อ่าน 4 นาที
ชุดองค์ประกอบ
ในพีชคณิตนามธรรมอนุกรมการประกอบ (composition series)เป็นวิธีหนึ่งในการแบ่งโครงสร้างทางพีชคณิตเช่นกลุ่มหรือโมดูลออกเป็นส่วนประกอบที่เรียบง่าย
ชุดองค์ประกอบ
ในพีชคณิตนามธรรมอนุกรมการประกอบ (composition series)เป็นวิธีหนึ่งในการแบ่งโครงสร้างทางพีชคณิตเช่นกลุ่มหรือโมดูลออกเป็นส่วนประกอบที่เรียบง่าย ความจำเป็นในการพิจารณาอนุกรมการประกอบในบริบทของโมดูลเกิดขึ้นจากข้อเท็จจริงที่ว่าโมดูลที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติจำนวนมากไม่ใช่โมดูลกึ่งเรียบง่าย (semisimple ) ดังนั้นจึงไม่สามารถแยกออกเป็นผลรวมโดยตรงของโมดูลเรียบง่ายได้อนุกรมการประกอบของโมดูลMคือการกรองแบบ เพิ่มขึ้นอย่างจำกัด ของMด้วยโมดูลย่อยโดยที่ผลหารที่ต่อเนื่องกันเป็นโมดูลเรียบง่ายและทำหน้าที่แทนการแยกส่วนM ออกเป็นผลรวมโดยตรง เป็นส่วนประกอบที่เรียบง่าย
อนุกรมการประกอบอาจไม่มีอยู่จริง และเมื่อมีอยู่จริงก็ไม่จำเป็นต้องมีเพียงหนึ่งเดียว อย่างไรก็ตาม กลุ่มผลลัพธ์ที่รู้จักกันในชื่อทั่วไปว่าทฤษฎีบทจอร์แดน-โฮลเดอร์ยืนยันว่า เมื่อใดก็ตามที่อนุกรมการประกอบมีอยู่จริงชั้นไอโซมอร์ฟิซึมของชิ้นส่วนแบบง่าย (แม้ว่าอาจจะไม่ใช่ตำแหน่ง ของ ชิ้นส่วนเหล่านั้นในอนุกรมการประกอบที่กล่าวถึง) และความหลากหลายของชิ้นส่วนเหล่านั้นจะถูกกำหนดอย่างไม่ซ้ำกัน ดังนั้น อนุกรมการประกอบจึงสามารถนำมาใช้เพื่อกำหนดค่าคงที่ของกลุ่มจำกัดและโมดูลอาร์ทิเนียนได้
แนวคิดที่เกี่ยวข้องแต่แตกต่างกันคืออนุกรมหลัก : อนุกรมองค์ประกอบคืออนุกรมย่อยปกติ สูงสุด ในขณะที่อนุกรมหลักคืออนุกรมปกติสูงสุด
สำหรับกลุ่ม
ถ้ากลุ่มGมีกลุ่มย่อยปกติNแล้ว กลุ่มปัจจัยG / Nสามารถเกิดขึ้นได้ และบางแง่มุมของการศึกษาโครงสร้างของGอาจถูกแบ่งย่อยออกไปได้โดยการศึกษากลุ่ม "เล็กกว่า" G/NและNถ้าGไม่มีกลุ่มย่อยปกติที่แตกต่างจากGและจากกลุ่มที่ไม่สำคัญแล้วG ก็ เป็นกลุ่มที่เรียบง่ายมิฉะนั้น คำถามที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติก็คือGสามารถลดทอนลงเป็น "ชิ้นส่วน" ที่เรียบง่ายได้หรือไม่ และถ้าได้ จะมีลักษณะเฉพาะใดบ้างในวิธีการนี้
กล่าวอย่างเป็นทางการมากขึ้นอนุกรมการประกอบของกลุ่มGคืออนุกรมย่อยปกติที่มีความยาวจำกัด
โดยมีการรวมอย่างเข้มงวด โดยที่H i แต่ละกลุ่ม เป็น กลุ่มย่อยปกติที่เหมาะสม ที่สุดของH i +1หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง อนุกรมการประกอบคืออนุกรมย่อยปกติ โดยที่กลุ่มปัจจัยH i +1 / H i แต่ละกลุ่ม เป็นกลุ่มปัจจัยเดี่ยว กลุ่มปัจจัยเหล่านี้เรียกว่าปัจจัยการประกอบ
อนุกรมซับนอร์มัลจะเป็นอนุกรมประกอบได้ก็ต่อเมื่อมีความยาวสูงสุดเท่านั้น กล่าวคือ ไม่มีกลุ่มย่อยเพิ่มเติมใด ๆ ที่สามารถ "แทรก" เข้าไปในอนุกรมประกอบได้ ความยาวnของอนุกรมเรียกว่า ความ ยาว ประกอบ
ถ้ากลุ่มG มีอนุกรมการประกอบ (composition series) อยู่ แล้ว อนุกรมย่อยปกติ (subnormal series) ใดๆ ของGก็สามารถปรับให้เป็นอนุกรมการประกอบได้ โดยการแทรกกลุ่มย่อยเข้าไปในอนุกรมจนถึงค่าสูงสุด (maximality) กลุ่มจำกัด ทุกกลุ่ม มีอนุกรมการประกอบ แต่กลุ่มอนันต์ ทุกกลุ่มไม่ได้ มีอนุกรมการประกอบ ตัวอย่างเช่นไม่มีอนุกรมการประกอบ
เอกลักษณ์: ทฤษฎีบทจอร์แดน–โฮลเดอร์
กลุ่มหนึ่งอาจมีอนุกรมการประกอบมากกว่าหนึ่งชุด อย่างไรก็ตามทฤษฎีบทจอร์แดน-โฮลเดอร์ (ตั้งชื่อตามคามิลล์ จอร์แดนและออตโต โฮลเดอร์ ) กล่าวว่า อนุกรมการประกอบสองชุดใดๆ ของกลุ่มที่กำหนดให้จะเทียบเท่ากัน กล่าวคือ มีความยาวการประกอบและตัวประกอบการประกอบเหมือนกันโดยพิจารณาถึงการเรียงสับเปลี่ยนและไอโซมอร์ฟิซึมทฤษฎีบทนี้สามารถพิสูจน์ได้โดยใช้ทฤษฎีบทการปรับปรุงของชไรเออร์ทฤษฎีบทจอร์แดน-โฮลเดอร์ยังเป็นจริงสำหรับ อนุกรมการประกอบ แบบเพิ่มขึ้นที่เป็นอนันต์ แต่ไม่เป็นจริงสำหรับ อนุกรมการประกอบแบบ ลดลงที่ เป็น อนันต์ ( Birkhoff 1934 ) Baumslag (2006)ให้การพิสูจน์สั้นๆ ของทฤษฎีบทจอร์แดน-โฮลเดอร์โดยการหาจุดตัดของพจน์ในอนุกรมย่อยปกติชุดหนึ่งกับพจน์ในอนุกรมอีกชุดหนึ่ง
ตัวอย่าง
สำหรับกลุ่มวัฏจักรที่มีอันดับnอนุกรมการประกอบจะสอดคล้องกับการแยกตัวประกอบเฉพาะแบบเรียงลำดับของnและในความเป็นจริงแล้วยังให้การพิสูจน์ทฤษฎีบทพื้นฐานของเลขคณิตอีกด้วย
ตัวอย่างเช่น กลุ่มวัฏจักรมีและเป็นชุดองค์ประกอบที่แตกต่างกันสามชุด ลำดับของปัจจัยองค์ประกอบที่ได้ในแต่ละกรณีคือและ
สำหรับโมดูล
นิยามของอนุกรมการประกอบสำหรับโมดูลจำกัดความสนใจไว้เฉพาะโมดูลย่อย โดยไม่สนใจกลุ่มย่อยแบบบวกทั้งหมดที่ไม่ใช่โมดูลย่อย เมื่อกำหนดริงRและโมดูลR Mแล้ว อนุกรมการประกอบสำหรับMคืออนุกรมของโมดูลย่อย
โดยที่การรวมทั้งหมดเป็นแบบเข้มงวด และJ kเป็นซับโมดูลสูงสุดของJ k +1สำหรับแต่ละkส่วนในกรณีของกลุ่ม ถ้าMมีอนุกรมการประกอบแล้ว อนุกรมย่อยที่เพิ่มขึ้นอย่างเคร่งครัดแบบจำกัดใดๆ ของMอาจถูกปรับปรุงให้เป็นอนุกรมการประกอบ และอนุกรมการประกอบสองชุดใดๆ สำหรับMจะเทียบเท่ากัน ในกรณีนั้น โมดูลผลหาร (แบบง่าย) J k +1 / J kเรียกว่าตัวประกอบการประกอบของM และทฤษฎีบทจอร์แดน-โฮลเดอร์จะเป็นจริง ซึ่งรับประกันว่าจำนวนครั้งของการเกิดขึ้นของแต่ละประเภทไอโซมอร์ฟิซึมของโมดูล Rแบบง่ายในฐานะตัวประกอบการประกอบจะไม่ขึ้นอยู่กับการเลือกอนุกรมการประกอบ
เป็นที่ทราบกันดี[ 1 ]ว่าโมดูลจะมีชุดองค์ประกอบจำกัดก็ต่อเมื่อเป็นทั้งโมดูลอาร์ทิเนียนและโมดูลโนเธอร์เรียนถ้าRเป็นวงแหวนอาร์ทิเนียน โมดูล Rที่สร้างขึ้นอย่างจำกัดทุกโมดูลจะเป็นอาร์ทิเนียนและโนเธอร์เรียน ดังนั้นจึงมีชุดองค์ประกอบจำกัด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับฟิลด์K ใดๆ โมดูลมิติจำกัดใดๆ สำหรับพีชคณิตมิติจำกัดเหนือKจะมีชุดองค์ประกอบที่ไม่ซ้ำกันจนถึงความสมมูล
การสรุปทั่วไป
กลุ่มที่มีเซตของตัวดำเนินการจะขยายความหมายของการกระทำของกลุ่มและการกระทำของวงแหวนบนกลุ่ม แนวทางที่เป็นเอกภาพสำหรับทั้งกลุ่มและโมดูลสามารถปฏิบัติตามได้ดังใน ( Bourbaki 1974 , บทที่ 1) หรือ ( Isaacs 1994 , บทที่ 10) ซึ่งทำให้การอธิบายบางส่วนง่ายขึ้น กลุ่มGถูกมองว่าถูกกระทำโดยองค์ประกอบ (ตัวดำเนินการ) จากเซต Ω ความสนใจจะจำกัดอยู่เฉพาะกลุ่มย่อยที่ไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การกระทำขององค์ประกอบจาก Ω ซึ่งเรียกว่ากลุ่มย่อย Ω ดังนั้นอนุกรมการประกอบ Ω จะต้องใช้เฉพาะกลุ่มย่อย Ω เท่านั้น และตัวประกอบการประกอบ Ω จำเป็นต้องเป็น Ω-simple เท่านั้น ผลลัพธ์มาตรฐานข้างต้น เช่น ทฤษฎีบทจอร์แดน-โฮลเดอร์ ได้รับการพิสูจน์ด้วยวิธีการพิสูจน์ที่เกือบจะเหมือนกัน
กรณีพิเศษที่พบได้แก่ เมื่อ Ω = Gซึ่งหมายความว่าGกระทำต่อตัวเอง ตัวอย่างที่สำคัญคือ เมื่อองค์ประกอบของGกระทำโดยการผันแปร ซึ่งทำให้เซตของตัวดำเนินการประกอบด้วยออโตมอร์ฟิซึมภายใน อนุกรมการประกอบภายใต้การกระทำนี้คืออนุกรมหลักโครงสร้างโมดูลเป็นกรณีหนึ่งของการกระทำของ Ω โดยที่ Ω เป็นวงแหวนและมีสัจพจน์เพิ่มเติมบางประการที่ตรงตามเงื่อนไข
สำหรับวัตถุในหมวดหมู่อาเบเลียน
ลำดับองค์ประกอบของวัตถุAในหมวดหมู่อาเบเลียนคือลำดับของวัตถุย่อย
โดยที่วัตถุผลหารX i / X i + 1 แต่ละตัว เป็นแบบง่าย (สำหรับ0 ≤ i < n ) ถ้าAมีอนุกรมการประกอบจำนวนเต็มnจะขึ้นอยู่กับA เท่านั้น และเรียกว่าความยาวของA [ 2 ]
ดูเพิ่มเติม
- ทฤษฎีโครห์น-โรดส์อนาล็อกของเซมิกรุป
- ทฤษฎีบทการปรับปรุงของ Schreierระบุว่า อนุกรมย่อยปกติสองอนุกรม ใดๆ จะมีการปรับปรุงอนุกรมองค์ประกอบที่เทียบเท่ากัน
- บทพิสูจน์ของ Zassenhausที่ใช้ในการพิสูจน์ทฤษฎีบทการปรับปรุงของ Schreier
หมายเหตุ
- ^ไอแซคส์ 1994 , หน้า 146.
- ↑คาชิวาระ และ ชาปิรา 2549 , แบบฝึกหัด 8.20
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ชุดองค์ประกอบ
ในพีชคณิตนามธรรมอนุกรมการประกอบ (composition series)เป็นวิธีหนึ่งในการแบ่งโครงสร้างทางพีชคณิตเช่นกลุ่มหรือโมดูลออกเป็นส่วนประกอบที่เรียบง่าย
สำหรับกลุ่ม
ถ้ากลุ่ม G มี กลุ่มย่อยปกติ N แล้ว กลุ่มปัจจัย G / N สามารถเกิดขึ้นได้ และบางแง่มุมของการศึกษาโครงสร้างของ G อาจถูกแบ่งย่อยออกไปได้โดยการศึกษากลุ่ม "เล็กกว่า" G/N และ N ถ้า G ไม่มีกลุ่มย่อยปกติที่แตกต่างจาก G และจากกลุ่มที่ไม่สำคัญแล้ว G ก็ เป็น...
เอกลักษณ์: ทฤษฎีบทจอร์แดน–โฮลเดอร์
กลุ่มหนึ่งอาจมีอนุกรมการประกอบมากกว่าหนึ่งชุด อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีบทจอร์แดน-โฮลเดอร์ (ตั้งชื่อตาม คามิลล์ จอร์แดน และ ออตโต โฮลเดอร์ ) กล่าวว่า อนุกรมการประกอบสองชุดใดๆ ของกลุ่มที่กำหนดให้จะเทียบเท่ากัน กล่าวคือ มีความยาวการประกอบและตัวประกอบการประกอบเหมือนกัน...
สำหรับโมดูล
นิยามของอนุกรมการประกอบสำหรับโมดูลจำกัดความสนใจไว้เฉพาะโมดูลย่อย โดยไม่สนใจกลุ่มย่อยแบบบวกทั้งหมดที่ ไม่ใช่ โมดูลย่อย เมื่อกำหนดริง R และโมดูล R M แล้ว อนุกรมการประกอบสำหรับ M คืออนุกรมของโมดูลย่อย