67576

Коммутативные группы с конечным числом образующих

Лекция

Математика и математический анализ

Группа Q рациональных чисел с операцией сложения не является г.к.о. В самом деле, если - любые рациональные числа, записанные в виде отношения целых, то, приводя к общему знаменателю сумму, получим дробь, знаменатель которой не превосходит...

Русский

2014-09-12

181.5 KB

3 чел.

Лекция№5

Коммутативные группы с конечным числом образующих.

Часть первая: общая теория

Определение

Элементы  коммутативной группы G называются ее системой образующих (с.о.) , если каждый элемент можно записать в виде: , где  . Группа, имеющая систему образующих, называется группой с конечным числом образующих (г.к.о.)

Примеры.

Циклическая группа - группа с одной образующей.

Группа   всех n-мерных векторов с целочисленными координатами с операцией сложения имеет стандартную с.о. e= , где - вектор, у которого единственная ненулевая координата - i ая , равная 1.

Отметим, что Z . Будем также считать, что   - тривиальная группа.

Система {3,7} - является с.о. группы Z . Это вытекает из тождества: m= m*7+(-2m)*3 .

Всякая конечная абелева группа является г.к.о. так как за систему образующих можно взять, например, все элементы этой группы.

Группа Q рациональных чисел с операцией сложения не является г.к.о.  В самом деле, если  - любые рациональные числа, записанные в виде отношения целых, то,  приводя к общему знаменателю сумму , получим дробь, знаменатель которой не превосходит N= . Поэтому любая несократимая дробь с большим чем N знаменателем не является целочисленной линейной комбинацией данных рациональных чисел и они не образуют с.о.

Пусть G- группа с с.о. . Определим отображение  формулой: . Очевидно, что   является сюръективным гомоморфизмом. Будем называть стандартным гомоморфизмом для группы G c заданной с.о.. Он отображает стандартную с.о. группы  в заданную с.о. группы G. Из существования стандартного гомоморфизма вытекает, что любая г.к.о. является гомоморфным образом группы  . Отметим еще, что если - сюръективный гомоморфизм, то - с.о. группы K. Поэтому гомоморфный образ г.к.о. является г.к.о.

Теорема о подгруппах г.к.о.

Всякая подгруппа H группы G с с.о.  допускает конечную с.о. , причем .

Доказательство.

Проведем индукцию по числу n образующих группы G . При n=1 G -циклическая группа и для нее теорема верна, так как всякая ее подгруппа циклична. Пусть для групп с (n-1) образующей теорема уже доказана; рассмотрим случай сформулированный в теореме. Определим множество

. Легко проверить, что - подгруппа и потому P=kZ, где . Если k>0 выберем  так, чтобы . Пусть - подмножество G, состоящее из всевозможных линейных комбинаций , где все  . Очевидно, что - подгруппа G с (n-1) образующей. Пусть также - подгруппа . По предположению индукции  допускает конечную с.о. , где . Если k=0, и теорема доказана. Предположим, что k>0. Докажем тогда, что - с.о. подгруппы H. Пусть - произвольный элемент. Тогда h= . Значит,

=и потому=, откуда  и теорема полностью доказана.

Итак, любая подгруппа г.к.о. является г.к.о. Укажем удобный способ задания группы G с заданной с.о.  с помощью матриц. Рассмотрим стандартный гомоморфизм . Тогда H=Ker- подгруппа г.к.о. и потому имеет конечную с.о. . Поскольку  , можно записать: , где . Матрица  с этими элементами полностью описывает подгруппу H, а, следовательно, и группу G.

Примеры.

Пусть G=- циклическая группа с образующей g. Стандартный гомоморфизм  имеет ядро nZ с образующей n. Здесь - (11) матрица (n).

Пусть G=- мультипликативная группа вычетов по модулю 20. Эта группа состоит из 8 элементов: {1, 3,7,9,11,13,17,19} ( для упрощения записи мы не ставим черту над соответствующим вычетом). Циклическая подгруппа Z(3) как нетрудно видеть состоит из элементов 1, 3, 9, 7; циклическая группа Z(13) - из элементов 1, 13, 9,17. Поскольку 3*13=19 и *13=11, мы видим, что каждый элемент из  может быть записан в виде , то есть {3, 13} -с.о. группы G. Стандартный гомоморфизм     

действует по формуле: . Ядро этого гомоморфизма  состоит из таких двумерных векторов , для которых  =1, то есть элементы и должны быть взаимно обратными. Это возможно только когда оба вычета равны 1 или 9, что соответствует значениям n=4p; m=4q или n=4p+2; m=4q+2 (). Отсюда видно, что в качестве образующих  можно выбрать элементы и  . Поэтому получаем: .

Замечание.

Построение матрицы  для данной г.к.о. G зависит от выбора с.о. группы G и подгруппы . Существует стандартный способ изменения с.о. - выполнение элементарных преобразований (э.п.). Как известно, имеются 3 типа элементарных преобразований: перестановка образующих, умножение одной из образующих на число p и прибавление к одной образующей кратного другой. Для того, чтобы при этих преобразованиях снова получалась с.о. необходима их обратимость. Поэтому число p может быть равно только 1 или -1. Выполнение  э.п. с.о. G приводит к преобразованиям строк матрицы , а э.п. с.о. H приводят к преобразованиям столбцов той же матрицы. Назовем две целочисленные матрицы эквивалентными, если одна из них получается из другой э.п. строк и столбцов . Из сказанного выше вытекает, что эквивалентные матрицы отвечают одной и той же группе. Отметим еще, что если B- любая , то взяв в качестве -множество всевозможных целочисленных комбинаций столбцов B и образовав факторгруппу G=  мы придем к группе, для которой =B. Таким образом, любая целочисленная матрица определяет некоторую г.к.о.

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54870. Розв’язування задач на застосування теореми Піфагора 156 KB
  Тема уроку: Розвязування задач на застосування теореми Піфагора. Формувати вміння розвязувати задачі на застосування теореми Піфагора. Розвивати увагу логічне мислення.
54871. Теорема Піфагора 54.5 KB
  Знайти периметр прямокутника. Знайти довжину гіпотенузи. Знайти периметр трикутника. Знайти периметр прямокутника.
54872. Подготовка учащихся к написанию эссе по обществознанию 68 KB
  Самое знаменитое (и, по мнению литературоведов, первое по времени написания) произведение данного жанра трехтомное сочинение французского философа-скептика XVI в. Мишеля Монтеня (1533-1592) русскоязычным читателям известно под названием «Опыты»
54873. Процент как доход на капитал. Номинальная и реальная ставка процента 19.21 KB
  Понятие «капитал» как ресурс в экономической теории включает в себя средства производства, созданные людьми. Использование капитала приносит в перспективе доход его владельцам.
54874. Двогранні куги піраміди. Побудова лінійного кута двогранного кута між бічною гранню та основою піраміди 196 KB
  Мета: засвоєний поняття двогранного кута та його лінійного кута; формування навичок доведення того що побудований кут є лінійним кутом двогранного кута піраміди; оволодіння навичками побудови лінійних кутів двогранних кутів піраміди; удосконалення вміння зображувати стереометричні фігури. Назвати план побудови лінійного кута двогранного кута між бічною гранню та основою піраміди. Довести що площина лінійного кута перпендикулярна до кожної грані лінійного кута.
54875. Пряма призма. Піраміда. Площа поверхні та об’єм призми і піраміди 152 KB
  Площа поверхні та обєм призми і піраміди. Демонструються моделі пірамід Спільну вершину трикутних граней називають вершиною піраміди протилежну їй грань основою а всі інші грані бічними гранями піраміди. Відрізки що сполучають вершину піраміди з вершинами основи називають бічними ребрами. Перпендикуляр опущений із вершини піраміди на площину її основи називають висотою піраміди.
54876. Подорож до Великих пірамід 352.5 KB
  Вчитель: Сьогодні на уроці ми поговоримо про піраміди як многогранники і основну увагу будемо приділяти правильній чотирикутній піраміді а також заочно побуваємо в Стародавньому Єгипті ознайомимося з першим дивом світупірамідою Хеопса поєднавши знання з геометрії і історії. На попередньому уроці ви одержали творче завдання: провести теоретичне дослідження правильної чотирикутної піраміди і зробити презентацію цього многогранника. Презентація піраміди Презентацію проводять двоє учнів використовуючи моделі пірамід різні слайди. 1й...
54877. Радісне свято Великдень 153.5 KB
  Коломия є музей писанки. Свячені писанки були оберегом житла від грому й вогнюа людей і тваринвід лихого ока.Жупарина Писанки Робота над мелодією дикцією диханням характером твору. Серед її інструментальних творів варіації для фортепіано Українські писанки особливо вирізняються самобутнім використанням та осмисленням української народної пісенності.
54878. Як писанка барвиста, наша славна Україна, її часточка маленька, наша класная родина 128.5 KB
  Приспів: Дуже класно буде тричі Посміхнись До вашої уваги веселий діалог: Кумедні історії нашого класу Максим і Марко МАРКО. Я завжди здоровий коли нема школи МАРКО. МАРКО. МАРКО перебиває.