ जो यूक्लिडियन अंतरिक्ष पर फूरियर रूपांतरण या व्युत्क्रम फूरियर रूपांतरण की गणना करते समय विभिन्न स्थानों पर दिखाई देता है। (असल में यह सीमित करता है $2\pi$ अभिन्न चिह्न के बाहर एक पूर्व-कारक के बजाय केवल प्रतिपादक के लिए।) ध्यान दें कि पहचान कैसे करें $\mathbb {R} ^{n}$ अपने दोहरे समूह के साथ स्व-दोहरी कार्य शब्द के अर्थ को प्रभावित करता है, जो एक कार्य है $\mathbb {R} ^{n}$ अपने स्वयं के फूरियर रूपांतरण के बराबर: शास्त्रीय जोड़ी का उपयोग करना $(\mathbf {v} ,\mathbf {w} )\mapsto e^{i\mathbf {v} \cdot \mathbf {w} }$ कार्यक्रम $e^{-{\frac {1}{2}}x^{2}}$ स्वयं द्वयात्मकता है। लेकिन जोड़ी का उपयोग करना, जो पूर्व-कारक को एकता के रूप में रखता है, $(\mathbf {v} ,\mathbf {w} )\mapsto e^{2\pi i\mathbf {v} \cdot \mathbf {w} }$ बनाता है $e^{-\pi x^{2}}$ इसके बजाय स्व-दोहरी। फूरियर रूपांतरण के लिए इस दूसरी परिभाषा का लाभ यह है कि यह गुणात्मक पहचान को संकल्प पहचान के लिए मैप करता है, जो उपयोगी है $L^{1}$ एक कनवल्शन बीजगणित है। #The Group बीजगणित पर अगला भाग देखें। इसके अलावा, यह फॉर्म भी आवश्यक रूप से आइसोमेट्रिक है $L^{2}$ रिक्त स्थान। नीचे देखें #Plancherel और L2 फूरियर उलटा प्रमेय |Plancherel और L² फूरियर व्युत्क्रम प्रमेय।

समूह बीजगणित

Main article: Group algebra of a locally compact group

स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूह पर पूर्णांक कार्यों का स्थान $G$ एक बीजगणित है, जहाँ गुणन कनवल्शन है: दो पूर्णांक कार्यों का कनवल्शन $f$ और $g$ परिभाषित किया जाता है

$$(f*g)(x)=\int _{G}f(x-y)g(y)\ d\mu (y).$$

Theorem — The Banach space $L^{1}(G)$ is an associative and commutative algebra under convolution.

इस बीजगणित को समूह बीजगणित कहा जाता है $G$. फ़ुबिनी के प्रमेय के अनुसार|फ़ुबिनी-टोनेली प्रमेय के अनुसार कनवल्शन सबमल्टीप्लिकेटिव है $L^{1}$ मानदंड, बनाना $L^{1}(G)$ एक बनच बीजगणित। बनच बीजगणित $L^{1}(G)$ यदि और केवल यदि गुणक पहचान तत्व है $G$ एक असतत समूह है, अर्थात् कार्य जो पहचान पर 1 है और कहीं और शून्य है। सामान्य तौर पर, हालांकि, इसकी एक अनुमानित पहचान होती है जो एक शुद्ध (या सामान्यीकृत अनुक्रम) है $\{e_{i}\}_{i\in I}$ एक निर्देशित समूह पर अनुक्रमित $I$ ऐसा है कि $f*e_{i}\to f.$ फूरियर रूपांतरण कनवल्शन को गुणन में ले जाता है, अर्थात यह एबेलियन बनच बीजगणित का एक समरूपता है $L^{1}(G)\to C_{0}\left({\widehat {G}}\right)$ (आदर्श ≤ 1):

$${\mathcal {F}}(f*g)(\chi )={\mathcal {F}}(f)(\chi )\cdot {\mathcal {F}}(g)(\chi ).$$

विशेष रूप से, प्रत्येक समूह के चरित्र पर $G$ द्वारा परिभाषित समूह बीजगणित पर एक अद्वितीय गुणात्मक रैखिक कार्यात्मक से मेल खाता है

$$f\mapsto {\widehat {f}}(\chi ).$$

समूह बीजगणित की यह एक महत्वपूर्ण संपत्ति है कि ये समूह बीजगणित पर गैर-तुच्छ (जो समान रूप से शून्य नहीं है) गुणात्मक रैखिक क्रियाओं के समूह को समाप्त करते हैं; की धारा 34 देखें (Loomis 1953). इसका मतलब है कि फूरियर ट्रांसफॉर्म गेलफैंड ट्रांसफॉर्म का एक विशेष मामला है।

प्लांचरेल और एल² फूरियर उलटा प्रमेय

जैसा कि हमने कहा है, स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूह का दोहरा समूह अपने आप में स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूह है और इस प्रकार एक हार उपाय है, या अधिक सटीक रूप से पैमाने से संबंधित हार उपायों का एक पूरा परिवार है।

Theorem — Choose a Haar measure $\mu$ on $G$ and let $\nu$ be the dual measure on ${\widehat {G}}$ as defined above. If $f:G\to \mathbb {C}$ is continuous with compact support then ${\widehat {f}}\in L^{2}\left({\widehat {G}}\right)$ and

$$\int _{G}|f(x)|^{2}\ d\mu (x)=\int _{\widehat {G}}\left|{\widehat {f}}(\chi )\right|^{2}\ d\nu (\chi ).$$

In particular, the Fourier transform is an $L^{2}$ isometry from the complex-valued continuous functions of compact support on $G$ to the $L^{2}$-functions on ${\widehat {G}}$ (using the $L^{2}$-norm with respect to $\mu$ for functions on $G$ and the $L^{2}$-norm with respect to $\nu$ for functions on ${\widehat {G}}$).

सुसंहत समर्थन के जटिल-मूल्यवान निरंतर कार्यों के बाद से $G$ हैं $L^{2}$-सघन, उस स्थान से एकात्मक संचालिका में फूरियर रूपांतरण का एक अनूठा विस्तार है

$${\mathcal {F}}:L_{\mu }^{2}(G)\to L_{\nu }^{2}\left({\widehat {G}}\right).$$

और हमारे पास सूत्र है

$$\forall f\in L^{2}(G):\quad \int _{G}|f(x)|^{2}\ d\mu (x)=\int _{\widehat {G}}\left|{\widehat {f}}(\chi )\right|^{2}\ d\nu (\chi ).$$

ध्यान दें कि गैर-सुसंहत स्थानीय रूप से सुसंहत समूहों के लिए $G$ अंतरिक्ष $L^{1}(G)$ शामिल नहीं है $L^{2}(G)$, इसलिए फूरियर सामान्य का रूपांतरण करता है $L^{2}$-कार्य चालू है $G$ किसी भी प्रकार के एकीकरण सूत्र (या वास्तव में किसी स्पष्ट सूत्र) द्वारा नहीं दिया गया है। परिभाषित करने के लिए $L^{2}$ फूरियर रूपांतरण में किसी को कुछ तकनीकी तरकीबों का सहारा लेना पड़ता है जैसे घने उप-स्थान पर शुरू करना जैसे कि सुसंहत समर्थन के साथ निरंतर कार्य और फिर पूरे अंतरिक्ष में निरंतरता द्वारा आइसोमेट्री का विस्तार करना। फूरियर रूपांतरण का यह एकात्मक विस्तार वर्ग समाकलनीय कार्यों के स्थान पर फूरियर रूपांतरण से हमारा तात्पर्य है।

दोहरे समूह में अपने आप में एक व्युत्क्रम फूरियर रूपांतरण भी होता है; इसे व्युत्क्रम (या आसन्न, क्योंकि यह एकात्मक है) के रूप में चित्रित किया जा सकता है $L^{2}$ फूरियर रूपांतरण। यह की सामग्री है $L^{2}$ फूरियर उलटा सूत्र जो इस प्रकार है।

Theorem — The adjoint of the Fourier transform restricted to continuous functions of compact support is the inverse Fourier transform

$$L_{\nu }^{2}\left({\widehat {G}}\right)\to L_{\mu }^{2}(G)$$

where $\nu$ is the dual measure to $\mu$.

यदि $G=\mathbb {T}$ द्वयात्मकता समूह ${\widehat {G}}$ पूर्णांकों के समूह के लिए स्वाभाविक रूप से समरूपीय है $\mathbb {Z}$ और फूरियर रूपांतरण आवधिक कार्यों की फूरियर श्रृंखला के गुणांकों की गणना करने में माहिर है।

अगर $G$ एक परिमित समूह है, हम असतत फूरियर रूपांतरण को पुनः प्राप्त करते हैं। ध्यान दें कि इस मामले को सीधे साबित करना बहुत आसान है।

बोह्र संघनन और लगभग-आवधिकता

पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता का एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग सुसंहत एबेलियन सांस्थितिक समूहों का निम्नलिखित लक्षण वर्णन है:

Theorem — A locally compact abelian group $G$ is compact if and only if the dual group ${\widehat {G}}$ is discrete. Conversely, $G$ is discrete if and only if ${\widehat {G}}$ is compact.

वह $G$ सुसंहत होने का तात्पर्य है ${\widehat {G}}$ असतत है या वह $G$ असतत होने का तात्पर्य है ${\widehat {G}}$ सुसंहत है, सुसंहत-ओपन संस्थितिविज्ञान की परिभाषा का एक प्राथमिक परिणाम है ${\widehat {G}}$ और पोन्ट्रियाजिन द्वंद्व की आवश्यकता नहीं है। बातचीत को साबित करने के लिए एक पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता का उपयोग करता है।

बोह्र संघनन को किसी भी सामयिक समूह के लिए परिभाषित किया गया है $G$, दोनों में से किसी की परवाह किये बिना $G$ स्थानीय रूप से सुसंहत या एबेलियन है। सुसंहत एबेलियन समूहों और असतत एबेलियन समूहों के बीच पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता का एक उपयोग स्थानीय रूप से सुसंहत सांस्थितिक समूह के एक मनमाना एबेलियन के बोह्र सुसंहतिफिकेशन की विशेषता है। बोहर संघनन $B(G)$ का $G$ है ${\widehat {H}}$, जहाँ H की समूह संरचना है ${\widehat {G}}$, लेकिन असतत संस्थितिविज्ञान दी। समावेशन मानचित्र के बाद से

$$\iota :H\to {\widehat {G}}$$

निरंतर है और एक समरूपता, दोहरी आकृतिवाद

$$G\sim {\widehat {\widehat {G}}}\to {\widehat {H}}$$

एक कॉम्पैक्ट समूह में एक रूपवाद है जिसे अपेक्षित सार्वभौमिक संपत्ति को संतुष्ट करने के लिए आसानी से दिखाया गया है।

See also: almost periodic function

स्पष्ट विचार

पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता को लाभप्रद रूप से कार्यात्मक रूप से भी माना जा सकता है। निम्नलिखित में, LCA स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूहों और निरंतर समूह समरूपता की श्रेणी (गणित) है। का दोहरा समूह निर्माण ${\widehat {G}}$ एक प्रतिपरिवर्ती फ़ैक्टर LCA → LCA है, जिसे वृत्त समूह द्वारा दर्शाया गया है (प्रतिनिधित्व योग्य फ़ंक्टर के अर्थ में) $\mathbb {T}$ जैसा ${\widehat {G}}={\text{Hom}}(G,\mathbb {T} ).$ विशेष रूप से, डबल डुअल फंक्शनल $G\to {\widehat {\widehat {G}}}$ सहपरिवर्ती है। पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता का एक स्पष्ट सूत्रीकरण तब बताता है कि 'LCA' पर पहचान फ़ैक्टर और डबल डुअल फ़ंक्टर के बीच प्राकृतिक परिवर्तन एक समरूपता है। एक प्राकृतिक परिवर्तन की धारणा को खोलना, इसका मतलब है कि मानचित्र $G\to \operatorname {Hom} (\operatorname {Hom} (G,T),T)$ किसी भी स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूह के लिए आइसोमोर्फिज्म हैं $G$, और ये समरूपताएँ क्रियात्मक हैं $G$. यह समरूपता परिमित-आयामी सदिश रिक्त स्थान के दोहरे दोहरे के अनुरूप है (वास्तविक और जटिल सदिश रिक्त स्थान के लिए एक विशेष मामला)।

इस सूत्रीकरण का एक तात्कालिक परिणाम पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता का एक और सामान्य श्रेणीबद्ध सूत्रीकरण है: दोहरी समूह फ़ंक्टर एलसीए से एलसीए की श्रेणियों का एक तुल्यता है^ऑप।

द्वंद्व असतत समूहों और सुसंहत समूहों की उपश्रेणियों का आदान-प्रदान करता है। अगर $R$ एक अंगूठी (गणित) है और $G$ एक बायाँ है $R$-मॉड्यूल (गणित), दोहरा समूह ${\widehat {G}}$ अधिकार बन जाएगा $R$-मापांक; इस तरह हम उस डिस्क्रीट लेफ्ट को भी देख सकते हैं $R$-मॉड्यूल पोन्ट्रियाजिन डुअल टू सुसंहत राइट होगा $R$-मॉड्यूल। अंगूठी ${\text{End}}(G)$ एलसीए में अंतःरूपांतरण को द्वयात्मकता द्वारा इसके विपरीत रिंग में बदल दिया जाता है # दिए गए से नए रिंग का निर्माण (गुणन को दूसरे क्रम में बदलें)। उदाहरण के लिए, अगर $G$ एक अनंत चक्रीय असतत समूह है, ${\widehat {G}}$ एक वृत्त समूह है: पूर्व में है ${\text{End}}(G)=\mathbb {Z}$ तो यह बाद के बारे में भी सच है।

सामान्यीकरण

पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता के सामान्यीकरण दो मुख्य दिशाओं में निर्मित होते हैं: कम्यूटेटिव सांस्थितिक समूहों के लिए जो स्थानीय रूप से सुसंहत समूह नहीं हैं, और गैर-अनुसूचित सांस्थितिक समूहों के लिए। इन दोनों मामलों में सिद्धांत बहुत अलग हैं।

क्रमविनिमेय सामयिक समूहों के लिए द्वयात्मकता

कब $G$ हॉउसडॉर्फ एबेलियन सामयिक समूह है, समूह ${\widehat {G}}$ सुसंहत-ओपन संस्थितिविज्ञान के साथ हॉसडॉर्फ एबेलियन सांस्थितिक समूह और नेचुरल मैपिंग है $G$ इसके दोहरे-दोहरे के लिए ${\widehat {\widehat {G}}}$ समझ में आता है। यदि यह मानचित्रण एक समरूपता है, तो ऐसा कहा जाता है $G$ पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता को संतुष्ट करता है (या वह $G$ एक प्रतिवर्त समूह है, या एक चिंतनशील समूह). इस मामले से परे कई दिशाओं में इसे बढ़ाया गया है $G$ स्थानीय रूप से सुसंहत है।

विशेष रूप से, सैमुअल कपलान ने 1948 और 1950 में दिखाया कि मनमाना उत्पाद और स्थानीय रूप से सुसंहत (हॉसडॉर्फ) एबेलियन समूहों की गणनीय व्युत्क्रम सीमाएं पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता को संतुष्ट करती हैं। ध्यान दें कि स्थानीय रूप से सुसंहत गैर-सुसंहत रिक्त स्थान का अनंत उत्पाद स्थानीय रूप से सुसंहत नहीं है।

बाद में, 1975 में, रंगाचारी वेंकटरमन ने दिखाया, अन्य तथ्यों के साथ, कि एबेलियन सांस्थितिक समूह का हर खुला उपसमूह जो पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता को संतुष्ट करता है, स्वयं पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता को संतुष्ट करता है।

अभी हाल ही में, सर्जियो अर्दंज़ा-ट्रेविजानो और मारिया जेसुज चास्को ने ऊपर उल्लिखित कपलान के परिणामों को बढ़ा दिया है। उन्होंने दिखाया कि पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता को संतुष्ट करने वाले एबेलियन समूहों के अनुक्रमों की प्रत्यक्ष और व्युत्क्रम सीमाएं भी पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता को संतुष्ट करती हैं यदि समूह मेट्रिज़ेबल हैं या $k_{\omega }$-स्थान लेकिन जरूरी नहीं कि स्थानीय रूप से सुसंहत हो, बशर्ते कुछ अतिरिक्त शर्तें अनुक्रमों से संतुष्ट हों।

हालाँकि, एक मूलभूत पहलू है जो बदल जाता है अगर हम स्थानीय रूप से सुसंहत मामले से परे पोन्ट्रियाजिन द्वंद्व पर विचार करना चाहते हैं। ऐलेना मार्टिन-पीनाडोर ने 1995 में साबित किया कि अगर $G$ हॉउसडॉर्फ एबेलियन सांस्थितिक समूह है जो पोन्ट्रियाजिन द्वंद्व और प्राकृतिक मूल्यांकन जोड़ी को संतुष्ट करता है

$${\begin{cases}G\times {\widehat {G}}\to \mathbb {T} \\(x,\chi )\mapsto \chi (x)\end{cases}}$$

(संयुक्त रूप से) निरंतर है, तब $G$ स्थानीय रूप से सुसंहत है। एक परिणाम के रूप में, पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता के सभी गैर-स्थानीय रूप से सुसंहत उदाहरण ऐसे समूह हैं जहां जोड़ी बनती है $G\times {\widehat {G}}\to \mathbb {T}$ (संयुक्त रूप से) निरंतर नहीं है।

कम्यूटेटिव सांस्थितिक समूहों के व्यापक वर्गों के लिए पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता को सामान्य बनाने का एक और तरीका है, दोहरे समूह को समाप्त करना ${\widehat {G}}$ थोड़ा अलग संस्थितिविज्ञान के साथ, अर्थात् पूरी तरह से बंधे हुए स्थान पर समान अभिसरण की संस्थितिविज्ञान # अन्य संदर्भों में परिभाषाएँ। पहचान को संतुष्ट करने वाले समूह $G\cong {\widehat {\widehat {G}}}$ इस धारणा के तहत स्टीरियोटाइप समूह कहलाते हैं। यह वर्ग भी बहुत विस्तृत है (और इसमें स्थानीय रूप से सुसंहत एबेलियन समूह शामिल हैं), लेकिन यह चिंतनशील समूहों के वर्ग की तुलना में संकीर्ण है।

सांस्थितिक सदिश स्थान के लिए पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता

1952 में मैरिएन एफ। स्मिथ ने देखा कि बनच स्थान और प्रतिवर्त स्थान , जिसे सांस्थितिक समूह (एडिटिव समूह कार्य प्रणाली के साथ) माना जाता है, पोन्ट्रियाजिन द्वंद्व को संतुष्ट करता है। बाद में बी.एस. ब्रुडोव्स्की, विलियम सी. वाटरहाउस और के. ब्रूनर ने दिखाया कि यह परिणाम सभी अर्ध-पूर्ण बरेल्ड रिक्त स्थान (विशेष रूप से, सभी फ्रेचेट रिक्त स्थान) के वर्ग तक बढ़ाया जा सकता है। 1990 के दशक में सर्गेई अकबरोव ने सांस्थितिक सदिश रिक्त स्थान के वर्ग का विवरण दिया जो शास्त्रीय पोन्ट्रियाजिन रिफ्लेक्सीविटी की तुलना में एक मजबूत संपत्ति को संतुष्ट करता है, अर्थात् पहचान

$$(X^{\star })^{\star }\cong X$$

कहाँ $X^{\star }$ का अर्थ है सभी रैखिक निरंतर कार्यात्मकताओं का स्थान $f\colon X\to \mathbb {C}$ पूरी तरह से बंधे हुए समूहों पर समान अभिसरण की संस्थितिविज्ञान से संपन्न $X$ (और $(X^{\star })^{\star }$ का अर्थ है दोहरा $X^{\star }$ उसी अर्थ में)। इस वर्ग के रिक्त स्थान को स्टीरियोटाइप स्थान स्थान कहा जाता है, और संबंधित सिद्धांत को कार्यात्मक विश्लेषण और ज्यामिति में अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला मिली, जिसमें गैर-कम्यूटेटिव सांस्थितिक समूहों के लिए पोन्ट्रियाजिन द्वंद्व का सामान्यीकरण शामिल है।

गैर-कम्यूटेटिव सांस्थितिक समूहों के लिए द्वयात्मकता

गैर-कम्यूटेटिव स्थानीय रूप से सुसंहत समूहों के लिए $G$ शास्त्रीय पोन्ट्रियाजिन निर्माण विभिन्न कारणों से काम करना बंद कर देता है, विशेष रूप से, क्योंकि पात्र हमेशा बिंदुओं को अलग नहीं करते हैं $G$, और का अलघुकरणीय निरूपण $G$ हमेशा एक आयामी नहीं होते। साथ ही यह स्पष्ट नहीं है कि इरेड्यूसिबल एकात्मक निरूपण के समूह पर गुणन का परिचय कैसे दिया जाए $G$, और यह भी स्पष्ट नहीं है कि क्या यह समूह दोहरी वस्तु की भूमिका के लिए एक अच्छा विकल्प है $G$. अतः इस स्थिति में द्वयात्मकता निर्माण की समस्या पर पूर्ण पुनर्विचार की आवश्यकता है।

आज तक बनाए गए सिद्धांतों को दो मुख्य समूहों में विभाजित किया गया है: सिद्धांत जहां दोहरी वस्तु की प्रकृति स्रोत एक के समान होती है (जैसे कि पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता में ही), और सिद्धांत जहां स्रोत वस्तु और इसकी दोहरी एक दूसरे से भिन्न होती है उन्हें एक वर्ग की वस्तुओं के रूप में गिनना असंभव है।

दूसरे प्रकार के सिद्धांत ऐतिहासिक रूप से पहले थे: पोन्ट्रियाजिन के काम के तुरंत बाद टाडाओ तनाका (1938) और मार्क करें (1949) ने मनमाना सुसंहत समूहों के लिए एक द्वयात्मकता सिद्धांत का निर्माण किया, जिसे अब तन्नाका-क्रेन द्वयात्मकता के रूप में जाना जाता है। इस सिद्धांत में एक समूह के लिए दोहरी वस्तु $G$ एक समूह नहीं बल्कि अभ्यावेदन की एक श्रेणी है $\Pi (G)$.

परिमित समूहों के लिए द्वयात्मकता।

पहले प्रकार के सिद्धांत बाद में प्रकट हुए और उनके लिए प्रमुख उदाहरण परिमित समूहों के लिए द्वयात्मकता सिद्धांत था। इस सिद्धांत में परिमित समूहों की श्रेणी संक्रिया द्वारा सन्निहित है $G\mapsto \mathbb {C} _{G}$ समूह की अंगूठी लेने का $\mathbb {C} _{G}$ (ऊपर $\mathbb {C}$) परिमित आयामी हॉफ बीजगणित की श्रेणी में, ताकि पोन्ट्रियाजिन द्वयात्मकता क्रियाकार $G\mapsto {\widehat {G}}$ कार्य प्रणाली में बदल जाता है $H\mapsto H^{*}$ दोहरे सदिश स्थान को लेने का (जो परिमित आयामी हॉफ बीजगणित की श्रेणी में एक द्वयात्मकता कारक है)।

1973 में लियोनिद आई. वेनरमैन, जॉर्ज आई. काक, मिशेल एनॉक और जीन-मैरी श्वार्ट्ज ने सभी स्थानीय सुसंहत समूहों के लिए इस प्रकार का एक सामान्य सिद्धांत बनाया। 1980 के दशक से क्वांटम समूहों की खोज के बाद इस क्षेत्र में अनुसंधान फिर से शुरू किया गया, जिसमें निर्मित सिद्धांतों को सक्रिय रूप से स्थानांतरित किया जाने लगा। इन सिद्धांतों को सी-स्टार बीजगणित|सी*-अलजेब्रा, या वॉन न्यूमैन बीजगणित की भाषा में तैयार किया गया है, और इसके प्रकारों में से एक स्थानीय रूप से सुसंहत क्वांटम समूहों का हालिया सिद्धांत है।

हालांकि, इन सामान्य सिद्धांतों की कमियों में से एक यह है कि उनमें समूह की अवधारणा को सामान्य बनाने वाली वस्तुएं सामान्य बीजगणितीय अर्थों में हॉफ बीजगणित नहीं हैं। सांस्थितिक बीजगणित की लिफाफा (श्रेणी सिद्धांत) की धारणा के आधार पर निर्मित द्वयात्मकता सिद्धांतों के ढांचे के भीतर इस कमी को ठीक किया जा सकता है (समूहों के कुछ वर्गों के लिए)।

यह भी देखें

• पीटर-वील प्रमेय
• कार्टियर द्वंद्व
• स्टीरियोटाइप स्थान

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