67577

Коммутативные группы с конечным числом образующих. Классификация

Лекция

Математика и математический анализ

Для нулевой матрицы теорема очевидно верна. Будем считать, что А0. Выберем из множества ненулевых элементов А любой из наименьших по модулю и назовем его главным элементом А. Абсолютная величина главного элемента будет обозначаться h(A). Таким образом для любого ненулевого элемента этой матрицы.

Русский

2014-09-12

209.5 KB

0 чел.

Лекция№6

Коммутативные группы с конечным числом образующих.

Часть вторая: классификация.

Как было показано на предыдущей лекции, каждая г.к.о. G с n образующими задается  (n m) матрицей , причем эквивалентные матрицы определяют одинаковые группы. Будем называть прямоугольную матрицу А диагональной , если все ее элементы =0 при i j. Последовательно перечисляя ее диагональные элементы, будем записывать такую матрицу в виде: A=diag().

Теорема о приведении матрицы к диагональному виду.

Всякая целочисленная прямоугольная матрица А эквивалентна диагональной матрице  diag(), с положительными , причем все числа  - целые.

Доказательство.

Для нулевой матрицы теорема очевидно верна. Будем считать, что А0. Выберем из множества ненулевых элементов А любой из наименьших по модулю и назовем его главным элементом А. Абсолютная величина главного элемента будет обозначаться  h(A). Таким образом для любого  ненулевого элемента этой матрицы .

Лемма

Существует матрица эквивалентная А, все элементы которой кратны ее главному элементу.

Доказательство леммы.

Выберем среди всех матриц эквивалентных А ту матрицу , у которой h() минимально. Покажем, что эта матрица удовлетворяет условию, указанному в лемме. Проведем доказательство от противного. Пусть  - главный элемент этой матрицы  так что  . Допустим, что некоторый элемент этой матрицы не делится на  нацело и придем к противоречию. Рассмотрим 3 случая. Пусть сначала p=i, то есть выбранные элементы расположены в одной строке. Разделим на с остатком: , где . Вычитая из q-ого столбца  j-ый с коэффициентом s, придем к эквивалентной матрице , у которой h()r<h(), что противоречит выбору матрицы . Если p i, но q=j, то можно произвести аналогичное преобразование строк матрицы, что опять приведет нас к противоречию. Пусть, наконец, все элементы i-ой строки и все элементы j-ого столбца кратны  , но  не делится на главный элемент нацело. Пусть k=. Вычитая из p-ой строки  ее i-ую строку с коэффициентом (k-1) придем к эквивалентной матрице , у которой  и элемент не делится на  нацело. Имеем: h()=h(A). Строгое неравенство приводит к противоречию; если же имеет место равенство, мы получаем первый случай и снова впадаем в противоречие. Лемма доказана.

Доказательство теоремы будем проводить индукцией по n. При n=1 утверждение теоремы очевидно. Пусть теорема уже доказана для матриц с (n-1) строкой. Рассмотрим матрицу А с n строками. Выберем для нее эквивалентную матрицу , удовлетворяющую условиям леммы. Пусть . Переставляя строки и столбцы   и если надо умножая ее строку на -1, приходим к эквивалентной матрице  , у которой . Вычитая теперь из каждой строки ее первую строку с подходящим коэффициентом и проделывая аналогичные операции с ее столбцами, приходим к матрице, у которой все элементы первой строки и первого столбца равны 0 за исключением первого элемента, равного , причем все элементы этой матрицы кратны . Применяя предположение индукции к матрице , полученной вычеркиванием первой строки и первого столбца, мы и завершаем доказательство теоремы.

Пример.

(стрелками обозначены э.п. строк и столбцов)

.

Опишем теперь структуру группы G с  с.о.   , для которой =diag() , причем мы считаем, что  По построению G=, где H- подгруппа с с.о. {}. Пусть -циклическая подгруппа G.  Очевидно, ( при i>r). Каждый элемент  однозначно представляется в виде суммы:  , где 0< при i=1,2,...r и при i>r .

Определение.

Пусть G- абелева группа и - система ее подгрупп. G называется прямой суммой системы подгрупп, если каждый элемент   однозначно представляется в виде суммы , где . Это записывается следующим образом: .

Таким образом, диагональный вид матрицы  означает, что , где количество слагаемых  Z равно n-r . Очевидно, что слагаемые, отвечающие тривиальным группам (d=1) могут быть исключены из этой суммы.

Примеры.

Очевидно, что .

Отметим, что если все подгруппы  имеют конечные порядки  , то порядок  равен .

Подгруппа   состоит из элементов: , а - из элементов  . Поскольку += и +=, мы видим, что .

В развитие предыдущего примера установим, что, если числа p и q взаимно просты, то. Используем основную теорему теории делимости: существуют целые x и y, такие что 1=xp+yq . Отсюда для любого n получаем, что n=nyq+nxp и значит . Остается заметить, что эти группы имеют одинаковые порядки.    

Как было показано на предыдущей лекции, группа  описывается матрицей . Приводя эту матрицу к диагональному виду, получаем эквивалентную матрицу . Следовательно, . В качестве образующих этих циклических подгрупп можно взять, например, элементы  и .

Подводя итог всему вышесказанному, можно утверждать, что всякая г.к.о. G является прямой суммой своих циклических подгрупп ,                                        (1)

 где порядки  конечных подгрупп удовлетворяют условию: числа - целые. Разложение (1) называется первым каноническим разложением группы G.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57966. Brieffreunde. Друзі по листуванню 75 KB
  Мета: вчити учнів орієнтуватися в незнайомому тексті, знаходити в ньому потрібну інформацію. Тренувати використовувати вивчену лексику у монологічному мовленні. Тренувати навички аудіювання за темою.
57967. Велика Британія 324.5 KB
  Мета: сформувати в учнів систему знань про особливості географічного положення, населення та господарства Великої Британії; удосконалювати навички складання комплексної економіко-географічної характеристики країни за допомогою карт атласа...
57968. Вікторіанська Британія. Велика Британія в 50-60-х роках ХІХ століття 81 KB
  Мета: охарактеризувати економічний розвиток В.Британії в 50-60-х роках ХІХ ст.., визначити причини економічного піднесення Британії; охарактеризувати політичну систему Британії, порівняти політичні платформи лібералів і консерваторів...
57969. Будова і функції сечовидільної системи 50 KB
  Обладнання: таблиця Видільна система електронна презентація Видільна система муляж нирки свіжа нирка. Навпаки за низької температури коли випаровування води шкірою зменшується нирки виводять більше води.
57970. Харчування і здоров’я. Основи безпечного харчування 140 KB
  Обладнання: продукти харчування мультимедійна дошкаплакати з написами що таке здоровя Хід уроку I. В ньому ми поєднаємо знання важливих для вас 2 предметів біології і основ здоровя. Вчитель основ здоровя.
57971. Протилежні числа 48 KB
  Мета: сформувати уявлення про зміст поняття протилежні числа; навчити знаходити й записувати число протилежне до даного розвязувати рівняння що передбачають застосування поняття числа протилежного до даного.
57972. Розв’язування вправ і задач з теми «Стандартний запис числа» 57.5 KB
  Підсумок Як тобі сьогоднішній урок Якою літерою позначається сила тяжіння Як піднести степінь до степеня Одиниці вимірювання сили тяжіння Одиниці вимірювання маси Як помножити степінь на степінь Як поділити степінь на степінь Скільки тобі років Скільки в метрі сантиметрів...
57973. Узагальнення та систематизація вивченого матеріалу розділу «Чотирикутники» 62.5 KB
  Мета: Повторити, систематизувати та узагальнити знання щодо змісту: означення, ознак та властивостей трапеції; теореми Фалеса; означення та властивостей кутів у колі; означення вписаних та описаних чотирикутників, їх властивостей та ознак.
57974. Культура Древнего Египта. Письменность и образование. Литература 624.5 KB
  А что из истории Древнего Египта мы еще не рассмотрели Прогнозируемый ответ: культура и искусство Комментарии учителя: Вспомним понятие культуры изучаемое в теме Первобытное общество Прогнозируемый ответ: Культура совокупность материальных и духовных ценностей созданных человеком.