近世代数理论基础16:群在集合上的应用

作者&投稿:习竹 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
~ 用简单具体的置换群研究一般的抽象的有限群

设 是一个群,X是一个集合, 表示集合X上的变换群,即X上全体一一映射按照映射的合成构成的群

若存在同态 ,即 ,有 ,则 ,有

若用 表示 ,则

由 是同态,把单位元映为单位元,令e为群G中的单位元,则 即为变换群 中的单位元,即X上的恒等映射,故 ,有

上述映射是 到X上的一个映射, , 满足上面的公式,用 表示 的像,可认为g(x)是群G中的元g对集合X中的元x作用的结果

定义:设G是群,X是一个集合,若存在一个映射 ,将 在 下的像记作 ,满足条件:

1.设e为G的单位元, ,有

2. ,有

则称群G作用在集合X上

设群G在作用集合X上,则可诱导出集合X上的一个关系 ,易证R为集合X上的等价关系,在该等价关系下,元 所在的等价类称为轨道,记作

由等价关系的基本结果,集合X被划分为若干个互不相交的轨道的并,若该等价关系只有一个轨道,则称群G在集合X上的作用是传递的

例:

1.设 , ,易知 ,令 为所有左陪集的集合

即 , ,定义 ,设e为G中的单位元, ,有 , ,由群的结合律,

故群G作用在X上,用1表示(1)H,2表示(12)H,该映射如下

上表表明,G在集合X上的上述作用诱导出群G到群 上的一个同态

2.设群 ,集合 , ,定义

令e为群G的单位元,则 ,有

故群G作用在集合X上,这样定义的作用对任意的G及集合X=G都成立,称为共轭作用,X中的轨道称为共轭类,该映射如下

三个轨道: , ,

3.设 ,易证 ,令 , ,

易知群G作用在集合X上

两个轨道: ,

设群G作用在集合X上,设 ,若 ,则称x是g的不动点, ,定义集合

,有 ,故 ,即 ,故 是G的子群,称为元x的稳定子群

定理:设群G作用在集合X上,则 ,有

证明:

,



为x所在的轨道,并假设 为有限集

,由子群的陪集分解

G可分解为若干互不相交的陪集的并

若陪集的代表元选择为 ,则

,有

例:求正四面体 的旋转群G

注:旋转置换,即以一个顶点到对面的垂线为旋转轴,旋转之后和原来的正四面体重合,从而是对四个顶点做置换,故G为 的子群

解:

定理:设G是有限群,X是有限集,群G作用在集合X上,令N表示轨道的个数,则 ,其中

证明:

若将群G在集合X上的作用看作G到变换群 中的同态f,则核为

令 ,由同态基本定理,

例:设G是群, ,令 为所有左陪集的集合, ,定义 ,将群G在X上的作用看作群同态f,则核为


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