ТЕМА 3. ГРУППЫ

Определение 2. Группой называется множество G, на котором задана б.а.о. t такая, что выполнены следующие свойства, называемые аксиомами группы:

G1. Операция t ассоциативна.

G 2. Существует е ÎG – единичный элемент.

G 3. Все элементы G обратимы.

Если операция t группы G коммутативна, то G – коммутативная (абелева) группа. Если НÌG, и подмножество Н само является группой, то Н называется подгруппой группы G. Назовем порядком элемента g ÎG, g¹ e, наименьшее натуральное число m такое, что g^m=e. Если такого числа нет, то g – элемент бесконечного порядка. Пусть g – элемент конечного порядка m, тогда H={ e,g,…,g^{m -1}}- подгруппа группы G (так называемая циклическая подгруппа).

Пример 6. Показать, что множество G=C\{0}, на котором введена операция t - умножения комплексных чисел, является абелевой группой (см. пример 5), а элемент , где m – натуральное число, имеет порядок m.

Одним из важнейших примеров групп является группа перестановок на множестве n элементов (симметрическая группа S n). Роль этой группы определяется тем обстоятельством, что любая конечная группа порядка n (т.е. состоящая из n элементов) изоморфна некоторой подгруппе симметрической группы S _n (теорема Кэли).

Группа S n состоит из n! перестановок

Б.а.о. на S _n – умножение перестановок, осуществляется по закону композиции. Например, пусть n =4,

Найдем s×t. Имеем s×t (1)= s(t(1))= s(4)=1, s×t(2)= s(3)=4, s×t(3)=3, s×t(4)=2, т.е.

Аналогично

Уже на этом примере видно, что s×t¹t×s, т.е. группа S _n - неабелева. Важнейшим из перестановок являются так называемые к – циклы (циклы длины к), переставляющие к элементов по кругу. Эти перестановки записываются в одну строку. Например, s=(1234) – 4-цикл: 1®2®3®4®1. Любую перестановку можно записать в виде произведения непересекающихся циклов. Например, t=(14)(23); t×s=(13)(2)(4) и т.д.

Алгоритм нахождения t^-1 покажем на примерах:

Легко показать, что порядок к –цикла равен к, а порядок произведения непересекающихся циклов равен НОК (наименьшему общему кратному) порядков этих циклов.

Отметим, что 2-цикл называют транспозицией. Очевидно, что 1 2 … )=(1 )(1 -1)…(12), а тогда любую перестановку можно записать в виде произведения транспозиций, возможно пересекающихся. Это представление не является единственным, но во всех таких представлениях количество транспозиций имеет одну и ту же честность. Все честные перестановки в S _n образуют подгруппу А _n порядка . В частности, изучение свойств подгруппы А₅ порядка 60, позволило Галуа доказать, что для алгебраического уравнения (6) при n =5 не существует общей формулы, выражающей корни этого уравнения через его коэффициенты. Свойства перестановок играют также важнейшую роль в доказательствах свойств определителей матриц.