抽象代数基础 群论(1)

xiaoxiao2021-03-01  190

definition definition 群:一个群是一个集合G带有一个二元运算, 这个二元运算一般称为乘法 :G×GG ⋅ : G × G → G ,将 (a,b)abab ( a , b ) 记 作 a ⋅ b 或 者 a b ,称为积。 群的判定:①运算 满足结合律;②运算的群中存在单位元;③任意群元素在运算下存在逆元。

若满足交换律,称这种群为阿贝尔群。

definition definition 子群:设 G G 是群,则GG的子集 H H 若满足群的性质,称HH G G 的子群,记作HGH⩽G。 子群的判定:①封闭;②群 G G 的单位元eHe∈H;③若 aH,G a ∈ H , G ,则 a1H,G a − 1 ∈ H , G

显然 {e} { e } G G 是群GG的子群,称为平凡子群。 {e} { e } 称为群 G G 的零子群(只有一个元的群称为零群)。

举例:整数集ZZ是加法阿贝尔群, nZ n Z 是整数集的子群。

definition  definition  若群 G G 是有限集,则称其为有限群。群GG的基数称为 G G 的阶,记作|G||G|.若G不是有限集,记 |G|= | G | = ∞

Example  Example  研究集合 S S 的置换组成的集合Per(S)Per(S)的性质: 对任意 σ,τPer(S) σ , τ ∈ P e r ( S ) ,有 στPer(S) σ ∘ τ ∈ P e r ( S ) ,并且显然 Per(S) P e r ( S ) 上有结合律. 对任意 σPer(S) σ ∈ P e r ( S ) ,恒等映射 idS i d S 满足 idSσ=σidS=σPer(S) i d S ∘ σ = σ ∘ i d S = σ ∈ P e r ( S ) .所以 idS i d S Per(S) P e r ( S ) 上的单位元. 对任意 σPer(S) σ ∈ P e r ( S ) ,因为其为双射有其逆映射 σ1Per(S) σ − 1 ∈ P e r ( S ) . 所以 Per(S), ⟨ P e r ( S ) , ∘ ⟩ 是群。

Example  Example  有n个元素集合上的置换称为n次对称群,记作 Sn S n . 对任意 σSn σ ∈ S n ,有 σΔ=1i<jn(σ(j)σ(i))=±i=2n1i! σ Δ = ∏ 1 ⩽ i < j ⩽ n ( σ ( j ) − σ ( i ) ) = ± ∏ i = 2 n − 1 i ! 。若 σΔ σ Δ 为正,称该置换为偶置换,否则为奇置换。 所有的偶置换也组成一个群,称为交错群,记作 An A n . 两个群之间的映射如果是相容的,则称为同态。

definition  definition  f:GG f : G → G ′ ,且 a,bGf(ab)=f(a)f(b) ∀ a , b ∈ G , 有 f ( a b ) = f ( a ) f ( b ) ,则称 f f 是群同态。

同态将单位元映射成单位元,将逆元映射成逆元。 更一般的说同态将子群映射成子群,将nn次幂映射成 n n 次幂。

若群同态ff是满射,单射和双射,则分别称群同态 f f 是满同态,单同态,同构。

Example Example  f:ST f : S → T 为双射,则有对任意 σPer(S) σ ∈ P e r ( S ) ,给出一个映射 ϕσ=fσf1:TT ϕ σ = f ∘ σ ∘ f − 1 : T → T 。现在研究该映射性质。 ϕσϕτ=fσf1fτf1=fστf1=ϕστ ϕ σ ∘ ϕ τ = f ∘ σ ∘ f − 1 ∘ f ∘ τ ∘ f − 1 = f ∘ σ ∘ τ ∘ f − 1 = ϕ σ ∘ τ .同时若 τ=σ1 τ = σ − 1 ,则 ϕσϕτ=ϕτϕσ=idT ϕ σ ∘ ϕ τ = ϕ τ ∘ ϕ σ = i d T ,所以 ϕσPer(T) ϕ σ ∈ P e r ( T ) . 于是给出 Φf:Per(S)Per(T),σϕσ Φ f : P e r ( S ) → P e r ( T ) , σ ↦ ϕ σ ,是同态。易证其是同构。 (从中可以猜想若 f f 是双射,则由ff诱导的同态是同构?)

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