数学 抽象代数

群的同态,正规子群,商群,群同态进本定理

如果群 的子群 满足: , 有 那么称 是 的正规子群, 记作。

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群的同态, 正规子群, 商群, 群同态基本定理 #

定义 群同态

若群 GG 到群 G~\widetilde{G} 有一个映射 σ\sigma, 使得

σ(ab)=σ(a)σ(b),a,bG.\sigma(ab)=\sigma(a)\sigma(b),\quad\forall a,b\in G.

则称 σ\sigma同态.

性质
  • (1) σ(e)=e~\sigma(e)=\widetilde{e}.
  • (2) σ(a1)=σ(a)1\sigma(a^{-1})=\sigma(a)^{-1}.
  • (3) 若 H<GH<G, 则 σ(H)<G~\sigma(H)<\widetilde{G}.
  • (4) σ(a)a|\sigma(a)|\big||a|.
定义

Kerσ:={aGσ(a)=e~}\Ker\sigma:=\{a\in G|\sigma(a)=\widetilde{e}\}, 称为 σ\sigma.

命题

σ\sigma 是群同态, 则 aG\forall a\in G, 有

a(Kerσ)=(Kerσ)a.a(\Ker\sigma)=(\Ker\sigma)a.
定义

如果群 GG 的子群 HH 满足: aG\forall a\in G, 有

aH=Ha.aH=Ha.

那么称 HHGG正规子群, 记作 HGH\lhd G.

特别地, {e}\{e\}GG 称为 GG平凡正规子群.

命题

群同态的核 Kerσ\Ker\sigmaGG 的正规子群.

命题

GG 的子群 HH 是正规子群当且仅当

aHa1=H,aG.aHa^{-1}=H,\quad\forall a\in G.
定义

HHGG 的子群, 任取 aGa\in G, aHa1aHa^{-1} 也是 GG 的子群, 称之为 HH共轭子群.

命题

HG  aG,hH, aha1HH\lhd G\Leftrightarrow\ \forall\ a\in G,h\in H,\ aha^{-1}\in H

定义

NGN\lhd G 时, 有 (G/N)l=(G/N)r(G/N)_l=(G/N)_r, 此时记作 (G/N)(G/N). 并在其上定义乘法 (aN)(bN)=abN(aN)(bN)=abN. 可以验证, 在这个运算下 (G/N)(G/N) 构成群, 并称之为商群.

如果 HH 不是 GG 的正规子群, 那么考虑 GG 到左商集 (G/H)l(G/H)_l 上的映射 σ:aaH\sigma:a\mapsto aH 不是群同态, 因为 (G/H)l(G/H)_l 甚至不是群.

命题

GG有限群, NGN\lhd G, 则 G/N=GN.|G/N|=\dfrac{|G|}{|N|}.

定理 群同态基本定理

σ\sigma 是群 GGG~\widetilde{G} 的一个同态, 则 Kerσ\Ker\sigmaGG 的一个正规子群, 且

G/KerσImσ.G/\Ker\sigma\cong\tIm\sigma.
定理 第一群同构定理

GG 是一个群, H<G,NGH<G,N\lhd G, 则

  • (1) HN<GHN<G;
  • (2) HNH, H/(HN)(HN)/NH\cap N\lhd H,\ H/(H\cap N)\cong (HN)/N.
定理 第二群同构定理

GG 是一个群, NGN\lhd G, HHGG 的包含 NN正规子群, 则 H/NG/NH/N\lhd G/N, 且

(G/N)/(H/N)G/H.(G/N)/(H/N)\cong G/H.

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