Козет
В математике , особенно теории групп , подгруппа H группы называемые G может использоваться для разложения основного набора G в на непересекающиеся одинакового размера, подмножества смежными классами . Существуют левые и правые смежные классы . Классы смежности (как левый, так и правый) имеют то же количество элементов ( мощность что и H. ) , Более того, H сам по себе является одновременно левым и правым смежным классом. Количество левых классов класса H в G равно количеству правых классов класса H в G . Это общее значение называется индексом H : в G обозначается [ G и обычно H ] .
Классы смежности — основной инструмент изучения групп; например, они играют центральную роль в теореме Лагранжа , которая утверждает, что для любой конечной группы G количество элементов каждой подгруппы H группы G делит количество элементов G . Смежные классы подгруппы определенного типа ( нормальной подгруппы ) могут использоваться как элементы другой группы, называемой факторгруппой или факторгруппой . Классы смежности также появляются в других областях математики, таких как векторные пространства и коды, исправляющие ошибки .
Определение [ править ]
Пусть H — подгруппа группы G , операция которой записана мультипликативно (сопоставление означает групповую операцию). Учитывая элемент g из G , левые смежные классы H H в G — это множества, полученные путем умножения каждого элемента на фиксированный элемент g из G (где g — левый множитель). В символах это:
Правые смежные классы определяются аналогично, за исключением того, что элемент g теперь является правым множителем, т.е.
Поскольку g меняется в группе, может показаться, что будет создано много смежных классов (правых или левых). Тем не менее оказывается, что любые два левых смежных класса (соответственно правых) либо не пересекаются, либо тождественны как множества. [1]
Если групповая операция записывается аддитивно, как это часто бывает, когда группа абелева , используемые обозначения меняются на g + H или H + g соответственно.
Первый пример [ править ]
Пусть G — группа диэдра шестого порядка . Его элементы могут быть представлены { I , a , a 2 , б , аб , а 2 б } . В этой группе А 3 = б 2 = Я и ба = а 2 б . Этой информации достаточно, чтобы заполнить всю таблицу Кэли :
∗ | я | а | а 2 | б | аб | а 2 б |
---|---|---|---|---|---|---|
я | я | а | а 2 | б | аб | а 2 б |
а | а | а 2 | я | аб | а 2 б | б |
а 2 | а 2 | я | а | а 2 б | б | аб |
б | б | а 2 б | аб | я | а 2 | а |
аб | аб | б | а 2 б | а | я | а 2 |
а 2 б | а 2 б | аб | б | а 2 | а | я |
Пусть T — подгруппа { I , b } . (Отдельные) левые классы T :
- IT знак равно Т знак равно { я , б } ,
- aT = { a , ab } и
- а 2 Т = { а 2 , а 2 б } .
Поскольку все элементы G теперь появились в одном из этих классов, последующая генерация не может дать новые классы; любой новый смежный класс должен иметь общий элемент с одним из них и, следовательно, быть идентичен одному из этих смежных классов. Например, abT = { ab , a } = aT .
Правые смежные классы T :
- ТИ = Т = { я , б } ,
- Та = { а , ба } = { а , а 2 группа
- Облицовка 2 = { а 2 , нет 2 } = { а 2 , аб } .
В этом примере, за исключением T , ни один левый смежный класс не является также правым смежным классом.
Пусть H — подгруппа { I , a , a 2 } . Левые классы класса H : IH = H и bH = { b , ba , ba 2 } . Правыми смежными классами H являются HI = H и Hb = { b , ab , a 2 б } = { б , ба 2 , ба } . В этом случае каждый левый смежный класс H также является правым смежным классом H . [2]
Пусть H подгруппа группы G и предположим g1 , , g2 ∈ что G. — Следующие утверждения эквивалентны: [3]
- г 1 Ч = г 2 Ч
- ртуть 1 −1 = ртуть 2 −1
- г 1 Ч ⊂ г 2 Ч
- г 2 ∈ г 1 Ч
- г 1 −1 г 2 ∈ Н
Свойства [ править ]
Дизъюнктность нетождественных смежных классов является результатом того, что если x принадлежит gH, то gH = xH . Ведь если x ∈ gH , то должно существовать a ∈ H такое , что ga = x . Таким образом, xH знак равно ( ga ) ЧАС знак равно грамм ( aH ) . Более того, поскольку H — группа, умножение слева на a является биекцией и aH = H .
Таким образом, каждый элемент группы G принадлежит ровно одному левому смежному классу подгруппы H , [1] и H сам является левым смежным классом (и тем, который содержит единицу). [2]
Два элемента, находящиеся в одном левом смежном классе, также обеспечивают естественное отношение эквивалентности . Определите два элемента G , x и y , чтобы они были эквивалентны по отношению к подгруппе H, если xH = yH (или, что то же самое, если x −1 y принадлежит H ). Классы эквивалентности этого отношения являются левыми смежными классами H . [4] Как и любой набор классов эквивалентности, они образуют часть базового набора. Представитель смежного класса является представителем в смысле класса эквивалентности. Совокупность представителей всех смежных классов называется трансверсалью . В группе существуют и другие типы отношений эквивалентности, например сопряженность, которые образуют разные классы, не обладающие обсуждаемыми здесь свойствами.
Аналогичные утверждения применимы и к правым смежным классам.
Если G — абелева группа , то g + H = H + g для каждой подгруппы H группы G и каждого g группы G. элемента Для общих групп, учитывая элемент g и подгруппу H группы G , правый смежный класс H по g также является левым смежным классом сопряженной подгруппы g. −1 Hg относительно g , то есть Hg = g ( g −1 Хг ) .
Обычные подгруппы [ править ]
Подгруппа N группы G является нормальной подгруппой G тогда и только тогда , когда для всех элементов g из G соответствующие левые и правые смежные классы равны, то есть gN = Ng . Так обстоит дело с подгруппой H в первом примере выше. Более того, смежные классы N в G образуют группу, называемую факторгруппой или факторгруппой G / N .
Если H не является нормальным в G , то его левые смежные классы отличаются от правых смежных классов. существует элемент a То есть в G такой, что ни один элемент b не удовлетворяет условию aH = Hb . Это означает, что разбиение G на левые классы класса H отличается от разделения G на правые классы класса H . Это иллюстрируется подгруппой T в первом примере выше. ( Некоторые смежные классы могут совпадать. Например, если a находится в центре G , то aH = Ha .)
С другой стороны, если подгруппа N нормальна, множество всех смежных классов образует группу, называемую факторгруппой G / N, с операцией ∗, определяемой формулой ( aN ) ∗ ( bN ) = abN . Поскольку каждый правый смежный класс является левым, нет необходимости отличать «левые смежные классы» от «правых смежных классов».
Индекс подгруппы [ править ]
Каждый левый или правый смежный класс H имеет то же количество элементов (или мощность в случае бесконечного H ) , что и H. сам количество левых смежных классов равно количеству правых смежных классов и известно как индекс H в : G , записываемый как [ G Кроме того , H ] . Теорема Лагранжа позволяет вычислить индекс в случае, когда G и H конечны:
Еще примеры [ править ]
Целые числа [ править ]
Пусть G — аддитивная группа целых чисел, Z = ({..., −2, −1, 0, 1, 2, ...}, +) и H — подгруппа (3 Z , +) = ({ ..., −6, −3, 0, 3, 6, ...}, +) . Тогда смежными классами H в G являются три множества 3 Z , 3 Z + 1 и 3 Z + 2 , где 3 Z + a = {..., −6 + a , −3 + a , a , 3 + а , 6 + а , ...} . Эти три множества разделяют множество Z нет , поэтому других правых смежных классов H . Ввиду коммутативности сложения H + 1 = 1 + H и H + 2 = 2 + H . То есть каждый левый смежный класс группы H также является правым смежным классом, поэтому H — нормальная подгруппа. [5] (То же рассуждение показывает, что каждая подгруппа абелевой группы нормальна. [6] )
Этот пример можно обобщить. Снова пусть G — аддитивная группа целых чисел, Z = ({..., −2, −1, 0, 1, 2, ...}, +) , и теперь пусть H — подгруппа ( m Z , + ) = ({..., −2 m , − m , 0, m , 2 m , ...}, +) , где m — целое положительное число. Тогда смежными классами H в G являются m множеств m Z , m Z + 1 , ..., m Z + ( m − 1) , где m Z + a = {..., −2 m + a , − м + а , а , м + а , 2 м + а , ...} . Существует не более m смежных классов, поскольку m Z + m = m ( Z + 1) = m Z . Смежный класс ( m Z + a , +) — это сравнения по модулю m . класс [7] Подгруппа m Z нормальна в Z , и поэтому ее можно использовать для формирования факторгруппы Z / m Z группы целых чисел по модулю m .
Векторы [ править ]
Другой пример смежного класса приходит из теории векторных пространств . Элементы (векторы) векторного пространства образуют абелеву группу при сложении векторов . Подпространства подгруппами векторного пространства являются . этой группы Для векторного пространства V , подпространства W и фиксированного вектора a в V множества
Матрицы [ править ]
Пусть G — мультипликативная группа матриц, [9]
группового действия Как орбиты
Подгруппу H группы G можно использовать для определения действия H . на G двумя естественными способами Правое действие , G × H → G , заданное ( g , h ) → gh , или левое действие , H × G → G , заданное ( h , g ) → hg . Орбитой , а орбитой g при при правом действии является левый смежный класс gH левом действии является правый смежный класс Hg . [10]
История [ править ]
Понятие смежного класса восходит к . работам Галуа 1830–1831 годов Он ввел обозначения, но не дал названия концепции. Термин «комножество», по-видимому, впервые появляется в 1910 г. в статье Г. А. Миллера в « Ежеквартальном журнале чистой и прикладной математики» (т. 41, с. 382). Использовались различные другие термины, включая немецкую Nebengruppen ( Вебер ) и группу сопряжений ( Бернсайд ). [11] (Обратите внимание, что Миллер сократил свое самоцитирование до Ежеквартального журнала математики ; это не относится к одноименному журналу , который начал публиковаться только в 1930 году.)
Галуа был озабочен вопросом, когда данное полиномиальное уравнение разрешимо в радикалах . Инструмент, который он разработал, заключался в том, чтобы отметить, что подгруппа H группы перестановок G индуцирует два разложения G (то, что мы теперь называем левым и правым смежными классами). Если эти разложения совпали, то есть если левые классы совпадают с правыми классами, то существовал способ свести проблему к работе над H вместо G . Камиль Жордан в своих комментариях к работам Галуа в 1865 и 1869 годах развил эти идеи и определил нормальные подгруппы, как мы это сделали выше, хотя он не использовал этот термин. [6]
Называя смежный класс gH левым смежным классом g по H , хотя это наиболее распространено сегодня, [10] в прошлом не было универсально верным. Например, Холл (1959) назвал бы gH , правым смежным классом подчеркивая, что подгруппа находится справа.
Приложение из теории кодирования [ править ]
Двоичный линейный код — это n -мерное подпространство C V m -мерного векторного пространства над двоичным полем GF(2) . Поскольку V — аддитивная абелева группа, C — подгруппа этой группы. Коды можно использовать для исправления ошибок, которые могут возникнуть при передаче. Когда кодовое слово (элемент C ) передается, некоторые из его битов могут быть изменены в процессе, и задача получателя состоит в том, чтобы определить наиболее вероятное кодовое слово, искаженное полученное слово с которого могло начаться . Эта процедура называется декодированием , и если при передаче допущено лишь несколько ошибок, ее можно эффективно выполнить с очень небольшим количеством ошибок. Один метод, используемый для декодирования, использует расположение элементов V (полученное слово может быть любым элементом V ) в стандартный массив . Стандартный массив представляет собой разложение смежных классов V , определенным образом представленное в табличной форме. А именно, верхняя строка массива состоит из элементов C , записанных в любом порядке, за исключением того, что нулевой вектор должен быть записан первым. Затем выбирается элемент V с минимальным числом единиц, которого еще нет в верхней строке, и смежный класс C , содержащий этот элемент, записывается как вторая строка (а именно, строка формируется путем взятия суммы этого элемента с каждым элементом C непосредственно над ним). Этот элемент называется лидером смежного класса , и при его выборе может существовать некоторый выбор. Теперь процесс повторяется, новый вектор с минимальным количеством единиц, который еще не появился, выбирается в качестве нового лидера смежного класса, а содержащий его смежный класс C является следующей строкой. Процесс заканчивается, когда все векторы V рассортированы по смежным классам.
Пример стандартного массива для 2-мерного кода C = {00000, 01101, 10110, 11011} в 5-мерном пространстве V (с 32 векторами) выглядит следующим образом:
00000 | 01101 | 10110 | 11011 |
---|---|---|---|
10000 | 11101 | 00110 | 01011 |
01000 | 00101 | 11110 | 10011 |
00100 | 01001 | 10010 | 11111 |
00010 | 01111 | 10100 | 11001 |
00001 | 01100 | 10111 | 11010 |
11000 | 10101 | 01110 | 00011 |
10001 | 11100 | 00111 | 01010 |
чтобы найти полученное слово в таблице и затем прибавить к нему лидера смежного класса той строки, в которой оно находится. Поскольку в двоичной арифметике сложение — это та же операция, что и вычитание, в результате всегда получается элемент C. Процедура декодирования заключается в том , В случае, если ошибки передачи произошли именно в ненулевых позициях лидера смежного класса, результатом будет правильное кодовое слово. В этом примере при возникновении единичной ошибки метод всегда ее исправит, поскольку в массиве появляются все возможные лидеры смежных классов с единственной.
Декодирование синдромов можно использовать для повышения эффективности этого метода. Это метод вычисления правильного смежного класса (строки), в котором будет находиться полученное слово. Для n -мерного кода C в m -мерном двоичном векторном пространстве матрица проверки четности представляет собой матрицу m − n ) × m. ( H, обладающий тем свойством, что x H Т = 0 тогда и только тогда, когда x находится в C . [12] Вектор x H Т называется синдромом x . , и по линейности каждый вектор в одном смежном классе будет иметь один и тот же синдром При декодировании поиск теперь сводится к поиску лидера смежного класса, имеющего тот же синдром, что и полученное слово. [13]
Двойные классы [ править ]
Учитывая две подгруппы, H и K (которые не обязательно должны быть различными) группы G , двойные классы H и K в G являются множествами вида HgK = { hgk : h — элемент H , k — элемент K } . Это левые классы K и правые классы H , когда H = 1 и K = 1 соответственно. [14]
Два двойных класса HxK и HyK либо не пересекаются, либо совпадают. [15] Набор всех двойных смежных классов для фиксированных H и K образует разбиение G .
Двойной класс HxK содержит полные правые классы H (в G ) формы Hxk , где k элементом K , и полные левые классы K (в G ) формы hxK , с h в H. является [15]
Обозначения [ править ]
Пусть G группа с подгруппами H и K. — Несколько авторов, работающих с этими наборами, разработали для своей работы специальную систему обозначений, где [16] [17]
- G / H обозначает множество левых смежных { gH : g в G } группы H в G. классов
- H \ G обозначает множество правых смежных { Hg : g в G } группы H в G. классов
- K \ G / H обозначает набор двойных смежных классов { KgH : g в G } для H и K в G , иногда называемый пространством двойных смежных классов .
- G // H обозначает двойное смежное пространство H \ G / H подгруппы H в G .
Больше приложений [ править ]
- Классы Q в R используются при построении множеств Витали , типа неизмеримого множества .
- Классы смежности занимают центральное место в определении передачи .
- Классы смежности важны в вычислительной теории групп. Например, алгоритм Тистлтуэйта для решения кубика Рубика в значительной степени опирается на смежные классы.
- В геометрии форма Клиффорда–Клейна — это двойное смежное пространство Γ \ G / H , где G — редуктивная группа Ли , H — замкнутая подгруппа, а Γ — дискретная подгруппа (группы G ), которая действует надлежащим образом разрывно на однородной пространство Г / Ч .
См. также [ править ]
Примечания [ править ]
- ^ Перейти обратно: а б Ротман 2006 , с. 156
- ^ Перейти обратно: а б Дин 1990 , с. 100
- ^ «Косеты ААТА» . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. Проверено 9 декабря 2020 г.
- ^ Ротман 2006 , стр.155.
- ^ Фрэли 1994 , с. 117
- ^ Перейти обратно: а б Фрэли 1994 , с. 169
- ^ Джоши 1989 , с. 323
- ^ Ротман 2006 , с. 155
- ^ Бертон 1988 , стр. 128, 135.
- ^ Перейти обратно: а б Джейкобсон 2009 , с. 52
- ^ Миллер 2012 , с. 24 сноска
- ^ Матрица транспонирования используется для того, чтобы векторы можно было записать как векторы-строки.
- ^ Ротман 2006 , с. 423
- ^ Скотт 1987 , с. 19
- ^ Перейти обратно: а б Холл 1959 , стр. 14–15.
- ^ Зейтц, Гэри М. (1998), «Двойные смежные классы в алгебраических группах», в Картере, RW; Саксл, Дж. (ред.), Алгебраические группы и их представление , Springer, стр. 241–257, doi : 10.1007/978-94-011-5308-9_13 , ISBN 978-0-7923-5292-1
- ^ Дакворт, В. Итан (2004), «Бесконечность наборов двойных смежных классов в алгебраических группах», Journal of Algebra , 273 (2), Elsevier: 718–733, arXiv : math/0305256 , doi : 10.1016/j.jalgebra.2003.08 .011 , S2CID 17839580
Ссылки [ править ]
- Бертон, Дэвид М. (1988), Абстрактная алгебра , Wm. Издательство C. Brown, ISBN 0-697-06761-0
- Дин, Ричард А. (1990), Классическая абстрактная алгебра , Харпер и Роу, ISBN 0-06-041601-7
- Фрэли, Джон Б. (1994), Первый курс абстрактной алгебры (5-е изд.), Аддисон-Уэсли, ISBN 978-0-201-53467-2
- Холл-младший, Маршалл (1959), Теория групп , The Macmillan Company
- Джейкобсон, Натан (2009) [1985], Основная алгебра I (2-е изд.), Дувр, ISBN 978-0-486-47189-1
- Джоши, К.Д. (1989), «§5.2 Классы подгрупп», Основы дискретной математики , New Age International, стр. 322 и далее, ISBN 81-224-0120-1
- Миллер, Джорджия (2012) [1916], Теория и приложения конечных групп , Applewood Books, ISBN 9781458500700
- Ротман, Джозеф Дж. (2006), Первый курс абстрактной алгебры с приложениями (3-е изд.), Прентис-Холл, ISBN 978-0-13-186267-8
- Скотт, WR (1987), «§1.7 Классы смежности и индекс», Теория групп , Courier Dover Publications, стр. 19 и далее, ISBN 0-486-65377-3
Дальнейшее чтение [ править ]
- Зассенхаус, Ханс Дж. (1999), «Подгруппы §1.4», Теория групп , Courier Dover Publications, стр. 10 и далее, ISBN 0-486-40922-8
Внешние ссылки [ править ]
- Николас Брэй. «Козет» . Математический мир .
- Вайсштейн, Эрик В. «Левый школьник» . Математический мир .
- Вайсштейн, Эрик В. «Правильный Козет» . Математический мир .
- Иванова, О.А. (2001) [1994], «Козет в группе» , Энциклопедия Математики , EMS Press
- Козет в PlanetMath .
- Иллюстрированные примеры
- «Козет» . групповой реквизит . Вики-страница свойств группы.