ชุดย่อย
ในทางคณิตศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ใน ทฤษฎีกลุ่ม อนุกรม ของกลุ่มย่อยของกลุ่ม หนึ่งเป็นห่วงโซ่ของกลุ่มย่อย :
ที่ไหนคือกลุ่มย่อยที่ไม่สำคัญอนุกรมกลุ่มย่อยสามารถทำให้การศึกษากลุ่มง่ายขึ้น โดยการศึกษาเฉพาะกลุ่มย่อยที่ง่ายกว่าและความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มย่อยเหล่านั้น และอนุกรมกลุ่มย่อยหลายชุดสามารถกำหนดได้อย่างไม่เปลี่ยนแปลง และเป็นค่าคงที่ที่สำคัญของกลุ่ม อนุกรมกลุ่มย่อยถูกนำมาใช้ในวิธีการกลุ่มย่อย
อนุกรมกลุ่มย่อยเป็นตัวอย่างพิเศษของการใช้การกรองในพีชคณิตนามธรรม
คำนิยาม
ซีรีส์ปกติ ซีรีส์ไม่ปกติ
อนุกรมซับนอร์มอล (หรืออนุกรมนอร์มอล , หอคอยนอร์มอล , อนุกรมซับอินแวเรียนต์หรือเรียกสั้นๆ ว่าอนุกรม ) ของกลุ่มGคือลำดับของกลุ่มย่อยแต่ละกลุ่มซึ่งแต่ละกลุ่ม ย่อย เป็นกลุ่มย่อยนอร์มอลของกลุ่มถัดไป ในสัญลักษณ์มาตรฐาน
ไม่มีข้อกำหนดว่าA จะต้องเป็นกลุ่มย่อยปกติของGเพียงแต่ต้องเป็นกลุ่มย่อยปกติของ A เท่านั้น กลุ่มผลหารA / A เรียกว่ากลุ่มตัวประกอบของอนุกรม
ถ้า A แต่ละจำนวน ปกติในGด้วยแล้ว อนุกรมนั้นจะเรียกว่าอนุกรมปกติ (normal series ) เมื่อไม่ได้ใช้คำนี้ในความหมายที่อ่อนกว่า หรือเรียกว่าอนุกรมไม่เปลี่ยนแปลง (invariant series )
ความยาว
อนุกรมที่มีคุณสมบัติเพิ่มเติมว่าA ≠ A สำหรับทุกiเรียกว่าอนุกรมที่ไม่มีการซ้ำกันหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ แต่ละA เป็นกลุ่มย่อยแท้ของA ความยาวของอนุกรมคือจำนวนของการรวมอย่างเคร่งครัดA < A ถ้าอนุกรมไม่มีการซ้ำกัน ความยาวของอนุกรมคือn
สำหรับอนุกรมย่อยปกติ ความยาวของอนุกรมคือจำนวน กลุ่มปัจจัยที่ ไม่ใช่กลุ่มปัจจัยศูนย์แต่ละกลุ่มปัจจัยที่ไม่ใช่กลุ่มปัจจัยศูนย์จะมีอนุกรมปกติที่มีความยาว 1 กล่าวคือและกลุ่มย่อยปกติแท้ที่ไม่ใช่กลุ่มย่อยที่ไม่สำคัญใดๆ จะให้ชุดอนุกรมปกติที่มีความยาว 2 สำหรับกลุ่มง่ายชุดอนุกรมที่ไม่สำคัญที่มีความยาว 1 คือชุดอนุกรมย่อยปกติที่ยาวที่สุดที่เป็นไปได้
อนุกรมขึ้น, อนุกรมลง
สามารถระบุอนุกรมได้ทั้งแบบเรียงลำดับจากน้อยไปมาก:
หรือเรียงลำดับจากมากไปน้อย:
สำหรับอนุกรมจำกัดที่กำหนดให้ ไม่มีความแตกต่างระหว่าง "อนุกรมจากน้อยไปมาก" หรือ "อนุกรมจากมากไปน้อย" นอกเหนือจากสัญลักษณ์ อย่างไรก็ตาม สำหรับ อนุกรม อนันต์มีความแตกต่างอยู่: อนุกรมจากน้อยไปมาก
มีพจน์ที่เล็กที่สุด พจน์ที่เล็กเป็นอันดับสอง และอื่นๆ แต่ไม่มีพจน์ที่ใหญ่ที่สุด ไม่มีพจน์ที่ใหญ่เป็นอันดับสอง และอื่นๆ ในขณะที่อนุกรมที่ลดลงนั้นตรงกันข้าม
มีคำที่ใหญ่ที่สุด แต่ไม่มีคำที่เล็กที่สุด
นอกจากนี้ เมื่อกำหนดสูตรเวียนเกิดสำหรับการสร้างอนุกรมแล้ว พจน์ที่ได้จะเป็นอนุกรมจากน้อยไปมากหรือจากมากไปน้อย และเราจะเรียกอนุกรมที่ได้ว่าเป็นอนุกรมจากน้อยไปมากหรือจากมากไปน้อยตามลำดับ ตัวอย่างเช่นอนุกรมที่ได้มาและอนุกรมกลางล่างเป็นอนุกรมจากมากไปน้อย ในขณะที่อนุกรมกลางบนเป็นอนุกรมจากน้อยไปมาก
กลุ่มโนเธอร์เรียน กลุ่มอาร์ทิเนียน
กลุ่มที่ตรงตามเงื่อนไขสายโซ่ขึ้น (ACC) บนกลุ่มย่อยเรียกว่ากลุ่มโนเธอร์เรียน (Noetherian group ) และกลุ่มที่ตรงตามเงื่อนไขสายโซ่ลง (DCC) เรียกว่ากลุ่มอาร์ทิเนียน (Artinian group) (อย่าสับสนกับกลุ่มอาร์ทิน (Artin groups )) โดยเปรียบเทียบกับวงแหวนโนเธอร์เรียน (Noetherian rings ) และวงแหวนอาร์ทิเนียน (Artinian rings ) เงื่อนไข ACC เทียบเท่ากับเงื่อนไขสูงสุด กล่าว คือ ทุก กลุ่มย่อย ที่ไม่ว่างเปล่าจะมีสมาชิกสูงสุด และเงื่อนไข DCC เทียบเท่ากับเงื่อนไขต่ำสุด ที่คล้ายคลึง กัน
กลุ่มหนึ่งอาจเป็นกลุ่มโนเธอร์เรียนแต่ไม่ใช่กลุ่มอาร์ทิเนียน เช่นกลุ่มวัฏจักรอนันต์และแตกต่างจากวงแหวนตรงที่ กลุ่มหนึ่งอาจเป็นกลุ่มอาร์ทิเนียนแต่ไม่ใช่กลุ่มโนเธอร์เรียน เช่นกลุ่มพรูเฟอร์กลุ่มจำกัดทุกกลุ่มเป็นทั้งกลุ่มโนเธอร์เรียนและกลุ่มอาร์ทิเนียนอย่างชัดเจน
ภาพโฮโมมอร์ฟิกและกลุ่มย่อยของกลุ่มโนเธอร์เรียนเป็นกลุ่มโนเธอร์เรียน และการขยายกลุ่มโนเธอร์เรียนด้วยกลุ่มโนเธอร์เรียนก็เป็นกลุ่มโนเธอร์เรียนเช่นกัน ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกันนี้ใช้ได้กับกลุ่มอาร์ทิเนียนด้วย
กลุ่มโนเธอร์เรียนเทียบเท่ากับกลุ่มที่ทุกกลุ่มย่อยถูกสร้างขึ้นโดยจำนวนจำกัดซึ่งแข็งแกร่งกว่าการที่กลุ่มนั้นถูกสร้างขึ้นโดยจำนวนจำกัด: กลุ่มอิสระบนตัวสร้าง 2 ตัวหรือมากกว่านั้นถูกสร้างขึ้นโดยจำนวนจำกัด แต่ประกอบด้วยกลุ่มอิสระที่มีอันดับอนันต์
กลุ่มโนเธอร์เรียนไม่จำเป็นต้องเป็นส่วนขยายจำกัดของกลุ่มโพลีไซคลิก[ 1 ]
อนุกรมอนันต์และอนุกรมอนันต์
อนุกรมกลุ่มย่อยอนันต์สามารถกำหนดและเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติได้เช่นกัน ในกรณีนี้ ชุดดัชนีเฉพาะ ( เรียงลำดับอย่างสมบูรณ์ ) จะมีความสำคัญ และมีความแตกต่างระหว่างอนุกรมจากน้อยไปมากและอนุกรมจากมากไปน้อย อนุกรมจากน้อยไปมากที่ซึ่งหากดัชนีเป็นจำนวนธรรมชาติอาจเรียกง่ายๆ ว่าอนุกรมเพิ่มขึ้นอนันต์และในทางกลับกันสำหรับอนุกรมลดลงอนันต์หากกลุ่มย่อยมีดัชนีโดยทั่วไปเป็นจำนวนเชิงอันดับจะได้อนุกรมอนันต์[ 2 ]เช่น อนุกรมเพิ่มขึ้นนี้:
เมื่อกำหนดสูตรเวียนเกิดสำหรับการสร้างอนุกรมแล้ว เราสามารถกำหนดอนุกรมอนันต์ได้โดยใช้การเวียนเกิดอนันต์โดยการกำหนดอนุกรมที่ลำดับลิมิตโดย (สำหรับอนุกรมที่เพิ่มขึ้น) หรือ(สำหรับอนุกรมที่ลดลง) ตัวอย่างพื้นฐานของการสร้างนี้ ได้แก่อนุกรมกลางล่าง อนันต์ และอนุกรมกลางบน
เซตที่มีลำดับสมบูรณ์อื่นๆ เกิดขึ้นได้ยากมาก หรือแทบจะไม่เกิดขึ้นเลย ในฐานะเซตดัชนีของอนุกรมกลุ่มย่อย ตัวอย่างเช่น เราสามารถกำหนดอนุกรมกลุ่มย่อยแบบอนันต์คู่ (อนุกรมที่มีดัชนีเป็น จำนวนเต็ม ) ได้ แต่แทบจะไม่พบเห็นอนุกรมกลุ่มย่อยแบบอนันต์คู่ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเลย:
การเปรียบเทียบอนุกรม
การปรับปรุงอนุกรมคืออนุกรมอีกชุดหนึ่งที่ประกอบด้วยพจน์ทั้งหมดของอนุกรมเดิม อนุกรมย่อยปกติสองชุดจะถือว่าสมมูลกันหรือ เป็น ไอโซมอร์ฟิกกันถ้ามีการจับคู่แบบหนึ่งต่อหนึ่งระหว่างเซตของกลุ่มตัวประกอบของอนุกรมทั้งสอง โดยที่กลุ่มตัวประกอบที่สอดคล้องกันเป็นไอโซมอร์ฟิกกันการปรับปรุงจะให้ลำดับบางส่วนแก่อนุกรม จนถึงความสมมูล และอนุกรมเหล่านี้จะก่อตัวเป็นแลตทิซในขณะที่อนุกรมย่อยปกติและอนุกรมปกติจะก่อตัวเป็นซับแลตทิซ การมีอยู่ของค่าสูงสุดของอนุกรมย่อยปกติสองชุดคือทฤษฎีบทการปรับปรุงของชไรเออร์สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคืออนุกรมสูงสุด ที่ไม่มีการซ้ำกัน
ตัวอย่าง
อนุกรมสูงสุด
- อนุกรมองค์ประกอบคืออนุกรมย่อยปกติ สูงสุด
- ในทำนองเดียวกัน อนุกรมย่อยปกติซึ่งแต่ละA เป็น กลุ่มย่อยปกติ สูงสุดของA หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง อนุกรมประกอบคืออนุกรมย่อยปกติซึ่งแต่ละกลุ่มตัวประกอบเป็นกลุ่มเดี่ยว
- อนุกรมหลักคืออนุกรมปกติ สูงสุด
สามารถแก้ได้และเป็นนิลโพเทนต์
- กลุ่มที่แก้ได้หรือกลุ่มที่ละลายได้ คือกลุ่มที่มีอนุกรมย่อยปกติ ซึ่งกลุ่มตัวประกอบทั้งหมดเป็นกลุ่มอาเบเลียน
- อนุกรมนิลโพเทนต์คืออนุกรมซับนอร์มัลที่ผลหารที่ต่อเนื่องกันเป็นอนุกรมนิลโพเทนต์
- อนุกรมนิลโพเทนต์จะมีอยู่ก็ต่อเมื่อกลุ่มนั้นสามารถหาคำตอบได้
- อนุกรมศูนย์กลางคือ อนุกรมย่อยปกติ ที่ผลหารที่ต่อเนื่องกันเป็นอนุกรมศูนย์กลาง กล่าว คือ เมื่อกำหนดอนุกรมข้างต้นแล้วสำหรับ.
- อนุกรมศูนย์กลางจะมีอยู่ก็ต่อเมื่อกลุ่มนั้นเป็นกลุ่มนิลโพเทนต์เท่านั้น
ชุดฟังก์ชัน
ชุดย่อยบางชุดถูกกำหนดตามหน้าที่ โดยพิจารณาจากกลุ่มย่อย เช่น ศูนย์กลาง และการดำเนินการ เช่น ตัวสลับ ซึ่งได้แก่:
ซีรีส์พี
มีอนุกรมที่มาจากกลุ่มย่อยของลำดับกำลังเฉพาะหรือดัชนีกำลังเฉพาะ ซึ่งเกี่ยวข้องกับแนวคิดต่างๆ เช่นกลุ่มย่อยของไซโลว์
วิธีการกลุ่มย่อย
วิธีการกลุ่มย่อยเป็นอัลกอริธึมที่ใช้ในสาขาคณิตศาสตร์ทฤษฎีกลุ่มใช้ในการค้นหาคำของสมาชิก มันไม่ได้ให้คำที่เล็กที่สุดเสมอไป แต่สามารถให้คำที่เหมาะสมที่สุดได้โดยอาศัยลำดับของกลุ่มย่อยที่ใช้ โค้ดมีลักษณะดังนี้:
ฟังก์ชัน operate(element, generator) <ส่งคืนตัวสร้างที่ดำเนินการกับองค์ประกอบ> ฟังก์ชันกลุ่มย่อย(g) ลำดับ := (ชุดของกลุ่มย่อยที่จะนำมาใช้ ขึ้นอยู่กับวิธีการ) คำ := [] สำหรับกลุ่มย่อยในลำดับ coset_representatives := [] <กรอก coset_representatives ด้วยตัวแทน coset ของ (กลุ่มย่อยถัดไป)/กลุ่มย่อย> สำหรับการดำเนินการใน coset_representatives ถ้าoperate (g, operation) อยู่ใน subgroup ถัดไปแล้ว เพิ่มการดำเนินการลงในคำ g = ดำเนินการ (g, การดำเนินการ) หยุดส่งคืนคำ