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Lexikon der Mathematik: Vektorproduktalgebra

eine ℝ-Algebrastruktur, definiert auf einem euklidischen Vektorraum (V, ⟨·, ·⟩), die besondere Eigenschaften besitzt.

Sei V mit dem Skalarprodukt ⟨·, ·⟩ ein euklidischer Vektorraum mit der Norm \(||x||:=\sqrt{\langle x,x\rangle}\), und sei × : V × VV eine bilineare Verknüpfung, die V zu einer (nicht notwendig assoziativen) ℝ-Algebra macht. Das Tripel (V, ×, ⟨·, ·⟩) heißt Vektorproduktalgebra, falls für alle x, y, zV gilt:

  1. x × y = −y × x, (AntiSymmetrie),
  2. x × y, z⟩ = ⟨x, y × z⟩, (Vertauschung).
  3. Aus ||x|| = ||y|| = 1 und ⟨x, y⟩ = 0 folgt ||x × y|| = 1.

Beispiele von Vektorproduktalgebren werden durch die folgenden Algebren gegeben:

  1. Der ℝ1 mit x × y = 0.
  2. Der ℝ3 mit dem vektoriellen Kreuzprodukt. Dieses Produkt kann auch erhalten werden, indem man den ℝ3 mit dem Imaginärraum der Hamiltonschen Quaternionenalgebra ℍ identifiziert und \begin{eqnarray}x\times y:=\frac{1}{2}(x.y-y.x)\end{eqnarray} setzt. Die Multiplikation ist die Multiplikation innerhalb der Algebra der Quaternionen.
  3. Der ℝ7 kann mit dem Imaginärraum der Oktonienalgebra 𝕆 identifiziert werden. Durch Setzen von \begin{eqnarray}x\times y:=\frac{1}{2}(x.y-y.x)\end{eqnarray} wird ein Produkt definiert, das den ℝ7 zu einer Vektorproduktalgebra macht. Hierbei ist die Multiplikation die Multiplikation innerhalb der Algebra der Oktonien.

Es ist zu beachten, daß ℝ1 auch mit dem Imaginärraum der komplexen Zahlen ℂ identifiziert werden und dann das Produkt ebenfalls in obiger Weise beschrieben werden kann. Es gilt allgemein der Satz:

Bis auf längentreue Isomorphie sind die drei Imaginärräume\begin{eqnarray}\text{Im}\mathbb{C}\cong {{\mathbb{R}}^{1}},\,\,\,\,\,\text{Im}\mathbb{H}\cong {{\mathbb{R}}^{4}},\,\,\,\,\text{Im}\mathbb{O}\cong {{\mathbb{R}}^{7}},\end{eqnarray}zusammen mit dem Produkt\begin{eqnarray}x\times y:=\frac{1}{2}(x.y-y.x)\end{eqnarray}die einzigen Vektorproduktalgebren.

Insbesondere gibt es keine unendlichdimensionalen Vektorproduktalgebren. Die Vektorproduktalgebren ℝ1 und ℝ3 sind Lie-Algebren, die Algebra ℝ7 ist keine Lie-Algebra, sondern lediglich eine Malcev-Algebra.

  • Die Autoren
- Prof. Dr. Guido Walz

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