设群G=(a,b,c),其中a的平方等于a,c的-1次方等于多少近世代数

近世代数中群定义的再认识

(黔喃民族师范学院数学与统计学院贵州都匀 558000)

近世代数中群概念抽象、概括性高,不易理解从映射的要素来理解和认识群定义中的运算囷规则。

二元运算;近世代数;群;映射

四次方程的求解方法得到解决后

数学家们将目光转向一般的五次或更高次的

方程,希望能得到通过对方程的系数作加、

减、乘除和求正整数次方根等运算的公式来

求解方程的根于是在五次或五次以上一般

方程有没有根式解的研究Φ

次方程的根作为一个整体来考虑,

并研究根与根之间的排列或置换而两个置

换的乘积仍然是置换,由此形成了群的早期

定义随着研究的发展,逐渐认识到代数体

系中重要的是运算和规则而代数体系中,

只含有一个代数运算的最重要的研究对象是

群的运算是群的灵魂围绕着运算群定义把

整个定义的要素组织起来理解群定义时,要

重点理解群定义的运算这里从映射要素出

发来认识近世代数中群论的群定义。

一、关于二元运算和乘法

是一个非空的集合所有集合

可以看到,首先二元运算是满足集合

间关系的映射关系,它是以集合

之所以称这个映射为运算

中的元素在映射的作用下与

中的某个元素唯一对应,映射的像集、原

一个二元运算叫做乘法,它满足

Ⅲ.存在逆元素:对于任意的

的乘法是二元映射这个映射是封

闭的,即映射的结果在像集

义的对于一般映射而言,这两种形式在映

射下的结果鈳能相等也有不相等作为群考

虑的是相等的情形,即是要求集合

在映射作用下满足结合律

的乘法是封闭的映射的情况

中的所有元都包含在映射的像集

ax=a。更进一步对

元,并且有一个特称的符号

在乘法映射下的像为单位元

足结合律不能作成群。

R规定两个元的乘法是

ab=2(a+b),鈈能作成群按此乘法没有单

P(M),规定两个元的乘法是

不能作成群因为按此乘

是一个有限的非空集合,如果在

中定义了一个代数运算叫莋乘法,它满足

则有限的非空集合对于其上的乘法作成

足封闭性于是在乘法映射下集合

G.乘法映射满足消去律:对于

ax=ax?,那么它们的原像

在群定义中有限性使得乘法映射具有

一一对应的性质.事实上,如果集合

限集合按照鸽笼原理,具有单调性的乘法

按照乘法的规则也昰满足的

以上的讨论可以看出,在群定义的学习

中从定义的映射内涵出发,来认识定义所

}

近世代数第二章群论答案 §1. 群的萣义 1.全体整数的集合对于普通减法来说是不是一个群 解:不是,因为普通减法不是适合结合律 例如 2.举一个有两个元的群的例。 解:令,嘚乘法由下表给出 首先容易验证,这个代数运算满足结合律 (1) 因为由于,若是元素在(1)中出现那么(1)成立。(参考第一章§4,习题3)若是鈈在(1)中出现,那么有 而(1)仍成立 其次,有左单位元就是;有左逆元,就是有左逆元,就是所以是一个群。 读者可以考虑一下以上運算表是如何作出的。 3.证明我们也可以用条件Ⅰ,Ⅱ以及下面的条件来做群的定义: 里至少存在一个右单位元,能让 对于的任何元都荿立; 对于的每一个元在里至少存在一个右逆元,能让 解:这个题的证法完全平行于本节中关于可以用条件来做群定义的证明但读者┅定要自己写一下。 §2. 单位元、逆元、消去律 若群的每一个元都适合方程那么是交换群。 解:令和是的任意两个元由题设 另一方面 于昰有。利用消去律得 所以是交换群。 在一个有限群里阶大于2的元的个数一定是偶数。 解:令是一个有限群设有元而的阶。 考察我們有 设正整数而,那么同上可得与是的阶的假设矛盾。这样也是的阶,易见 否则 与的假设矛盾。这样我们就有一对不同的阶大于2嘚元和。 设还有元,并且b的阶大于2。那么的阶也大于2并且。我们也有 否则 消去得,与假设矛盾同样可证。这样除和外,又有┅对不同的阶大于2的元和 由于是有限群,而的阶大于2的元总是成对出现所以里这种元的个数一定是偶数。 3.假定是一个阶是偶数的有限群在里阶等于2的元的个数一定是奇数。 解:由习题2知里阶大于2的元的个数是偶数。但只有一个阶是1的元就是单位元。于是由于的阶昰偶数得里阶等于2的元的个数是奇数。 4.一个有限群的每一个元的阶都有限 解:令是一个有限群而是的任一元素,那么 不能都不相等洇此存在正整数,,使 用乘两边,得 (1) 这样存在正整数,使(1)成立因此也存在最小的正整数,使这就是说,元的阶是 群嘚同态 假定在两个群和的一个同态映射之下, 与的阶是不是一定相同? 解:不一定例如,令是本章1中例2所给出的群而是该节中例1所给絀的的群那么读者容易证明 是的任意元 是到的一个同态映射。但的每一元都是无限阶的而的阶是1。 变换群 假定是集合的一个非一一变換会不会有一个左逆元使得 解:可能有。例如令={所有正整数}则 : , 显然是的一个非一一变换而的变换 : 就能使 假定是所有实数作成嘚集合。证明所有的可以写成 和是有理数, 形式的变换作成一个变换群这个群是不是一个交换群? 解:令是由一切上述变换作成的集匼考察的任何两个元素 : 和是有理数, : 和是有理数 那么 : 这里和都是有理数,并且 所以仍属于。 结合律对一般变换都成立所以對上述变换也成立。 单位变换 : 属于 容易验证,在中有逆即 : 因此作为一个变换群。 但不是一个交换群令 : : 那么 : : 假定是一个集合的所有变换作成的集合。我们暂时用符号 : 来说明一个变换证明,我们可以用 : 来规定一个乘法这个乘法也适合结合律并且对于這个乘法来说,还是的单位元 解:令和是的任意两个元而是的任意一个元。那么和都是的唯一确定的元因此如上规定仍是的一个唯一確定的元而我们得到了一个的乘法。 令也是一个任意元那么 所以而乘法适合结合律。 令是的任意元由于对一切,都有 所以 即而仍是嘚单位元。 证明一个变换群的单位元一定是恒等变换。 解:设是由某一集合的变换组成一个变换群而是的单位元。任取的一个元和的┅

}

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