A NNALES DE LA FACULTÉ DES SCIENCES DE T OULOUSE
H AMID Z AHIR
Représentation-∗ régulière des groupes de Lie compacts
Annales de la faculté des sciences de Toulouse 6
esérie, tome 2, n
o1 (1993), p. 117-139
<http://www.numdam.org/item?id=AFST_1993_6_2_1_117_0>
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- 117 -
Représentation-* régulière des
groupes de Lie compacts(*)
HAMID
ZAHIR(1)
Annales de la Faculté des Sciences de Toulouse Vol. II, n° 1, 1993
RÉSUMÉ. - Dans cet article on s’intéresse à la description de la re- présentation régulière d’un groupe de Lie compact G en quantifiant par déformation la variété symplectique
T’*(G).
Il exsite dans la littérature deux produits-* sur ce type de variété. Nous les avons étudiés dans cetteoptique de représentation de G, et nous avons réalisé la représentation régulière avec l’un d’eux.
ABSTRACT. - In this paper, we realize the cotangent bundle of a compact Lie groups as a coadjoint orbit of a larger group, that allows
us to get a geometrical description of the regular représentation, by quantization of this one by deformation.
0. Introduction
L’une des
implications
de la théorie de laquantification
par déforma- tion([5])
dansl’analyse harmonique
est la constructionexplicite
de re-présentations
des groupes deLie,
en construisant cequ’on appelle
desreprésentations-*, plus précisément :
:soit G un groupe de
Lie, d’algèbre
de Lieg,
W une orbitede la
représentataion coadjointe
de G dans le dualg* de g
etune mesure invariante sur W.
~ * ~ Reçu le 17 novembre 1992
(1) Département de Mathématiques, U.R.A. CNRS 399, Université de Metz, Ile de Saulcy, F-57045 Metz cedex 01
(France)
DÉFINITION . -
Unereprésentation-*
de G est uneapplication définie
sur G
qui
associe àchaque
élément g de G une distributionE(g)
sur Wtelle que :
ii)
sif
EC~°(G),
E détermine unetransformation
de Fourier ~ parc’est-à-dire
~( f ~
ainsidéfini
est unefonction
deL1 (W ~
. Deplus,
Ker ~ est stable par la convolution
si -
(g
EG, 0(g)
est lafonction
module surG~,
alors A
est un
produit
scalaire surl’espace
N =~ ~C~° (G))
C enparticulier, ~~~ f ) , ~~ f )~
est strictementpositif.
Avec
ceci,
on définit sur N unproduit-*
enposant ~ ( f ) * ~ ( , f ~ )
_ .D’autre
part
si on noteRg
l’actionrégulière
à droite de G surN,
alorson a une
représentation
e de G dans N définie parbien sûr si N est muni du
produit
scalaire définici-dessus,
e est unitaire.Une
représentation-*
sera dite associée à lareprésentation
unitaire(p, V)
de
G,
si(e, N) (N
est lecomplété
de N pour leproduit
scalaireci-dessus)
est unitairement
équivalente
à(p, V)
à une normalisationprès
ded ,
c’est-à-dire s’il existe un
opérateur
unitaire T tel que : :Ce programme, initié par C. Fronsdal
[7],
a été réalisé : :. par D. Arnal et J.-C.
Cortet,
dans le cas des groupes de Lienilpotents [1],
des groupes de Lieexponentiels [2], puis
pour le revêtement universelE2
du groupeS O ~ 2 ~
xIR2 [3];
’. par D.
Arnal,
M. Cahen et S. Gutt[4]
dans le cascompact.
Ici,
on s’intéresse à ladescription
de lareprésentation régulière
d’ungroupe de Lie
compact,
celui-cipeut
être considéré comme un sous-groupe deSO(V)
ou V est un espace euclidien de dimension n + 1(voir [11]),
et alors le fibré
cotangent T* (G)
de G se réalise comme une orbite dela
représentation coadjointe
du groupeproduit
semi-direct de G avec nexemplaires
de V.La construction de la
représentation-*
associée à cette orbite nouspermet
de décrire lareprésentation régulière
de G.Rappelons
que surT*(G),
deuxproduits-*
ont étéconstruits,
l’un par A. Lichnerowicz[10],
l’autre par S. Gutt[8];
on utilise celui de S.Gutt,
lespolarisations
naturelles de celui de A. Lichnerowiczdéfinissent,
eneffet,
unespace de fonctions réduit à zéro.
Ainsi,
dans la section1.,
on feraquelques rappels
pour fixer lesnotations,
on réalisera
T*(G)
comme une orbite de G xiln
= G x ~ x ~ x ~ ~ ~ x ~n fois.
Ensuite,
on construira lareprésentation
induite unitaire associée à cette orbite par la méthode des orbites de Kirillov.Dans la section
2,
on établira unecorrespondance
entre un sous-espace B del’espace
C°°(T*(G))
etl’espace
desopérateurs
de Hilbert-Schmidt sur~2 (G)
parf
-A f,
avecoù C est un ouvert
de g
défini dansparagraphe
1.1. Ceci nouspermet
dedéfinir un
produit
associatif dans B parOn montrera que ce
produit
associatifcorrespond
auproduit-*
de S.Gutt
[8]
pour la valeur duparamètre
v =-i/2. Ensuite,
on définira lareprésentation-*
associée à l’orbiteT*(G). Puis,
on définira la transformée de Fourieradaptée
sur G xVn,
et on en déduira par restriction unedescription géométrique
de lareprésentation régulière
de G.Section 1
1.0 Produit-*
~5~
DÉFINITION
1.0.1. - Soit N unealgèbre
associative et de Lie defonc-
tions G‘°° sur une variété de Poisson W pour le crochet de Poisson
~ ~ , ~ ~.
Un
produit-*
est unedéformation formelle
deN,
c’est-à-dire uneapplica-
tion de N x N vers
l’espace E(N, v)
des sériesformelles
en v àcoefficients
dans N :
ayant
tespropriétés
:i)
*prolongé
àE(N, 03BD) définit
une toiassociative,
ü~ C~(u, v)
= uv,C1 (u, v~
_~u, v~,
iv~ C’’ (u, v~
_(-1~T C’’ (v, u~,
v~ C’’(1, v~
=C’’(v,1~
= 0~r
>1~, vi)
les C’’ sont desopérateurs
bilinéaires.Si les C’’ sont tous
bidifférentiels,
on dira que leproduit-*
est différentiel.Les conditions
iii)
etiv) impliquent
queest une déformation formelle du crochet de
Poisson. v )
etiv )
assurent que 1 reste l’unité de la structure associative et que * est distributif parrapport
à l’addition. Si v est"imaginaire pur", u
H û est une involution del’algèbre
associative
E(N, v)
obtenue. Dans lasuite,
on s’intéressera à desproduits-*
non formels définis en
général
par des formulesintégrales, et,
pour une valeur fixée duparamètre
v, ledéveloppement (1)
étant undéveloppement asymptotique.
1.1
Groupes compacts [9]
G étant un groupe de Lie
compact,
soit T un tore maximal dansG, t
son
algèbre
deLie, A
lesystème
des racines de lacomplexifiée _g~
deg
parrapport
àt ~,
etD(g)
lediagramme :
- -
Notons
t~
= t -D~g~
et fixons unecomposante
connexePo
detT
telleque 0 E
Po.
Si on pose.
où Ad est l’action
adjointe
deG,
alors([9]) l’application :
est une
bijection
sur sonimage Gr qui
seraappelée
l’ensemble despoints réguliers
de G.Gr
est dense dans G. Et parconstruction, l’application
exp C --~
Gr
estbijective.
Pour X fixé dans
C,
soitD’après
cequi précède,
lesapplications
où exp
~(X, Y)
=exp(-X)
exp Y sont desinjections
àimage
dense. Deplus
1.2 Réalisation de
T*(G)
comme une orbite de G xVn
On
garde
les notationsprécédentes. Rappelons
que Gpeut
être considérécomme un sous-groupe de
SO(V)
où V est un espace euclidien de dimensionn + 1
[11].
Si on noteVm
= V x ... x V mfois,
Gagit
alors surVm
par : :Notons
Om
l’orbite d’unpoint (el ,
... ,em)
dansVm
sous G.LEMME 1.2.1. - Si m = n et ... ,
en~
unsystème
libre deV,
alorsOn
estisomorphe
à G.Preuve. 2014 Soit
(el,
... , une base de V.Si g appartient
au stabili-sateur
G(ei
...,en)
de(ei
...,en),
alors gei = ei pour i =1,
... , n, maispuisque g
est dansSO(V), alors 9 stabilise ~e1,
...,, en|,
et son orientation donc en+id’où 9
= Id. Et parconséquent
Considérons le groupe
produit
semi-direct G xVn qu’on
réalise matriciel- lement parLe
produit
dans G xVn
s’écrit : :L’action
adjointe
de G xVn
est donnée parPar
conséquent,
si(~,
..., est unpoint
du dual deg*
x~n de g
xVn
alors
la forme r~ l~ Y étant définie sur g par
(X .
y est l’action de Xde g
sur Y deV).
Soit ...,
en)
unsystème
libre de V. Prenons lepoint (0,
el, ...,en)
dans
g*
xVn.
Notons O l’orbite de cepoint
sous G xVn.
PROPOSITION 1.2.2.- O est
symplectomorphe
àT*(G).
Preuve
Tout d’abord
l’application
est
bijective,
vu le lemmeprécédent.
D’autre
part,
soit À la 1-forme de Liouville surT* ~G) :
:Remarquons
que :1)
si J~ est dans g, onpeut
voir(J~T, 0)
comme unchamp
de vecteurs surG x
g*
et la fonction(J~, 0)
sur l’orbite est définie par2)
si ~’ E vu comme un vecteurtangent
à la fibre deT*(G)
en(g, a),
on aSoit maintement w la 2-forme
symplectique
sur 0 : :où
{’, ’}
est le crochet de Poisson sur 0.On va montrer que
En
effet,
il suffit de voir que:1.3 La
représentation
induite unitaireAu
point (0,
el, ...en)
de l’orbite0,
on choisit lapolarisation algé- brique
réelle h =~0~
xVn,
et on choisit uncaractère X
sur h par : :Si on
exponentie x
au sous-groupe H ~~I ~
x~n
parLa
représentation
induite unitairese réalise alors sur
l’espace
~C des fonctions F mesurables sur G xVn
à valeurcomplexes,
telles que : :( A
etA~
sont dans G xVn).
.Or H
~
G x~n
estcanoniquement isomorphe
à G. Considérons en effet la section r,Alors,
àchaque
F de ?~C on associe unefonction , f
sur G définie parDonc 03C0 se réalise sur
L2(G), et,
pourf
dansL2 (G), (g, Yl,
. . .Yn)
dansG x
Vn
etg’
dansG,
on auraLes
générateurs
infinitésimaux de ~r sontRemarquons
que l’onpeut
écrireDonc ~ ((0, Y))
est lamultiplication
par une fonctionqui
nedépend
que des variables de la base G du fibréT*(G).
Section 2
2.1
Représentation-*
Soit C l’ouvert
de g
défini dans leparagraphe
1.1.DÉFINITION
2.1.1. - Soitf
unefonction
àsupport compact
surT*(G)
et Sp unefonction
deL2(G).,
on poseAinsi
défini, A f
est unopérateur
linéaire surNotons par B l’ensemble des fonctions de , telles que la transformée de Fourier
partielle
def
parrapport
à la variable adans la fibre ait un
support ~ compact
et inclus dans(G
PROPOSITION 2.1.2. - Si
f
est dans B alors :i~ A f
est unopérateur
de Hilbert-Schmidt surL2 (G~,
et on a uneestimation
~C(~~
est une constantequi dépend
der~~ ; ii) L’adjoint
del’opérateur A~
est Af
=A f ;
Preuve
i) Soit f
un élément de B et ~p une fonction deL2 (G)
:Si dX est une mesure de Haar invariante à
gauche
sur expC,
on pose~~
est COO sur G x G et àsupport compact
inclus dans G x exp C. Alors sidg
est la mesure de Haar surG,
on aDonc
A f
est unopérateur
de noyau =~ f (g
D’oùMais,
commef appartient
àB, (~’« f ~
est àsupport compact ~
dans G xC,
cequi
entraîne quepuisque
est bornée sur laprojection
de 03BA sur C.ii)
SiK f(g, g’)
est le noyau del’opérateur Af,
alorsl’adjoint A f
deA f
acomme noyau
Posons g = exp
X , g~
= exp Y avec X et Y dans C tels que g E expC,
alors~
étant définie auparagraphe
1.1. Donciii)
Se déduit du fait que le noyau deA f
est continu et doncMaintenant,
si, f
est dansB,
la formuledéfinit un
produit
scalaire dans B parNotons
Li
lecomplété
de B pour cette norme.PROPOSITION 2.1.3.-
L’application
Aqui
àf
associeA~
est unebijection
deLi
surl’espace
desopérateurs
de Hilbert-Schmidtsur
L2 (G~
.Preuve. - D’une
part, l’injectivité
découle du fait queD’autre
part,
soit ~ C C deuxcompacts,
px une fonction C°° telle queSi A est un
opérateur
dans HS~L2 ~G)~ , de
noyauK,
on définit la fonctionf ~
dans B parNotons
K~~
le noyau del’opérateur AfK. Rappelons (voir i~
de la preuvede la
proposition 2.1.2)
que .s’écrit
expX,
avec X dansC, alors
=g exp X, et
Maintenant si ~n est une suite de
compacts
dans C tel que xn C etU
Kn =C,
alors la suiteKf03BAn
converge vers K dansL2 (G
xG).
Cequi
entraîne
que f03BAn
est une suite deCauchy
dans B. Elle converge donc dansL*
vers un certain vecteur, f
et K = DDÉFINITION
2.1.4. - Sif
etf’
~ sont deux éléments deLi,
on poseCeci définit un
produit
associatif dansL* .
On va montrer que ceproduit
est associé au
produit-*
défini par S. Gutt surT*(G)
dansy8~ . Rappelons
la définition de ce
produit-*.
.Soit g l’algèbre
de Lie deG, S(g) l’algèbre symétrique de g
etU(g) l’algèbre
enveloppante
de g.L’application
decomplète symétrisation 03C3
de versétant une
bijection linéaire)
onpeut
écriresi
S’~(_g) représente l’espace
despolynômes homogène
dedegré
n. Un vecteuru de se
décomposera
en u dans cettedécomposition.
. Si P est dans
S’’’ ~g~ est Q
dansS$ (g~,
posonset
prolongeons
* par bilinéarité à x. Si
, f
et/~ sont
des fonctions de Gseulement,
on a~ Si
f
est dansf
~ dans~T*(G)~
et T est laprojection
canonique T * ~G)
-~G,
alorsoù les
Xi
forment une basede g
et sont vus comme deschamps
devecteurs sur G et les
Zi
sont leschamps
de vecteurs verticaux de T*(G~
tels que = À est la 1-forme de Liouville sur
T*(G).
’
Il existe alors un et un seul
produit
associatif formel sur T *(G~
^_r G xg*
qui
vérifie ces trois relations(voir [8]).
PROPOSITION 2.1 .5. - On
peut
étendre latransformation
A àLi
®(g
xVn)
d’unefaçon unique
enposant
Preuve. - H suffit de montrer que la relation
qui
définitA~ peut
êtreétendue aux éléments d’une base
de g
xVn.
Si
~
est un élément de g, on notera le nombre(X, 0)(~ a)
parX(g, a).
Alors
donc si ~p est C°° sur G et si supp p est un
compact
inclus dans g exp~,
posons
alors
4J
est une fonction àsupport compact
dans IR"z etpar
conséquent
De
même,
si(0, Y)
est un élément de{0}
x~ C g
x~,
alors la fonction(0,V)
que nous notons Y est une fonction des variables de G seulement.Mais si
~
est une fonction des variables de G seulement et p a les mêmespropriétés
que ci-dessus alors :où on a
posé pour X = ~ XiXi
et x =(xl,
...,Ce
qui
entraîne queEt,
vul’expression
de~r ((o, Y~~ (voir paragraphe 1.3),
on aCOROLLAIRE 2.1.6. - * "est " le
produit
de S. Gutt.Preuve. - En
effet, d’après
laproposition précédente,
leprolongement
de la transformation A à
L*
(B g xVn
définit unproduit
associatif sur unsous-espace de
L*
® tel que : :. si P et
Q
sont danshomogènes
dedegrés
r et s alorsoù 03C3 est la
symétrisation
de dansU(g)
; ceci se démontre parinduction en utilisant la transformation A et le fait que ~- est une
représentation
de ;~ si
, f
etf’ sont
des fonctions C°° des variables de Gseulement, d’après
la preuve ci-dessus
. un calcul direct en utilisant la transformation A et la
proposition précédente
montre que la troisième condition duproduit-*
de S. Guttest vérifiée. 0
Remarque
1.1.7. -Rappelons
que A. Lichnerovricz dans~10~
avait définiun
produit-*
surT*(G)
de lafaçon
suivante.Prenons
l’exemple
G =SO(V).
On considère G comme une sous-variété de V x ... x V n fois(comme
dans la section1.2),
doncT * (G)
se réalisecomme une sous-variété de E :
Soient , ...
, qn}, {p1
, ..., pn}
deuxsystèmes
libres deil
, 03C1i >0,
,et
~i, j
=1,
... ,n~
des nombresréels,
on définit des transformations linéaires surEpar
Si on
impose dp
Adq
=dp~
Adq~,
on définit alors un groupeGo engendré
par ces transformationsqui agit
sur E enpréservant
la structuresymplectique
et la connexionplate
de E. Deplus, l’espace
des orbites deE sous
Go
estisomorphe
àT*(G).
On considère donc le fibréprincipal
7T : E -;
T*(G)
de groupe structurelGo
et leproduit-*
deMoyal
usuel *Msur E. On pose
alors,
pour, f
et/~ des
fonctions C°° surT*(G) :
:Ce
produit-* possède
unepolarisation-*
au sens de Fronsdal[7]
réellenaturelle :
Un calcul direct dans le cas G =
SC) (3)
montre que cettepolarisation-*
est réduite à 0. C’est
pourquoi
on ne considérera pas ici leproduit-*
de A.Lichnerowicz.
Notons que ces deux
produits-* (celui
de S. Gutt et celui de A. Lichnero-wicz)
sont différents(voir [6]).
Soit maintenant
,f
dansL* et y
un élément de G xVn.
est alors unopérateur unitaire,
cequi
entraîne que oA~
est dans HS(L2 (G}~ Ainsi,
de l’action de G x
Vn
dans HS(L2 (G))
, on déduit une action de G x~~
dansL;,
notéeE(y)*.
DÉFINITION
2.1.8.2014Pour y
dans G x~n
etf
dansLi
, on posePROPOSITION 2.1.9. - Les relations suivantes sont
vérifiées:
:Preuve
i~
résulte deségalités
suivantes :ii)
Si, f
est dansB, A f
est de Hilbert-Schmidt et est un vecteur C°° pour lareprésentation
de G sur HS(L2 (G~~
définie par(~, A~
--~ o A. Doncf
est un vecteur COO pour lareprésentation E(-y~*
etD’autre
part,
onpeut
définirE(y)
comme une distribution sur B. Plusprécisément,
àpartir
duproduit
scalaire sur B définiprécédemment,
ondéfinit une forme bilinéaire réelle sur B par
Avec les notations
précédentes,
siK f (resp
est le noyau del’opérateur A f (resp
on a :Le
changement
devariable g-1 g’ = g«
entraîne queRappelons que A
est définie parSi
f
~ est une fonction deB,
est un élément del’espace
D des fonctions àsupport compact
inclus dans G x C etréciproquement.
On identifie donc les duaux de ces deux espaces en disantqu’une
forme T sur B est une distribution sur B(un
élément deB~~
si etseulement s’il existe une distribution S de
D~
telle queEn
particulier,
toute fonction,f
de B définit une distributionT f
sur B par. Si X E
C,
la formuledéfinit une distribution
E(exp X )
sur B.En
effet,
le noyau del’opérateur 03C0(exp X)
oA f
estDonc : O O
Ce que l’on écrira formellement :
. De même si Y E
~0~
xVn,
la distributionE(exp Y)
définie parexiste.
En
effet,
si ~p est une fonction deL2( G)
:Ce
qui
entraîne que le noyauKy, f
del’opérateur 03C0(exp Y)
oAf
estEt
alors,
Ce
qui implique
queRemarque
2.1.10.2014 Onpeut
définir leproduit-*
d’une distribution T deB’
par une fonctionf
de B enposant
quand
ceci a un sens. Enparticulier
si T = exp I‘( r
E g ®Vn),
la formuleci-dessus a un sens car
Ce
qui
montre que les deux définitions de E coïncident.2.2 Transformée de Fourier
adaptée
Soit ~p
dans xVn~
alorsd’après ~12~ l’opérateur
est un
opérateur
de Hilbert-Schmidt surL2(G) qui
estl’espace
de laréalisation de ?r. Si on pose
on définit ainsi une transformation :
PROPOSITION 2.2.1.
Pour 03C6
et dans xVn),
on a :i~
x~p~)
= *~(~p~) (où
x est leproduit
deconvolution ) ; ii)
_~(~~
=Sp(’Y-1 ) ~ ~
=
d~c (où d~c
une mesure invariante suriv)
si on pose~~(~p) , f ~
= oAf)
pourf
EB,
ondéfinit
unedistribution
qui
au sens des distributionspeut
s’écrire :Preuve. - i)
est uneconséquence
des définitionspuisque
ii )
découle de la relationPour
iii),
laproproposition 2.1.2,
nouspermet
en effet d’écrirePour
iv~,
si on pose~~(~p~ , f ~
= Tr o et si est une baseorthonormée de
L2 {G),
alorsMaintenant si on se restreint à
G,
~r coïncide avec lareprésentation régulière
droite de G(voir
la preuve de laproposition 2.1.5),
on a doncobtenu ici une
représentation-*
associée à lareprésentation régulière
droitede G.
Remarque
2.2.2. - Pour obtenir lareprésentation régulière gauche
deG,
il suffit dechanger
la définition del’opérateur A f
comme suit : :Remerciements
Mes vives remerciements au Professeur D.
Arnal,
pour ces nombreux conseils.Bibliographie
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