En matemáticas , la regla de Littlewood-Richardson es una descripción combinatoria de los coeficientes que surgen al descomponer un producto de dos funciones de Schur como una combinación lineal de otras funciones de Schur. Estos coeficientes son números naturales, que la regla de Littlewood-Richardson describe como contar ciertos cuadros sesgados . Ocurren en muchos otros contextos matemáticos, por ejemplo, como multiplicidad en la descomposición de productos tensoriales de representaciones de dimensiones finitas de grupos lineales generales , o en la descomposición de ciertas representaciones inducidas en la teoría de representación del grupo simétrico., o en el área de combinatoria algebraica que trata con cuadros de Young y polinomios simétricos .
Los coeficientes de Littlewood-Richardson dependen de tres particiones , digamos , de las cuales y describen las funciones de Schur que se multiplican, y dan la función de Schur de la cual este es el coeficiente en la combinación lineal; en otras palabras, son los coeficientes tales que
La regla de Littlewood-Richardson establece que es igual al número de cuadros Littlewood-Richardson de forma sesgada y de peso .
Desafortunadamente, la regla de Littlewood-Richardson es mucho más difícil de probar de lo que se sospechaba al principio. Una vez le dijeron al autor que la regla de Littlewood-Richardson ayudó a que los hombres llegaran a la luna, pero no se demostró hasta que llegaron allí.
Gordon James ( 1987 )
La regla de Littlewood-Richardson fue establecida por primera vez por DE Littlewood y AR Richardson ( 1934 , teorema III p. 119), pero aunque la afirmaron como un teorema, solo la demostraron en algunos casos especiales bastante simples. Robinson ( 1938 ) afirmó completar su prueba, pero su argumento tenía lagunas, aunque estaba escrito de manera tan oscura que estas lagunas no se notaron durante algún tiempo, y su argumento se reproduce en el libro ( Littlewood 1950 ). Macdonald (1995) llenó posteriormente algunas de las lagunas . Las primeras pruebas rigurosas de la regla se dieron cuatro décadas después de su descubrimiento, por Schützenberger ( 1977 ) y Thomas (1974)., después de que C. Schensted ( 1961 ), Schützenberger ( 1963 ) y Knuth ( 1970 ) desarrollaron la teoría combinatoria necesaria en su trabajo sobre la correspondencia Robinson-Schensted . Ahora hay varias pruebas breves de la regla, como ( Gasharov 1998 ) y ( Stembridge 2002 ) que utilizan involuciones de Bender-Knuth . Littelmann (1994) utilizó el modelo de trayectoria de Littelmann para generalizar la regla de Littlewood-Richardson a otros grupos de Lie semisimplejos.
La regla Littlewood-Richardson es conocida por la cantidad de errores que aparecieron antes de su prueba completa y publicada. Varios intentos publicados para demostrarlo son incompletos, y es particularmente difícil evitar errores al hacer cálculos manuales con él: incluso el ejemplo original en DE Littlewood y AR Richardson ( 1934 ) contiene un error.
Un cuadro de Littlewood-Richardson es un cuadro semiestándar sesgado con la propiedad adicional de que la secuencia obtenida al concatenar sus filas invertidas es una palabra de celosía (o permutación de celosía), lo que significa que en cada parte inicial de la secuencia cualquier número aparece al menos con la misma frecuencia como el número . Otra caracterización equivalente (aunque no del todo obvia) es que el cuadro en sí, y cualquier cuadro obtenido de él eliminando algunas de sus columnas más a la izquierda, tiene un peso ligeramente decreciente. Se han encontrado muchas otras nociones combinatorias que resultan estar en combinación con los cuadros de Littlewood-Richardson y, por lo tanto, también pueden usarse para definir los coeficientes de Littlewood-Richardson.
Considere el caso de que , y . Entonces, el hecho de que se pueda deducir del hecho de que los dos cuadros que se muestran a la derecha son los únicos dos cuadros de Littlewood-Richardson de forma y peso. De hecho, dado que el último cuadro de la primera línea no vacía del diagrama de sesgo solo puede contener una entrada 1, toda la primera línea debe llenarse con las entradas 1 (esto es cierto para cualquier cuadro de Littlewood-Richardson); en el último cuadro de la segunda fila solo podemos colocar un 2 por el rigor de la columna y el hecho de que nuestra palabra de celosía no puede contener una entrada más grande antes de que contenga un 2. Para el primer cuadro de la segunda fila ahora podemos usar un 1 o un 2. Una vez que se elige esa entrada, la tercera fila debe contener las entradas restantes para hacer el peso (3,2,1), en un orden ligeramente creciente, por lo que no nos queda más opción; en ambos casos resulta que sí encontramos un cuadro de Littlewood-Richardson.
La condición de que la secuencia de entradas leídas del cuadro en un orden algo peculiar forme una palabra reticular puede ser reemplazada por una condición más local y geométrica. Dado que en un cuadro semiestándar las entradas iguales nunca ocurren en la misma columna, se pueden numerar las copias de cualquier valor de derecha a izquierda, que es su orden de aparición en la secuencia que debería ser una palabra de celosía. Llame al número asociado a cada entrada su índice y escriba una entrada i con el índice j como i [ j ]. Ahora bien, si algún cuadro de Littlewood-Richardson contiene una entrada con índice j , entonces esa entrada i [ j ] debería aparecer en una fila estrictamente debajo de la de(lo que ciertamente también ocurre, ya que la entrada i - 1 ocurre con la misma frecuencia que la entrada i ). De hecho, la entrada i [ j ] también debería aparecer en una columna no más a la derecha que esa misma entrada (que a primera vista parece ser una condición más estricta). Si el peso del cuadro de Littlewood-Richardson se fija de antemano, entonces se puede formar una colección fija de entradas indexadas, y si estas se colocan de manera que se respeten esas restricciones geométricas, además de las de los cuadros semiestándar y la condición de que las copias indexadas de las mismas entradas deben respetar el orden de derecha a izquierda de los índices, entonces se garantiza que los cuadros resultantes serán cuadros de Littlewood-Richardson.
El Littlewood-Richardson como se indicó anteriormente da una expresión combinatoria para los coeficientes individuales de Littlewood-Richardson, pero no da ninguna indicación de un método práctico para enumerar los cuadros de Littlewood-Richardson con el fin de encontrar los valores de estos coeficientes. De hecho, dado que no existe un criterio simple para determinar si existe algún cuadro de Littlewood-Richardson de forma y peso (aunque hay una serie de condiciones necesarias, la más simple de las cuales es ); por lo tanto, parece inevitable que en algunos casos uno tenga que pasar por una búsqueda elaborada, solo para encontrar que no existen soluciones.
Sin embargo, la regla conduce a un procedimiento bastante eficiente para determinar la descomposición completa de un producto de funciones de Schur, en otras palabras, para determinar todos los coeficientes para λ y μ fijos, pero con ν variable. Esto fija el peso de los cuadros Littlewood-Richardson que se van a construir y la "parte interior" λ de su forma, pero deja libre la "parte exterior" ν. Dado que se conoce el peso, el conjunto de entradas indexadas en la descripción geométrica es fijo. Ahora, para las sucesivas entradas indexadas, todas las posiciones posibles permitidas por las restricciones geométricas se pueden probar en una búsqueda de retroceso . Las entradas se pueden probar en orden creciente, mientras que entre entradas iguales se pueden probar con un índice decreciente . El último punto es la clave para la eficiencia del procedimiento de búsqueda:la entradai [ j ] se restringe entonces a estar en una columna a la derecha de , pero no más a la derecha que (si tales entradas están presentes). Esto restringe fuertemente el conjunto de posiciones posibles, pero siempre deja al menos una posición válida para ; por lo tanto, cada ubicación de una entrada dará lugar a al menos un cuadro completo de Littlewood-Richardson, y el árbol de búsqueda no contiene callejones sin salida.
Se puede usar un método similar para encontrar todos los coeficientes para λ y ν fijos, pero variando μ.
Los coeficientes de Littlewood-Richardson cν
λμ aparecen de las siguientes formas interrelacionadas:
La fórmula de Pieri , que es el caso especial de la regla de Littlewood-Richardson en el caso en que una de las particiones tiene solo una parte , establece que
donde S n es la función de Schur de una partición con una fila y la suma es sobre todas las particiones λ obtenidas de μ al agregar n elementos a su diagrama de Ferrers , no hay dos en la misma columna.
Si ambas particiones tienen forma rectangular , la suma también es libre de multiplicidad ( Okada 1998 ). Fijar un , b , p , y q números enteros positivos con p q . Denote por la partición con p partes de longitud a . Las particiones que indexan componentes no triviales de son aquellas particiones con una longitud tal que
Por ejemplo,
.
El coeficiente de Kronecker reducido del grupo simétrico es una generalización de tres diagramas de Young arbitrarios , que es simétrico bajo las permutaciones de los tres diagramas.
Zelevinsky (1981) extendió la regla de Littlewood-Richardson para sesgar las funciones de Schur de la siguiente manera:
donde la suma es sobre todos los cuadros T en μ / ν tal que para todo j , la secuencia de enteros λ + ω ( T ≥ j ) no es creciente, y ω es el peso.
Los números de Newell-Littlewood se definen a partir de los coeficientes de Littlewood-Richardson mediante la expresión cúbica [1]
Los números de Newell-Littlewood dan algunas de las multiplicidades del producto tensorial de las representaciones de dimensión finita de los grupos de Lie clásicos de los tipos .
La condición de no desaparición en los tamaños de diagrama de Young conduce a
Los números de Newell-Littlewood son generalizaciones de los coeficientes de Littlewood-Richardson en el sentido de que
Los números de Newell-Littlewood que involucran un diagrama de Young con una sola fila obedecen a una regla tipo Pieri: es el número de formas de eliminar cuadros de (de diferentes columnas), luego agregar cuadros (a diferentes columnas) para hacer . [1]
Los números de Newell-Littlewood son las constantes de estructura de un álgebra asociativa y conmutativa cuyos elementos básicos son particiones, con el producto . Por ejemplo,
Los ejemplos de coeficientes de Littlewood-Richardson a continuación se dan en términos de productos de polinomios de Schur S π , indexados por particiones π, usando la fórmula
Todos los coeficientes con ν como máximo 4 vienen dados por:
La mayoría de los coeficientes para particiones pequeñas son 0 o 1, lo que ocurre en particular cuando uno de los factores es de la forma S n o S 11 ... 1 , debido a la fórmula de Pieri y su contraparte transpuesta. El ejemplo más simple con un coeficiente mayor que 1 ocurre cuando ninguno de los factores tiene esta forma:
Para particiones más grandes, los coeficientes se vuelven más complicados. Por ejemplo,
El ejemplo original dado por Littlewood & Richardson (1934 , p. 122-124) fue (después de corregir 3 cuadros que encontraron pero se olvidaron de incluir en la suma final)
con 26 términos procedentes de los siguientes 34 cuadros:
.... 11 .... 11 .... 11 .... 11 .... 11 .... 11 .... 11 .... 11 .... 11 ... 22 ... 22 ... 2 ... 2 ... 2 ... 2 ... ... ... .3. .23 .2 .3. .22 .2 .2 3 3 2 2 3 23 2 3 3 .... 1 .... 1 .... 1 .... 1 .... 1 .... 1 .... 1 .... 1 .... 1 ... 12 ... 12 ... 12 ... 12 ... 1 ... 1 ... 1 ... 2 ... 1 .23 .2 .3. .23 .22 .2 .1 .2 3 2 2 2 3 23 23 2 3 3 .... 1 .... 1 .... 1 .... 1 .... 1 .... 1 .... 1 .... 1 ... 2 ... 2 ... 2 ... ... ... ... ... .1 .3. .12 .12 .1 .2 .2 2 1 1 23 2 22 13 1 3 2 2 3 3 2 2 3 3 .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 1 ... 1 ... 1 ... 1 ... 1 ... ... ... .12 .12 .1 .2 .2 .11 .1 .1 23 2 22 13 1 22 12 12 3 3 2 2 3 23 2 3 3
El cálculo de las funciones de sesgo de Schur es similar. Por ejemplo, los 15 cuadros de Littlewood-Richardson para ν = 5432 y λ = 331 son
... 11 ... 11 ... 11 ... 11 ... 11 ... 11 ... 11 ... 11 ... 11 ... 11 ... 11 ... 11 ... .11 ... 11 ... 11 ... 2 ... 2 ... 2 ... 2 ... 2 ... 2 ... 2 ... 2 ... 2 ... 2 ... 2 ... 2 .. .2 ... 2 ... 2 .11 .11 .11 .12 .11 .12 .13 .13 .23 .13 .13 .12 .12 .23 .23 12 13 22 12 23 13 12 24 14 14 22 23 33 13 34
entonces S 5432/331 = Σ cν
λμ S μ = S 52 + S 511 + S 4111 + S 2221 + 2 S 43 + 2 S 3211 + 2 S 322 + 2 S 331 + 3 S 421 ( Fulton 1997 , p. 64).