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群和交换群

群论从入门到放弃。

通过简单入门来打破幻想。

顺着有限群论基础,结合近世代数

什么是群

GG 为非空集合,\cdot 为集合运算。

满足以下性质则是群:

  1. 群的基本定义
a,bGabG\forall a, b \in G \\ a \cdot b \in G
  1. 结合律

    a,b,cG(ab)c=a(bc)\forall a, b, c \in G \\ (a \cdot b) \cdot c = a \cdot (b \cdot c)
  2. 存在单位元

    aG,eae=ea=a\forall a \in G, \exists e \\ a \cdot e = e \cdot a = a
  3. 存在逆元

    定义逆元a1a^{-1}

    aG,a1a1a=aa1=e\forall a \in G, \exists a^{-1} \\ a^{-1} \cdot a = a \cdot a^{-1} = e

特殊地,若还满足交换律,则称为阿贝尔群或交换群:

a,bGab=ba\forall a, b \in G \\ a \cdot b = b \cdot a

为了方便书写,将 nn 个元素 aa 连续运算表示为 ana^n

约定 a0=ea^0 = ean=(a1)na^{-n} = (a^{-1})^n

由结合律可知,群的幂满足指数运算:

aGanam=an+m(an)m=anm\forall a \in G \\ a^n \cdot a^m = a^{n + m} \\ (a^n)^m = a^{nm}

若群 GG 中元素个数有限,则称元素个数为群 GG 的阶。

若群 GG 存在正整数 kk,满足 ak=ea^k = e,则 aa 被称为有限阶元素,否则称为无限阶元素。

若存在最小的 kk 使得 ak=ea^k = e,定义kk为元素aa的阶

假设aa的阶为kk

al=e    klal=am    k(lm)a^l = e \iff k \mid l \\ a^l = a^m \iff k \mid (l - m)

对于无限阶元素:

al=am    l=ma^l = a^m \iff l = m

若群 GG 所有元素都是有限阶元素,则称为周期群。