Научно-практический журнал «Исследования в области естественных наук» » normed word

К вопросу о существовании нетривиальных решений уравнения вида xa=yb ранга 2 в свободной алгебре Ли L[a,b] для слов длины

Сизова Ольга Алексеевна — Tue, 19 Nov 2013 20:14:36 +0000

Уравнения над числовыми структурами были обобщены до уравнений над свободными полугруппами и группами. В 1962 году Мальцев А.И. в своей статье [1] рассматривал уравнения вида  в свободной группе. В 1977 году Маканин Г.С. в своей статье «Проблема разрешимости уравнений в свободной полугруппе»[2] впервые сумел построить алгоритм, распознающий разрешимость произвольных уравнений в свободной полугруппе. Позднее, в 1982 году Маканин Г.С. в соавторстве с Разборовым А.А. выпустил статью «Уравнения в свободной группе»[3], в которой он рассматривал решения уравнения уже над свободной группой.
В 1984 году Разборов А.А. и Маканин Г.С. в своей совместной статье «Системы уравнений в свободной группе»[4] дали описание общего решения данного показателя периодичности для произвольной системы уравнений в свободной группе. На основании полученного результата они построили алгоритм, вычисляющий ранг бескоэффициентных систем уравнений.
По аналогии с вышеприведенными работами, в 1992 году в работе [5] уравнения в свободной алгебре Ли рассмотрел Шантаренко В.Г. В его работе изучаются вопросы, связанные с разрешимостью уравнений в свободной алгебре Ли и проблемой аппроксимируемости алгебр Ли свободными алгебрами Ли. В частности, вычислены ранги некоторых бескоэффициентных уравнений в свободной алгебре Ли, построена бесконечная счетная серия решений для уравнений ранга 2. В.Н. Ремесленников и R.Stohr в 2007 году в статье [6] получили еще 2 бесконечные серии решений этого уравнения.
Техника вычислений, использованная в данной работе близка технике работы [7] .
Для дальнейшего изложения введем предварительные понятия, следуя работе Ширшова А.И. [8].
Пусть   R =  — некоторое множество символов, где  пробегает какое-то непустое множество индексов. Из элементов множества R могут быть образованы неассоциативные слова всевозможной длины. [8, 471]
Определение. Будем говорить, что два неассоциативных слова и, v имеют одинаковый состав относительно R, если каждый элемент  входит в слова и и v одинаковое число раз.
В частности, для слов, имеющих одинаковый состав относительно R, если каждый элемент  входит в эти слова ровно по одному разу, то будем говорить, что они линейны по каждому входящему в них символу.
Определение. Длиной слова называется количество символов, входящих в данное слово.
Ясно, что слова, имеющие одинаковый состав относительно R, имеют одну и ту же длину.
Пусть U— свободная лиева алгебра над некоторым полем Р с тем же множеством R в качестве множества свободных образующих. Элементами алгебры U являются линейные комбинации неассоциативных слов, образованных из элементов множества R, с коэффициентами из поля Р. Равными элементами считаются при этом элементы, переводящиеся один в другой при помощи конечного числа преобразований, выполняемых или на основании законов дистрибутивности, или на основании тождественных соотношений
x² = 0, (1)

(ху) z + (yz) х + (zx) у = 0, (2)
или же являющихся тождественными преобразованиями в аддитивной группе.
Пусть L=L[a,b]- свободная алгебра Ли от двух образующих a и b, то есть R = .
Определение. Уравнение вида

xa=yb , где L[a,b] (3)

с двумя образующими a и b называется уравнением ранга 2 над свободной алгеброй Ли.
Определение. Решением уравнения (3) называется упорядоченный набор из двух элементов для которых .
Если решение является линейной комбинацией слов одинаковой длины, будем говорить, что оно однородно. В работе рассматриваются только однородные решения данного уравнения.
Далее, под выражением «уравнение для слов длины п» подразумеваем уравнение для которого рассматриваются только однородные решения длины п-1.
Определение. Пусть - некоторое решение уравнения (3) , назовем это решение тривиальным, если , в противном случае решение называется нетривиальным.
Так как уравнение (3) всегда имеет тривиальные решения, поэтому имеет смысл рассматривать лишь вопрос о существовании нетривиальных решений данного уравнения.
Определение. Неассоциативное слово, в котором скобки расставлены справа налево называется словом с правонормированной расстановкой скобок.
В дальнейшем условимся называть неассоциативные слова с правонормированной расстановкой скобок правонормированными.
Если же на слове скобки или часть скобок опущена, то будем считать, что недостающие скобки расставлены правонормированно.
Так как любое неассоциативное слово может быть представлено в виде линейной комбинации правонормированных слов, то правонормированные слова содержат базу линейного пространства L.
Цель данной работы заключается в рассмотрении вопроса о существовании нетривиальных решений уравнения (3) для слов длины и указать алгоритм нахождения этих решений.
В этой статье показано, что уравнение (3) для слов длины 2,4,6 имеет нетривиальные решения, а для слов длины 3,5 нетривиальных решений нет. Также выдвинута гипотеза о том, что для слов нечетной длины нетривиальных решений нет.
Перейдем непосредственно к рассмотрению решений уравнения вида xa=yb ранга 2 в свободной алгебре Ли L[a,b] для слов длин 2,3,4,5,6.
Рассмотрим решение уравнения для слов длины 2.
Возмем правонормированное слово длины 2 от двух образующих a и b. Здесь возможны два случая для решения нашего уравнения – это ba= – ab, то есть =b, =-a и aa=bb , т.е. = a , =b.
Пусть теперь L[a,b,с] – свободная алгебра Ли от трех порождающих. Будем рассматривать линейные комбинации правонормированных слов длины 3, линейных по каждому входящему в них символу. Итак,
(ab)c=(ac)b+a(bc)=(ac)b-(bc)a=(ac)b+(cb)a , следовательно abc=acb+cba
Найдем все нетривиальные решения уравнения (3) для слов длины 3. Для этого будем всевозможными способами придавать порождающим a, b, c только два значения а или b. Для случая слов длины 3 будет 2³=8 комбинаций присвоения значений а или b. Получающиеся при этом случаи удобно представить в таблице (см. таблицу 1).
Таблица 1

По результатам таблицы можно сделать вывод, что уравнение (3) для слов длины 3 нетривиальных решений не имеет.
Пусть L[a,b,с,d] – свободная алгебра Ли от 4-х порождающих. Так же как и в случае для слов длины 3 будем рассматривать линейные комбинации правонормированных слов длины 4, линейных по каждому входящему в них символу.Получаем следующее:
(((ab)c)d)=((ad)b)c+(a(bd))c+(ab)(cd)=((ad)b)c-(bd)a)c+(a(cd))b+a(b(cd))=((ad)b)c-((bd)a)c-((cd)a)b+((cd)b)a или

abcd=adbc-bdac-cdab+cdba

Теперь найдем все нетривиальные решения уравнения (3) для слов длины 4. Так же как и в случае слов длины 3 будем всевозможными способами придавать порождающим a, b, c, d только два значения а или b. Для случая слов длины 4 будет 2⁴=16 комбинаций присвоения значений а или b.
Результаты покажем в таблице (см. таблицу 2).
Таблица 2

Выпишем полученные нетривиальные решения из таблицы.
1. (abb)a=(aba)b    = abb,  = aba – 1-е решение.
2. (baa)b=(bab)a или (bab)a=(baa)b   = bab,  = baa – 2-е решение. (или используя тождественные соотношения (1), (2)  = abb,  = aba)
3. (bab)a=(baa)b  = bab,  = baa – 3-е решение (или используя тождественные соотношения (1), (2)  = abb, = aba)
4. (aba)b=(abb)a или (abb)a=(aba)b  = abb,  = aba.
На основании полученных вычислений можно сделать вывод, что для случая слов длины 4, уравнение (3)  имеет решение = abb,  = aba.
Пусть L[a,b,с,d,e] – свободная алгебра Ли от 5-ти порождающих. Будем действовать так же, как и в предыдущих случаях.
(((ab)c)d)e=(((ae)b)c)d+((a(be))c)d+((ab)(ce))d+((ab)c)(de)=(((ae)b)c)d-(((be)a)c)d+
+((a(ce))b)d+(a(b(ce)))d+((a(de))b)c+(a(b(de)))c+(ab)(c(de))=(((ae)b)c)d-(((be)a)c)d-
-(((ce)a)b)d+(((ce)b)a)d-(((de)a)b)c+(((de)b)a)c+(a(c(de)))b+a(b(c(de)))=(((ae)b)c)d-
-(((be)a)c)d-(((ce)a)b)d+(((ce)b)a)d-(((de)a)b)c+(((de)b)a)c+(((de)c)a)b-(((de)c)b)a
Получаем следующее равенство
abcde=aebcd-beacd-ceabd+cebad-deabc+debac+decab-decba
Найдем нетривиальные решения уравнения (3) для слов длины 5, придавая порождающим a, b, c, d, e только два значения а или b. Для случая слов длины 5 будет 2⁵=32 комбинаций присвоения всевозможными способами значений аили b.
Сведем все результаты вычислений в таблицу (см. таблицу 3).

Таблица 3

Выпишем из таблицы получившиеся равенства:
1) (baba)a=(baab)a; (abba)a=(abab)a.
2) (abab)b=(abba)b, (baab)b=(abba)b.
Данные равенства являются следствиями равенств, получившихся при рассмотрении уравнений для слов длины 4.
На основании этих данных можно сделать вывод, что  для слов длины 5, уравнение (3)  нетривиальных решений не имеет.
Пусть L[a,b,с,d,e,f] – свободная алгебра Ли от 6-ти порождающих. Рассмотрим линейные комбинации правонормированных слов длины 6, линейных по каждому входящему в них символу.
((((ab)c)d)e)f=((((af)b)c)d)e+(((a(bf))c)d)e+(((ab)(cf))d)e+(((ab)c)(df))e+(((ab)c)d)(ef)
=((((af)b)c)d)e-((((bf)a)c)d)e+(((a(cf))b)d)e+((a(b(cf)))d)e+(((a(df))b)c)e+((a(b(df)))c)e
+((ab)(c(df)))e+((a(ef)b)c)d+((a(b(ef)))c)d+((ab)(c(ef)))d+((ab)c)(d(ef))=((((af)b)c)d)e-
-((((bf)a)c)d)e-((((cf)a)b)d)e+((((cf)b)a)d)e-((((df)a)b)c)e+((((df)b)a)c)e+((a(c(df)))b)e
+(a(b(c(df))))e-((((ef)a)b)c)d+((((ef)b)a)c)d+((a(c(ef)))b)d+(a(b(c(ef))))d
+((a(d(ef)))b)c+(a(b(d(ef))))c+((ab)(c(d(ef))))=((((af)b)c)d)e-((((bf)a)c)d)e
-((((cf)a)b)d)e+((((cf)b)a)d)e-((((df)a)b)c)e+((((df)b)a)c)e+((((df)c)a)b)e-
((((df)c)b)a)e-((((ef)a)b)c)d+((((ef)b)a)c)d+((((ef)c)a)b)d-((((ef)c)b)a)d+((((ef)d)a)b)c-((((ef)d)b)a)c-((((ef)d)c)a)b+((((ef)d)c)b)a
В итоге приходим к следующему равенству
abcdef = afbcde-bfacde-cfabde+cfbade-dfabce+dfbace+dfcabe-dfcbae –efabcd+ efbacd+efcabd-efcbad+efdabc-efdbac-efdcab+efdcba
Найдем хотя бы одно нетривиальное решение уравнения (3) для слов длины 6. Так же как и в случае слов длины 5 будем придавать a, b, c, d, e, f  только два значения а или b. Пусть а:=а (а присвоено значение а), b:=b, c:=a, d:=a, e:=a, f:=b, тогда
abaaab = abbaaa-ababaa+abbaaa-ababaa+abbaaa+abaaba-ababaa-ababaa+
+abbaaa+abaaba-ababaa+abaaba-ababaa-abaaab+abaaba
Приведем подобные слова. В итоге получим:
2abbaaa-3ababaa+2abaaba=abaaab или (2abbaa-3ababa+2abaab)a=(abaaa)b
В предыдущем примере для слов длины 5 мы выявили равенства слов
ababb=abbab, baabb=abbab, babaa=baaba, abbaa=ababa.
Сделав замену, получаем (2abaab-abbaa)a=(abaaa)b
Таким образом, получено нетривиальное решение уравнения (3) для слов длины 6:   =2abaab-abbaa; =abaaa
Так как уравнение вида xa=yb ранга 2 в свободной алгебре Ли L[a,b] для слов длин 3,5 нетривиальных решений не имеет, то естественно выдвинуть гипотезу о том, что оно не будет иметь нетривиальных решений для слов нечетной длины.

Уравнения xa=yb в свободной алгебре Ли

Сизова Ольга Алексеевна — Wed, 19 Mar 2014 09:37:31 +0000

В статье [1] было рассмотрено уравнение вида ха=ув ранга 2 в свободной алгебре Ли L[a,b] (в дальнейшем уравнение (1)), для которого осуществлялся поиск нетривиальных решений для слов длины 6. Было показано, что уравнение (1) для слов длин 2, 4, 6 имеет нетривиальные решения, а для слов длин 3, 5 имеет только тривиальные решения. На основании этого была выдвинута гипотеза о том, что для слов нечетной длины уравнение (1) нетривиальных решений не имеет.
Цель работы заключается в рассмотрении вопроса о существовании нетривиальных решений уравнения (1) для слов длины большей шести.
В этой статье показано, что уравнение (1) для слов длины 7 имеет только тривиальные решения, а для слов длин 8, 9 имеет нетривиальные решения, тем самым опровергнута упомянутая выше гипотеза, выдвинутая в статье [1]. Также были рассмотрены соотношения размерностей однородного пространства слов фиксированной длины алгебры Ли L[a,b] и его двух подпространств, для чего была использована формула Витта. На основании этих соотношений выяснена причина наличия или отсутствия нетривиальных решений уравнения вида ха=уb ранга 2 в свободной алгебре Ли L[a,b]для слов длин 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
Перейдем непосредственно к рассмотрению решений уравнения вида xa=yb ранга 2 в свободной алгебре Ли L[a,b] для слов длин 7, 8, 9.
Пусть далее L[X] – свободная алгебра Ли, где Х - счетно-бесконечное множество порождающих (символов).
Рассмотрим возможные решения уравнения (1) для слов длины 7.
Будем рассматривать линейные комбинации правонормированных слов длины 7, линейных по каждому входящему в них символу. После соответствующих преобразований, аналогичных преобразованиям статьи [1] получаем:
abcdefg=agbcdef-bgacdef-cgabdef+cgbadef-dgabcef+dgbacef+dgcabef-dgcbae-egabcdf+egbacdf+egcabdf-egcbadf+egdabcf-egdbacf-egdcabf+egdcbaf-fgabcde+fgbacde+fgcabde-fgcbade+fgdabce-fgdbace-fgdcabe+fgdcbae+fgeabcd-fgebacd-fgecabd+fgecbad-fgedabc+fgedbac+fgedcab-fgedcba
Теперь найдем все нетривиальные решения уравнения (1) для слов длины 7.
Будем всевозможными способами придавать порождающим a, b, c, d, e, f, g только два значения а или b. Для случая слов длины 7 будет 2⁷=128 комбинаций присвоения значений а или b.
На основании просчета с помощью специально созданной программы для нахождения решений уравнения (1) было выявлено, что уравнение (1) для слов длины 7 не имеет нетривиальных решений.
Теперь перейдем к вопросу о существовании нетривиальных решений уравнения (1) для слов длины 8. Так же как и в предыдущем случае рассмотрим линейные комбинации правонормированных слов длины 8. После соответствующих преобразований получаем:
abcdefgh=ahbcdefg-bhacdefg-chabdefg+chbadefg-dhabcefg+dhbacefg+dhcabefg-dhcbaefg-ehabcdfg+ehbacdfg+ehcabdfg-ehcbadfg+ehdabcfg-ehdbacfg-ehdcabfg+ehdcbafg-fhabcdeg+fhbacdeg+fhcabdeg-fhcbadeg+fhdabceg-fhdbaceg-fhdcabeg+fhdcbaeg
+fheabcdg-fhebacdg-fhecabdg+fhecbadg-fhedabcg+fhedbacg+fhedcabg-fhedcbag
-ghabcdef+ghbacdef+ghcabdef-ghcbadef+ghdabcef-ghdbacef-ghdcabef+ghdcbaef
+gheabcdf-ghebacdf-ghecabdf+ghecbadf-ghedabcf+ghedbacf+ghedcabf-ghedcbaf
+ghfabcde-ghfbacde-ghfcabde+ghfcbade-ghfdabce+ghfdbace+ghfdcabe-ghfdcbae
-ghfeabcd+ghfebacd+ghfecabd-ghfecbad+ghfedabc-ghfedbac-ghfedcab+ghfedcba
Найдем хотя бы одно нетривиальное решение уравнения (3) для слов длины 8. Так же как и в случае слов длины 7 будем придавать a, b, c, d, e, f, g, h только два значения а или b. Для случая слов длины 8 будет 2⁸=256 комбинаций присвоения значений а или b. Пусть а:=b (а присвоено значение b), b:=a, c:=b, d:=a, e:=a, f:=b, g:=b, h:=a тогда
babaabba=baabaabb-aabbaabb-babaaabb+baabaabb-aabababb+aaabbabb+
+aabbaabb-aabababb-aabababb+aaabbabb+aabbaabb-aabababb+aaababbb-
-aaaabbbb-aaabbabb+aaababbb-bababaab+baabbaab+babbaaab-bababaab+
+baababab-baaabbab-baabbaab+baababab+baababab-baaabbab-baabbaab+
+baababab-baaababb+baaaabbb+baaabbab-baaababb-bababaab+baabbaab+
+babbaaab-bababaab+baababab-baaabbab-baabbaab+baababab+baababab-
-baaabbab-baabbaab+baababab-baaababb+baaaabbb+baaabbab-baaababb+
+babbabaa-bababbaa-babbbaaa+babbabaa-babababa+babaabba+bababbaa-
-babababa-babababa+babaabba+bababbaa-babababa+babaabab-babaaabb-
-babaabba+babaabab
Приведя подобные слова, в итоге получим:
babbbaaa-2babbabaa+3babababa-bababbaa=
=2babaabab-2babaaabb+2baabaabb+8baababab-4bababaab-2baaabbab+babbaaab-4baaababb+2baaaabbb-2baabbaab+babbaaab
В итоге получено одно из нетривиальных решений уравнения (1) ранга 2 для слов длины 8.
(babbbaa-2babbaba+3bababab-bababba)a=
=(2babaaba-2babaaab+2baabaab+8baababa-4bababaa-2baaabba+babbaaa-4baaabab+2baaaabb-2baabbaa+babbaaa)b
= babbbaa-2babbaba+3bababab-bababba
=2babaaba-2babaaab+2baabaab+8baababa-4bababaa-2baaabba+babbaaa-4baaabab+2baaaabb-2baabbaa+babbaaa
Аналогичным образом можно получить все нетривиальные решения для слов длины 8.
На основании полученного решения делаем вывод, что уравнение вида ха=ув ранга 2 над свободной алгеброй Ли L[a,b] для слов длины 8 имеет хотя бы одно нетривиальное решение.
Рассмотрим линейные комбинации правонормированных слов длины 9. После соответствующих элементарных преобразований получим:
abcdefghi=
=aibcdefgh-biacdefgh+ciabdefgh+cibadefgh-diabcefgh+dibacefgh+dicabefgh
-dicbaefgh-eibacdfgh+eibacdfgh+eicabdfgh-eicbadfgh+eidabcfgh-eidbacfgh
-eidcabfgh+eidcbafgh-fiabcdegh+fibacdegh+ficabdegh-ficbadegh+fidabcegh
-fidbacegh-fidcabegh+fidcbaegh+fieabcdgh-fiebacdgh-fiecabdgh+fiecbadgh
-fiedabcgh+fiedbacgh+fiedcabgh-fiedcbagh-giabcdefh-gibacdefh+gicabdefh
-gicbadefh+gidabcefh-gidbacefh-gidcabefh+gidcbaefh+gieabcdfh-giebacdfh-
-giecabdfh+giecbadfh-giedabcfh+giedbacfh+giedcabfh-giedcbafh+gifabcdeh
-gifbacdeh+gifcabdeh+gifcbadeh-gifdabceh+gifdbaceh+gifdcabeh-gifdcbaeh
-gifeabcdh+gifebacdh+gifecabdh-gifecbadh+gifedabch-gifedbach-gifedcabh
+gifedcbah-hiabcdefg-hibacdefg+hicabdefg-hicbadefg+hidabcefg-hidbacefg
-hidcabefg+hidcbaefg+hieabcdfg-hiebacdfg-hiecabdfg+hiecbadfg-hiedabcfg
+hiedbacfg+hiedcabfg-hiedcbafg+hifabcdeg-hifbacdeg-hifcabdeg+hifcbadeg-
-hifdabceg+hifdbaceg+hifdcabeg-hifdcbaeg-hifeabcdg+hifbacdeg+hifecabdg
-hifecbadg+hifedabcg-hifedbacg-hifedcabg+hifedcbag+higabcdef-higbacdef
-higcabdef+higcbadef-higdabcef+higdbacef+higdcabef-higdcbaef-higeabcdf
+higebacdf+higecabdf-higecbadf+higedabcf-higedbacf-higedcabf+higedcba
f-higfabcde+higfbacde+higfcabde-higfcbade+higfdabce-higfdbace-higfdcabe
+higfdcbae+higfeabcd-higfebacd-higfecabd+higfecbad-higfedabc+higfedbac+
+higfedcab-higfedcba
Придадим a, b, c, d, e, f, g, h, i только два значения а или b. Для случая слов длины 9 будет 2⁹=512 комбинаций присвоения значений а или b.
Пусть а:=b (а присвоено значение а), b:=a, c:=b, d:=a, e:=a, f:=b, g:=b, h:=a, i:=b тогда
babaabbab=
=bbabaabba-abbbaabba+bbbaaabba+bbabaabba-abbababba+ababbabba+
+abbbaabba-abbababba-ababbabba+ababbabba+abbbaabba-abbababba+
+abababbba-abaabbbba-ababbabba+abababbba-bbbabaaba+bbabbaaba+
+bbbbaaaba-bbbabaaba+bbabababa-bbabbbaba-bbabbaaba+bbabababa+
+bbabababa-bbaabbaba-bbabbaaba+bbabababa-bbaababba+bbaaabbba+
+bbaabbaba-bbaababba-bbbabaaba-bbabbaaba+bbbbaaaba-bbbabaaba+
+bbabababa-bbaabbaba-bbabbaaba+bbabababa+bbabababa-bbaabbaba-
-bbabbaaba+bbabababa-bbaababba+bbaaabbba+bbaabbaba-bbaababba+
+bbbbabaaa-bbbabbaaa+bbbbbaaaa+bbbbabaaa-bbbababaa+bbbaabbaa+
+bbbabbaaa-bbbababaa-bbbababaa+bbbaabbaa+bbbabbaaa-bbbababaa+
+bbbaababa-bbbaaabba-bbbaabbaa+bbbaababa-abbabaabb-ababbaabb+
+abbbaaabb-abbabaabb+ababababb-abaabbabb-ababbaabb+ababababb+
+ababababb-abaabbabb-ababbaabb+ababababb-abaababbb+abaaabbbb+
+abaabbabb-abaababbb+abbbabaab-abbabbaab-abbbbaaab+abbbabaab-
-abbababab+abbaabbab+abbabbaab-abbababab-abbababab+abbabbaab+
+abbabbaab-abbababab+abbaababb-abbaaabbb-abbaabbab+abbaababb+
+abbbabaab-abbabbaab-abbbbaaab+abbbabaab-abbababab+abbaabbab+
+abbabbaab-abbababab-abbababab+abbababab+abbabbaab-abbababab+
+abbaababb-abbaaabbb-abbaabbab+abbaababb-abbbbabaa+abbbabbaa+
+abbbbbaaa-abbbbabaa+abbbababa-abbbaabba-abbbabbaa+abbbababa+
+abbbababa-abbbaabba-abbbabbaa+abbbababa-abbbaabab+abbbaaabb+
+abbbaabba-abbbaabab
Снова приведем подобные слова. В итоге получим:
3abbababba-2abababbba+abaabbbba+2abbbbabaa-4abbbababa-abbbbbaaa+
+abbbabbaa=4abbaababb-2abbbaabab+2abbbaaabb-2abbaaabbb-7abbababab+
+3abbabbaab+4abbbabaab-2abbbbaaab+4ababababb-2abbabaabb-3ababbaabb-
-abaabbabb-2abaababbb+abaaabbbb+abbaabbab
Было получено одно из нетривиальных решений уравнения ранга 2 над свободной алгеброй Ли L[a,b] для слов длины 9.
(3abbababb-2abababbb+abaabbbb+2abbbbaba-4abbbabab-abbbbbaa+
+abbbabba)a=(4abbaabab-2abbbaaba+2abbbaaab-2abbaaabb-7abbababa+
+3abbabbaa+4abbbabaa-2abbbbaaa+4abababab-2abbabaab-3ababbaab-
-abaabbab-2abaababb+abaaabbb+abbaabba)b
=3abbababb-2abababbb+abaabbbb+2abbbbaba-4abbbabab-abbbbbaa+
+abbbabba
=4abbaabab-2abbbaaba+2abbbaaab-2abbaaabb-7abbababa+3abbabbaa+
+4abbbabaa-2abbbbaaa+4abababab-2abbabaab-3ababbaab-abaabbab-
-2abaababb+abaaabbb+abbaabba
Аналогичным образом можно получить все решения уравнения (1) для слов длины 9.
Получив хотя бы одно нетривиальное решение уравнения вида ха=уb ранга 2 в свободной алгебре Ли L[a,b] для слов длины 9 тем самым опровергаем выдвинутую в статье [1] гипотезу о том, что для слов нечетной длины уравнение вида ха=уb ранга 2 в свободной алгебре Ли L[a,b] нетривиальных решений не имеет.
Заметим, что все провонормированные слова в свободной алгебре Ли L[a,b] делятся на 2 типа: оканчивающиеся на символ а и оканчивающиеся на символ b. Эти слова образуют два линейных подпространства L_a и L_b соответственно. А так как любой элемент этой алгебры можно представить в виде линейной комбинации правонормированных слов, то и сама алгебра является суммой (необязательно прямой) этих двух подпространств, то есть L[a,b]= L_a + L_b.
Пусть dim_qL[a,b] – размерность свободной алгебры Ли L[a,b], рассматриваемого как пространство натянутое на слова длины q, dim_qL_a – размерность линейного подпространства слов длины qоканчивающихся на а, а dim_qL_b – размерность линейного подпространства слов длины q оканчивающихся на b. Тогда, если dim_qL[a,b]= dim_qL_a+ dim_qL_b, то эти два подпространства имеют нулевое пересечение, то есть пространство алгебры Ли L[a,b] становится прямой суммой подпространств и, следовательно, уравнение вида ха=уb ранга 2 над свободной алгеброй Ли L[a,b] не имеет нетривиальных решений. Если же dim_qL[a,b]< dim_qL_a+ dim_qL_b, то пересечение подпространств не будет нулевым и, следовательно, некоторая линейная комбинация слов длины q оканчивающихся на а будет равна некоторой линейной комбинации слов длины q оканчивающихся на b, что означает, что уравнение вида ха=уb ранга 2 над свободной алгеброй Ли L[a,b] будет иметь нетривиальные решения.
Рассмотрим случаи для слов длины, меньших либо равных девяти, начиная с двух. Для этого воспользуемся известной формулой Витта. А.И. Ширшовым в работе «О свободных кольцах Ли» [2] показано, что если – ранг модуля однородных многочленов степени q с п образующими, то числосовпадает с числом правильных слов длины q от п символов. Так как правильные слова образуют базу пространства алгебры Ли L[a,b], число правильных слов длины q от п символов и есть размерность этого пространства. Таким образом
,
где -число всех ассоциативных слов длины q от п символов, а - делители числа q.
Формула Витта имеет вид:
, где - функция Мебиуса.
Функция Мебиуса определяется следующим образом:

В нашем случае п=2 .
Случай 1. q=2

Следовательно, для слов длины 2 уравнение вида ха=уb ранга 2 над свободной алгеброй Ли L[a,b] имеет нетривиальные решения.
Случай 2. q=3

Следовательно, для слов длины 3 уравнение вида ха=уb ранга 2 над свободной алгеброй Ли L[a,b] не имеет нетривиальные решения.
Случай 3. q=4

Следовательно, для слов длины 4 уравнение вида ха=уb ранга 2 над свободной алгеброй Ли L[a,b] имеет нетривиальные решения.
Случай 4. q=5

Следовательно, для слов длины 5 уравнение вида ха=уb ранга 2 над свободной алгеброй Ли L[a,b] не имеет нетривиальные решения.
Случай 5. q=6

Следовательно, для слов длины 6 уравнение вида ха=уb ранга 2 над свободной алгеброй Ли L[a,b] имеет нетривиальные решения.
Случай 6. q=7

Следовательно, для слов длины 7 уравнение вида ха=уb ранга 2 над свободной алгеброй Ли L[a,b] не имеет нетривиальные решения.
Случай 7. q=8

Следовательно, для слов длины 8 уравнение вида ха=уb ранга 2 над свободной алгеброй Ли L[a,b] имеет нетривиальные решения.
Случай 8. q=9

Следовательно, для слов длины 8 уравнение вида ха=уb ранга 2 над свободной алгеброй Ли L[a,b] имеет нетривиальные решения.
Тем самым с помощью формулы Витта было подтверждено наличие или отсутствие нетривиальных решений уравнения вида ха=уb ранга 2 в свободной алгебре Ли L[a,b] для слов длин 2,3,4,5,6,7,8,9. Существование нетривиального решения рассматриваемого уравнения для слов длины 9, найденного в данной работе, это, как уже отмечалось выше, опровергает гипотезу о том, что для слов нечетной длины уравнение вида ха=уb ранга 2 в свободной алгебре Ли L[a,b] не имеет нетривиальных решений.