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文档简介
1、§9 有限群的分类1. 凯莱定理:设是阶群,则一定与对称群的某个子群同构。 凯莱定理表明,理论上讲,研究有限群只需把对称群研究透就够了,但由于的阶数非常大,很难找出具体与的哪个子群同构。实际当中采用具体研究的方式。,2。群的直和分解概念 定义 设是群的正规子群。如果,都存在唯一的,使得;同时当时,中的元素与中的元素可交换,则称为的直和,记为 例如,以克莱茵四元群为例, 取 则 且有 从而根据定义有 再比如,6阶循环群,。取,则不难验证有。3.有限群的结构定理 群的分类思想就是把复杂的群分解成简单的、结构完全已知的 群的直和,而循环群的结构最简单、完全清楚,因此,总是将 一般的群分解成
2、循环群的直和。以下将阶循环群记为。情形1:有限交换群的情形定理1 每个有限交换群都同构于一些循环群的直和,这些循环群的阶数分别为, 满足 , 即。通常称为的不变因子(Invariant factors)。定理2 设正整数,其中为互不相同的素数,则 (即循环群还可以进一步分解为更小的循环群的直和) 结合定理1和定理2得定理3 任何有限交换群都可以写成一些有限循环群的直和,其中每个循环群的阶都是素数的方幂。定理4 素幂阶循环群不可能再分解成阶数更小的循环群的直和。定理5 若与互素,则。 将在整数范围内作因式分解,由于 ,因此必有相同的素因子,把它们按从高到低的次序排列如下: 其中有些可以为0,且
3、称以上分解出的真因子都叫的一个初等因子(elementary factor).定理1,2,3可以简写成形式 例1 确定所有4阶和6阶交换群。解。(1),全部初等因子组为2,2, 因此只有两种4阶交换群:,。其中就是克莱茵四元群(见前面例子)。 (2),初等因子组只有2,3,因此 6阶交换群只有一个:。 但要注意,这里给出的仅仅是交换群的情形,还有6阶非交换群存在:。例2 列出所有1500阶的有限交换群解。全部初等因子组为 , , , , ,因此共有6种1500阶的交换群,分别为 注意:利用定理5可以将重新改写成 , , , , , ,最后得到的不变因子分别为:5,5,60,5,300,1500
4、,5,10,30,10,150, 2,750。作业:(1)决定20及20阶以下交换群的结构; (2)给出2250阶交换群的所有结构,并求出相应的不变因子。再给出两个关于交换群的结论定理6 素数阶的群总是交换群而且只有一个,即素数阶的循环群。定理7 设是阶交换群,是的任何一个正因子,则总存在阶的子群。注意: 定理7对非交换群不成立。如取为的全部偶置换作成的群(即交错群),它是一个12阶非交换群,但可以验证没有6阶子群。情形2:非交换群的情形 正边形的对称群概念:令为正边形顺时针旋转的旋转对称,为关于过中心的对称轴的镜面对称,则正边形总共有个对称,正边形的对称群表示为: ,其中, 为恒等变换。定理
5、5 设为素数,且不妨设。 若不整除,则;若,则同构于由和生成的非交换群: 其中,不整除, 。例子:, 不整除,所以15阶的群只有循环群。推论 设是奇素数,则阶的群要么是循环群,要么是正边形的对称群。例如, 阶群只有和; 阶群只有和; 阶群只有和。定理6 8阶非交换群只有两个:一个是正四边形的对称群;另一个是四元数群 定理7 12阶非交换群有三个:一个是正六边形的对称群;一个是交错群;一个是由两个元素生成的群,记为 总结: 15及15阶以下交换和非交换群列表群个数 11 21 314, 2516, (即,非交换)2718, ,, ,59, 210, (非交换)211112, , ,513114, (非交换)
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