조합론 과 표현론 에서 영 타블로 (영어 : Young tableau; 복수: tableaux )는 대칭군 과 일반선형군 , 특수선형군 , 특수 유니터리 군 등의 표현 을 나타내는 조합론적인 대상이다.
정의
페러스 그림 (영어 : Ferrers diagram )은 일련의 행들로 이루어진 도형이다. 열들은 왼쪽에 정렬돼 있으며, 아래로 내려갈 수록 그 길이들이 같거나 더 짧다.
페러스 그림의 예. 열의 길이는 5, 4, 1이다.
영 타블로 (영어 : Young tableau )는 페러스 그림에, 각각의 칸에 숫자를 기입한 도형이다.
영 타블로의 예.
표준 영 타블로 (영어 : standard Young tableau )는 다음 두 조건을 만족시키는 영 타블로다.
각 행에서 오른쪽으로 갈 수록 숫자가 항상 증가한다.
각 열에서 밑으로 갈 수록 숫자가 항상 증가한다.
준표준 영 타블로 (영어 : semistandard Young tableau )는 다음 두 조건을 만족시키는 영 타블로다.
각 행에서 오른쪽으로 갈 수록 숫자가 항상 감소하지 않는다.
각 열에서 밑으로 갈 수록 숫자가 항상 증가한다.
주어진 페러스 그림에서,
(
i
,
j
)
{\displaystyle (i,j)}
번째 칸의 고리 길이 (영어 : hook length )
hook
-->
(
i
,
j
)
{\displaystyle \operatorname {hook} (i,j)}
는
i
′
≥ ≥ -->
i
,
j
=
j
′
{\displaystyle i'\geq i,j=j'}
또는
i
′
=
i
,
j
′
≥ ≥ -->
j
{\displaystyle i'=i,j'\geq j}
인 칸
(
i
′
,
j
′
)
{\displaystyle (i',j')}
(즉, 주어진 칸의 오른쪽 또는 밑에 있는 칸들. 주어진 칸 자체도 포함한다) 들의 개수다.
페러스 그림의 각 칸의 고리 길이들
표현론에서의 응용
대칭군
대칭군
S
n
{\displaystyle S_{n}}
의 복소수 기약 표현 은 총
n
{\displaystyle n}
개의 칸을 가지는 페러스 그림과 일대일 대응한다. 이 경우, 주어진 페러스 그림에 대응하는 표현의 차원은 다음 조건을 만족하는, 페러스 그림에 대응하는 표준 영 타블로의 수와 같다.
각 칸의 숫자는
1
,
… … -->
,
n
{\displaystyle 1,\dots ,n}
가운데 하나이고, 숫자가 중복되지 않는다.
이 경우,
S
n
{\displaystyle S_{n}}
기약 표현 의 차원은 다음과 같다.
dim
-->
r
=
n
!
∏ ∏ -->
i
,
j
hook
-->
(
i
,
j
)
{\displaystyle \dim r={\frac {n!}{\prod _{i,j}\operatorname {hook} (i,j)}}}
예를 들어, S4 의 기약 표현 들은 다음과 같다.
페러스 그림
고리 길이
S4 표현 차원
□□□□
4321
1
□□□ □
421 1
3
□□ □□
32 21
2
□□ □ □
41 2 1
3
□ □ □ □
4 3 2 1
1
선형군과 유니터리 군
일반선형군
G
L
(
n
,
C
)
{\displaystyle GL(n,\mathbb {C} )}
의 복소수 기약 표현 은 다음 조건을 만족시키는 페러스 그림과 일대일 대응 한다.
각 열의 길이는
n
{\displaystyle n}
이하다.
이 경우, 주어진 페러스 그림에 대응하는 표현의 차원은 다음 조건을 만족하는, 페러스 그림에 대응하는 준표준 영 타블로의 수와 같다.
각 칸의 숫자는
1
,
… … -->
,
n
{\displaystyle 1,\dots ,n}
가운데 하나다.
이 경우, 차원은 다음과 같이 계산할 수 있다.
dim
-->
r
=
∏ ∏ -->
(
i
,
j
)
n
− − -->
i
+
j
hook
-->
(
i
,
j
)
{\displaystyle \dim r=\prod _{(i,j)}{\frac {n-i+j}{\operatorname {hook} (i,j)}}}
특수선형군
S
L
(
n
,
C
)
{\displaystyle SL(n,\mathbb {C} )}
의 복소수 기약 표현 은 다음 조건을 만족시키는 페러스 그림과 일대일 대응 한다.
각 열의 길이는
n
{\displaystyle n}
미만이다.
주어진 페러스 그림에 대응하는 표현의 차원은 일반선형군의 경우와 같다.
특수 유니터리 군
S
U
(
n
)
{\displaystyle SU(n)}
의 복소화는 특수선형군
S
L
(
n
,
C
)
{\displaystyle SL(n,\mathbb {C} )}
이다. 따라서 특수 유니터리 군의 복소수 기약 표현 도 특수선형군과 마찬가지로 분류할 수 있다.
페러스 그림
고리 길이
SU(n ) 표현 차원
·
·
1
□
1
n
{\displaystyle n}
□□
21
n
(
n
+
1
)
/
2
{\displaystyle n(n+1)/2}
□ □
2 1
n
(
n
− − -->
1
)
/
2
{\displaystyle n(n-1)/2}
□□□
321
n
(
n
+
1
)
(
n
+
2
)
/
6
{\displaystyle n(n+1)(n+2)/6}
□□ □
31 1
n
(
n
2
− − -->
1
)
/
3
{\displaystyle n(n^{2}-1)/3}
□ □ □
3 2 1
n
(
n
− − -->
1
)
(
n
− − -->
2
)
/
6
{\displaystyle n(n-1)(n-2)/6}
이들 표현들은 N 차원 기본 표현 의 적절한 (반)대칭 곱들로 만들 수 있다. 이를 N 차원 기본 표현의 지표(index)로 나타내면
같은 행에 속한 지수들은 모두 완전 대칭화한다.
같은 열에 속한 지수들은 모두 완전 반대칭화한다.
예를 들어,
i⃞ j⃞ k⃞ l⃞ m⃞
의 꼴의 영 타블로는
T
i
j
k
l
m
{\displaystyle T^{ijklm}}
꼴의 텐서에 대응한다. 이는
T
i
j
k
l
m
=
T
(
i
j
k
)
(
l
m
)
=
T
[
i
|
j
k
|
l
]
m
=
T
i
[
j
|
k
l
|
m
]
{\displaystyle T^{ijklm}=T^{(ijk)(lm)}=T^{[i|jk|l]m}=T^{i[j|kl|m]}}
의 꼴의 (반)대칭성을 가진다.
직교군
SO(n )의 경우,
SO
-->
(
n
)
⊂ ⊂ -->
SU
-->
(
n
)
{\displaystyle \operatorname {SO} (n)\subset \operatorname {SU} (n)}
을 사용해 표현을 분류할 수 있다. 이 경우, SO(n )의 텐서 표현은 다음과 같은 조건을 만족시키는 페러스 그림과 대응한다.
각 열의 길이가
⌊ ⌊ -->
n
/
2
⌋ ⌋ -->
{\displaystyle \lfloor n/2\rfloor }
만약
n
{\displaystyle n}
이 짝수이고, 길이가
n
/
2
{\displaystyle n/2}
인 열이 존재한다면, 같은 영 타블로에 두 개의 기약 표현이 대응한다. 이는 각각 자기쌍대(영어 : self-dual , SD) 및 반자기쌍대(영어 : anti-self-dual , ASD)로 일컬어진다.
주어진 페러스 그림에 대응하는 SO(n ) 텐서 표현의 차원은 다음과 같다.[ 1]
i
{\displaystyle i}
번째 열의 길이를
r
i
{\displaystyle r_{i}}
,
i
{\displaystyle i}
번째 행의 길이를
c
i
{\displaystyle c_{i}}
라고 하자 (
i
≥ ≥ -->
1
{\displaystyle i\geq 1}
). 만약 해당하는 행·열이 없으면 길이는 0으로 정의한다. 다음과 같은 내용 함수 (영어 : content function )을 정의하자.[ 1] :10
C
(
i
,
j
)
=
{
r
i
+
r
j
− − -->
i
− − -->
j
i
≥ ≥ -->
j
− − -->
c
i
− − -->
c
j
+
i
+
j
− − -->
2
i
<
j
{\displaystyle C(i,j)={\begin{cases}r_{i}+r_{j}-i-j&i\geq j\\-c_{i}-c_{j}+i+j-2&i<j\end{cases}}}
그렇다면 SO(n ) 텐서 표현의 차원은 다음과 같다.[ 1] :Cor. 13, Cor. 17, Remark 18
dim
-->
r
=
∑ ∑ -->
(
i
,
j
)
n
+
C
(
i
,
j
)
hook
-->
(
i
,
j
)
{\displaystyle \dim r=\sum _{(i,j)}{\frac {n+C(i,j)}{\operatorname {hook} (i,j)}}}
만약
n
{\displaystyle n}
이 짝수이며 길이가
n
/
2
{\displaystyle n/2}
인 행이 있다면, (반)자기쌍대 조건을 가하면 차원은 위 공식의 ½이다.
영 타블로의 각 칸은
n
{\displaystyle n}
차원 벡터 지표에 대응한다. 이 경우
같은 행에 속한 지표들은 모두 대칭화하며, 같은 행에 속한 임의의 한 쌍의 지표에 대하여 대각합이 0이다.
같은 열에 속한 지표들은 모두 반대칭화한다.
예를 들어,
i⃞ j⃞ k⃞ l⃞ m⃞
의 꼴의 영 타블로는
T
i
j
k
l
m
{\displaystyle T^{ijklm}}
꼴의 텐서에 대응하며,
T
i
j
k
l
m
=
T
(
i
j
k
)
(
l
m
)
=
T
[
i
|
j
k
|
l
]
m
=
T
i
[
j
|
k
l
|
m
]
{\displaystyle T^{ijklm}=T^{(ijk)(lm)}=T^{[i|jk|l]m}=T^{i[j|kl|m]}}
0
=
δ δ -->
i
j
T
i
j
k
l
m
=
δ δ -->
i
k
T
i
j
k
l
m
=
δ δ -->
j
k
T
i
j
k
l
m
=
δ δ -->
l
m
T
i
j
k
l
m
{\displaystyle 0=\delta _{ij}T^{ijklm}=\delta _{ik}T^{ijklm}=\delta _{jk}T^{ijklm}=\delta _{lm}T^{ijklm}}
꼴의 (반)대칭성을 가진다.
SO(n )의 경우, SU(n )과는 달리 스피너 표현들이 존재한다. 스피너 표현의 경우 모든 가능한 감마 행렬 축약이 0이어야 한다. 스피너 표현은 간혹 텐서 표현의 영 타블로의 한 칸에 점을 찍어 표기된다.[ 2] 여기서는 스피너 표현을 (s)로 표기하자.
페러스 그림
고리 길이
내용
SO(n ) 표현 차원
페러스 그림
Spin(n ) 표현 차원 (
n
>
6
{\displaystyle n>6}
)
·
·
·
1
· (s)
2
⌊ ⌊ -->
(
n
− − -->
1
)
/
2
⌋ ⌋ -->
{\displaystyle 2^{\lfloor (n-1)/2\rfloor }}
□
1
+0
n
{\displaystyle n}
□ (s)
2
⌊ ⌊ -->
(
n
− − -->
1
)
/
2
⌋ ⌋ -->
(
n
− − -->
1
)
{\displaystyle 2^{\lfloor (n-1)/2\rfloor }(n-1)}
□□
21
+2 −1
(
n
+
2
)
(
n
− − -->
1
)
/
2
{\displaystyle (n+2)(n-1)/2}
□□ (s)
2
⌊ ⌊ -->
(
n
− − -->
1
)
/
2
⌋ ⌋ -->
n
(
n
− − -->
1
)
/
2
{\displaystyle 2^{\lfloor (n-1)/2\rfloor }n(n-1)/2}
□ □
21
+0 −1
n
(
n
− − -->
1
)
/
2
{\displaystyle n(n-1)/2}
□ (s) □
2
⌊ ⌊ -->
(
n
− − -->
1
)
/
2
⌋ ⌋ -->
n
(
n
− − -->
3
)
/
2
{\displaystyle 2^{\lfloor (n-1)/2\rfloor }n(n-3)/2}
□□□
321
+4 −1 +0
(
n
+
4
)
(
n
− − -->
1
)
n
/
6
{\displaystyle (n+4)(n-1)n/6}
□□□ (s)
2
⌊ ⌊ -->
(
n
− − -->
1
)
/
2
⌋ ⌋ -->
n
(
n
− − -->
1
)
(
n
+
1
)
/
6
{\displaystyle 2^{\lfloor (n-1)/2\rfloor }n(n-1)(n+1)/6}
□□ □
31 1
+2 −2 +0
(
n
+
2
)
(
n
− − -->
2
)
n
/
3
{\displaystyle (n+2)(n-2)n/3}
□□ (s) □
2
⌊ ⌊ -->
(
n
− − -->
1
)
/
2
⌋ ⌋ -->
(
n
− − -->
2
)
(
n
− − -->
1
)
(
n
+
3
/
2
)
{\displaystyle 2^{\lfloor (n-1)/2\rfloor }(n-2)(n-1)(n+3/2)}
□ □ □
3 2 1
+0 −1 −2
n
(
n
− − -->
1
)
(
n
− − -->
2
)
/
6
{\displaystyle n(n-1)(n-2)/6}
□ (s) □ □
2
⌊ ⌊ -->
(
n
− − -->
1
)
/
2
⌋ ⌋ -->
n
(
n
− − -->
1
)
(
n
− − -->
5
)
/
6
{\displaystyle 2^{\lfloor (n-1)/2\rfloor }n(n-1)(n-5)/6}
예를 들어, SU(2)=Spin(3)의 기약 표현 들은 SU(2) 영 타블로 또는 SO(3) 영 타블로로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
스핀
0
½
1
1½
2
2½
3
3½
차원
1
2
3
4
5
6
7
8
SU(2) 영 타블로
·
□
□□
□□□
□□□□
□□□□□
□□□□□□
□□□□□□□□
SO(3) 영 타블로
·
· (s)
□
□ (s)
□□
□□ (s)
□□□
□□□ (s)
마찬가지로, Spin(6)=SU(4)의 기약 표현 들은 SO(6) 영 타블로 또는 SU(4) 영 타블로로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
차원
1
4
4
6
10
10
SU(4) 영 타블로
·
□
□ □ □
□ □
□□
□□ □□ □□
SO(6) 영 타블로
·
· (s)
· (s )
□
□ (SD) □ □
□ (ASD) □ □
마찬가지로, Spin(4)=SU(2)×SU(2)의 기약 표현 들은 다음과 같다.
스핀
(0, 0)
(½, 0)
(0, ½)
(½, ½)
(1, 0)
(0, 1)
(1, ½)
(½, 1)
(1½, 0)
(0, 1½)
(1, 1)
(1½, ½)
(½, 1½)
(2, 0)
(0, 2)
SU(2) 영 타블로
(·, ·)
(□, ·)
(·, □)
(□, □)
(□□, ·)
(·, □□)
(□□, □)
(□, □□)
(□□□, ·)
(·, □□□)
(□□, □□)
(□□□, □)
(□, □□□)
(□□□□, ·)
(·, □□□□)
SO(4) 영 타블로
·
s
s
□
□ (SD) □
□ (ASD) □
□ (s)
□ (s )
□ (s) □
□ (s ) □
□□
□□ (SD) □
□□ (ASD) □
□□ (SD) □□
□□ (ASD) □□
심플렉틱 군
짝수
n
{\displaystyle n}
에 대하여, USp(n )의 경우에도 영 타블로를 사용하여 표현을 분류할 수 있다.[ 2] 이 경우
USp
-->
(
n
)
⊂ ⊂ -->
SU
-->
(
n
)
{\displaystyle \operatorname {USp} (n)\subset \operatorname {SU} (n)}
을 사용해, 특수 유니터리 군의 경우와 마찬가지로 표현들을 분류할 수 있다. 이 경우, USp(n )의 텐서 표현은 다음과 같은 조건을 만족시키는 페러스 그림과 대응한다.
각 열의 길이가
n
/
2
{\displaystyle n/2}
이하이다.
이 경우, 주어진 페러스 그림에 대응하는 USp(n ) 표현의 차원은 다음과 같다.[ 1] 페러스 그림
λ λ -->
{\displaystyle \lambda }
의 행의 길이가
r
1
,
r
2
,
… … -->
{\displaystyle r_{1},r_{2},\dots }
이며, 열의 길이가
c
1
,
c
2
,
… … -->
{\displaystyle c_{1},c_{2},\dots }
라고 하자. 우선, 다음과 같은 내용 함수 (영어 : content function )를 정의하자.[ 1] :6
C
(
i
,
j
)
=
{
r
i
+
r
j
− − -->
i
− − -->
j
+
2
i
>
j
− − -->
c
i
− − -->
c
j
+
i
+
j
i
≤ ≤ -->
j
{\displaystyle C(i,j)={\begin{cases}r_{i}+r_{j}-i-j+2&i>j\\-c_{i}-c_{j}+i+j&i\leq j\end{cases}}}
그렇다면 USp(n ) 표현의 차원은 다음과 같다.[ 1] :Cor. 9
dim
-->
r
=
∏ ∏ -->
(
i
,
j
)
n
+
C
(
i
,
j
)
hook
-->
(
i
,
j
)
{\displaystyle \dim r=\prod _{(i,j)}{\frac {n+C(i,j)}{\operatorname {hook} (i,j)}}}
영 타블로의 각 칸은
n
{\displaystyle n}
차원 벡터 지표에 대응한다. 이 경우
같은 행에 속한 지표들은 모두 대칭화한다.
같은 열에 속한 지표들은 모두 반대칭화하며,
ω ω -->
μ μ -->
ν ν -->
{\displaystyle \omega _{\mu \nu }}
에 의한 축약이 모두 0이다.
예를 들어,
i⃞ j⃞ k⃞ l⃞ m⃞
의 꼴의 영 타블로는
T
i
j
k
l
m
{\displaystyle T^{ijklm}}
꼴의 텐서에 대응하며,
T
i
j
k
l
m
=
T
(
i
j
k
)
(
l
m
)
=
T
[
i
|
j
k
|
l
]
m
=
T
i
[
j
|
k
l
|
m
]
{\displaystyle T^{ijklm}=T^{(ijk)(lm)}=T^{[i|jk|l]m}=T^{i[j|kl|m]}}
0
=
ω ω -->
i
l
T
i
j
k
l
m
=
ω ω -->
j
m
T
i
j
k
l
m
=
0
{\displaystyle 0=\omega _{il}T^{ijklm}=\omega _{jm}T^{ijklm}=0}
꼴의 (반)대칭성을 가진다.
페러스 그림
고리 길이
내용
USp(n ) 표현 차원
·
1
□
1
0
n
{\displaystyle n}
□□
21
+0 +1
n
(
n
+
1
)
/
2
{\displaystyle n(n+1)/2}
□ □
2 1
−2 +1
(
n
− − -->
2
)
(
n
+
1
)
/
2
{\displaystyle (n-2)(n+1)/2}
□□□
321
+0 +1 +2
n
(
n
+
1
)
(
n
+
2
)
/
6
{\displaystyle n(n+1)(n+2)/6}
□□ □
31 1
−2 +0 +2
(
n
− − -->
2
)
n
(
n
+
2
)
/
3
{\displaystyle (n-2)n(n+2)/3}
□ □ □
3 2 1
−4 +0 +1
(
n
− − -->
4
)
n
(
n
+
1
)
/
6
{\displaystyle (n-4)n(n+1)/6}
예를 들어, SO(5)=USp(4)의 표현들은 다음과 같다.
차원
1
4
5
10
14
16
SO(5) 영 타블로
·
· (s)
□
□ □
□□
□ (s)
USp(4) 영 타블로
·
□
□ □
□□
□□ □□
□□ □
역사
영국 의 수학자 앨프리드 영(영어 : Alfred Young )이 1900년에 도입하였다.[ 3]
각주