En matemáticas , un álgebra C* de grafos es un álgebra C* universal construida a partir de un grafo dirigido . Las álgebras C* de grafos son generalizaciones directas de las álgebras de Cuntz y de Cuntz-Krieger, pero se ha demostrado que la clase de álgebras C* de grafos también incluye otras clases de álgebras C* ampliamente estudiadas . Como resultado, las álgebras C* de grafos proporcionan un marco común para investigar muchas clases conocidas de álgebras C* que antes se estudiaban de forma independiente. Entre otras ventajas, esto proporciona un contexto en el que se pueden formular teoremas que se aplican simultáneamente a todas estas subclases y que contienen resultados específicos para cada una de ellas como casos particulares.
Aunque las C*-álgebras de grafos incluyen numerosos ejemplos, proporcionan una clase de C*-álgebras sorprendentemente fáciles de estudiar y mucho más manejables que las C*-álgebras generales. El grafo no solo determina el C*-álgebra asociada al especificar relaciones para los generadores, sino que también proporciona una herramienta útil para describir y visualizar las propiedades del C*-álgebra. Esta cualidad visual ha llevado a que las C*-álgebras de grafos se denominen " álgebras de operadores que podemos ver". [ 1 ] [ 2 ] Otra ventaja de las C*-álgebras de grafos es que gran parte de su estructura y muchos de sus invariantes se pueden calcular fácilmente. Utilizando datos provenientes del grafo, se puede determinar si el C*-álgebra asociada tiene propiedades particulares, describir la red de ideales y calcular invariantes K-teóricos .
Terminología de gráficos
La terminología para grafos utilizada por los algebristas de C* difiere ligeramente de la utilizada por los teóricos de grafos . El término grafo se suele entender como un grafo dirigido.que consta de un conjunto numerable de vértices, un conjunto contable de aristasy mapasidentificando el rango y la fuente de cada arista, respectivamente. Un vérticese llama fregadero cuando; es decir, no hay bordes encon fuente. Un vérticese denomina emisor infinito cuandoes infinito; es decir, hay infinitas aristas encon fuenteUn vértice se denomina vértice singular si es un sumidero o un emisor infinito, y un vértice se denomina vértice regular si no es un vértice singular. Tenga en cuenta que un vérticees regular si y solo si el número de aristas encon fuentees finito y distinto de cero. Un grafo se denomina finito por filas si no tiene emisores infinitos; es decir, si cada vértice es un vértice regular o un sumidero.
Un camino es una secuencia finita de aristas.cona pesar deUn camino infinito es una secuencia infinita numerable de aristas .cona pesar deUn ciclo es un caminocony una salida para un cicloes una ventajade tal manera queypara algunosUn ciclose denomina ciclo simple sia pesar de.
Las siguientes son dos condiciones importantes de los grafos que surgen en el estudio de las C*-álgebras de grafos.
Condición (L): Cada ciclo en el gráfico tiene una salida.
Condición (K): No hay ningún vértice en el grafo que se encuentre en exactamente un ciclo simple. Es decir, un grafo satisface la condición (K) si y solo si cada vértice del grafo no se encuentra en ningún ciclo o se encuentra en dos o más ciclos simples.
Las relaciones Cuntz-Krieger y la propiedad universal
Un Cuntz-Krieger-familia es una colecciónen un álgebra C* tal que los elementos deson isometrías parciales con rangos mutuamente ortogonales, los elementos deson proyecciones mutuamente ortogonales, y se satisfacen las siguientes tres relaciones (llamadas relaciones de Cuntz-Krieger ):
- (CK1)a pesar de,
- (CK2)cuando seaes un vértice regular y
- (CK3)a pesar de.
El grafo C*-álgebra correspondiente a, denotado por, se define como el álgebra C* generada por un Cuntz-Krieger-familia que es universal en el sentido de que siempre quees un Cuntz-Krieger-familia en un álgebra C*existe un-homomorfismocona pesar deya pesar de. Existencia depara cualquier gráficofue establecida por Kumjian, Pask y Raeburn. [ 3 ] Singularidad de(arriba a-isomorfismo ) se deduce directamente de la propiedad universal .
Convención de dirección de borde
Es importante tener en cuenta que existen convenciones contrapuestas respecto a la "dirección de las aristas" en las relaciones de Cuntz-Krieger. A lo largo de este artículo, y en la forma en que se enuncian las relaciones anteriormente, utilizamos la convención establecida por primera vez en los trabajos fundamentales sobre álgebras C* de grafos. [ 3 ] [ 4 ] La convención alternativa, que se utiliza en el libro CBMS de Raeburn sobre álgebras de grafos, [ 5 ] intercambia los roles del mapa de rangosy el mapa de origenen las relaciones de Cuntz-Krieger. El efecto de este cambio es que el álgebra C* de un grafo para una convención es igual al álgebra C* del grafo con las aristas invertidas cuando se utiliza la otra convención.
Grafos finitos por filas
En las relaciones de Cuntz-Krieger, (CK2) se impone solo en vértices regulares. Además, sies un vértice regular, entonces (CK2) implica que (CK3) se cumple en. Además, sies un fregadero, entonces (CK3) se sostiene vacíamente en. Por lo tanto, sies un grafo finito por filas, la relación (CK3) es superflua y una colecciónde isometrías parciales con rangos mutuamente ortogonales y proyecciones mutuamente ortogonales es un Cuntz-Krieger-familia si y solo si la relación en (CK1) se cumple en todas las aristas eny la relación en (CK2) se cumple en todos los vértices enque no son sumideros. El hecho de que las relaciones de Cuntz-Krieger tomen una forma más simple para grafos finitos por filas tiene consecuencias técnicas para muchos resultados en el tema. No solo son más fáciles de demostrar los resultados en el caso finito por filas, sino que también se simplifican los enunciados de los teoremas al describir C*-álgebras de grafos finitos por filas. Históricamente, gran parte del trabajo inicial sobre C*-álgebras de grafos se realizó exclusivamente en el caso finito por filas. Incluso en trabajos modernos, donde se permiten emisores infinitos y se consideran C*-álgebras de grafos generales, es común enunciar el caso finito por filas de un teorema por separado o como corolario , ya que los resultados suelen ser más intuitivos y transparentes en esta situación.
Ejemplos
El álgebra C* de grafos se ha calculado para muchos grafos. Por el contrario, para ciertas clases de álgebras C* se ha demostrado cómo construir un grafo cuya álgebra C* es-isomorfo o equivalente de Morita a un álgebra C* dada de esa clase.
La siguiente tabla muestra una serie de grafos dirigidos y sus C*-álgebras. Usamos la convención de que una flecha doble dibujada de un vértice a otro y etiquetadaindica que hay un número infinito numerable de aristas desde el primer vértice hasta el segundo.
Se ha demostrado que la clase de álgebras C* de grafos contiene varias clases de álgebras C*. Las álgebras C* de cada una de las siguientes clases pueden realizarse como álgebras C* de grafos hasta-isomorfismo :
- Álgebras de Cuntz
- álgebras de Cuntz-Krieger
- álgebras C* de dimensión finita
- álgebras AF estables
Las C*-álgebras de cada una de las siguientes clases pueden realizarse como C*-álgebras gráficas hasta la equivalencia de Morita:
- Álgebras AF [ 6 ]
- Álgebras de Kirchberg con grupo K 1 libre
Correspondencia entre propiedades de grafos y C*-algebraicas
Un aspecto notable de las C*-álgebras de grafos es que el grafono solo describe las relaciones para los generadores de, pero también diversas propiedades de la teoría de grafos deSe puede demostrar que es equivalente a las propiedades algebraicas C* deDe hecho, gran parte del estudio de las C*-álgebras de grafos se centra en desarrollar un léxico para la correspondencia entre estas propiedades y establecer teoremas de la forma "El grafotiene una determinada propiedad de teoría de grafos si y solo si el álgebra C*tiene una propiedad algebraica C* correspondiente ." La siguiente tabla proporciona una breve lista de algunas de las equivalencias más conocidas.
La acción del indicador
La propiedad universal produce una acción natural del grupo circular. :=\{z\in \mathbb {C} :|z|=1\}} ende la siguiente manera: Sies un Cuntz-Krieger universal-familia, entonces para cualquier número complejo unimodular, la colecciónes un Cuntz-Krieger-familia y la propiedad universal deimplica que existe un-homomorfismocona pesar deya pesar de. Para cadael-homomorfismoes un inverso paray por lo tantoes un automorfismo . Esto produce una acción fuertemente continua. :\mathbb {T} \to \operatorname {Aut} C^{*}(E)} definiendo. La acción del indicadora veces se le llama la acción de calibre canónica enEs importante señalar que la acción de calibre canónica depende de la elección del generador Cuntz-Krieger.-familiaLa acción de calibre canónica es una herramienta fundamental en el estudio deAparece en enunciados de teoremas y también se utiliza de forma implícita como recurso técnico en las demostraciones.
Los teoremas de unicidad
Existen dos teoremas de unicidad bien conocidos para las C*-álgebras de grafos: el teorema de unicidad invariante de gauge y el teorema de unicidad de Cuntz-Krieger. Los teoremas de unicidad son resultados fundamentales en el estudio de las C*-álgebras de grafos y sirven como pilares de la teoría. Cada uno proporciona condiciones suficientes para una-homomorfismo deen un álgebra C* para ser inyectiva . En consecuencia, los teoremas de unicidad pueden usarse para determinar cuándo un álgebra C* generada por un Cuntz-Krieger-familia es isomorfa a; en particular, sies un álgebra C* generada por un Cuntz-Krieger-familia, propiedad universal deproduce una sobreyectiva-homomorfismoy los teoremas de unicidad dan cada uno condiciones bajo las cualeses inyectiva y, por lo tanto, un isomorfismo. Las formulaciones formales de los teoremas de unicidad son las siguientes:
El teorema de unicidad invariante de gauge: SeaSea un grafo y dejemos quesea el grafo C*-álgebra asociado. Sies un álgebra C* yes un-homomorfismo que satisface las dos condiciones siguientes:
- existe una acción de calibre :\mathbb {T} \to \operatorname {Aut} A} tal quea pesar de, dóndedenota la acción de calibre canónica en, y
- a pesar de,
entonceses inyectivo.
El teorema de unicidad de Cuntz-Krieger: SeaSea un grafo que satisface la condición (L), y seasea el grafo C*-álgebra asociado. Sies un álgebra C* yes un-homomorfismo cona pesar de, entonceses inyectivo.
El teorema de unicidad invariante de gauge implica que sies un Cuntz-Krieger-familia con proyecciones distintas de cero y existe una acción de calibreconya pesar de,, y, entoncesgenera un álgebra C* isomorfa aEl teorema de unicidad de Cuntz-Krieger muestra que cuando el grafo satisface la condición (L), la existencia de la acción de calibre es innecesaria; si un grafoSi se cumple la condición (L), entonces cualquier Cuntz-Krieger-familia con proyecciones no nulas genera un álgebra C* isomorfa a.
Estructura ideal
La estructura ideal dese puede determinar a partir de. Un subconjunto de vérticesse denomina hereditario si para todos,implicaUn subconjunto hereditariose llama saturado si siempre quees un vértice regular con, entonces. Los subconjuntos hereditarios saturados deestán parcialmente ordenados por inclusión y forman una red con encuentroy únasedefinido como el subconjunto hereditario saturado más pequeño que contiene.
Sies un subconjunto hereditario saturado,se define como un ideal cerrado de dos lados engenerado porUn ideal cerrado de dos ladosdese denomina invariante de calibre sia pesar deyLos ideales invariantes de gauge están parcialmente ordenados por inclusión y forman una red con puntos de encuentro.y conjuntodefinido como el ideal generado por. Para cualquier subconjunto hereditario saturado, el ideales invariante de calibre.
El siguiente teorema demuestra que los ideales invariantes de gauge corresponden a subconjuntos hereditarios saturados.
Teorema: SeaSea un grafo con filas finitas. Entonces se cumplen las siguientes condiciones:
- La funciónes un isomorfismo reticular del retículo de subconjuntos hereditarios saturados desobre la red de ideales invariantes de gauge decon el inverso dado por.
- Para cualquier subconjunto hereditario saturado, el cocientees-isomorfo a, dóndees el subgrafo decon conjunto de vérticesy conjunto de bordes.
- Para cualquier subconjunto hereditario saturado, el ideal¿Es Morita equivalente a?, dóndees el subgrafo decon conjunto de vérticesy conjunto de bordes.
- Sisatisface la condición (K), entonces todo ideal dees invariante de calibre y los ideales deestán en correspondencia uno a uno con los subconjuntos hereditarios saturados de.
Desingularización
La desingularización de Drinen-Tomforde , a menudo llamada simplemente desingularización , es una técnica utilizada para extender los resultados de las C*-álgebras de grafos finitos por filas a las C*-álgebras de grafos numerables. Sies un gráfico, una desingularización dees un grafo finito por filasde tal manera que¿Es Morita equivalente a?. [ 7 ] Drinen y Tomforde describieron un método para construir una desingularización a partir de cualquier grafo numerable: Sies un grafo numerable, entonces para cada vérticeque emite un número infinito de aristas, primero se elige una lista de las aristas salientes como, a continuación se adjunta una cola de la forma

aeny finalmente se borran los bordesa partir del gráfico y redistribuye cada uno a lo largo de la cola dibujando una nueva aristadeapara cada.
Aquí hay algunos ejemplos de esta construcción. Para el primer ejemplo, observe que sies el gráfico

luego una desingularizaciónviene dado por el gráfico

Para el segundo ejemplo, supongamos que...es elgrafo con un vértice y un número infinito numerable de aristas (cada una comenzando y terminando en este vértice). Luego una desingularizaciónviene dado por el gráfico

La desingularización se ha convertido en una herramienta estándar en la teoría de las C*-álgebras de grafos, [ 8 ] y puede simplificar las demostraciones de resultados al permitir primero demostrar el resultado en el caso finito de filas (normalmente mucho más fácil) y luego extender el resultado a grafos numerables mediante la desingularización, a menudo con poco esfuerzo adicional.
La técnica de desingularización puede no funcionar para grafos que contienen un vértice que emite un número incontable de aristas. Sin embargo, en el estudio de las C*-álgebras es común restringir la atención a las C*-álgebras separables . Dado que un grafo C*-álgebraes separable precisamente cuando el gráficoes numerable, gran parte de la teoría de las C*-álgebras de grafos se ha centrado en grafos numerables.
Teoría K
Los K-grupos de un álgebra C* de grafos se pueden calcular completamente en términos de información proveniente del grafo. Sies un grafo de filas finitas, la matriz de vértices dees elmatrizcon entradadefinido como el número de aristas endea. Desdees finito en filas,tiene entradas eny cada fila detiene solo un número finito de entradas distintas de cero. (De hecho, de aquí proviene el término "finitud de filas"). En consecuencia, cada columna de la transpuestacontiene solo un número finito de entradas distintas de cero, y obtenemos un mapadado por la multiplicación izquierda. Asimismo, sidenota elmatriz identidad , entoncesproporciona un mapa dado por la multiplicación por la izquierda.
Teorema: SeaSea un grafo finito por filas sin sumideros, y seadenotemos la matriz de vértices de. Entonces proporciona un mapa bien definido mediante multiplicación por la izquierda. Además, Además, sies unitario (o, equivalentemente,es finito), entonces el isomorfismotoma la clase de la unidad ena la clase del vectoren.
Desdees isomorfo a un subgrupo del grupo libre, podemos concluir quees un grupo libre. Se puede demostrar que en el caso general (es decir, cuandose permite que contenga sumideros o emisores infinitos) quesigue siendo un grupo libre. Esto permite producir ejemplos de C*-álgebras que no son C*-álgebras de grafos: Cualquier C*-álgebra con un K 1 -grupo no libre no es Morita equivalente (y por lo tanto no es isomorfa) a un C*-álgebra de grafos.
Véase también
Notas
- ↑ Conferencia NSF-CBMS de 2004 sobre álgebras de grafos
- ↑ Premio NSF
- 1 2 Álgebras de Cuntz-Krieger de grafos dirigidos, Alex Kumjian, David Pask e Iain Raeburn, Pacific J. Math. 184 (1998), n.º 1, 161–174.
- ↑ Las C*-álgebras de grafos finitos por filas, Teresa Bates, David Pask, Iain Raeburn y Wojciech Szymański, New York J. Math. 6 (2000), 307–324.
- ↑ Álgebras de grafos, Iain Raeburn, CBMS Regional Conference Series in Mathematics, 103. Publicado para el Conference Board of the Mathematical Sciences, Washington, DC; por la American Mathematical Society, Providence, RI, 2005. vi+113 pp. ISBN 0-8218-3660-9
- ↑ Considerando las AF-álgebras como álgebras de grafos , Doug Drinen, Proc. Amer. Math. Soc., 128 (2000), pp. 1991–2000.
- ↑ Las C*-álgebras de grafos arbitrarios, Doug Drinen y Mark Tomforde, Rocky Mountain J. Math. 35 (2005), n.º 1, 105–135.
- ↑ Capítulo 5 de Álgebras de grafos, Iain Raeburn, CBMS Regional Conference Series in Mathematics, 103. Publicado para el Conference Board of the Mathematical Sciences, Washington, DC; por la American Mathematical Society, Providence, RI, 2005. vi+113 pp. ISBN 0-8218-3660-9
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