67578

Коммутативные группы с конечным числом образующих. Следствия из классификации

Лекция

Математика и математический анализ

Теорема о подгруппах группы Всякая подгруппа группы изоморфна причем . Мы знаем что подгруппа G группыимеет не более чем n образующих и потому для нее можно записать первое каноническое разложение: где mk n. Теорема о подгруппах конечной коммутативной группы.

Русский

2014-09-12

278 KB

1 чел.

Лекция№7

Коммутативные группы с конечным числом образующих.

Часть третья: следствия из классификации.

Теорема о подгруппах группы

Всякая подгруппа группы  изоморфна , причем .

Доказательство.

Мы знаем, что подгруппа G группыимеет не более чем n образующих и потому для нее можно записать первое каноническое разложение: , где (m+k) n. Поскольку все элементы  имеют бесконечный порядок, G не содержит конечных циклических подгрупп. Таким образом, k=0 и теорема доказана.

Теорема о подгруппах конечной коммутативной группы.

Для всякого числа m делящего порядок n конечной коммутативной группы G в ней найдется подгруппа H порядка m.

Доказательство.

Используем разложение G в прямую сумму циклических подгрупп :  Имеем : n=. Поскольку  m делит n, можно записать: m=, где каждое  делит . Пусть . Теперь достаточно положить: .

Замечание.

Вообще говоря, подгруппа H не единственна (в отличие от случая подгруппы циклической группы ). Например, если , где число p простое, то каждый неединичный элемент  имеет порядок p и значит входит в циклическую подгруппу порядка p.  Две такие подгруппы либо совпадают, либо пересекаются только по нейтральному элементу. Значит G содержит в точности  подгрупп порядка p.

Теорема о порядках элементов конечных коммутативных групп

Пусть G- конечная циклическая группа и - ее первое каноническое разложение, так что каждое делит . Тогда множество порядков всех элементов G совпадает с множеством всевозможных делителей числа .

Доказательство.

Поскольку все являются делителями ,  =0 и потому G=0. С другой стороны, если q делит , то  (а значит и G !) содержит элемент g  порядка q.

Следствие.

Если число m взаимно просто с порядком n конечной коммутативной группы G, то mG=G.

В самом деле, в этом случае для каждого прямого слагаемого группы G  m=.

Второе каноническое разложение 

Напомним, что если числа p и q взаимно просты, то . Поскольку любое натуральное n можно разложить в произведение простых множителей, , где все простые попарно различны, имеем:  . Используя разложение конечной абелевой группы в сумму циклических подгрупп, получаем отсюда, что всякая такая группа может быть представлена в виде суммы таких циклических подгрупп, порядки которых являются степенями простых чисел. Объединим слагаемые, относящиеся к одному простому числу p в подгруппу .

Определение.

Подгруппа  называется  p-компонентой  группы G.  Группа G, порядок которой равен степени простого числа p называется p-примарной. 

Итак, всякая конечная абелева группа G раскладывается в прямую сумму p-компонент: , где p-простое число, делящее порядок G, а всякая p-компонента, в свою очередь, в прямую сумму примарных циклических подгрупп: . Прямая сумма, стоящая в правой части этого равенства обозначается , а выражение, стоящее в показателе степени p,- типом компоненты . Порядок равен , где - количество 1 в показателе, - количество 2 и т.д. Таким образом компонента  является примарной группой. Только что построенное разложение конечной абелевой группы называется вторым каноническим разложением.

Пример.

Пусть . Поскольку 12=,   72=,        имеем: .

Замечание.

Если  - две подгруппы примарной циклической группы и st, то . Отсюда вытекает, что примарная циклическая группа не может быть разложена в прямую сумму своих подгрупп. Таким образом, второе каноническое разложение конечной абелевой группы - это представление ее в виде суммы наименьших (далее не разложимых) слагаемых. Для сравнения заметим, что первое каноническое разложение - это представление группы в виде суммы наибольших циклических слагаемых.

Теорема единственности для разложения в сумму компонент.

Компоненты  конечной коммутативной группы G определены однозначно. Точнее, пусть - разложение порядка n группы G в произведение простых чисел, . Тогда .

Доказательство.

Из разложения  мы видим, что =0. Если же (p,q)=1, то q  = . Поскольку при ji  делится на, а =1, отсюда и следует утверждение теоремы.

Теорема единственности определения типа примарной группы.

Тип примарной группы определен однозначно. Точнее, если p-компонента группы G представлена в виде прямой суммы циклических подгрупп: =,      то .

Доказательство.

Пусть G=- разложение G в сумму p-компоненты и остальных компонент. Таким образом, (ord(),p)=1 и потому =. С другой стороны, = при m>k (равно 0 в противном случае). Поэтому

ord()=. Обозначая ord()=N, получаем:

ord(G)=N. Отсюда: ord(G)/ ord(G)= откуда и следует утверждение теоремы.

Замечание.

Обращаем внимание на существенное отличие в формулировке свойства единственности в двух последних теоремах. В первой из них утверждается единственность каждой из подгрупп  , тогда как во второй подгруппы, составляющие прямые слагаемые, определены, вообще говоря, неоднозначно, но их количество и порядок каждой из них  находятся уже единственным образом.

Количество неизоморфных конечных абелевых групп данного порядка.

Обозначим через ab(n) количество попарно неизоморфных абелевых групп порядка n. Ввиду единственности разложения такой группы в сумму примарных компонент, разложению   в произведение простых отвечает равенство ab(n)=ab()ab()...ab(). Если p- любое простое число, и G-

группа порядка и типа (1,1,...1,2,2,......k) то m=1+1+...+1+2+2+...+...+k. Каждому представлению числа m в виде суммы положительных целых слагаемых (причем порядок слагаемых не играет роли) отвечает определенный тип абелевой группы порядка  . Такое представление числа m называется его разбиением и обозначается . Таким образом, поскольку тип группы определяется однозначно, ab()=.

Примеры.

Составим прежде всего следующую табличку разбиений:

m

                                              разбиения

1

1

1

2

2;1+1

2

3

3;2+1;1+1+1

3

4

4;3+1;2+2;2+1+1;1+1+1+1

5

5

5;4+1;3+2;3+1+1;2+2+1;2+1+1+1;1+1+1+1+1

7

6

6;5+1;4+2;4+1+1;3+3;3+2+1;3+1+1+1;2+2+2;2+2+1+1;2+1+1+1+1;1+1+1+1+1+1

11

ab(16)= =5. Соответствующие абелевы группы порядка 16 следующие: , , , ,. Первые канонические разложения для них имеют вид: , , , , .

ab(72)=ab(8)*ab(9)= =6. Соответствующие группы суть: , , , , , . Первые канонические разложения для них имеют вид: , , , , , .

В заключение приведем табличку количества Г(n) попарно неизоморфных групп и ab(n) абелевых групп данного порядка n.

n

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Г(n)

1

1

2

1

2

1

5

2

2

1

5

1

2

1

ab(n)

1

1

2

1

1

1

3

2

1

1

2

1

1

1

 

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18821. Экология. Курс лекций 285 KB
  Экология. Введение курс экология. План лекции: Экология как наука. Об основных законов и принципах функционирования системы общества природы. Современная структура основные направления развития экологии. Цели и задачи и общее содержание курса Эк
18822. Курение - опасное увлечение. Классный час 80.5 KB
  Классный час Курение опасное увлечение Классный час о вреде курения в 8 классе Форма: суд над сигаретой ролевая познавательная игра Оформление класса: Плакат: Табак приносит вред телу разрушает разум отупляет целые нации О. Де Бальзак. Таблица по б...
18823. Необхідність і суть грошей Походження та необхідність грошей 198.36 KB
  Тема 1: Необхідність і суть грошей Походження та необхідність грошей. Розвиток форм грошей. Функції грошей. Роль грошей в ринковій економіці. Походження та необхідність грошей. Гроші зявились як результат еволюційного розвитку то...
18824. Кількісна теорія грошей і сучасний монетаризм. Сучасний кейнсіансько-неокласичний синтез у теорії грошей 187.5 KB
  онспект лекцій з дисципліни Гроші та кредит Тема 2 Кількісна теорія грошей і сучасний монетаризм 2.1. Класична кількісна теорія грошей.2.2. Неокласичний варіант кількісної теорії грошей. 2.3. Внесок ДЖ. М. Кейнса у розвиток кількісної теорії грошей. 2.4. Суча
18825. Грошовий оборот. Грошовий обіг 294 KB
  Тема 2 Сутність та економічна основа грошового обороту Модель грошового обороту. Грошові потки та їх балансування. Структура грошового обороту за економічним змістом та формою платіжних засобів Маса грошей в обороті. Грошові агрегати та грошова база.
18826. ГРОШОВИЙ РИНОК. Графічна модель грошового ринку 295 KB
  Тема 4 ГРОШОВИЙ РИНОК 3.1. Сутність та особливості функціонування грошового ринку. 3.2. Інституційна модель грошового ринку. 3.3. Структура грошового ринку. 3.4. Попит на грошові. 3.5. Пропозиція грошей. 3.6. Графічна модель грошового ринку. Рівновага на грошовому ринку...
18827. Грошові системи. Монетизація бюджетного дефіциту та валового внутрішнього продукту 78 KB
  Тема 5: Грошові системи. 1. Поняття грошової системи та її елементи. 2. Типи грошових систем. Системи обігу металевих та кредитнопаперових грошей. 3. Грошовокредитна політика її цілі та інструменти. 4. Монетизація бюджетного дефіциту та валового внутрішнього прод
18828. ІНФЛЯЦІЯ ТА ГРОШОВІ РЕФОРМИ 129.5 KB
  Тема 6 ІНФЛЯЦІЯ ТА ГРОШОВІ РЕФОРМИ 1. Загальна характеристика інфляції 2. Соціальноекономічні наслідки інфляції 3. Державне регулювання інфляції 4. Грошові реформи 1. Загальна характеристика інфляції Суть інфляції. Інфляція це знецінення нерозмінних на золот...
18829. КРЕДИТ У РИНКОВІЙ ЕКОНОМІЦІ. Розвиток кредитних відносин у перехідній економіці України 449.52 KB
  Конспект лекцій з дисципліни Гроші та кредит Тема 7 КРЕДИТ У РИНКОВІЙ ЕКОНОМІЦІ 1. Необхідність кредиту 2. Суть кредиту 3. Функції і роль кредиту. 4. Форми та види кредиту 5. Розвиток кредитних відносин у перехідній економіці України. 1. Необхід...