7.3 双中心化子定理 � 定定定理理理 7.7 (双中心化子). 设 A是任一给定的方阵,如果方阵 C和每一个与 A可交换 的方阵都可交换,则 C可以表示为 A的多项式。 证明. 首先把 A, C都看成某个向量空间上的线性变换,如果结论成立的话,显然下面 的条件是必须满足的: 引引引理理理 7.8. A的不变子空间直和分解必定也是 C的不变子空间直和分解。 引理的证明:设 V在 A的作用下分解为不变子空间的直和 V = V1 ⊕ · · · ⊕ Vr,P是从 V 到 Vi 上的投影,则有 AP = PA,那么根据已知有 CP = PC,所以 Vi 也是 C的不 变子空间,引理得证。 我们还是来考虑 V 在 A的作用下的循环子空间分解 V = {v1} ⊕ {v2} ⊕ · · · ⊕ {vr}. 这里的 v1, . . ., vr 满足的条件仍然与定理 7.1中一致。由于 C在每个 {vi}上的限制与 A交换,所以立刻想到用上定理 7.5的结论:C在子空间 {vi}上可以表示为 A的多项 式 C = gi(A)。问题是这些 gi(x)相等吗?如果是同一个多项式那问题就解决了,但是 这个不那么显然,所以得分析的再细一点。我们回忆前面证过的结论(参考引理 7.4) 引引引理理理 7.9. 对任何 i > 1,存在与 A交换的变换 B使得 Bv1 = vi。(道理是一样一样的) 现在是它派上用场的时候了。我们有 v1 B−−−−→ vi C−−−−→ gi(A)vi, v1 C−−−−→ g1(A)v1 B−−−−→ g1(A)vi. 由于 CB = BC 所以两条路径的结果应该是一样的,也就是 gi(A)vi = g1(A)vi。再 强调一遍:循环空间上一个与 A 交换的变换由它在生成元处的值完全决定,所以 gi(A) 和 g1(A) 在 {vi} 上相同,所以我们可以统一用 g1(x) 来代替所有的 gi(x),即 C = g1(A)。 这个定理的意义就是在环Matn(F)中,对矩阵 A生成的子环 R求两次中心化子 以后又得到了 R,所以叫做双中心化子定理。双中心化子性质是单代数的核心性质, 在结合代数理论中会经常见到它。 29
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