Algèbre de Clifford d`un antiautomorphisme

Journal of Algebra 314 (2007) 252–266
www.elsevier.com/locate/jalgebra
Algèbre de Clifford d’un antiautomorphisme
Anne Cortella
Laboratoire de Mathématique de Besançon, UMR CNRS 6623, Université de Franche-Comté, 16 Route de Gray,
25030 Besançon Cedex, France
Reçu le 22 août 2006
Disponible sur Internet le 21 mars 2007
Communiqué par Eva Bayer-Fluckiger
Résumé
Nous définissons l’algèbre de Clifford d’un antiautomorphisme d’algèbre centrale simple, et la calculons
pour les algèbres de degré 2.
©2007 Elsevier Inc. Tous droits réservés.
Abstract
We give a definition of the Clifford algebra of an antiautomorphism of a central simple algebra, and
compute it for the algebras of degree 2.
©2007 Elsevier Inc. Tous droits réservés.
Keywords: Central simple algebras; Matrix algebras; Bilinear forms; Involutions; Clifford algebras
L’algèbre de Clifford d’une involution linéaire de type orthogonal sur une algèbre centrale
simple Aa été définie par Jacobson dans [J], par descente galoisienne, pour généraliser la partie
paire de l’algèbre de Clifford d’une forme quadratique. Tits [TI] l’a ensuite définie comme un
quotient de l’algèbre tensorielle de l’espace vectoriel sous-jacent à A.
Dans cet article, une définition de l’algèbre de Clifford pour un antiautomorphisme σ, linéaire,
non nécessairement involutif, sur une algèbre centrale simple A, est proposée (définition 2.1).
Elle généralise la définition de Tits. Cela définit un nouvel invariant de la classe d’isomorphie de
(A, σ ) (théorème 2.2), se comportant bien par extension des scalaires. Pour Adéployée, c’est la
partie paire de ce qu’on peut définir comme la généralisation aux formes bilinéaires non neces-
Adresse e-mail : [email protected].
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doi:10.1016/j.jalgebra.2007.03.011

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sairement symétriques de l’algèbre de clifford classique des formes quadratiques (théorème 2.5
et définition 2.6).
Avant de détailler cette définition et ces propriétés dans la deuxième partie, nous commen-
cerons, dans la première partie, par rappeler les définitions du discriminant et de l’algèbre de
Clifford dans le cas involutif orthogonal, puis celles d’invariants des antiautomorphismes issus
de [CT] et utilisés dans notre définition principale.
Enfin, une troisième partie est consacrée au calcul de notre nouvel invariant si l’algèbre A
est de degré 2. On fait alors le lien avec le discriminant et l’asymétrie de l’antiautomorphisme
(proposition 3.1).
Notations. Soit Fun corps de caractéristique différente de 2. Si Vet Wsont deux F-espaces
vectoriels, si ψ:V→West une application F-linéaire et si Lest une extension de F,on
pose VL=V⊗FLet on note ψL:VL→WLl’application L-linéaire ψ⊗FIdL.Siσest
un F-endomorphisme de V, on pose Sym(V , σ ) ={v∈V|σ(v) =v}et Skew(V , σ ) ={v∈
V|σ(v)=−v}. L’algèbre tensorielle de Vsur Fsera notée T(V).
Si Aest une F-algèbre centrale simple, on note Al’espace vectoriel sous-jacent à A,Aop
l’algèbre opposée. On note respectivement Trd:A→Fet Nrd : A→Fla trace réduite et la
norme réduite.
1. Quelques rappels
1.1. Le discriminant et l’algèbre de Clifford d’une involution de type orthogonal
Ici, Aest une algèbre centrale simple sur Fet σest une involution de type orthogonal sur
A, c’est-à-dire un antiautomorphisme F-linéaire involutif de l’algèbre Atel que : si Lest un
corps qui déploie A, en identifiant ALEndL(Ln),alorsσLest l’adjonction σbpour un forme
bilinéaire symétrique non dégénérée bsur V=Ln:
∀f∈EndLV, ∀x,y ∈V, bf(x),y=bx,σb(f )(y).(1.0)
Si Aest déployée, la classe de similitude de best un invariant de la classe d’isomorphie de
(A, σ ).
Proposition 1.1. (Knus–Parimala–Sridharan [KPS], voir aussi [BOI, proposition 7.1, p. 81].)
Si degA=2mest pair, alors Skew(A, σ ) ∩A×= ∅et Nrd x∈F×/(F ×)2est indépendant de x
pris dans cet ensemble.
Cela leur permet de définir le discriminant pour les algèbres de degré pair 2m:
Définition 1.2. On appelle discriminant de (A, σ ), et on note discσ, la classe de (−1)mNrdx
dans F×/(F ×)2,oùxest un élément quelconque de Skew(A, σ ) ∩A×.
Cela définit un invariant de la classe d’isomorphie de (A, σ ) qui étend la notion de discrimi-
nant (à signe) des formes bilinéaires symétriques : si best une telle forme sur un espace vectoriel
Vde dimension n, on définit disc b=(−1)n(n−1)
2detb∈F×/(F ×)2, qui est un invariant de la
classe de similitude de b;sideplusn=2m,alorsdiscb=discσb. De plus, le discriminant se
comporte bien pour l’extension des scalaires [BOI, proposition 7.3, p. 81].

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L’algèbre de Clifford d’une involution de type orthogonal a été à l’origine définie par Jacob-
son [J], et c’est le centre de cette algèbre qui a donné la première définition du discriminant.
Tits [TI] en a cependant donné une définition plus facile à mettre en œuvre. Pour cela, il utilise
le sandwich.
L’application Sand : A⊗Aop →EndFA,x⊗y→ (a → xay) est un isomorphisme d’al-
gèbres appelé sandwich. Si σest une involution orthogonale sur Aet si u∈A⊗Aop ,alors
a→ (Sand u)(σ (a)) est un élément de EndFA, donc il existe σ2(u) ∈A⊗Aop tel que, pour tout
a∈A,(Sand σ2(u))(a) =(Sand u)(σ (a)). Cela définit une application linéaire involutive σ2sur
l’espace vectoriel A⊗A. Notons encore μla multiplication : A⊗A→A;u→ (Sand u)(1).
Définition 1.3. (Tits [TI], voir aussi [BOI, definition 8.7, p. 92].) L’algèbre de Clifford C(A,σ)
est le quotient
C(A,σ) =T(A
)/J1(A, σ ) +J2(A, σ )
où
(1) J1(A, σ ) est l’idéal de T(A)engendré par les s−1
2Trd spour s∈Sym(A,σ).
(2) J2(A, σ ) est l’idéal de T(A)engendré par les u−1
2μ(u) pour u∈Sym(A ⊗A,σ
2).
Cela définit encore un invariant de la classe d’isomorphie de (A, σ ). En particulier, si Aest
déployée et σ=σbavec bbilinéaire symétrique sur V, alors, en identifiant via
ϕb:V⊗V∼
→A=EndFV;v⊗w→ x→ vb(w,x),
on trouve C(A,σ) =T(V ⊗V)/(I
1+I2),oùI1est l’idéal engendré par les v⊗v−1
2b(v,v),
v∈V,etI2par les u⊗v⊗v⊗w−1
2b(v,v)(u ⊗w),u,v,w∈V, et donc C(A,σ) est la
partie paire de l’algèbre graduée T(V)/v⊗v−b(v,v),v ∈V, qui n’est autre que l’algèbre de
Clifford classique pour une forme quadratique (ceci ne dépendant que de la classe de similitude
de b, on peut enlever le facteur 1
2).
De plus, C(A,σ) se comporte bien par extension des scalaires.
Signalons encore une propriété structurelle importante.
Théorème 1.4. (Voir [BOI, théorème 8.10, p. 94].) Si deg A=2m, le centre de C(A,σ) est
l’algèbre étale Z=F[X]/(X2−disc σ). Si c’est un corps, alors C(A,σ) est une Z-algèbre
centrale simple de degré 2m−1. Sinon, ZF×Fet C(A,σ) est le produit de deux F-algèbres
centrales simples de degré 2m−1.
Enfin, σinduit sur T(A
)une involution par : σ(a1⊗···⊗ar)=σ(a
r)⊗···⊗σ(a 1), qui
passe au quotient et définit ainsi une involution dite canonique sur C(A,σ).
1.2. L’asymétrie et le discriminant d’un antiautomorphisme
Soit maintenant une algèbre centrale simple Asur le corps Fmunie d’un antiautomorphisme
F-linéaire σnon nécessairement involutif. Par extension des scalaires à un corps Lscindant
Aet en identifiant ALEndLV,oùVest un L-espace vectoriel, l’antiautomorphisme σLest

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l’adjonction pour une forme bilinéaire non dégénérée b:V×V→Lnon nécessairement sy-
métrique, définie à similitude près par la classe d’isomorphie de σ, c’est-à-dire que σLvérifie
1.0.
Proposition 1.5. (Cortella–Tignol [CT, propositions 3 et 4].)
(1) Si best une forme bilinéaire non dégénérée sur V, il existe une unique application linéaire
γbsur EndFVsatisfaisant
∀x,y ∈V,∀f∈EndFV, bx,f (y)=by,γb(f )(x).
(2) Si σest un antiautomorphisme sur A(F-linéaire), il existe une unique application linéaire
γσsur Atelle que si Lscinde A,siθest un isomorphisme de
AL=A⊗FL∼
→EndLV
et si best une forme bilinéaire sur Vtelle que θ◦σL◦θ−1=σb,alors
θ◦(γσ⊗FIdL)◦θ−1=γb.
De plus, pour tous x,y,z∈A,γσ(xyz) =σ(z)γ
σ(y)σ −1(x) et γ2
σ=IdA.
Définition 1.6. L’asymétrie de (A, σ ) est l’élément aσ=γσ(1)∈A×.
Cet élément vérifie en particulier :
(1) Si σ=σb, alors, pour tous x,y∈V,b(x,y) =b(y, aσ(x)).
(2) Pour tout α∈A,γσ(α) =σ(α)a
σ.
(3) σ2=intaσ.
(4) σ(a
σ)=a−1
σ.
(5) σest une involution orthogonale si et seulement si aσ=1, et σest une involution symplec-
tique si et seulement si aσ=−1.
De plus, la classe d’isomorphie du couple (A,γ
σ)et la classe de conjugaison de aσsont des
invariants de la classe d’isomorphie de (A, σ ).
Nous pouvons alors, si degA=2m, étendre la définition du discriminant de (A, σ ) aux anti-
automorphismes en utilisant γσ.
Proposition 1.7. (Cortella–Tignol [CT, lemme 3].) Si deg A=2mest pair, alors Skew(A,γ
σ)∩
A×= ∅et Nrd x∈F×/(F ×)2est indépendant de xpris dans cet ensemble.
Définition 1.8. On appelle discriminant de (A, σ ), et on note disc σ, la classe de (−1)mNrd x
dans F×/(F ×)2,oùxest un élément quelconque de Skew(A,γ
σ)∩A×.
En particulier, si σ=σb,discσ=(−1)n(n−1)
2detbet, si σest une involution orthogonale,
le discriminant est bien celui de la definition 1.2. Par ailleurs, si 1 −aσest inversible, alors
discσ=(−1)mNrd(1−aσ).

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2. L’algèbre de Clifford d’un antiautomorphisme
2.1. Définition et invariance
Fixons une F-algèbre centrale simple A, munie d’un antiautomorphisme F-linéaire σ. Nous
définissons ici l’algèbre de Clifford de (A, σ ) en suivant la définition 1.3 de Tits.
Définition 2.1. L’algèbre de Clifford C(A,σ) est le quotient
C(A,σ) =T(A
)/J1(A, σ ) +J2(A, σ )
où
(1) J1(A, σ ) est l’idéal de T(A)engendré par les s−1
2Trd spour s∈Sym(A,γ
σ).
(2) J2(A, σ ) est l’idéal de T(A)engendré par les u−1
2μσ(u) pour u∈Sym(A ⊗A,γ˜σ,2),avec
•˜σest l’antiautomorphisme ˜σ=(intaσ)◦σde Aet donc γ˜σest l’application linéaire invo-
lutive de Adéfinie par γ˜σ(x) =aσγσ(x)aσ;alorsγ˜σ,2est l’application linéaire involutive
induite par γ˜σsur A⊗Agrâce au sandwich par
∀u∈A⊗Aop ,∀x∈ASandγ˜σ,2(u)(x) =(Sand u)γ˜σ(x)
•si u∈A⊗A,μ
σ(u) =(Sandu)(aσ).
Avec cette définition, il est clair que si σest une involution de type orthogonal, alors C(A,σ)
n’est autre que l’algèbre de Clifford de (A, σ ) définie par Tits.
Théorème 2.2. La classe d’isomorphie de C(A,σ) est un invariant de la classe d’isomorphie
de (A, σ ).
Démonstration. Supposons (A, σ ) et (A,ρ) isomorphes, c’est-à-dire qu’il existe un isomor-
phisme δ:A∼
−→ Atel que ρ=δ◦σ◦δ−1. On peut alors supposer que A=Aet, comme
elle est centrale simple, d’après le théorème de Skolem–Noether, δest intérieur. Il existe donc
w∈A×tel que δ=int w.Ainsi,ρ=int(ρ(w)w) ◦σ. Nous allons alors relier aσàaρ,γσàγρ
et γσ,2àγρ,2.
Proposition 2.3. Si σet ρsont deux antiautomorphismes isomorphes de Aet si w∈A×vérifie
ρ◦intw=int w◦σ,alors
(1) aρ=waσw−1.
(2) γρ◦int w=int w◦γσ.
(3) γρ,2◦int(w ⊗w−1)=int(w ⊗w−1)◦γσ,2.
Démonstration. (1) est un calcul direct à partir de [CT, proposition 7] : si ρ=(int u) ◦σ,alors
aρ=uσ (u)−1aσque l’on applique à u=ρ(w)w =wσ(w).
(2) est alors obtenu grâce à γσ(α) =σ(α)a
σsi α∈A.
Pour (3), on utilise la structure d’algèbre donnée sur A⊗Apar A⊗Aop , qui fait du sandwich
un isomorphisme d’algèbres. On peut alors démontrer :