群的定义
- 代数运算: 任一个由 到 的映射(闭合)
- 代数系统 :非空集合上定义代数运算
- 半群(semigroup):满足结合律
- 的结果与括号的添加方式无关
- 半群 构成群 满足可除性条件: 在 中都有解
- 消去律成立的有限半群为群
- 幺半群(monoid):满足结合律,有单位元
- 群:非空集合 上定义一个代数运算满足
- 结合律:
- 单位元(幺元):
- Basic Properties of Groups
- uniqueness of identities
- uniqueness of inverse
- uniqueness of solution to
- cancellation laws:
- Visualization
- Describe a group in Cayley table
- Cayley graph: generates
- assigned a color
- edge is assigned
- 交换群(Abel 群)
- 满足交换律的半群, 可任意颠倒顺序
- 若 中任一元素阶为 1 或 2,则 为 Abel 群
- 有限群:,称为 阶群
循环群
- The smallest subgroup contains :
- abelian
- :元素 的阶, 满足 的最小正整数
- 若不存在,则 为无限阶元素
- 定理
- 循环群的子群仍是循环群
- 素数阶群为循环群
- 循环群的子群仍是循环群
| 循环群阶 | 子群 | 子群数量 | 生成元 | 生成元数量 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 | |||||
子群
- 子群:且 按 的乘法构成群,则 。 若 则
- 子群的验证定理: 以下命题等价
- 且 且
- 集合的运算
- 对于子群 ,
- 定理:群若干子群交仍是的子群
- 生成子群:
- :包含 的最小子群
- 有限生成群:
- 循环群: , 为生成元
陪集
- 陪集:右陪集 , 左陪集
- 若, 则
- 指标(指数):
- 陪集分拆:
- 若, 则
- 拉格朗日定理:
- 欧拉定理: 阶群 中,
- 非 Abel 群最小阶数为 6
-
- ,
- 是 个两两不相交的 右陪集的并
- (Poincare) 等号成立当且仅当
正规子群
- 共轭关系(等价关系):
- 正规子群是 中共轭类之并
- 中心::
- 只有一个元素的共轭类之并
- 中所有元素都交换的元素
- 正规子群:, 则
- 等价定义
- ,
- 任意两个左陪集的乘积仍是左陪集
- Abel 群的任何子群都是正规子群
- , 则
- , 则
- 封闭
- 等价定义
- Factor(quotient) Groups : under
- 在 中的正规化子:
- 在 中的正规核:
- 单群:没有非平凡正规子群的群
- 阿贝尔单群即为素数阶循环群
同态与同构
- 同态(homomorphism):映射 满足
-
- 包含 的子群与 的子群一一对应
- ,则
- ,则
- 同态像:
- 同态核:
- 自然同态: is
- 同态基本定理(First Isomorphism Theorem):
- 单同态(嵌入映射):f 为单射
- 满同态:f 为满射
- 自同构: 到自身的同构
- 同构(Isomorphism): 双射 满足
- is isomorphism
- 同构为所有群集合上的等价关系
- Cayley 定理:任何群 同构于一个置换群
- left regular representation: ,
- 第一同构定理(Correspondence Thoerem):
- , 则
- (Third Isomorphism Theorem),则
- 第二同构定理:(Second Isomorphism Theorem)
- 已知
- Dedekind 律: 且 , 则
- 引理:,
- ,则
- 第三同构定理(Zassenhaus):
直积
- External Direct Products:
-
- 定理:以下三条等价
- 至多可以用一种方式表成
- ,必有
- Cancellation:
- Internal Direct Product:
- ,,则
- 统称直积
- If , then such that is the internal direct product of and .
- If is internal product of and then
群的例子
数域
- 在通常乘法意义下构成 Abel 群, 在通常加法意义下构成 Abel 群
- 在通常乘法加法意义下分别构成幺半群
- 消去律成立,但不是群
- 在加法意义下构成 Abel 群, 称为整数加群
- 正规子群 在整数加法意义下构成 Abel 群
- 商群 按剩余类的加法构成 阶 Abel 群
- 模 的剩余类:
- 按剩余类的乘法构成 阶 Abel 群
- 为同态,(乘法群)同态核为, 商群
- 为乘法群与加法群之间的同构
- 在通常乘法加法意义下分别构成幺半群
- 在复数乘法的意义下分别构成幺半群
- 在乘法的意义下构成幺半群
- 在乘法的意义下构成幺半群
- 在复数乘法的意义下构成 n 阶循环群
映射
- 集合 到自身映射(变换)的集合在映射复合的意义下为幺半群
对称群
- 置换:双射
- 轮换: 轮换
- 恒等映射:
- 对换:
- 轮换可表为 个对换
- 两个不相交的轮换
- 任意置换总是可以表示为不相关的轮换的复合
- 写为不相交轮换乘积时, 轮换个数为 ,则称 的型为
- 写为不相交轮换乘积时, 轮换个数为 ,则称 的型为
- 置换奇偶性:
- 偶数(奇数)个对换的乘积为偶(奇)置换
- 为偶数则为偶置换,否则为奇置换
- 而 ,则称其为 的一个逆序,总逆序数为
-
- 置换群(对称群):
- 有两个元素生成,非 Abel 群
- 有 6 个子群, 有 30 个子群
- Sym(正方体)=
对称群子群
交错群
- 交错群:
- 是单群
- has no subgroup of order 6
- Sym(四面体)=, 共 10 个子群
- 9 elements of order 3
- 3 elements of order 2
刚体运动群
- 保持刚体不变的运动在复合意义下构成群
- Dihedral Group(二面体群 ):
- Group of symmetries of regular n-gon
- consists of all product of and
- Every subgroup of is cyclic or dihedral
自同构群
- 自同构群 :群 所有自同构在复合映射意义下构成群
- 有限自同构群
- 无限自同构群
- 为 到 同构,则 到 所有同构为
- 内同构群 :
矩阵
- 阶实方阵在矩阵乘的意义下构成幺半群
- 一般线性群,其子群称为典型群
- 正规子群,特殊线性群
- 为满同态,同态核为,商群
- 子群,为对角线全一的 n 阶上三角阵
- 正交群
- 特殊正交群
- 酉群:
- 特殊酉群
- 射影一般线性群
- 为模群
- 正规子群,特殊线性群
阶群
| n | 个数 | 群 |
|---|---|---|
| 1 | 1 | |
| 2 | 1 | |
| 3 | 1 | |
| 4 | 2 | , |
| 5 | 1 | |
| 6 | 2 | |
| 7 | 1 | |
| 8 | 5 | , , , , |
| 12 | 5 | , , , , |
- 素数阶群为循环群
- : Klein 四元群
- 在乘法()意义下构成 Abel 群
- 为同态
- 在 Hamilton 四元数乘法意义下构成群
- Hamilton 四元数: ,
其它
- 幂集在的意义下构成幺半群
- 字母表中字母构成的字符串在字符串的拼接意义下构成幺半群
- 等长实数列在卷积的意义下构成幺半群
- 单位元为
- 区间上全体连续函数在函数加法意义下构成Abel 群