กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 8 นาที

ดัชนีของกลุ่มย่อย

ในทางคณิตศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ใน ทฤษฎีกลุ่มดัชนีของกลุ่มย่อยHในกลุ่มGคือจำนวนโคเซต ซ้าย...

ดัชนีของกลุ่มย่อย

ในทางคณิตศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ใน ทฤษฎีกลุ่มดัชนีของกลุ่มย่อยHในกลุ่มGคือจำนวนโคเซต ซ้าย ของHในGหรือเทียบเท่ากับจำนวนโคเซตขวาของHในGดัชนีนี้ใช้สัญลักษณ์หรือหรือเนื่องจากGคือการรวมกันแบบไม่ทับซ้อนกันของโคเซตซ้าย และเนื่องจากโคเซตซ้ายแต่ละอันมีขนาดเท่ากับHดัชนีจึงมีความสัมพันธ์กับอันดับของทั้งสองกลุ่มโดยสูตร =

(ตีความปริมาณเหล่านั้นเป็นจำนวน เชิงคาร์ดินัลหากบางปริมาณเป็นอนันต์) ดังนั้น ดัชนีจึงวัด "ขนาดสัมพัทธ์" ของGและH

ตัวอย่างเช่น ให้เป็นกลุ่มของจำนวนเต็มภายใต้การบวกและให้เป็นกลุ่มย่อยที่ประกอบด้วยจำนวนเต็มคู่แล้ว จะ มีโคเซต 2 โคเซตในคือ เซตของจำนวนเต็มคู่ และเซตของจำนวนเต็มคี่ ดังนั้นดัชนีคือ 2 โดยทั่วไปแล้ว สำหรับจำนวนเต็มบวก nใดๆ

เมื่อGเป็นเซตจำกัดสูตรอาจเขียนได้เป็นและนั่นหมายความว่า ทฤษฎีบทของลากรองจ์จะหาร ลงตัว

เมื่อGเป็นอนันต์จะเป็นจำนวนเชิงซ้อนที่ ไม่เป็นศูนย์ ซึ่งอาจเป็นจำนวนจำกัดหรืออนันต์ก็ได้ ตัวอย่างเช่นแต่เป็นอนันต์

ถ้าNเป็นกลุ่มย่อยปกติของGแล้วจะเท่ากับอันดับของ กลุ่ม ผล หารเนื่องจากเซตพื้นฐานของคือเซตของโคเซตของNในG

คุณสมบัติ

  • ถ้าHเป็นกลุ่มย่อยของGและKเป็นกลุ่มย่อยของHแล้ว
  • ถ้าHและKเป็นกลุ่มย่อยของGแล้ว
โดยมีความเท่าเทียมกันก็ต่อเมื่อ. (ถ้ามีค่าจำกัด ความเท่าเทียมกันจะเป็นจริงก็ต่อเมื่อ.)
  • ในทำนองเดียวกัน ถ้าHและKเป็นกลุ่มย่อยของGแล้ว
โดยมีความเท่าเทียมกันก็ต่อเมื่อ. (ถ้ามีค่าจำกัด ความเท่าเทียมกันจะเป็นจริงก็ต่อเมื่อ.)
  • ถ้าGและHเป็นกลุ่ม และเป็นโฮโมมอร์ฟิซึมแล้วดัชนีของเคอร์เนลของในGจะเท่ากับอันดับของภาพ:
นี่คือสิ่งที่เรียกว่าทฤษฎีการรักษาเสถียรภาพวงโคจร
  • ในกรณีพิเศษของทฤษฎีบทการ รักษาเสถียรภาพวงโคจร จำนวนคู่สังยุค ขององค์ประกอบหนึ่งจะเท่ากับดัชนีของตัวกลางของxในG
  • ในทำนองเดียวกัน จำนวนคอนจูเกตของกลุ่มย่อยHในGจะเท่ากับดัชนีของนอร์มัลไลเซอร์ของHในG
  • ถ้าHเป็นกลุ่มย่อยของGดัชนีของแกนปกติของHจะเป็นไปตามอสมการต่อไปนี้:
โดยที่ ! หมายถึง ฟังก์ชัน แฟกทอเรียลซึ่งจะกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง
  • ผลที่ตามมาคือ ถ้าดัชนีของHในGคือ 2 หรือสำหรับกลุ่มจำกัดคือจำนวนเฉพาะp ที่ต่ำที่สุด ที่หารอันดับของG ลงตัว แล้วHจะเป็นกลุ่มปกติ เนื่องจากดัชนีของแกนกลางของ H ต้องเป็นp ด้วย ดังนั้นH จึง เท่ากับแกนกลางของ H นั่นคือ H เป็นกลุ่มปกติ
  • โปรดทราบว่ากลุ่มย่อยที่มีดัชนีจำนวนเฉพาะต่ำที่สุดอาจไม่มีอยู่จริง เช่น ในกลุ่มอย่างง่าย ใดๆ ที่มีอันดับไม่ใช่จำนวนเฉพาะ หรือโดยทั่วไปแล้วในกลุ่มสมบูรณ์ ใดๆ ก็ตาม

ตัวอย่าง

.
  • โดยทั่วไปแล้ว ถ้าpเป็นจำนวนเฉพาะแล้วจะมีกลุ่มย่อยที่มีดัชนีpซึ่งสอดคล้องกับโฮโมมอร์ฟิซึมที่ไม่เป็นศูนย์
  • ในทำนองเดียวกันกลุ่มอิสระ ก็มี กลุ่มย่อยที่มีดัชนีp
  • กลุ่มไดเฮดรัลอนันต์มีกลุ่มย่อยวัฏจักรที่มีดัชนี 2 ซึ่งจำเป็นต้องเป็นกลุ่มย่อยปกติ

ดัชนีอนันต์

ถ้าHมีโคเซตจำนวนอนันต์ในGแล้ว ดัชนีของHในGจะเรียกว่าเป็นอนันต์ ในกรณีนี้ ดัชนีจะเป็นจำนวนเชิงคาร์ดินัลตัวอย่างเช่น ดัชนีของHในGอาจเป็นจำนวนนับได้หรือจำนวนนับไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าHมีโคเซตจำนวนนับได้ในG หรือไม่ โปรด สังเกตว่าดัชนีของHมีค่ามากที่สุดเป็นอันดับของGซึ่งเกิดขึ้นได้สำหรับกลุ่มย่อยที่ไม่สำคัญ หรือในความเป็นจริง กลุ่มย่อยH ใดๆ ที่มีจำนวนสมาชิกอนันต์น้อยกว่าจำนวนสมาชิกของG

ดัชนีจำกัด

กลุ่มย่อยHที่มีดัชนีจำกัดในกลุ่มG (ไม่ว่าจะเป็นกลุ่มจำกัดหรือกลุ่มอนันต์) จะมีกลุ่มย่อยปกติN (ของG ) ที่มีดัชนีจำกัดเช่นกันอยู่เสมอ อันที่จริง ถ้าHมีดัชนีnแล้ว ดัชนีของNจะเป็นตัวหารของn ! และเป็นพหุคูณของnยิ่งไปกว่านั้นNอาจถูกพิจารณาว่าเป็นเคอร์เนลของโฮโมมอร์ฟิซึมธรรมชาติจากGไปยังกลุ่มการเรียงสับเปลี่ยนของโคเซตซ้าย (หรือขวา) ของHเรามาอธิบายเรื่องนี้โดยละเอียดมากขึ้นโดยใช้โคเซตขวา:

สมาชิกของGที่ทำให้โคเซตทั้งหมดเหมือนกันนั้น ก่อให้เกิดกลุ่มขึ้นมา

ให้เราเรียกกลุ่มนี้ว่าAโปรดสังเกตว่าAเป็นกลุ่มย่อยของHเนื่องจากHaHตามนิยามของAให้Bเป็นเซตของสมาชิกในGที่ทำการเรียงสับเปลี่ยนที่กำหนดบนโคเซตของHแล้วBเป็นโคเซตขวาของ A

สิ่งที่เรากล่าวมาข้างต้นใช้ได้ไม่ว่าดัชนีของHจะเป็นจำนวนจำกัดหรืออนันต์ก็ตาม ตอนนี้สมมติว่าดัชนีเป็นจำนวนจำกัดnเนื่องจากจำนวนการเรียงสับเปลี่ยนที่เป็นไปได้ของโคเซตมีจำนวนจำกัด นั่นคือn ! ดังนั้นจึงมีเซตที่เหมือนกับB ได้เพียงจำนวนจำกัดเท่านั้น (ถ้าGเป็นอนันต์ ดังนั้นเซตทั้งหมดดังกล่าวจึงเป็นอนันต์) เซตของเซตเหล่านี้ก่อตัวเป็นกลุ่มที่สมมาตรกับเซตย่อยของกลุ่มการเรียงสับเปลี่ยน ดังนั้นจำนวนของเซตเหล่านี้ต้องหารn ! ลงตัว ยิ่งไปกว่านั้น มันต้องเป็นพหุคูณของnเพราะแต่ละโคเซตของHประกอบด้วยจำนวนโคเซตของA เท่ากัน สุดท้าย ถ้าสำหรับcG บางตัว และaA บางตัว เรามีca = xcแล้วสำหรับdG ใดๆ dca = dxcแต่dca = hdcสำหรับhH บางตัว (ตามนิยามของA ) ดังนั้นhd = dx เนื่องจากเงื่อนไขนี้เป็นจริงสำหรับd ใดๆ ดังนั้นxจะต้องเป็นสมาชิกของ A ดังนั้นca = xcจึงหมายความว่าcac −1Aและด้วยเหตุนี้Aจึงเป็นกลุ่มย่อยปกติ

ดัชนีของกลุ่มย่อยปกติไม่เพียงแต่ต้องเป็นตัวหารของn ! เท่านั้น แต่ยังต้องเป็นไปตามเกณฑ์อื่นๆ ด้วย เนื่องจากกลุ่มย่อยปกติเป็นกลุ่มย่อยของHดัชนีของมันในGจึงต้องเป็นnเท่าของดัชนีภายในHดัชนีของมันในGจะต้องสอดคล้องกับกลุ่มย่อยของกลุ่มสมมาตร S nซึ่งเป็นกลุ่มของการเรียงสับเปลี่ยนของ วัตถุ nชิ้น ดังนั้น ตัวอย่างเช่น ถ้าnคือ 5 ดัชนีไม่สามารถเป็น 15 ได้ แม้ว่า 15 จะหาร 5! ลงตัวก็ตาม เพราะไม่มีกลุ่มย่อยที่มีอันดับ 15 ในS 5

ในกรณีที่n = 2 ผลลัพธ์ที่ได้ค่อนข้างชัดเจนว่ากลุ่มย่อยHที่มีดัชนี 2 เป็นกลุ่มย่อยปกติ เพราะกลุ่มย่อยปกติของHต้องมีดัชนี 2 ในGและดังนั้นจึงเหมือนกับH (เราสามารถได้ข้อเท็จจริงนี้โดยสังเกตว่าสมาชิกทั้งหมดของGที่ไม่ได้อยู่ในHประกอบกันเป็นโคเซตขวาของH และโคเซตซ้ายด้วย ดังนั้นทั้งสองจึงเหมือนกัน) โดยทั่วไปแล้ว กลุ่มย่อยที่มีดัชนี pโดยที่pเป็นตัวประกอบเฉพาะที่เล็กที่สุดของอันดับของG (ถ้าGเป็นกลุ่มจำกัด) จะต้องเป็นกลุ่มย่อยปกติ เนื่องจากดัชนีของNหารp ! ลงตัว และดังนั้นต้องเท่ากับp โดย ไม่มีตัวประกอบเฉพาะอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น กลุ่มย่อยZ7 ของกลุ่มไม่สลับที่อันดับ 21เป็นกลุ่มย่อยปกติ (ดูรายชื่อกลุ่มไม่สลับที่ขนาดเล็กและกลุ่มฟรอเบเนียส#ตัวอย่าง )

การพิสูจน์ทางเลือกของผลลัพธ์ที่ว่ากลุ่มย่อยที่มีดัชนีเป็นจำนวนเฉพาะต่ำสุดpเป็นกลุ่มย่อยปกติ และคุณสมบัติอื่นๆ ของกลุ่มย่อยที่มีดัชนีเป็นจำนวนเฉพาะนั้นมีอยู่ใน ( Lam 2004 )

ตัวอย่าง

กลุ่มOที่มีสมมาตรไครัลแบบทรง แปดเหลี่ยม มีสมาชิก 24 ตัว มี กลุ่มย่อย ไดเฮดรัล D₄ (อันที่จริงมีสามกลุ่ม) ที่มีอันดับ 8 และมีดัชนี 3 ในOซึ่งเราจะเรียกว่าH กลุ่ม ไดเฮดรัลนี้มีกลุ่มย่อย D₂ ที่ มีสมาชิก 4 ตัวซึ่งเราอาจเรียกว่าA การคูณสมาชิกใดๆ ของโคเซตขวาของ Hทางด้านขวาด้วยสมาชิกของAจะได้สมาชิกของโคเซตเดียวกันของH ( Hca = Hc ) A เป็น กลุ่มปกติในOมีโคเซตของA หกชุด ซึ่งสอดคล้องกับสมาชิกหกตัวของกลุ่มสมมาตร S₃ สมาชิกทั้งหมดจากโคเซตใดๆ ของAจะทำการเรียงสับเปลี่ยนแบบเดียวกันกับโคเซตของ H

ในทางกลับกัน กลุ่ม T hที่มีสมมาตรแบบไพริโทเฮดรัลก็มีสมาชิก 24 ตัวและกลุ่มย่อยที่มีดัชนี 3 (ในครั้งนี้เป็น กลุ่ม สมมาตรปริซึม D 2h ดูกลุ่มจุดในสามมิติ ) แต่ในกรณีนี้กลุ่มย่อยทั้งหมดเป็นกลุ่มย่อยปกติ สมาชิกทั้งหมดของโคเซตเฉพาะจะดำเนินการเรียงสับเปลี่ยนแบบเดียวกันของโคเซตเหล่านี้ แต่ในกรณีนี้พวกมันแสดงเฉพาะ กลุ่มสลับ 3 องค์ประกอบ ใน กลุ่มสมมาตร S 3ที่มีสมาชิก 6 ตัว

กลุ่มย่อยปกติของดัชนีกำลังเฉพาะ

กลุ่มย่อยปกติของ ดัชนี กำลังของจำนวนเฉพาะเป็นแกนหลักของแผนที่ทั่วถึงไปยังกลุ่มpและมีโครงสร้างที่น่าสนใจ ดังที่อธิบายไว้ในทฤษฎีบทกลุ่มย่อยโฟกัส: กลุ่มย่อยและขยายความในทฤษฎีบทกลุ่มย่อยโฟกัส

มีกลุ่มย่อยปกติที่สำคัญสามกลุ่มของดัชนีกำลังของจำนวนเฉพาะ โดยแต่ละกลุ่มเป็นกลุ่มย่อยปกติที่เล็กที่สุดในแต่ละชั้น:

  • E p ( G ) คือจุดตัดของกลุ่มย่อยปกติที่มีดัชนีp ทั้งหมด ; G / E p ( G ) คือกลุ่มอาเบเลียนพื้นฐานและเป็นกลุ่มอาเบเลียนพื้นฐานp ที่ใหญ่ที่สุด ที่Gกระจาย ไปทั่ว
  • A p ( G ) คือจุดตัดของกลุ่มย่อยปกติทั้งหมดKโดยที่G / Kเป็น กลุ่ม p แบบอาเบเลียน (กล่าวคือKเป็นกลุ่มย่อยปกติแบบดัชนีที่ประกอบด้วยกลุ่มอนุพันธ์): G / A p ( G ) คือกลุ่ม p แบบอาเบเลียนที่ใหญ่ที่สุด(ไม่จำเป็นต้องเป็นกลุ่มพื้นฐาน) ที่Gส่งผ่าน ไปยัง
  • O p ( G ) คือจุดตัดของกลุ่มย่อยปกติK ทั้งหมด ของGโดยที่G / K เป็นกลุ่ม p (อาจจะไม่เป็นกลุ่มสลับที่) (กล่าวคือKเป็นกลุ่มย่อยปกติแบบดัชนี): G / O p ( G ) คือ กลุ่ม p ที่ใหญ่ที่สุด (ไม่จำเป็นต้องเป็นกลุ่มสลับที่) ที่Gส่งผ่าน ไปยัง O p ( G ) นอกจากนี้ O p ( G ) ยังรู้จักกันในชื่อกลุ่มย่อย p - residual

เนื่องจากเงื่อนไขเหล่านี้อ่อนกว่าสำหรับกลุ่มKจึงทำให้ได้การบรรจุ

กลุ่มเหล่านี้มีความเชื่อมโยงที่สำคัญกับกลุ่มย่อยของ Sylowและโฮโมมอร์ฟิซึมการถ่ายโอน ดังที่ได้กล่าวไว้ในที่นั้น

โครงสร้างทางเรขาคณิต

ข้อสังเกตพื้นฐานประการหนึ่งคือ เราไม่สามารถมีกลุ่มย่อยที่มีดัชนี 2 ได้เพียง 2 กลุ่มเท่านั้น เนื่องจากส่วนเติมเต็มของผลต่างสมมาตร ของกลุ่มย่อยเหล่านั้น จะให้กลุ่มย่อยที่สาม นี่เป็นผลลัพธ์ที่ง่ายจากข้อโต้แย้งข้างต้น (กล่าวคือ การทำให้โครงสร้างของปริภูมิเวกเตอร์ของกลุ่มอาเบเลียนพื้นฐานเป็นแบบโปรเจคทีฟ)

,

นอกจากนี้Gไม่กระทำการใดๆ กับเรขาคณิตนี้ และไม่สะท้อนโครงสร้างที่ไม่เป็นอาเบเลียนใดๆ (ในทั้งสองกรณี เนื่องจากผลหารเป็นอาเบเลียน)

อย่างไรก็ตาม นี่เป็นผลลัพธ์พื้นฐาน ซึ่งสามารถมองเห็นได้อย่างเป็นรูปธรรมดังนี้: เซตของกลุ่มย่อยปกติที่มีดัชนีp ที่กำหนด ให้ก่อให้เกิดปริภูมิเชิงโปรเจกทีฟ นั่นคือ ปริภูมิเชิงโปรเจกทีฟ

โดยละเอียดแล้ว ปริภูมิของโฮโมมอร์ฟิซึมจากGไปยังกลุ่ม (วัฏจักร) อันดับp คือปริภูมิเวกเตอร์เหนือฟิลด์จำกัดแผนที่ดังกล่าวที่ไม่เป็นศูนย์จะมีเคอร์เนลเป็นกลุ่มย่อยปกติที่มีดัชนีpและการคูณแผนที่ด้วยสมาชิกของ(จำนวนที่ไม่เป็นศูนย์ mod p ) จะไม่เปลี่ยนเคอร์เนล ดังนั้นจึงได้แผนที่จาก

ไปยังกลุ่มย่อยที่มีดัชนีปกติpในทางกลับกัน กลุ่มย่อยปกติที่มีดัชนีpกำหนดแผนที่ที่ไม่ใช่แบบธรรมดาไปยังโดยมีตัวเลือก "ซึ่งโคเซตใดแมปไปยังซึ่งแสดงให้เห็นว่าแผนที่นี้เป็นการจับ คู่แบบหนึ่งต่อหนึ่งทั่วถึง "

ดังนั้น จำนวนกลุ่มย่อยปกติของดัชนีpคือ

สำหรับค่าk บางค่า จะไม่มีกลุ่มย่อยปกติที่มีดัชนีpนอกจากนี้ หากกำหนดกลุ่มย่อยปกติที่แตกต่างกันสองกลุ่มที่มีดัชนีpจะได้เส้นตรงเชิงโปรเจก ทีฟ ที่ประกอบด้วยกลุ่มย่อยดังกล่าว

ผลต่างสมมาตรของกลุ่มย่อยดัชนี 2 สองกลุ่มที่แตกต่างกัน (ซึ่งจำเป็นต้องเป็นกลุ่มย่อยปกติ) จะให้จุดที่สามบนเส้นเชิงฉายที่ประกอบด้วยกลุ่มย่อยเหล่านั้น และกลุ่มจะต้องมีกลุ่มย่อยดัชนี 2 อยู่ด้วย – ไม่สามารถมีกลุ่มย่อยดัชนี 2 เพียง 2 หรือ 4 กลุ่มได้ ตัวอย่างเช่น

ดูเพิ่มเติม

  • ความ ปกติของกลุ่มย่อยของดัชนีจำนวนเฉพาะที่PlanetMath
  • " กลุ่มย่อยที่มีดัชนีจำนวนเฉพาะน้อยที่สุดเป็นกลุ่มย่อยปกติ " ที่Groupprops, The Group Properties Wiki
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Index_of_a_subgroup&oldid=1360821603 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ดัชนีของกลุ่มย่อย

ในทางคณิตศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ใน ทฤษฎีกลุ่มดัชนีของกลุ่มย่อยHในกลุ่มGคือจำนวนโคเซต ซ้าย...

คุณสมบัติ

ถ้า H เป็นกลุ่มย่อยของ G และ K เป็นกลุ่มย่อยของ H แล้ว | จี : เค | = | จี : ชม | | ชม : เค | . {\displaystyle |G:K|=|G:H|\,|H:K|.

ตัวอย่าง

กลุ่ม สลับ มีดัชนี 2 ใน กลุ่มสมมาตร ดังนั้นจึงเป็นกลุ่มปกติ เอ n {\displaystyle A_{n}} เอส n , {\displaystyle S_{n},} กลุ่มออร์โทโกนอลพิเศษ นี้มีดัชนี 2 ใน กลุ่มออร์โทโกนอล ดังนั้นจึงเป็นกลุ่มปกติ ดังนั้น ⁡ ( n ) {\displaystyle \operatorname {SO} (n)} โอ ⁡ (...

ดัชนีอนันต์

ถ้า H มีโคเซตจำนวนอนันต์ใน G แล้ว ดัชนีของ H ใน G จะเรียกว่าเป็นอนันต์ ในกรณีนี้ ดัชนีจะเป็น จำนวนเชิงคาร์ดินัล ตัวอย่างเช่น ดัชนีของ H ใน G อาจเป็น จำนวนนับได้ หรือ จำนวนนับไม่ได้ ขึ้นอยู่กับว่า H มีโคเซตจำนวนนับได้ใน G หรือไม่ โปรด สังเกตว่าดัชนีของ H...