群論

基本事項

Def. 群(group)
群(G,*)は単位逆結合
G0. a,b \in G \Rightarrow a*b \in G
G1. a,b,c \in G \Rightarrow a*(b*c) = (a*b)*c
G2. {}^\forall a \in G {}^\exists e \in G \mbox{ s.t. } a*e=e*a=a
G3. {}^\forall a \in G {}^\exists x \in G \mbox{ s.t. } a*x=x*a=e

さらに,可換律を満たすとき,Abel群または可換群という。
G4. a,b \in G \Rightarrow a*b = b*a
可換群に対しては 演算+ 単位元0 逆元-a で表し,このとき加法群ともいう。

#Gを群の位数(order)という。
Th. 
単位元,逆元はユニーク
Th. 部分群となるための条件
G:group, φ≠H⊂G:subset
HがGの部分群となるための十分条件は,以下を満たすことである。
a,b \in H \Rightarrow a b^{-1} \in H
Def. 変換群
ある集合に作用する群のこと。
対称群は集合{1,2,...,n}の変換群であり,
一般線形群はRnの線形変換群である。
Def. 群の作用
G:group, X:set
群Gは集合Xに左から作用するあるいはXは左G集合であるとは,
次の写像が与えられていて,
G \times X \ni (g,x) \mapsto gx \in X
以下の条件を満たすことをいう。
1. {}^\forall x \in X \mbox{ : } 1_G x = x
2. {}^\forall g,h \in G \, x \in X \mbox{ : } g(hx)=(gh)x

つまり集合Xの要素を引っ掻き回す操作の集合Gが群になっていて,
その群が単位的(何もしない恒等操作持つこと)かつ,結合的であること。
Def. 正規部分群
S⊂G : sub group
g \in G, s \in S \Rightarrow g^{-1}sg \in S
Def. Lie群
Def. Galois群

準同型定理

群の例

Ex. トリビアルな有限群
1. 単位元だけ。トリビアル
\{ e \}
2. 1のn乗根は可換群
\{ e^{\frac{2 k \pi j}{n}} | k = 0, 1, \cdots, n-1\}
Ex. 素体
Zp(p:素数)はpを法とする×で可換群
\mathbb{Z}_p^\times := \{ 1, \cdots, p-1\}
Ex. トリビアルな加法群
(\mathbb{Z},+),(\mathbb{Q},+),(\mathbb{R},+),(\mathbb{C},+)

Ex. 倍数による部分群
m \in \mathbb{Z}, \quad m \mathbb{Z} := \{ ma | a \in \mathbb{Z}\}
Ex. トリビアルな乗法群
(\mathbb{Q^{\times}},\times),(\mathbb{R^{\times}},\times),(\mathbb{C^{\times}},\times)
これらはまた,一般線形群の特殊な場合(n=1)に相当する。
Ex. 行列による群
正方行列の全体は,行列の和で加法群
(\mathrm{Mat}(n,K),+)
Ex. 一般線形群(正則行列の全体)
GL(n,\mathbb{K}) := \{M \in M(n,\mathbb{K}) | \mathrm{det} M \neq 0 \}
GLは典型的な非可換軍である。
また,GL は位相空間でもあるからLie群であり,
微分可能多様体であり,代数多様体にもなる。
参照 はてな「一般線形群」がまとまっている。

Ex. 直交群
GL(R)の部分群
O(n) := \{ g \in GL(n,\mathbb{R}) | g^\mathrm{T} g=1 \mbox{ : orthogonal mat.}}

Ex. ユニタリ群
GL(C)の部分群
U(n) := \{ g \in GL(n, \mathbb{R}) | \overline{g}^\mathrm{T} g = 1 \mbox{ : unitary mat.}\}
Ex. 自己同型群
「群の作用」で出てくる。
群Gに対し,自己同型の全体は写像の合成を積として群になる。
\mathrm{Aut}(G) := \{ a | a : G \to G \mbox{ : homomorphism} \}
Ex. 対称群(置換群)
X:finite set, n=|X|
 S_n := \{ \sigma | \sigma : X \xrightarrow{\sim} X \mbox{ : bijective}\} 
Prop. 対称群の置換による表示
有限集合だから具体的に書き下してしまうことができる。
その数はn次対称群のとき n! 個。
\begin{pmatrix} 1 & 2 & \cdots & n \\ \sigma(1) & \sigma(2) & \cdots & \sigma(n)\end{pmatrix}
Prop. 対称群の互換の積による表示
任意の置換はさらに,互換の積にできる。
\begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 & 5\\ 4 & 3 & 5 & 1 & 2\end{pmatrix} = (14)(23)(35)

Ex. 交代群
対称群の部分群として,偶置換だけを取り出した群が重要。
A_n := \{ \sigma \in S_n | \sgn(\sigma)=1 \}
Ex. 格子群

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最終更新:2010年03月05日 10:38
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