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群、子群与陪集

群的定义

  • 半群:设 V=S, 是一个代数系统,若 可结合的,则称 V 是一个半群
  • 独异点:设 V=S, 是一个半群,若 V 中存在单位元 e,则称 V 是一个含幺半群,也称为独异点
  • :设 V=S, 独异点,若 V 中任意元素 a 都有逆元,则称 V 是一个,通常将群记作 G

实例:

  • Z+,+ 是半群
  • N,+ 是含幺半群
  • Z,+ 是群
  • Klein 四元群 G={e,a,b,c},满足交换律,每个元素都是自己的逆元,a,b,c 中任意两个元素的运算结果都是第三个元素。

有关群的术语与性质

  • 有限群:群 G 是有限集。

  • 群的阶:群 G基数称为 G,记作 |G|

  • 平凡群:只有一个元素的群。(即只含单位元的群)

  • 阿贝尔群:满足交换律的群,也称为交换群

  • 元素的幂:设 aG,nZ,定义 an 为:an={an1an>0en=0(a1)nn<0

  • 元素的阶:设 aG,若存在最小的正整数 n 使得 an=e,则称 na,称 an 阶元,若不存在这样的 n,称 a无限阶元

    • e1 阶元

幂运算的性质

  1. aG,(a1)1=a
  2. a,bG,(ab)1=b1a1
  3. aG,anam=an+m
  4. aG,(an)m=anm
  5. Ga,bG,(ab)n=anbn

阶的性质

  1. aG,ak=e|a||k
  2. aG,|a|=|a1|
  • a,bG|b1ab|=|a|

消去律

a,b,cG

  1. ab=acb=c
  2. ba=cab=c
G=a1,a2,,an,aiG={aiaj | ajG}=G

设群 G 为有限群,则 G 中阶大于 2 的元素有偶数个。

  • a2=e,则 a=a1
  • G 中阶大于 2 的元素要成对出现。

x,bG, 方程 ax=bya=bG 中存在唯一解。

无零元

G 中存在零元 θ,则有 xG,xθ=θx=θx,故 G 中不存在零元。

子群与群的陪集分解

子群

G 是一个群,若 HG 的一个非空子集,且 HG 的运算构成一个群,则称 HG 的一个子群,记作 HG。 若 HG 的子群,且 HG,则称 HG真子群,记作 H<G

对任何群 G 都存在子群。G{e} 都是 G 的子群,称为 G平凡子群

子群的判定

  1. 使用定义验证:
    • a,bH,abH
    • aH,a1H
  2. H,a,bH,ab1H
  3. H,且 H 是有穷的,a,bH,abH

生成子群

G 是一个群,aG,令 H={ak | kZ},则 HG 的一个子群,称 H 是由 a 生成的子群,记作 H=a

由子集生成的子群

BG

B={H | BHHG}
中心
C={aG | xG,ax=xa}

CG中心CG 的一个子群。

子群的并和交

G 是一个群,H1,H2G 的两个子群,则

  1. H1H2G 的子群
  2. H1H2 当且仅当 H1H2H2H1 时是 G 的子群

子群格

L(G)={H | HG}

则偏序集 L(G), 称为 G子群格

子群格

陪集

aG,HG

  • Ha={ha | hH} 称为 H右陪集
  • aH={ah | hH} 称为 H左陪集

下面主要讨论右陪集。

aHaaH代表元素

陪集的性质

  1. H=H
  2. aG,aHa
  3. aHbab1HHa=Hb

定义等价关系 R

aRbaHbab1H[a]R=Ha
  1. a,bG,Ha=HbHaHb=
  2. {Ha | aG}=G
  3. HHa,即 |H|=|Ha|
  • 正规子群:若 HG 的子群,且 aG,Ha=aH=H,则称 HG正规子群,也称 不变子群

Lagrange 定理

G 是一个有限群HG 的一个子群,有:

|G|=|H|[G:H]

其中 [G:H] 称为 GH指数,是 HG 中的不同右陪集的个数。

推论
  1. 对有限群 GaG,|a| | |G|
  2. 对于阶是素数的群,其子群只有平凡子群和本身,即 aG,a=G

离散数学复习笔记