อ่าน 5 นาที
ลำดับ (ทฤษฎีกลุ่ม)
ใน ทางคณิตศาสตร์ อันดับของ กลุ่มจำกัด คือจำนวนสมาชิกของกลุ่มนั้น ถ้า กลุ่ม ไม่จำกัด เราจะกล่าวว่าอันดับของกลุ่มนั้นเป็น อนันต์ อันดับ ของ สมาชิก ในกลุ่ม (เรียกอีกอย่าง...
ลำดับ (ทฤษฎีกลุ่ม)
| โครงสร้างพีชคณิต → ทฤษฎีกลุ่มทฤษฎีกลุ่ม |
|---|

ในทางคณิตศาสตร์อันดับของกลุ่มจำกัดคือจำนวนสมาชิกของกลุ่มนั้น ถ้ากลุ่มไม่จำกัด เราจะกล่าวว่าอันดับของกลุ่มนั้นเป็นอนันต์อันดับของสมาชิกในกลุ่ม (เรียกอีกอย่างว่าความยาวคาบหรือคาบ ) คืออันดับของกลุ่มย่อยที่สร้างขึ้นโดยสมาชิกนั้น ถ้าการดำเนินการของกลุ่มถูกแทนด้วยการคูณอันดับของสมาชิกa ในกลุ่มจึงเป็น จำนวนเต็มบวกที่เล็กที่สุดmที่ทำให้a m = eโดยที่eแทนสมาชิกเอกลักษณ์ของกลุ่ม และa mแทนผลคูณของaจำนวนm ตัว ถ้าไม่มีm ดังกล่าว อันดับของaจะเป็นอนันต์
อันดับของกลุ่มGจะแสดงด้วยord( G )หรือ| G |และอันดับของสมาชิกaจะแสดงด้วยord( a )หรือ| a |แทนที่จะเป็น โดยวงเล็บหมายถึงกลุ่มที่สร้างขึ้น
ทฤษฎีบทของลากรองจ์กล่าวว่า สำหรับกลุ่มย่อยH ใดๆ ของกลุ่มจำกัดGอันดับของกลุ่มย่อยนั้นจะหารอันดับของกลุ่มได้ นั่นคือ| H |เป็นตัวหารของ| G |โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อันดับ| a |ของสมาชิกใดๆ ก็เป็นตัวหารของ| G |ด้วย
ตัวอย่าง
กลุ่มสมมาตร S 3มีตารางการคูณ ดังต่อ ไป นี้
• อี ส ที คุณ วี ว อี อี ส ที คุณ วี ว ส ส อี วี ว ที คุณ ที ที คุณ อี ส ว วี คุณ คุณ ที ว วี อี ส วี วี ว ส อี คุณ ที ว ว วี คุณ ที ส อี
กลุ่มนี้มีสมาชิก 6 ตัว ดังนั้นord(S 3 ) = 6ตามนิยาม อันดับของเอกลักษณ์eคือหนึ่ง เนื่องจากe 1 = e s , tและwแต่ละตัวยกกำลังสองได้เท่ากับeดังนั้นสมาชิกของกลุ่มนี้จึงมีอันดับสอง: | s | = | t | = | w | = 2สุดท้ายuและvมีอันดับ 3 เนื่องจากu 3 = vu = eและv 3 = uv = e
ระเบียบและโครงสร้าง
อันดับของกลุ่มGและอันดับของสมาชิกในกลุ่มนั้นให้ข้อมูลมากมายเกี่ยวกับโครงสร้างของกลุ่ม โดยคร่าวๆ แล้ว ยิ่งการแยกตัวประกอบของ | G | ซับซ้อนมากเท่าใด โครงสร้างของGก็ ยิ่งซับซ้อนมากขึ้นเท่านั้น
สำหรับ | G | = 1 กลุ่มจะเป็นกลุ่มที่ไม่มีสมาชิกอื่นในกลุ่มใดๆ ก็ตาม มีเพียงสมาชิกเอกลักษณ์a = e เท่านั้น ที่มี ord( a) = 1 ถ้าสมาชิกที่ไม่ใช่เอกลักษณ์ทุกตัวในGเท่ากับตัวผกผันของมัน (ดังนั้นa 2 = e ) แล้ว ord( a ) = 2 ซึ่งหมายความว่าGเป็นกลุ่มอาเบเลียนเนื่องจาก แต่ บทกลับไม่เป็นจริง ตัวอย่างเช่นกลุ่มวัฏจักร (แบบบวก) Z 6ของจำนวนเต็มมอดูล 6 เป็นกลุ่มอาเบเลียน แต่จำนวน 2 มีอันดับ 3
- .
ความสัมพันธ์ระหว่างแนวคิดเรื่องลำดับทั้งสองมีดังนี้: ถ้าเราเขียน
สำหรับกลุ่มย่อยที่สร้างขึ้นโดยaแล้ว
สำหรับจำนวนเต็มk ใดๆ เราจะได้ว่า
- a k = e ก็ต่อเมื่อ ord( a ) หารk ลงตัว
โดยทั่วไป อันดับของกลุ่มย่อยใดๆ ของGจะหารอันดับของG ลงตัว กล่าว ให้ชัดเจนยิ่งขึ้นคือ ถ้าHเป็นกลุ่มย่อยของGแล้ว
- ord( G ) / ord( H ) = [ G : H ] โดยที่ [ G : H ] เรียกว่าดัชนีของHในGซึ่งเป็นจำนวนเต็ม นี่คือทฤษฎีบทของลากรองจ์ (อย่างไรก็ตาม ข้อนี้เป็นจริงเฉพาะเมื่อ G มีอันดับจำกัดเท่านั้น ถ้า ord( G ) = ∞ ผลหาร ord( G ) / ord( H ) จะไม่มีความหมาย)
จากที่กล่าวมาข้างต้น เราจะเห็นว่าลำดับของสมาชิกทุกตัวในกลุ่มหารลงตัวกับลำดับของกลุ่ม ตัวอย่างเช่น ในกลุ่มสมมาตรที่แสดงไว้ข้างต้น ซึ่ง ord(S 3 ) = 6 ลำดับที่เป็นไปได้ของสมาชิกคือ 1, 2, 3 หรือ 6
ข้อความผกผันบางส่วนต่อไปนี้เป็นจริงสำหรับกลุ่มจำกัด : ถ้าdหารอันดับของกลุ่มG ลงตัว และdเป็นจำนวนเฉพาะแล้วจะมีสมาชิกที่มีอันดับd อยู่ ในG (บางครั้งเรียกว่าทฤษฎีบทของโคชี ) ข้อความนี้ไม่เป็นจริงสำหรับ อันดับ ประกอบเช่นกลุ่มไคลน์สี่ไม่มีสมาชิกที่มีอันดับสี่ สามารถแสดงได้โดย การพิสูจน์ แบบอุปนัย[ 1 ]ผลที่ตามมาของทฤษฎีบทนี้ได้แก่: อันดับของกลุ่มGเป็นกำลังของจำนวน เฉพาะ pก็ต่อเมื่อ ord( a )เป็นกำลังของpสำหรับทุกaในG [ 2 ]
ถ้าaมีอันดับอนันต์ กำลังที่ไม่เป็นศูนย์ทั้งหมดของa ก็ จะมีอันดับอนันต์เช่นกัน ถ้าaมีอันดับจำกัด เราจะมีสูตรต่อไปนี้สำหรับอันดับของกำลังของa :
สำหรับจำนวนเต็มk ทุกตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งaและตัวผกผันของมันคือa −1จะมีลำดับเดียวกัน
ในกลุ่มใดก็ตาม
ไม่มีสูตรทั่วไปที่เชื่อมโยงอันดับของผลคูณabกับอันดับของaและbอันที่จริง เป็นไปได้ที่ทั้งaและbจะมีอันดับจำกัด ในขณะที่abมีอันดับอนันต์ หรือทั้งaและbจะมีอันดับอนันต์ ในขณะที่abมีอันดับจำกัด ตัวอย่างของกรณีแรกคือa ( x ) = 2− x , b ( x ) = 1− xโดยที่ab ( x ) = x −1 ในกลุ่มตัวอย่างของกรณีหลังคือa ( x ) = x +1, b ( x ) = x −1 โดยที่ab ( x ) = xถ้าab = baอย่างน้อยที่สุดเราก็สามารถกล่าวได้ว่า ord( ab ) หารlcm (ord( a ), ord( b )) ลงตัว ดังนั้น จึงสามารถพิสูจน์ได้ว่าในกลุ่มอาเบเลียนจำกัด ถ้าmแทนค่าสูงสุดของอันดับทั้งหมดของสมาชิกในกลุ่มแล้ว อันดับของสมาชิกทุกตัวจะหารmลงตัว
การนับตามลำดับขององค์ประกอบ
สมมติว่าGเป็นกลุ่มจำกัดที่มีอันดับnและdเป็นตัวหารของnจำนวนสมาชิกที่มีอันดับdในGเป็นผลคูณของ φ( d ) (อาจเป็นศูนย์) โดยที่ φ คือฟังก์ชันโทเทียนต์ของออยเลอร์ซึ่งให้จำนวนเต็มบวกที่ไม่เกินdและ เป็นจำนวน เฉพาะสัมพัทธ์กับ d ตัวอย่างเช่น ในกรณีของ S³ φ (3) = 2 และเรามีสมาชิกที่มีอันดับ 3 สองตัวพอดี ทฤษฎีบทนี้ไม่ให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับสมาชิกที่มีอันดับ 2 เพราะ φ(2) = 1 และมีประโยชน์จำกัดสำหรับจำนวนประกอบdเช่นd = 6 เนื่องจาก φ(6) = 2 และไม่มีสมาชิกที่มีอันดับ 6 ในS³เลย
ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับโฮโมมอร์ฟิซึม
โฮโมมอร์ฟิซึมของกลุ่มมักจะลดอันดับของสมาชิก: ถ้าf : G → Hเป็นโฮโมมอร์ฟิซึม และaเป็นสมาชิกของGที่มีอันดับจำกัด แล้ว ord( f ( a )) จะหาร ord( a ) ลงตัว ถ้าfเป็นฟังก์ชันหนึ่งต่อหนึ่งแล้ว ord( f ( a )) = ord( a ) สิ่งนี้มักใช้พิสูจน์ได้ว่าไม่มีโฮโมมอร์ฟิซึมหรือไม่มีโฮโมมอร์ฟิซึมแบบหนึ่งต่อหนึ่งระหว่างสองกลุ่มที่กำหนดให้อย่างชัดเจน (ตัวอย่างเช่น ไม่มีโฮโมมอร์ฟิซึมที่ไม่ใช่แบบศูนย์h : S 3 → Z 5เพราะทุกจำนวนยกเว้นศูนย์ในZ 5 มีอันดับ 5 ซึ่งหารอันดับ 1, 2 และ 3 ของสมาชิกใน S 3ไม่ลงตัว) ผลที่ตามมาอีกประการหนึ่งคือสมาชิกสังยุคมีอันดับเดียวกัน
สมการชั้นเรียน
ผลลัพธ์ที่สำคัญเกี่ยวกับลำดับคือสมการชั้นซึ่งเชื่อมโยงลำดับของกลุ่มจำกัดGกับลำดับของศูนย์กลาง Z( G ) และขนาดของชั้นสมมูล ที่ไม่เป็นศูนย์ :
โดยที่d iคือขนาดของชั้นสมมูลที่ไม่ใช่กลุ่มย่อย ซึ่งเป็นตัวหารแท้ของ | G | ที่มากกว่าหนึ่ง และยังเท่ากับดัชนีของตัวรวมศูนย์ในGของตัวแทนของชั้นสมมูลที่ไม่ใช่กลุ่มย่อยด้วย ตัวอย่างเช่น ศูนย์กลางของ S 3คือกลุ่มย่อยที่มีสมาชิกเพียงตัวเดียวคือeและสมการคือ |S 3 | = 1+2+3
ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
- ^คอนราด, คีธ. "การพิสูจน์ทฤษฎีบทของโคชี" (PDF) . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อ 2018-11-23 . เรียกดูเมื่อ 14 พฤษภาคม 2011 .
- ^คอนราด, คีธ. "ผลที่ตามมาของทฤษฎีบทของโคชี" (PDF) . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อ 12 กรกฎาคม 2018 . เรียกดูเมื่อ14 พฤษภาคม 2011 .
- ^ดัมมิท, เดวิด; ฟุต, ริชาร์ด.พีชคณิตนามธรรม , ISBN 978-0471433347หน้า 57
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ลำดับ (ทฤษฎีกลุ่ม)
ใน ทางคณิตศาสตร์ อันดับของ กลุ่มจำกัด คือจำนวนสมาชิกของกลุ่มนั้น ถ้า กลุ่ม ไม่จำกัด เราจะกล่าวว่าอันดับของกลุ่มนั้นเป็น อนันต์ อันดับ ของ สมาชิก ในกลุ่ม (เรียกอีกอย่าง...
ตัวอย่าง
กลุ่ม สมมาตร S 3 มี ตารางการคูณ ดังต่อ ไป นี้
ระเบียบและโครงสร้าง
อันดับของกลุ่ม G และอันดับของสมาชิกในกลุ่มนั้นให้ข้อมูลมากมายเกี่ยวกับโครงสร้างของกลุ่ม โดยคร่าวๆ แล้ว ยิ่งการ แยกตัวประกอบ ของ | G | ซับซ้อนมากเท่าใด โครงสร้างของ G ก็ ยิ่งซับซ้อนมากขึ้นเท่านั้น
การนับตามลำดับขององค์ประกอบ
สมมติว่า G เป็นกลุ่มจำกัดที่มีอันดับ n และ d เป็นตัวหารของ n จำนวนสมาชิกที่มีอันดับ d ใน G เป็นผลคูณของ φ( d ) (อาจเป็นศูนย์) โดยที่ φ คือ ฟังก์ชันโทเทียนต์ของออยเลอร์ ซึ่งให้จำนวนเต็มบวกที่ไม่เกิน d และ เป็นจำนวน เฉพาะสัมพัทธ์ กับ d ตัวอย่างเช่น ในกรณีของ S³...