Identities and bases in plactic, hypoplactic, sylvester, and related monoids

Abstract

The ubiquitous plactic monoid, also known as the monoid of Young tableaux, has deep connections to several areas of mathematics, in particular, to the theory of symmetric functions. An active research topic is the identities satisfied by the plactic monoids of finite rank. It is known that there is no “global" identity satisfied by the plactic monoid of every rank. In contrast, monoids related to the plactic monoid, such as the hypoplactic monoid (the monoid of quasi-ribbon tableaux), sylvester monoid (the monoid of binary search trees) and Baxter monoid (the monoid of pairs of twin binary search trees), satisfy global identities, and the shortest identities have been characterized. In this thesis, we present new results on the identities satisfied by the hypoplactic, sylvester, #-sylvester and Baxter monoids. We show how to embed these monoids, of any rank strictly greater than 2, into a direct product of copies of the corresponding monoid of rank 2. This confirms that all monoids of the same family, of rank greater than or equal to 2, satisfy exactly the same identities. We then give a complete characterization of those identities, thus showing that the identity checking problems of these monoids are in the complexity class P, and prove that the varieties generated by these monoids have finite axiomatic rank, by giving a finite basis for them. We also give a subdirect representation ofmultihomogeneous monoids by finite subdirectly irreducible Rees factor monoids, thus showing that they are residually finite.

O ubíquo monóide plático, também conhecido como o monóide dos diagramas de Young, tem ligações profundas a várias áreas de Matemática, em particular à teoria das funções simétricas. Um tópico de pesquisa ativo é o das identidades satisfeitas pelos monóides pláticos de característica finita. Sabe-se que não existe nenhuma identidade “global” satisfeita pelos monóides pláticos de cada característica. Em contraste, sabe-se que monóides ligados ao monóide plático, como o monóide hipoplático (o monóide dos diagramas quasifita), o monóide silvestre (o monóide de árvores de busca binárias) e o monóide de Baxter (o monóide de pares de árvores de busca binária gémeas), satisfazem identidades globais, e as identidades mais curtas já foram caracterizadas. Nesta tese, apresentamos novos resultados acerca das identidades satisfeitas pelos monóides hipopláticos, silvestres, silvestres-# e de Baxter. Mostramos como mergulhar estes monóides, de característica estritamente maior que 2, num produto direto de cópias do monóide correspondente de característica 2. Confirmamos assim que todos os monóides da mesma família, de característica maior ou igual a 2, satisfazem exatamente as mesmas identidades. A seguir, damos uma caracterização completa dessas identidades, mostrando assim que os problemas de verificação de identidades destes monóides estão na classe de complexidade P, e provamos que as variedades geradas por estes monóides têm característica axiomática finita, ao apresentar uma base finita para elas. Também damos uma representação subdireta de monóides multihomogéneos por monóides fatores de Rees finitos e subdiretamente irredutíveis, mostrando assim que são residualmente finitos.