กลุ่มที่หารลงตัว
ในทางคณิตศาสตร์โดยเฉพาะในสาขาทฤษฎีกลุ่มกลุ่มที่หารลงตัวได้คือกลุ่มอาเบเลียนที่สมาชิกทุกตัวสามารถหารลงตัวได้ด้วยจำนวนเต็มบวกในบางความหมาย หรือกล่าวให้แม่นยำยิ่งขึ้นคือ สมาชิกทุกตัวเป็น พหุคูณลำดับที่ n ของจำนวนเต็มบวก n แต่ละตัว กลุ่มที่หารลงตัวได้มีความสำคัญในการทำความเข้าใจโครงสร้างของกลุ่มอาเบเลียน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพราะเป็นกลุ่มอาเบเลียนแบบหนึ่งต่อหนึ่ง(injective abelian groups)
คำนิยาม
กลุ่มอาเบเลียนหารลงตัวก็ต่อเมื่อ สำหรับทุกจำนวนเต็มบวกและทุกๆมีอยู่จริงโดยที่[ 1 ] เงื่อนไขที่เทียบเท่ากันคือ: สำหรับจำนวนเต็มบวกใดๆ,นับตั้งแต่การดำรงอยู่ของสำหรับทุกๆและหมายความว่าและในทิศทางตรงกันข้ามเป็นจริงสำหรับทุกกลุ่ม เงื่อนไขที่เทียบเท่ากันประการที่สามคือกลุ่มอาเบเลียนหารลงตัวก็ต่อเมื่อเป็นวัตถุแบบหนึ่งต่อหนึ่งในหมวดหมู่ของกลุ่มอาเบเลียนด้วยเหตุนี้ กลุ่มที่หารลงตัวได้จึงบางครั้งเรียกว่ากลุ่มแบบหนึ่งต่อหนึ่ง
กลุ่มอาเบเลียนคือ- หารลงตัวด้วยจำนวนเฉพาะถ้าสำหรับทุกๆมีอยู่จริงโดยที่ในทำนองเดียวกัน กลุ่มอาเบเลียนคือหารลงตัวก็ต่อเมื่อ.
ตัวอย่าง
- จำนวนตรรกยะสร้างกลุ่มที่หารลงตัวภายใต้การบวก
- โดยทั่วไปแล้ว กลุ่มการบวกพื้นฐานของปริมาณเวกเตอร์ ใดๆ เหนือหารลงตัว
- ผลหารทุก ผล ของกลุ่มที่หารลงตัวได้ ย่อมหารลงตัวได้เช่นกัน ดังนั้นหารลงตัว
- ส่วนประกอบหลัก pของซึ่งมีโครงสร้างเหมือนกับ กลุ่ม p - quasicyclicหารลงตัว
- กลุ่มการคูณของจำนวนเชิงซ้อนหารลงตัว
- ทุก กลุ่มอาเบเลียน ที่ปิดในเชิงการดำรงอยู่ (ใน ความหมาย เชิงทฤษฎีแบบจำลอง ) สามารถหารลงตัวได้
คุณสมบัติ
- ถ้ากลุ่มที่หารลงตัวเป็นกลุ่มย่อยของกลุ่มอาเบเลียนแล้ว กลุ่มนั้นจะเป็นผลรวมโดยตรงของกลุ่มอาเบเลียนนั้น[ 2 ]
- ทุกกลุ่มอาเบลสามารถฝังตัวอยู่ในกลุ่มที่หารลงตัวได้[ 3 ]กล่าวอีกนัยหนึ่ง หมวดหมู่ของกลุ่มอาเบลมีอินเจกทีฟเพียงพอ
- กลุ่มหารที่ไม่เป็นศูนย์นั้นไม่ใช่กลุ่มที่สร้างขึ้นโดยจำนวนจำกัด
- นอกจากนี้ กลุ่มอาเบเลียนทุกกลุ่มสามารถฝังตัวอยู่ในกลุ่มที่หารลงตัวได้ในฐานะกลุ่มย่อยที่สำคัญในลักษณะเฉพาะ[ 4 ]
- กลุ่มอาเบเลียนจะหารลงตัวได้ก็ต่อเมื่อกลุ่มนั้น หารลงตัวด้วย pสำหรับทุกจำนวน เฉพาะ pเท่านั้น
- อนุญาตเป็นแหวนถ้าถ้าเป็นกลุ่มที่หารลงตัวได้ ก็แสดงว่ากลุ่มนั้นหารลงตัวแล้วเป็นฟังก์ชันหนึ่งต่อหนึ่งในหมวดหมู่ของ- โมดูล[ 5 ]
ทฤษฎีโครงสร้างของกลุ่มที่หารลงตัว
ให้Gเป็นกลุ่มที่หารลงตัวได้ แล้วกลุ่มย่อยทอร์ชั่น Tor( G ) ของGก็หารลงตัวได้เช่นกัน เนื่องจากกลุ่มที่หารลงตัวได้เป็นโมดูลแบบหนึ่งต่อหนึ่งดังนั้น Tor( G ) จึงเป็นส่วนประกอบโดยตรงของGดังนั้น
เนื่องจากเป็นผลหารของกลุ่มที่หารลงตัวG /Tor( G ) จึงหารลงตัว นอกจากนี้ยังเป็นกลุ่มที่ไม่มีทอร์ชั่นดังนั้นจึงเป็นปริมาณเวกเตอร์เหนือQและด้วยเหตุนี้จึงมีเซตI อยู่ เช่นนั้น
โครงสร้างของกลุ่มย่อยทอร์ชั่นนั้นยากที่จะระบุได้ แต่สามารถแสดงได้[ 6 ] [ 7 ]ว่าสำหรับจำนวนเฉพาะp ทั้งหมด จะมีอยู่โดยที่
ที่ไหนคือ ส่วนประกอบ หลักของ Tor( G )
ดังนั้น ถ้าPคือเซตของจำนวนเฉพาะ
จำนวนสมาชิกของเซตIและI สำหรับp ∈ P ถูกกำหนดอย่างไม่ซ้ำกัน โดยกลุ่มG
ซองจดหมายแบบฉีด
ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น กลุ่มอาเบเลียนใดๆAสามารถฝังตัวได้อย่างไม่ซ้ำกันในกลุ่มที่หารลงตัวได้Dในฐานะกลุ่มย่อยที่สำคัญ กลุ่มที่หารลงตัวได้ Dนี้คือซองบรรจุแบบหนึ่งต่อหนึ่งของAและแนวคิดนี้คือเปลือกแบบหนึ่งต่อหนึ่งในหมวดหมู่ของกลุ่มอาเบเลียน
กลุ่มอาเบเลียนที่ลดลง
กล่าวได้ว่ากลุ่มอาเบเลียนเป็นกลุ่มที่ลดรูปได้ถ้ากลุ่มย่อยที่หารลงตัวได้เพียงกลุ่มเดียวคือ {0} ทุกกลุ่มอาเบเลียนเป็นผลรวมโดยตรงของกลุ่มย่อยที่หารลงตัวได้และกลุ่มย่อยที่ลดรูปได้ ในความเป็นจริง มีกลุ่มย่อยที่หารลงตัวได้ที่ใหญ่ที่สุดเพียงหนึ่งเดียวของกลุ่มใดๆ และกลุ่มย่อยที่หารลงตัวได้นี้เป็นส่วนประกอบโดยตรง[ 8 ]นี่เป็นคุณสมบัติพิเศษของวงแหวนสืบทอดเช่นจำนวนเต็มZ : ผลรวมโดยตรงของโมดูลแบบฉีดเป็นโมดูลแบบฉีดเนื่องจากวงแหวนเป็นโนเธอร์เรียนและผลหารของโมดูลแบบฉีดเป็นโมดูลแบบฉีดเนื่องจากวงแหวนเป็นวงแหวนสืบทอด ดังนั้นโมดูลย่อยใดๆ ที่สร้างขึ้นโดยโมดูลแบบฉีดจึงเป็นโมดูลแบบฉีด บทกลับเป็นผลมาจาก( Matlis 1958 ) : ถ้าทุกโมดูลมีโมดูลย่อยแบบฉีดสูงสุดเพียงหนึ่งเดียว วงแหวนนั้นจะเป็นวงแหวนสืบทอด
ทฤษฎีบทของ Ulmให้การจำแนกประเภทที่สมบูรณ์ของกลุ่มอาเบเลียนแบบคาบที่ลดรูปได้
การสรุปทั่วไป
มีนิยามที่แตกต่างกันหลายประการที่ใช้ขยายกลุ่มที่หารลงตัวไปสู่โมดูลที่หารลงตัว นิยามต่อไปนี้ถูกนำมาใช้ในเอกสารทางวิชาการเพื่อกำหนดโมดูลที่หารลงตัวMเหนือริงR :
- rM = M สำหรับ rที่ไม่ใช่ศูนย์ทั้งหมดในR [ 9 ] (บางครั้งจำเป็นต้องให้rไม่ใช่ตัวหารศูนย์ และผู้เขียนบางคน[ 10 ]กำหนดให้Rเป็นโดเมน )
- สำหรับอุดมคติ ซ้ายหลักทุกตัว Ra โฮโมมอร์ฟิซึมใดๆจากRaไปยังMจะขยายเป็นโฮโมมอร์ฟิซึมจากRไปยังM [ 11 ] [ 12 ] (โมดูลที่หารลงตัวประเภทนี้ยังเรียกว่าโมดูลแบบฉีดหลัก ด้วย )
- สำหรับ ไอเดีย ลซ้าย L ที่สร้างขึ้นอย่างจำกัด ทุกตัว ของR โฮโม มอร์ฟิซึมใดๆ จากLไปยังMจะขยายไปเป็นโฮโมมอร์ฟิซึมจากRไปยังM
เงื่อนไขสองข้อสุดท้ายเป็น "เวอร์ชันที่จำกัด" ของเกณฑ์ของแบร์สำหรับโมดูลแบบฉีดเนื่องจากโมดูลซ้ายแบบฉีดขยายโฮโมมอร์ฟิซึมจากไอเดียลซ้ายทั้งหมด ไปยัง Rดังนั้นโมดูลแบบฉีดจึงหารลงตัวในความหมายที่ 2 และ 3 อย่างชัดเจน
ถ้าRเป็นโดเมนเพิ่มเติมแล้ว คำจำกัดความทั้งสามจะตรงกัน ถ้าRเป็นโดเมนอุดมคติซ้ายหลัก โมดูลที่หารลงตัวจะตรงกับโมดูลแบบฉีด[ 13 ]ดังนั้นในกรณีของวงแหวนจำนวนเต็มZซึ่งเป็นโดเมนอุดมคติหลัก โมดูล Z (ซึ่งเป็นกลุ่มอาเบล) จะหารลงตัวได้ก็ต่อเมื่อเป็นโมดูลแบบฉีด
ถ้าRเป็น โดเมน สลับที่ได้ โมดูล Rแบบฉีดจะตรงกับ โมดูล R แบบหารลงตัว ก็ต่อเมื่อRเป็นโดเมนเดเดคินด์[ 13 ]