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§3 子 群
设 G 是一个群, a G .显然, | a | 1 当且仅当 a e ; | a1 | | a | ; 若| a | ,则对于任意两个不同的整 数 m 和 n 总有 am an .
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§3 子 群
对于任意的 aH ,根据子群的定义, a 在 H 中 有逆元 a' .根据命题 3.2, a' a1 .因此 a1 H . 所以 H 满足条件(2).
再证明充分性.假设 H 满足条件(1)和(2). 由于 H 满足条件(1),为了证明 H 为 G 的子群, 现在只需阐明 H 关于 H 上的代数运算“ ”构成 一个群.
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§3 子 群
事实上,首先,由于 G 上的代数运算“ ”适合 结合律,因此 H 上的代数运算“ ”也适合结合律. 其次任取 a H .由于 H 满足条件(1)和(2),因此 a1 H , e aa1 H .最后,对于任意的 a H , 我们有
iI
Si {a S | i I,st. a Si} .
iI
Si 和 Si 分别称为 S 的这族子集的交(集)和并
iI
iI
(集).
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§3 子 群
命题 3.4 设 G 是一个群,{Hi}iI 是 G 的一 族子群,则 Hi 也是 G 的子群.□
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§3 子 群
由 于 e' 是 H 的 单 位 元 , 我 们 有 e'e' e' . 因 此 ee' e'e' .将该式两边右乘 e' 在 G 中的逆元(或 者,根据消去律——第 9 页第 5 题),即得 e e' .
显而易见, e {e};对于 G 的任何子 群,总有 H H .
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§3 子 群
注意 设 G 是一个群, a G .则 a {an | n Z} .
事实上,一方面,显然, a {an | n Z},并且,由 幂的定义和性质可知,{an | n Z} 是 G 的子群. 因 此 a {an | n Z} . 另 一 方 面 , 显 然, {an | n Z} a .所以 a {an | n Z} .由 此可见,循环群是交换群.
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§3 子 群
(3) 设 H 是 群 G 的 一 个 子 群 . 若 存 在 a G ,使得 H a ,则称 H 为群 G 的循环 子群,并称 a 为子群 H 的一个生成元.特别地, 若 G a ,则称 G 为循环群.
§3 子 群
定理 3.3 设 G 是一个群, H 是 G 的一个 非空子集.那么, H 为 G 的子群的充分必要条件 是:
(1) ab H , a, b H ; (2) a1 H , a H . 证明 先证明必要性.假设 H 是 G 的子群. 首先,根据子群的定义, H 满足条件(1). 其次,
§3 子 群
定义 3.1 设 G 是一个群,集合 H 是集合 G 的一个非空子集.我们称 H 是 G 的一个子群,是 指 H 满足如下条件:
Ⅰ. ab H , a, b H ,即 H 关于群 G 的乘 法“ ”封闭;
Ⅱ. H 关于“ ”构成一个群.
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§3 子 群
命题 3.5 设 G 是一个群, S 是 G 的一个 子集.令 {Hi}iI 表示 G 的包含 S 的所有子群. 则 Hi 是 G 的包含 S 的最小子群,也就是
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说, Hi 是 G 的包含 S 的子群,并且,对于G iI
的包含 S 的任何子群 H 都有 Hi H .□ iI
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§3 子 群
例 3 设V 是数域 P 上的向量空间,W 是V 的子空间,则 (W, ) 是 (V , ) 的子群.
例4 考察 S3 的子集 A3 {(1), (123), (132 )} .
易见, A3 是 S3 的子群.
第一章 群 论
5/5/2020
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目录
§1 代数运算 §2 群的概念 §3 子 群 §4 循环群 §5 正规子群与商群 §6 群的同构与同态 §7 有限群
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§3 子 群
设 A 是一个非空集合,“ ”是 A 上的一个 代数运算, S 是 A 的一个非空子集.
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§3 子 群
若 存 在 G 的 有 限 子 集 {a1, a2, , an} , 使 得 H {a1, a2, , an} ,则称 H 为群 G 的有限 生 成 的 子 群 . {a1, a2, , an} 通 常 简 记 作 a1, a2 , , an .特别地,当 G a1, a2 , , an 时,称群 G 为有限生成的群.
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§3 子 群
定义 3.9 设 G 是一个群, a G .若存在 正整数 n 使得: an e ,并且,对于任何小于 n 的正整数 m (如存在)都有 am e ,则称 a 的阶 为 n ,记作| a | n ;这时称 a 为有限阶元素.若 对于任何正整数 n 都有 an e ,则称 a 的阶为 ,记作| a | ;这时称 a 为无限阶元素.
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§3 子 群
定义 3.7 设 G 是一个群, c G .若 对于任意的 a G 总有 ac ca ,则称 c 为 G 的一个中心元.
命题 3.8 设 G 是一个群, C 是 G 的 全体中心元构成的集合.则 C 是 G 的交换 子群(称为群 G 的中心.)
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设 G 是一个群.若 S 是 G 的一个子集,则存 在 G 的子群 H ,使得 S H ,例如, H G 就是 这样的子群.此外,容易验证,若 H1 与 H2 是群 G 的两个子群,并且集合 H1 与集合 H2 互不包含, 则 H1 H2 不是群 G 的子群.
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§3 子 群
命题 3.2 设 G 是一个群, H 是 G 的一个子 群.那么,
(1) H 的单位元就是 G 的单位元; (2)对于任意的 a H , a 在群 H 中的逆元就 是 a 在群 G 中的逆元. 证明 (1)设 e 是群 G 的单位元, e' 是子群 H 的单位元.由于 e 是 G 的单位元,我们有 ee' e' .
(2)对于任意的 a H ,设 a 在 G 中的逆元 为 a1 , a 在 H 中的逆元为 a' .根据(1),我们有 aa1 e aa' .将该式两边左乘 a1 (或者,根据 消去律——第 9 页第 5 题),即得 a1 a' .□
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§3 子 群
定义 3.6 (1)设 G 是一个群.对于 G 的任 意非空子集 S ,我们将群 G 的包含 S 的最小子群 称为群 G 的由 S 生成的子群,记作 S .
(2)设 H 是群 G 的一个子群.若 S 是 G 的一 个非空子集,使得 H S ,则称 S 为子群 H 的 一个生成集.
例 2 设 P 是一个数域, nN .于是, SLn (P ) 是 GLn (P ) 的子群.(参看§2 的例 2).若令 H 表示数域 P 上全体 n 级可逆的上三角形矩阵构成的集合, K 表示 数域 P 上全体 n 级可逆的对角形矩阵构成的集合,则 H 是 GLn (P ) 的子群, K 是 H 的子群.
ae ea a ; aa1 a1a e . 所以 H 关于 H 上的代数运算“ ”构成一个群.□
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§3 子 群
例 1 (R , ) 是 (C, ) 的子群, (Q , ) 是 (R , ) 的 子 群 , (Z, ) 是 (Q , ) 的 子 群 ; (R \{0}, ) 是 (C \{0}, ) 的子群, (Q \{0}, ) 是 (R \{0}, ) 的子群.
我们称 S 关于代数运算“ ”封闭,是指: 对于任意的 a, b S ,总有 abS .
假设 S 关于代数运算“ ”封闭.于是,将 “ ”限制在 S 上, 我们便可得到 S 上一个代 数运算“ '”.也就是说,我们可以定义 S 上的
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§3 子 群
证明 显然 eC ,因此 C 非空.现在 考察任意的 c1, c2 C :对于任意的 a G , 我们有
(c1c2 )a c1(c2a) c1(ac2 ) (c1a)c2 (ac1)c2 a(c1c2 ) ,
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§3 子 群
设 S 是一个集合; I 是一个非空集合(称为指
标集);对于任何 i I , Si 都是 S 的子集.这时,我们
称{Si}iI 为 S 的一族子集.院Company Logo
§3 子 群
设 G 是一个群. 显然,{e} 和 G 都是 G 的子群.{e} 和 G 都称为 G 的平凡子群. 若 H 是 G 的子群并且集合 H 是集合 G 的真子 集,则称 H 为 G 的真子群.