群

定义

设<G,∗><G,*>是一个代数系统,其中G是非空集合,∗*是G上的二元运算。如果满足

  • 运算∗是可结合的运算*是可结合的
  • 存在幺元e
  • 对于每一个元素x∈Gx \in G,都存在逆元x−1∈Gx^{-1} \in G
    则称<G,∗><G,*>是一个群
    注意:
  • 代数系统+结合=半群
  • 半群+幺元e=独异点
  • 独异点+逆元=群

分类

  • 有限群,G为有限集
    • 群的阶数:载体G的基数(G的元素个数)
  • 无限群,G为无限集

群的性质

  • 群中无零元
  • 群中每个元素的逆元唯一
  • 设<G,∗><G,*>是一个群,对于a,b∈Ga,b \in G,必存在唯一的x∈Gx\in G,使得a∗x=ba*x=b
  • 消去律:设<G,∗><G,*>是一个群,对于a,b,c∈Ga,b,c \in G,若有a∗b=a∗c或者b∗a=c∗aa*b=a*c或者b*a=c*a,则必有b=c
  • 设<G,∗><G,*>是一个群,除幺元e外。不可能有任何别的等幂元
  • 群<G,∗><G,*>的运算表的每一行或每一列都是G中元素的一个置换

群中元素的阶

对于群<G,∗><G,*>,由于∗*运算是可结合的,定义a0=ea^0=e,当n为大于0的正整数时有

an=a∗a∗...∗a(n个)a^n=a*a*...*a(n个)

对于任何整数i,j有

  • ai∗aj=ai+ja^i*a^j=a^{i+j}

  • (ai)j=aij(a^i)^j=a^{ij}
    若存在使an=ea^n=e成立的最小正整数n,则称n为元素a的阶;否则称a的阶是无限的

  • 有限阶元素的幂
    如果 ord(a)=n<∞ord(a)=n<∞,则:

  • am=e 当且仅当 m是n的倍数a^m=e 当且仅当 m是n的倍数

  • n最多是G的基数n最多是G的基数

  • 性质 3:逆元的阶

对于任意 a∈G:ord(a−1)=ord(a)对于任意 a∈G:ord(a^{−1})=ord(a)

特殊的群

  • 阿贝尔群(交换群):对于群<G,∗><G,*>,如果∗*运算是可交换的
  • 循环群::设<G,∗><G,*>是群,若存在一个元素 g∈G,使得G中每一个元素a∈G都能表示成 gig^i(i∈I, I是整数集合)的形式,则称<G,∗><G,*>为 循环群,g是循环群的一个生成元。
  • 任何一个循环群必定是阿贝尔群
  • 设<G,∗><G,*>是由g∈G为生成元的有限循环群,|G|=n,则有
    • (a) n是使gn=eg^n=e的最小正整数;
    • (b) G={g1,g2,…,gn=eg^1,g^2,…,g^n=e}
  • 循环群的子群必是循环群。
  • 设<G,∗><G,*>是由g∈G为生成元的循环群。
    • (a)若G是无限集,则<G,*>与<I,+>同构。
    • (b)若G是有限集且|G|=k,则<G,∗><G,*>与<Nk,+k><N_k, +k>同构。