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

53889. Американська їжа. Традиційна українська кухня 332 KB
  Dear friends! I аm very glad to meet you here in our beautiful village and welcome you to the lesson About Americans Food. Today we shall speak English, watch video-cassettes. In other words we shall enjoy the English language today.
53890. Методика «Кулькова лялька» 90.5 KB
  Вік: рекомендуємо використовувати з 2х років разом з психологом з батьками до 11 років вік коли дитина ще вірить у казки чаклунство. Емоція яку проговорить дитина буде відображена на обличчі кулькової ляльки. Хід роботи: Чарівні маленькі предмети дитина кладе у коробок зпід кіндерсюрпризу. Дитина думає про те що їй допомагає та 3 рази дує в коробочок закриває його.
53891. Культура и традиции 62.5 KB
  И такой вариант возможен и у вас начнётся как переплетение с цветочками посредине. Допустим мы взяли черно злато белые цвета императорского штандарта. Что вам нужно Я взял три нитки можно цветов и поболее собрал их вместе. Можно подвести просто по одному цвету.
53892. Наземний, підземний, повітряний, водний – нас транспорт домчить будь-куди вже сьогодні 72.5 KB
  Тема: Наземний підземний повітряний водний - нас транспорт домчить будькуди вже сьогодні Автор: Ярмоленко Людмила Анатоліївна вчительлогопед ДНЗ №8 Золотий півник м. Вчительлогопед. Диференціація голосних та приголосних звуків Вчительлогопед. Вчительлогопед.
53893. Створення розвивально-ігрового середовища для розвитку творчого життя дошкільника 38 KB
  Продовжувати вчити виконувати роль кожного працівника кондитерського цеху знаходити методи спілкування між працівниками фабрики: кондитер завідувач кондитерським цехом директор секретар; будувати правильні міжрольові діалоги; закріпити засвоєні знання дітей із культури ділового спілкування; продовжувати вчити застосовувати свої знання на практиці в нестандартних умовах; закріпити вміння творчо працювати групами і допомагати один одному співпереживати. Розширювати уявлення дітей про роботу малих підприємств; закріпити вміння виконувати...
53894. Формування культури учнів засобами навчальних предметів 75 KB
  Як зазначено у Концепції загальної середньої освіти:Слайд №3 Освіта ХХІ століття це освіта для людини її стрижень розвиваюча культуротворча домінанта виховання відповідальної особистості яка здатна до самоосвіти та саморозвитку вміє критично мислити опрацьовувати різноманітну інформацію прагне змінити на краще своє життя і життя своєї країни.Слайд №4 ХХІ століття це час переходу до високотехнологічного інформаційного суспільства у якому якість людського потенціалу рівень освіченості й культури всього населення...
53895. Позакласний захід «Фестиваль грецької культури» 2.09 MB
  Україна - толерантна, багатонаціональна держава. Більше 50 націй і національностей проживають в ній. За 20-літнє незалежне існування, великі і малі народи України, отримали можливість всебічного розвитку своєї культури, традицій, мови. Один з таких народів греки.
53896. Проект «Культура спілкування» 65.5 KB
  Очікувані результати: учні навчаться здобувати інформацію з різних джерел аналізувати і систематизувати її; отримають досвід публічного виступу під час захисту проекту; здобудуть життєві навички культурного спілкування. Форми роботи: робота з літературою за темою проекту; анкетування; інтервю; підготовка памяток; бесіди; інсценівки; години спілкування; дискусії. Опрацювати літературу з питань культури спілкування та визначити основні правила спілкування скласти памятки: Основні правила спілкування Якщо...