LES (a, b)-ALG`
EBRES `
A HOMOTOPIE PR`
ES
WALID ALOULOU
Abstract. We study in this article the concepts of algebra up to homotopy for a structure defined
by two operations .and [ ,]. Having determined the structure of Galgebras and Palgebras,
we generalize this construction and we define a structure of (a, b)-algebra up to homotopy. Given
a structure of commutative and differential graded Lie algebra for two shifts degree given by a
and b, we will give an explicit construction of the associate algebra up to homotopy.
esum´e.
On ´etudie dans cet article les notions d’alg`ebre `a homotopie pr`es pour une structure d´efinie par deux
op´erations .et [ ,]. Ayant d´etermin´e la structure des Galg`ebres et des Palg`ebres, on g´en´eralise cette
construction et on efinit la stucture des (a, b)-alg`ebres `a homotopie pr`es. Etant donn´ee une structure d’alg`ebre
commutative et de Lie diff´erentielle gradu´ee pour deux d´ecalages des degr´es donn´es par aet b, on donnera une
construction explicite de l’alg`ebre `a homotopie pr`es associ´ee.
1. Introduction
Consid´erons une alg`ebre Apour une op´eration m(mest par exemple une multiplication asso-
ciative ou un crochet de Lie) munie d’une diff´erentielle d. On dira juste que Aest une alg`ebre de
type P. Dans beaucoup de cas, on sait d´efinir la notion d’alg`ebre de type P`a homotopie pr`es et
construire l’alg`ebre `a homotopie pr`es enveloppante de A. Cette alg`ebre donne naturellement les
complexes d’homologie et de cohomologie associ´es `a ce type d’alg`ebre pour Aet ses modules.
Lorsque Aposs`ede deux op´erations avec des relations de compatibilit´e, la construction de l’alg`ebre
`a homotopie pr`es enveloppante correpondante est plus difficile. En particulier, le complexe de Pois-
son et celui de Gerstenhaber consiste `a composer les structures de la cog`ebre cocommutative colibre
et de la cog`ebre de Lie colibre associ´ees `a chaque alg`ebre. On obtient une bicog`ebre codiff´erentielle
colibre. Cette composition tient compte des degr´es. Les structures de bicog`ebre obtenues diff`erent.
Pour chaque type, on appelle la bicog`ebre obtenue l’alg`ebre `a homotopie pr`es, c’est la Palg`ebre
pour une alg`ebre de Poisson et la Galg`ebre pour une alg`ebre de Gerstenhaber.
Le pr´esent travail consiste `a unifier ces constructions d’alg`ebre `a homotopie pr`es dans les cas des
alg`ebres de Poisson et des alg`ebres de Gerstenhaber, ce qui nous permet de d´efinir la structure d’une
(a, b)-alg`ebre `a homotopie pr`es. Disons qu’une (a, b)-alg`ebre diff´erentielle est un espace vectoriel
gradu´e Amuni d’un produit commutatif .de degr´e aZ(|.|=a), d’un crochet [ ,] de degr´e bZ
(|[,]|=b) et d’une diff´erentielle dde degr´e 1 tel que A[a],., dest une alg`ebre commutative
associative diff´erentielle gradu´ee et A[b],[,], dest une alg`ebre de Lie diff´erentielle gradu´ee. Le
produit et le crochet v´erifient une relation de compatibilit´e entre eux dite identit´e de Leibniz donn´ee
par:
α, β, γ ∈ A,[α, β.γ] = [α, β].γ+ (1)(|β|+a)(|α|+b)β.[α, γ].
Ce travail a ´et´e effectu´e dans le cadre de l’accord CMCU 06 S 1502. W. Aloulou remercie l’Universit´e de Bourgogne
pour l’accueil dont il a en´efici´e au cours de ses s´ejours.
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Dans le cas o`u a= 0 et b=1, on retrouve les alg`ebres de Gerstenhaber et dans le cas o`u
a=b= 0, on retrouve les alg`ebres de Poisson gradu´ees.
Dans cet article, on reviendra dans la deuxi`eme section `a la construction des alg`ebres de Ger-
stenhaber `a homotopie pr`es. Dans la troisi`eme section, on donnera la construction de la structure
des alg`ebres de Poisson `a homotopie pr`es. Dans la quatri`eme section, on en´eralisera la construc-
tion des alg`ebres de Gerstenhaber et de Poisson `a homotopie pr`es et on donnera la structure des
(a, b)-alg`ebres `a homotopie pr`es. Dans la cinqui`eme section, on donnera quelques exemples de (a, b)-
alg`ebres diff´erentielles gradu´ees en introduisant, en particulier, les super-crochets de Schouten et de
Poisson pour un super-espace Rp|q.
2. Les alg`
ebres de Gerstenhaber `
a homotopie pr`
es
2.1. efinitions.
Soit V=M
iZ
Viun espace vectoriel gradu´e. On note par V[k] l’espace Vmuni de la graduation
V[k]i=Vi+k.
Soit Wun autre espace gradu´e. Une application lin´eaire fde dege kde Vdans Wsera not´ee
f:VW[k].
Une alg`ebre de Gerstenhaber est un espace vectoriel gradu´e Gmuni d’une multiplication commu-
tative et associative gradu´ee .:G ⊗ G G de degr´e 0 et d’un crochet [ ,] : G ⊗ G G de degr´e
1 tel que (G,.) est une alg`ebre commutative associative gradu´ee et (G[1],[,]) est une alg`ebre de
Lie gradu´ee et que, pour tout αhomog`ene, l’application [α, . ] est une erivation gradu´ee pour la
multiplication .. En notant |α|le degr´e d’un ´el´ement homog`ene αde G, on a donc:
α.β= (1)|α||β|β.α,
α.(β.γ) = (α.β).γ,
[α, β] = (1)(|α|−1)(|β|−1)[β, α],
(1)(|α|−1)(|γ|−1)[α, β], γ+ (1)(|β|−1)(|α|−1)[β, γ], α+ (1)(|γ|−1)(|β|1)[γ, α], β= 0,
[α, β.γ] = [α, β].γ+ (1)|β|(|α|−1)β.[α, γ]
et donc aussi:
[α.β, γ] = α.[β, γ] + (1)|β|(|γ|−1)[α, γ].β.
Si de plus, on a une diff´erentielle d:G → G[1] (ou d:G[1] → G[2]) de degr´e 1 telle que dd= 0,
d(α.β) = .β+ (1)|α|α.et d([α, β]) = [dα, β] + (1)|α|−1[α, dβ], on dit que G,.,[,], dest
une alg`ebre de Gerstenhaber diff´erentielle gradu´ee. (Voir [G])
Le dege sur G[1] sera not´e dg, efini par: dg(α) = |α| − 1. Alors, le degr´e du crochet devient 0
et celui du produit vaut 1 (dg([ ,]) = 0, dg(.) = 1).
Le produit .´etait commutatif et associatif pour | | mais il ne l’est plus pour dg.
Pour chaque k, l’espace Vk(G[1]) est lin´eairement isomorphe `a l’espace Sk(G)[k]. Cet isomor-
phisme n’est pas canonique. Nous choisissons ici l’isomorphisme d´efini dans [AAC1]:
α1 · · · αk7−(1)Pk
i=1(ki)dg(αi)α1...αk.
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On transforme donc le produit .en l’application µsur G[1] d´efini par: µ(α, β) = (1)dg(α)α.β. Le
produit µest anticommutatif et antiassociatif de degr´e 1:
µ(α, β) = (1)dg(α)dg(β)µ(β, α)
µ(µ(α, β), γ) = (1)dg(α)µ(α, µ(β, γ))
et
d(µ(α, β)) = µ(dα, β) + (1)dg(α)+1µ(α, dβ).
Le crochet [ ,] est antisym´etrique de degr´e 0 dans G[1] erifiant Jacobi et Leibniz:
[α, β] = (1)dg(α)dg(β)[β, α],
(1)dg(α)dg(γ)[α, β], γ+(1)dg(β)dg(α)[β, γ], α+ (1)dg(γ)dg(β)[γ, α], β= 0,
[α, µ(β, γ)] = (1)dg(α)µ([α, β], γ) + (1)dg(α)(dg(β)+1)µ(β, [α, γ])
ou encore
[µ(α, β), γ)] = µ(α, [β, γ]) + (1)dg(β)dg(γ)µ([α, γ], β).
De plus, on a
d([α, β]) = [dα, β] + (1)dg(α)[α, dβ].
2.2. Produit battement.
Soit Vun espace vectoriel gradu´e. Notons ici le degr´e d’un vecteur homog`ene αide Vpar la
mˆeme lettre αiet εα(σ1) = εα1,...,αp+q
ασ1(1) ,...,ασ1(p+q)la signature de la permutation σ1en tenant
compte des degr´es, c’est `a dire, la signature de la restriction de σ1aux indices des vecteurs de
degr´e impair.
Rappelons qu’un (p, q)-battement (p, q 1) est une permutation σSp+qtelle que:
σ(1) <···< σ(p) et σ(p+ 1) <···< σ(p+q).
On appelle Bat(p, q) = {σSp+qest un (p, q)-battement}l’ensemble de tous les (p, q)-
battements. Pour deux tenseurs α=α1 · · · αpet β=αp+1 · · · αp+q, on efinit le produit
battement de αet βpar:
batp,q(α, β) = X
σBat(p,q)
εα(σ1)ασ1(1) · · · ασ1(p+q)
=X
σBat(p,q)
εα1,...,αp+q
ασ1(1),...,ασ1(p+q)ασ1(1) · · · ασ1(p+q).
Ceci repr´esente la somme sign´ee de tous les tenseurs αi1 · · · αindans lesquels les vecteurs
α1,...,αpet αp+1,...,αp+qapparaissent rang´es dans leur ordre naturel. (Voir [GH] et [Lo])
On note On(G[1]) l’espace quotient Nn(G[1])X
p+q=n
p,q1
Im(batp,q)de NnG[1] par la somme de
toutes les images des applications lin´eaires batp,q telles que p+q=n.
On pose
H=O+(G[1]) = M
n1On(G[1]).
L’espace Hest engendr´e par les ‘paquets’ Xqui sont les classes des tenseurs α1 · · · αndans
le quotient. On notera ces classes par X=α[1,n]=α1...αn.
Leur degr´e est:
x=dg(X) = dg(α1) + ···+dg(αn).
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Proposition 2.1.
Le produit battement est associatif et commutatif gradu´e de degr´e 0: Pour tout αNpG[1],
βNqG[1],γNrG[1],
(i)batp,q(α, β) = (1)dg(α)dg(β)batq,p(β, α),
(ii)batp+q,r(batp,q(α, β), γ) = batp,q+r(α, batq,r (β, γ)).
2.3. Complexe de Gerstenhaber.
La th´eorie des op´erades dit que le dual d’une structure d’alg`ebre commutative est une structure
de cog`ebre de Lie. On consid`ere, alors, la cog`ebre de Lie H=O+(G[1]), δ) o`u δest le cocrochet
sur O+(G[1]) d´efini pour X=α1...αn∈ H par
δ(X) =
n1
X
j=1
α1...αjOαj+1...αnεα1...αjαj+1 ...αn
αj+1...αnα1...αjαj+1...αnOα1...αj
=X
UV=X
U,V 6=
UOV(1)vuVOU.
Le cocrochet δest coantisym´etrique de degr´e 0 et erifie l’identit´e de coJacobi:
(i) τδ=δ,
(ii) (id3+τ12 τ23 +τ23 τ12)(δid)δ= 0,
o`u τest la volte d´efinie pour X, Y ∈ H par: τ(XNY) = (1)xyYNX,τ12 =τid et τ23 =idτ.
Grˆace `a notre d´ecalage, µet dsont de eme degr´e 1 dans G[1]. On peut maintenant les r´eunir
en une seule op´eration homog`ene sur H.
On prolonge le produit µet la diff´erentielle d`a H=N+G[1] comme des coerivations µ1et d1
du cocrochet δde degr´e 1 en posant:
d1(α1. . . αn) = X
1kn
(1)Pi<k dg(αi)α1...d(αk)...αn
et
µ1(α1...αn) = X
1k<n
(1)Pi<k dg(αi)α1...µ(αk, αk+1)...αn.
Alors,
(µ1id +id µ1)δ=δµ1, µ1µ1= 0,(d1id +id d1)δ=δd1et d1d1= 0.
Rappelons qu’une coerivation Dde la cog`ebre (H, δ) est enti`erement d´etermin´ee par une suite
d’application Dr:NrG[1] → G[2]. Plus pr´ecis´ement, on a:
D(α1...αn) = X
1rn
0jnr
(1)Pijdg(αi)α1...αjDr(αj+1...αj+r)αj+r+1...αn.
Si on pose D1=d,D2=µ,Dk= 0, pour k3, alors, D=d1+µ1est l’unique coerivation de
δde dege 1 qui prolonge det µ`a H. Elle v´erifie
DD= 0 et (Did +id D)δ=δD.
On obtient que H=N+(G[1]), δ, D =d1+µ1est une cog`ebre de Lie codiff´erentielle, c’est `a
dire, une alg`ebre commutative `a homotopie pr`es ou une C-alg`ebre.
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Etudions maintenant le crochet [ ,] d´efini sur G[1]. D’abord, on le prolonge `a Hcomme l’unique
crochet de degr´e 0 compatible avec le cocrochet δv´erifiant:
δ[,] = ([ ,]id)τ23 (δid) + id δ+ (id [,]) δid +τ12 (id δ).
Pour X=α1...αpet Y=αp+1...αp+q, ce prolongement est donn´e par:
[X, Y ] = X
σBat(p,q)
k,σ1(k)p<σ1(k+1)
εα(σ1)ασ1(1)...[ασ1(k), ασ1(k+1)]. . . ασ1(p+q).
Ce crochet est bien d´efini sur H. On a
Proposition 2.2.
L’espace H, muni du crochet [,]et de l’op´erateur Dest une alg`ebre de Lie diff´erentielle gradu´ee:
Pour tout X,Yet Zde H, on a:
(i) [X, Y ] = (1)xy[Y, X],
(ii) (1)xz [[X, Y ], Z] + (1)yx [[Y, Z], X] + (1)zy [[Z, X], Y ] = 0,
(iii) D([X, Y ]) = [D(X), Y ] + (1)x[X, D(Y)].
L’espace Hest maintenant muni d’une op´eration D`a un argument de degr´e 1 et d’un crochet
[,] `a deux arguments de degr´e 0.
La th´eorie des op´erades dit aussi que le dual d’une structure d’alg`ebre de Lie est une structure de
cog`ebre cocommutative coassociative. (H,[,], D) ´etant une alg`ebre de Lie diff´erentielle gradu´ee,
on consid`ere l’espace H[1] et le degr´e dg(X) = dg(X)1 := xet on construit la cog`ebre cocom-
mutative coassociative (S+(H[1]),∆), o`u S+(H[1]) = Ln1Sn(H[1]) et est le coproduit d´efini
par: X1. . . XnSn(H[1]),
∆(X1...Xn) = X
IJ={1,...,n}
#I,#J>0
εx
1...x
n
x
Ix
JXIOXJ.
On a not´e par XIle produit Xi1...Xirsi I={i1<···< ir}et par XJle produit Xj1...Xjnr
si J={j1<···< jnr}.
Le coproduit ∆ est cocommutatif et coassociatif:
τ = et (∆ id)∆ = (id ∆) ,
o`u τest la volte dans S+(H[1]).
Le crochet [ ,] ´etait antisym´etrique sur Hde degr´e 0, il devient sur H[1] un crochet 2(X, Y ) =
(1)x[X, Y ] sym´etrique, de dege 1 et v´erifie l’identit´e de Jacobi gradu´ee. De plus, Dest une
diff´erentielle gradu´ee de 2qui est aussi de degr´e 1. On a donc:
(i) 2(X, Y ) = (1)xy2(Y, X),
(ii) (1)xz2(2(X, Y ), Z) + (1)yx2(2(Y, Z), X) + (1)zy2(2(Z, X), Y ) = 0,
(iii) D(2(X, Y )) = 2(D(X), Y ) + (1)x+12(X, D(Y)).
On peut maintenant r´eunir 2et Den une seule op´eration Qsur S+(H[1]).
On prolonge 2`a S+(H[1]) comme une cod´erivation de ∆ de dege 1:
(X1...Xn) = X
i<j
εx
1...x
n
x
ix
jx
1... b
ij...x
n2(Xi, Xj).X1...b
ij . . . Xn.
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