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循环群与置换群

循环群

G 是一个群,若存在 aG,使得 G=a,则称 G 是一个循环群a 称为 G生成元

循环群的性质

任意循环群 G 都是阿贝尔群。反之不一定成立。

循环群的分类

  • n 阶循环群:G=a|a|=|G|=n
  • 无限循环群:G=a|a|=
    • G=a 是无限循环群,则 G 只有两个生成元:aa1

G=an 阶循环群,则 G 含有且仅含有 φ(n)n 阶元即生成元。 且 ar 是 生成元当且仅当 rn 互素。

循环群的子群

G=a 是循环群

  1. G 的子群仍是循环群
  2. G 是无限循环群,则 G 的子群除了 {e} 之外都是无限循环群
  3. Gn 阶循环群,对 n 的每个正因子 dG 都有且仅有一个 d 阶子群,且 Gd 阶子群是 and

置换群

置换

S=1,2,,nS 上的一个任何双射函数 δ 称为 S 上的一个n 元置换n 元置换共有 n! 个。

一个群 G 中的某一行或某一列一定都是 G 的元素的一个置换。

置换的乘法

与函数的复合规则相同。

轮换与对换

  • 轮换:若 δ(i1)=i2,δ(i2)=i3,,δ(in)=i1,则称 δ 是一个 n 元轮换。
  • 对换:若 δ(i1)=i2,δ(i2)=i1,δ(i)=i,则称 δ 是一个 2 元轮换,即对换

任意置换都可以唯一地表示成不相交的轮换乘积。

可将该置换表示进一步分解成对换的乘积,且对换分解式中对换之间可以有交,分解式也不惟一.

  • 奇置换:含有奇数个对换的置换
  • 偶置换:含有偶数个对换的置换

对称群

所有的 n 元置换构成的集合 Sn 关于置换乘法构成群,称为 n对称群n 元对称群的子群叫做 n置换群

对称群示例

所有的旋转变换是 S3 的子群 但是所有的翻转变换不是 S3 的子群

交错群

n 元交错群 Ann 元对称群 Sn 的一个子群,是 Sn 中所有偶置换构成的集合。

Polya 定理

N=1,2,,n 是被着色物体的集合,GN 上的一个置换群,m 是着色数,则在 G 作用下的不同的着色方案数为:

M=1|G|gGmc(g)

其中 m 是着色数,c(g)g 的轮换表示中的轮换个数。

Polya 定理中的置换群求解方法

  1. 确定对称操作的类型

    • 分析物体的对称性,确定所有可能的对称操作(例如旋转、反射等)。
    • 对称操作可以分为不同的类型,如绕不同对称轴的旋转。
  2. 求出基本置换

    • 针对每类对称操作以及其对应的对称轴,求出所有可能的基本置换。
    • 例如,立方体的旋转对称包括绕对称轴旋转90°、180°等。
  3. 应用 Polya 定理

    • 将求出的所有置换作为 Polya 定理中的群元素。
    • 根据定理进行等价类的计数,得出问题的解。

离散数学复习笔记