Computational method for obtaining filiform Lie algebras of arbitrary dimension

This paper shows a new computational method to obtain filiform Lie algebras, which is based on the relation between some known invariants of these algebras and the maximal dimension of their abelian ideals. Using this relation, the law of each of these algebras can be completely determined and characterized by means of the triple consisting of its dimension and the invariants z1 and z2. As examples of application, we have included a table showing all valid triples determining filiform Lie algebras for dimension 13

A historical review of the classifications of Lie algebras

The problem of Lie algebras’ classification, in their different varieties, has been dealt with by theory researchers since the early 20th century. This problem has an intrinsically infinite nature since it can be inferred from the results obtained that there are features specific to each field and dimension. Despite the hundreds of attempts published, there are currently fields and dimensions in which only partial classifications of some families of algebras of low dimensions have been obtained. This article intends to bring some order to the achievements of this prolific line of research so far, in order to facilitate future research

Deformaciones de álgebras de Lie nilpotentes filiformes

Tesis (Doctor en Matemática)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2017.Michele Vergne inició el estudio de la geometría de la variedad algebraica de todas las álgebras o corchetes de Lie nilpotentes mostrando el rol distintivo de las álgebras de Lie nilpotentes filiformes, aquéllas de nilíndice máximo. Un concepto fundamental en este marco, es el de rigidez. Un corchete de Lie m se dice rígida si todas las álgebras de Lie en algún entorno de m, son isomorfas a m. Esta tesis está motivada por el problema conocido como Conjetura de Vergne, que afirma que ningún corchete de Lie nilpotente es rígido. Nosotros probamos que no existen álgebras de Lie filiformes complejas rígidas en la variedad de álgebras de Lie (filiformes) de dimensión menor o igual a 11. Más precisamente, mostramos que en cualquier entorno euclideo de un corchete de Lie filiforme hay un corchete de Lie filiforme no isomorfo. Este resultado se obtiene construyendo deformaciones lineales no triviales en un conjunto de abiertos densos de la variedad de álgebras de Lie filiformes de dimensión menor o igual a 11.Michele Vergne started the study of the geometry of the algebraic variety of all nilpotente Lie algebras or brackets showing the distinctive role of the filiform nilpotent algebras, those of nilindice maximal. A fundamental concept in this frame is that of rigidity. A Lie algebra μ is said to be rigid if all other Lie algebra in a μ neighborhood are isomorphic to μ. This thesis is motivated by the problem known as Vergne’s Conjecture, open from 1970, about wich very little is know up to date, that states that no nilpotent Lie bracket is ever rigid. A linear deformation of a Lie bracket μ is a family of Lie brackets μ t , of the form μ t = μ + tφ where φ is Lie bracket which is a 2-cocycle of μ. If for all small t, μ t is not isomorphic to μ, then the deformations is non trivial and μ is not rigid. In this thesis we approached the problem of rigidity of complex filiform Lie algebras. First, we present a general method for constructing linear deformations of Lie algebras that adapt very well and result effective in the case of filiform algebras. Using this method we constructed linear deformations for any filiform. For dimension ≤ 11, in which it is possible to describe the variety of filiforms in an accessible manner, we showed that the deformations constructed are non trivial in a open dense, to deduce later the main result of the thesis: Theorem. There are not complex filiform Lie algebras of dimension ≤ 11. To prove this result we resorted to some tools of algebraic geometry and in particular to the decomposition in irreducible components of the considered varieties. This point is the main difficulty that we encountered to be able to advance in larger dimensions and in the general case

Distribución de álgebras de lie, MALCEV y evolución en clases de isotopismos

El presente manuscrito trata distintos aspectos de la teoría de isotopismos de álgebras, centrándose en particular en los isotopismos de álgebras de Lie, de Malcev y de evolución, los cuáles no han sido suficientemente estudiados en la literatura. La distribución que sigue el manuscrito se detalla a continuación. En el Capítulo 1 se expone un breve estudio acerca del origen y desarrollo de la teoría de isotopismos, constituyendo en este sentido la primera introducción en la literatura existente en introducir la mencionada teoría desde un punto de vista general. El Capítulo 2 trata de aquellos resultados en Geometría Algebraica Computacional y en Teoría de Grafos que usamos a lo largo del manuscrito con vistas a determinar computacionalmente las clases de isotopismos de cada tipo de álgebra bajo consideración en los siguientes capítulos. Se describen en particular un par de grafos que permiten definir funtores inyectivos entre álgebras de dimensión finita sobre cuerpos finitos y los citados grafos. El cálculo computacional de invariantes por isomorfismos de estos grafos juega un papel destacable en la distribución de las distintas familias de álgebras en clases de isotopismos y de isomorfismos. Algunos resultados preliminares son expuestos en este sentido, particularmente acerca de la distribución de anillos de cuasigrupos parciales sobre cuerpos finitos. El Capítulo 3 se centra en la distribución de clases de isomorfismos y de isotopismos de dos familias de álgebras de Lie: el conjunto Pn;q de álgebras de Lie prefiliformes n-dimensionales sobre el cuerpo finito Fq y el conjunto Fn(K) de álgebras de Lie filiformes n-dimensionales sobre un cuerpo K. Se prueba concretamente la existencia de n clases de isotopismos en Pn;q. También se introducen dos nuevas series de invariantes por isotopismos que son usados para determinar las clases de isotopismos del conjunto Fn(K) para n≤7 sobre cuerpos algebraicamente cerrados y sobre cuerpos finitos. El Capítulo 4 trata con distintos ideales radicales cero-dimensionales cuyos conjuntos algebraicos asociados pueden indentificarse de forma única con el conjunto Mn(K) de álgebras de Malcev n-dimensionales sobre un cuerpo finito K. El cálculo computacional de sus bases reducidas de Gröbner, junto a la clasificación de álgebras de Lie sobre cuerpos finitos dada por De Graaf y Strade, permiten determinar la distribución de M3(K) y M4(K) no sólo en clases de isomorfismos, que es el criterio usual, sino también en clases de isotopismos. En concreto, probamos la existencia de cuatro clases de isotopismos en M3(K) y ocho clases de isotopismos en M4(K). Además, se prueba que todo álgebra de Malcev 3-dimensional sobre cualquier cuerpo finito y todo álgebra de Malcev 4-dimensional sobre un cuerpo finito de característica distinta de dos es isotópica a un magma-álgebra de Lie. Finalmente, el Capítulo 5 trata con el conjunto En(K) de álgebras de evolución n-dimensionales sobre un cuerpo K, cuya distribución en clases de isotopismos está relacionada de forma única con mutaciones en Genética no Mendeliana. Se centra en concreto en el caso bi-dimensional, el cuál está relacionado con los procesos de reproducción asexual de organismos diploides. Se prueba en particular que el conjunto E2(K) se distribuye en cuatro clases de isotopismos, independientemente de cuál sea el cuerpo base y se caracteriza sus clases de isomorfismos.This manuscript deals with distinct aspects of the theory of isotopisms of algebras. Particularly, we focus on isotopisms of Lie, Malcev and evolution algebras, for which this theory has not been enough studied in the literature. The manuscript is organized as follows. In Chapter 1 we expose a brief survey about the origin and development of the theory of isotopisms. This constitutes a first attempt in the literature to introduce this theory from a general point of view. Chapter 2 deals with those results in Computational Algebraic Geometry and Graph Theory that we use throughout the manuscript in order to compute the isotopism classes of each type of algebra under consideration in the subsequent chapters. We describe in particular a pair of graphs that enable us to define faithful functors between finite-dimensional algebras over finite fields and these graphs. The computation of isomorphism invariants of these graphs plays a remarkable role in the distribution of distinct families of algebras into isotopism and isomorphism classes. Some preliminary results are exposed in this regard, particularly on the distribution of partial-quasigroup rings over finite fields. Chapter 3 focuses on the distribution into isomorphism and isotopism classes of two families of Lie algebras: the set Pn;q of n-dimensional pre- filiform Lie algebras over the finite field Fq and the set Fn(K) of n-dimensional filiform Lie algebras over a base field K. Particularly, we prove the existence of n isotopism classes in Pn;q. We also introduce two new series of isotopism invariants that are used to determine the isotopism classes of the set Fn(K) for n ≤ 7 over algebraically closed fields and finite fields. Chapter 4 deals with distinct zero-dimensional radical ideals whose related algebraic sets are uniquely identified with the set Mn(K) of n-dimensional Malcev magma algebras over a finite field K. The computation of their reduced Gröbner bases, together with the classification of Lie algebras over finite fields given by De Graaf and Strade, enable us to determine the distribution of M3(K) and M4(K) not only into isomorphism classes, which is the usual criterion, but also into isotopism classes. Particularly, we prove the existence of four isotopism classes in M3(K) and eight isotopism classes in M4(K). Besides, we prove that every 3-dimensional Malcev algebra over any finite field and every 4-dimensional Malcev algebra over a finite field of characteristic distinct from two is isotopic to a Lie magma algebra. Finally, Chapter 5 deals with the set En(K) of n-dimensional evolution algebras over a field K, whose distribution into isotopism classes is uniquely related with mutations in non-Mendelian genetics. Particularly, we focus on the two-dimensional case, which is related to the asexual reproduction processes of diploid organisms. We prove that the set E2(K) is distributed into four isotopism classes, whatever the base field is, and we characterize its isomorphism classes