67574

Изоморфизмы и гомоморфизмы

Лекция

Математика и математический анализ

Напомним, что отображение называется инъективным, если оно переводит различные элементы из X в различные элементы Y и сюръективным, если его образ совпадает со всем Y. Например, естественный гомоморфизм группы на подгруппу сюръективен. Из определения сразу следует, что гомоморфизм...

Русский

2014-09-12

290 KB

4 чел.

Лекция 3

Изоморфизмы и гомоморфизмы

Определение

Пусть  и  две группы и  некоторое отображение.  называется изоморфизмом, а группы  и  - изоморфными (однотипными), если

1.  - взаимно однозначно и

2. .

Изоморфизм групп  и  обозначается символом .

Если выполнено только условие 2. , то отображение  называется гомоморфизмом (подобием).

Примеры

1. Пусть группы  и  заданы таблицами умножения:

          

и

      

Отображение  является изоморфизмом. ( При всяком изоморфизме просто меняются обозначения элементов. “Внутренняя структура” группы остается неизменной).

2. Пусть =Z (группа целых чисел с операцией сложения),  - группа из предыдущего примера. Положим: (2n)=p; (2n+1)=q.

Тогда  - гомоморфизм.

3. Пусть H - нормальная подгруппа в G и G/H соответствующая факторгруппа. Напомним, что ее элементами являются всевозможные смежные классы x*H, где  . Определим отображение  формулой: (x)=x*H.  Поскольку смежные классы перемножаются по формуле (x*H)*(y*H)= (x*y)*H, отображение  является гомоморфизмом. Оно называется естественным гомоморфизмом группы на факторгруппу.

Простейшие свойства гомоморфизмов групп.

Пусть  - гомоморфизм. Тогда:

.

Если  -подгруппа, то  -подгруппа в .

Если  - (нормальная) подгруппа, то  - (нормальная) подгруппа в .

Доказательство

Пусть - любой элемент. Тогда  и по признаку нейтрального элемента .

Имеем: . По признаку обратного элемента получаем: .

Применим признак подгруппы:  

Пусть  - подгруппа. - элементы из , то есть  и  входят в К. Тогда  и потому. Значит,  - подгруппа . Пусть теперь К - нормальная подгруппа и  - любой элемент. Тогда  и значит. Аналогично, .  Поскольку , то и , то есть подгруппа  нормальна в .

Замечание

Образ нормальной подгруппы не всегда  нормален.

Из доказанной теоремы следует  в частности, что для всякого гомоморфизма    подгруппа в . Она называется образом гомоморфизма  и обозначается Im . Точно также,  - подгруппа в , причем нормальная, поскольку тривиальная подгруппа {e} нормальна в любой группе. Она называется ядром гомоморфизма  и обозначается Ker .

Инъективные и сюръективные гомоморфизмы.

Напомним, что отображение называется инъективным, если оно переводит различные элементы из X в различные элементы Y и сюръективным, если его образ совпадает со всем Y. Например, естественный гомоморфизм группы на подгруппу сюръективен. Из определения сразу следует, что гомоморфизм   cюръективен тогда и только тогда, когда Im .

Критерий инъективности гомоморфизма групп

Гомоморфизм групп  инъективен тогда и только тогда, когда Ker  ={}.

Доказательство

Поскольку ,  и значит, если  инъективно в ядре не может быть других элементов и таким образом Ker  ={e}. Обратно, пусть ядро  состоит только из нейтрального элемента и x и y - два таких элемента , что . Тогда   и значит   и потому равно  . Отсюда получаем x=y и  инъективно.

Следствие

Если Ker = {e}, то  изоморфно отображает  на подгруппу Im .

Теорема Кэли

Всякая конечная группа порядка n изоморфна подгруппе группы перестановок из n элементов.

Доказательство

Пусть G={}- группа порядка n. Составим для нее таблицу Кэли.  В i-ой строке этой таблицы выписаны элементы , которые только порядком следования отличаются от первоначального набора элементов группы. Обозначим полученную перестановку . Определим отображение  по формуле . Как нам известно, произведению элементов группы G отвечает композиция перестановок, то есть  -гомоморфизм.  Если, то, в частности,  и значит. Таким образом, Ker тривиально и определяет изоморфизм между G и подгруппой Im  в .

Теорема о гомоморфизме для групп 

Пусть  сюръективный гомоморфизм. Тогда факторгруппа  изоморфна . Если эти изоморфные группы отождествить, то  превращается в естественный гомоморфизм .

Доказательство

Обозначим H=ker . Следующим образом определим отображение

. Пусть С произвольный элемент  то есть некоторый смежный класс группы  по ее подгруппе H. Возьмем любой .  Тогда   не зависит от выбора элемента x. В самом деле, если  любой другой элемент, то y=x*h, где  и значит, . Положим: . Используя правило перемножения смежных классов, получаем: Ф((x*H)*(y*H)) =Ф((x*y)*H)=  = Ф(x*H)Ф(y*H), то есть построенное отображение - гомоморфизм. Если  любой элемент, то поскольку  сюръективно, найдется такой  , что . Но тогда Ф(x*H)=. Значит Ф - сюръективно. Если Ф(x*H)= , то ф(x)= ,  и потому x*H=H= . Это доказывает, что Ker Ф=е и значит Ф - инъективно и, следовательно, является изоморфизмом. Поскольку(x)= Ф(x*H), мы видим, что если считать изоморфизм Ф тождественным отображением ( то есть отождествить и G/H), отображение  совпадет с естественным гомоморфизмом, переводящим x в x*H.

Следствие

Всякий гомоморфизм   определяет изоморфизм между факторгруппой  и подгруппой Im .

Примеры

Пусть ={1, -1} с операцией умножения. Определим гомоморфизм ), сопоставляя каждой четной перестановке число 1, а нечетной - число (-1). Тогда Ker  - подгруппа четных перестановок. Очевидно, что при n>1  сюръективно. По теореме о гомоморфизме  -нормальная подгруппа в  и .  

Отображение (А)=det(A) является сюръективным гомоморфизмом группы GL(n,R) всех невырожденных матриц порядка n  в группу  не равных нулю чисел с операцией умножения. При этом Ker = SL(n,R) -подгруппа матриц с определителем 1. Значит  эта подгруппа нормальна и GL(n,R) /SL(n,R) .


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49212. Інструменти податкового регулювання 90.94 KB
  В економічній літературі багато уваги приділяється проблемам оподаткування. Значний внесок у розробку теоретичних та прикладних основ оподаткування внесли Азаров М. Податкове регулювання це заходи впливу на економіку та соціальні процеси через зміну податків податкових ставок податкових пільг зниження чи підвищення загального рівня оподаткування тощо. Хоча податки та механізм оподаткування будуються на певному фундаменті правових відносин однак сторони не скріплюють ці відносини у формі певного договору контракту [3 c.
49213. Авторська розробка дитячого майданчику на тему «Поклик джунглів» 139.54 KB
  У своїй курсовій роботі я буду намагатися створити дитячий ігровий комплекс Поклик джунглів для дітей віком від 6 до 12 років. Врахую всі вимоги до забудови цього комплексу і вікової характеристики дітей. Необхідно на плані виділити умовні території зони для найменших і їх батьків і для дітей які вже гуляють без родичів старші дошкільнята та молодші школярі. Благоустрій територій житловими районами міста дитячими комплексами користується високої популярністю Типи дитячих ігрових майданчиків Дитячі ігрові майданчики повинні...
49214. Виртуальная модель вертолета в среде MatLab 265.65 KB
  Математическое моделирование движителя вертолета. Создание виртуальной модели вертолета в среде VRBuilder. Особенностью моделируемого вертолета является то что используется движитель роль которого выполняет двигатель постоянного тока ДПТ.
49215. Разработка системы управления механизма передвижения тележки (мехатронного объекта) по схеме ТП-ДПТ 11.99 MB
  Целью данного курсового проекта является задача проектирования электромеханической системы (ЭМС) мехатронного модуля подъема мостового крана. Смысловая её реализации заключается в создании универсальных, надёжных и долговечных устройств, которые тем или иным образом помогали бы человеку решать поставленные перед ним задачи
49216. Разработка микропроцессорной системы управления подачей фурмы в конвертере 36.85 KB
  Разработать микропроцессорную систему управления подачей фурмы в конвертере. Разработать цифровое устройство управления подачей фурмы в конвертере. Например система управления положением кислородной фурмы осуществляет измерение и регулирование положения кислородной фурмы в соответствие с уставкой по положению фурмы над уровнем спокойной ванны с автоматической коррекцией на разгар футеровки и выдачей команды на отсечной клапан. Положение фурмы в разные этапы плавки: Первый период наведение шлака.
49217. Принципы функционирования плазменных телевизоров 904.34 KB
  В развитых странах телевизоры есть практически в каждом доме. Если в доме есть необходимые антенны и уж по крайней мере трудно не согласиться что антенна самый большой и заметный элемент приемной системы телезрители могут принимать несколько десятков каналов предающих массу программ от мыльных опер до фильмов о природе и дискуссий о политических событиях. Некоторые думают что выбирать телевизионный приемник лучше всего по цене то есть если цена большая то и все характеристики в норме. Есть еще телевизоры с разрешением экрана...
49218. Проектирование транзисторных широкодиапазонных передатчиков 348.55 KB
  Задачей курсового расчета является проектирование транзисторного широкодиапазонного радиопередающего устройства обеспечивающего формирование радиосигналов заданном рабочем диапазоне частот и заданную мощность выделяемую на нагрузке в состав которого входят следующие каскады: ОКГ опорный кварцевый генератор являющийся источником высокостабильных колебаний необходимо произвести расчет принципиальной схемы автогенератора с кварцевым резонатором в цепи обратной связи; ССЧ синтезатор сетки частот формирующий из опорной частоты...
49219. Комплексное исследование системы мотивации производственного персонала в Восточно-Сибирской Региональной Дирекции железнодорожных вокзалов, вокзал станции Черемхово 147.36 KB
  Разработка и практическое применение новых мотивационных систем непосредственно на самих предприятиях позволяют привлекать новых высококвалифицированных специалистов, способных на деле управлять как малыми, так и большими коллективами, ориентируясь преимущественно при этом на индивидуальное мотивирование в соответствии с количеством и качеством труда, затраченного индивидом.
49220. Разработать микропроцессорную систему и цифровое устройство управления подачей добавок в ДСП 637.56 KB
  Задание на курсовую работу: Разработать микропроцессорную систему управления подачей добавок в ДСП. Разработать цифровое устройство управления подачей добавок в ДСП. В настоящее время имеется достаточно большое количество вариантов оснащения ДСП различными устройства подачей добавок. При этом стоит задача управления отдельными локальными потоками подачи в печь добавок.