抽象代數筆記 群 子群 商群

2021-09-01 03:01:25 字數 3114 閱讀 5955

【參考資料】

近世代數基礎

丘維聲 抽象代數

代數系統

所謂代數系統理解為乙個集合以及定義在集合之上的乙個二元元算

同態對映

乙個a

aa到a

ˉ\bar

aˉ的對映ϕ

\phi

ϕ,其中o

oo和o

ˉ\bar

oˉ分別是定義在其上的運算,若存在:

只要a →a

ˉ,b→

bˉa \to \bar, \quad b \to \bar

a→aˉ,b

→bˉ就有aob

→aˉo

ˉbˉa o b \to \bar \bar \bar

aob→aˉ

oˉbˉ

同構對映

乙個a

aa到a

ˉ\bar

aˉ的一一對映 (與同態不同)ϕ

\phi

ϕ,其中o

oo和o

ˉ\bar

oˉ分別是定義在其上的運算,若存在:

只要a →a

ˉ,b→

bˉa \to \bar, \quad b \to \bar

a→aˉ,b

→bˉ 就有aob

→aˉo

ˉbˉa o b \to \bar \bar \bar

aob→aˉ

oˉbˉ

如果這個對映是a到a自身的,則稱為 ++自同構++

群群定義為乙個非空集合g,在g上定義乙個乘法元算,記為 =e

a⋅a−1=

e子群如果存在乙個非空集合h屬於集合g,並且h對g上的運算仍然滿足群的要求,那麼我們稱h是g的乙個子群。

定理:乙個群g的非空子集h作為g的乙個子群的充要條件是: a,b

∈h→a

b−1∈

ha, b \in h \to ab^ \in h

a,b∈h→

ab−1

∈h笛卡兒積

a ×b

=a \times b = \left\

a×b=

例如:a=, b=,a與b的笛卡爾積為

關係例如a>b,大於號本身就是乙個關係,在數學上我們定義乙個集合內存在乙個關係,表示為這個集合與自己的笛卡爾積下的乙個子集。

r ⊆s

×sr \subseteq s \times s

r⊆s×s

等價關係

同時可以定義乙個等價關係,當這個關係滿足如下幾個條件:

反身性:即自己與自己有關係,例如1=1

對稱性:a=b等價於b=a,例如1=2等價於2=1

傳遞性:a=b、b=c可以得到a=c

當我們存在乙個等價關係後,那麼這個集合內與元素x等價的元素集為這個元素x的等價類。

舉例:同餘關係,如關於整數5同餘,那麼餘數只能是1,2,3,4。

如果我們在自然數集合n上定義乙個同餘關係,那麼所有的自然數被分為4類,分別對應餘數為1,2,3,4。當然前提是我們能證明同餘關係是乙個等價關係。每乙個等價關係對應乙個分類 商集

商集是集合和其上等價類所匯出的集合,注意:上述關係、等價關係、商集還不屬於抽象代數的範疇,屬於集合論的基礎。

其實可以這樣理解,所謂的除法就是把乙個數字分成大小相等的幾等份,和切西瓜是一樣的。那麼集合如何除等價於如何判定子集合的「相等性」,而這個相等性就是等價關係

定義:集合b為集合a關於等價關係 ∼

\sim

∼的商集合,記為:b=a

/∼b=a/\sim

b=a/∼

舉例:根據上面這個例子,自然數下關於mod5同餘的等價類形成了商集合:

b = ,,,,}

陪集陪集是有子群派生出來的,左、右陪集數學上定義如下:

g h=

gh = \left\

gh=hg=

hg = \left\

hg=其中g是g中的乙個元素(我們這裡稱為特徵元),h是g的子群。

備註:需要注意的是乙個陪集實際上定義了乙個等價關係,也就是說a等價於b這個命題等同於a和b屬於某個子群

右陪集的等價關係: a∼b

==>ab

−1∈h

a \sim b ==> ab^ \in h

a∼b=

=>ab

−1∈h

左陪集的等價關係: a∼′

備註: 這裡的s

3s^3

s3表示為3階置換群,其中(123)的表示方法是 1 --> 2 --> 3 --> 1,(1,2)表示1–>2–>1。h(1)表示用元素1乘上子群h,即產生(1)(1)和(12)(1)。

上面例子中子群h把g分成三個右陪集,它們是g的乙個分類;也分成三個左陪集,同樣也是g的乙個分類。

朗格朗日定理

定義:對於有限群g,h是它的子群,那麼h的階整除g的階

根據陪集是乙個等價類的推斷,得到:

g =∪

i=1k

aihg=\cup_^ka_ih

g=∪i=1

k​ai

​h有限群g被分解為若干元素關於h的陪集的並。且它們彼此之間無交集。

正規子群

對於任何元素g∈g

g \in g

g∈g 總是存在相同的左右陪集gh = hg。則稱h是g的正規子群。

舉例:明顯可知若g是交換群,那麼所有的子群h都是正規子群

商群由於陪集本身是乙個等價類,所以陪集相當於也構建了乙個商集(++注意此處是商集不是商群++),如果我們希望構造出來的商集也是乙個群的話,那麼就需要構築陪集的子群h同時是乙個正規子群。

數學上定義:對於群g和它的乙個正規子群n,構築g在n上的商群,記為g/n

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