乘子(multiplier)亦称乘数,是一类特殊的
自同构。设D为
群G的一个(v,k,λ)
差集,G的运算以加法记,α为G的一个
自同构。若存在a,b∈G,使Dα=a+D+b,则称α为D的乘子。当α为零元时,称α为右乘子;当G为
阿贝尔群时,若存在整数m,使α为映射x→mx,则称α为一个数值乘子,有时也称m为数值乘子。
定义
1.D的所有乘子成为一个
群,而所有右乘子为这个群的
子群。
2.当G是
阿贝尔群时,所有的乘子为右乘子;当G是
循环群时,所有的乘子为数值乘子。
3.当D为阿贝尔差集时,D的一个乘子必固定D的某个平移。利用这个性质及乘子定理(见下文)可以构造某些差集及证明某些差集的不存在性。
举例
例如,{1,3,9,5,4}是Z11中的(11,5,2)差集,m=3是它的一个数值乘子。
乘子定理
乘子定理(multiplier theorem)是用来判别差集乘子存在性的定理。乘子定理有多种形式,以下的乘子定理也称为第二乘子定理。
第二乘子定理 设D是v阶阿贝尔群G的(v,k,λ)差集,m是n=k-λ的一个与v互素的因子,且m>λ。若整数t与v互素,使得对m的每个素因子p存在相应的非负整数f,适合t≡pf(mod v*),其中v*为G的指数,即使xe=1对G中一切x成立的最小正整数e,则G的自同构x→xt是D的数值乘子。
该定理由曼 (Mann,H.B.)于1965年得到。当G为循环群且λ=1时的较早形式由霍尔(Hall M.Jr.)得到。由于阿贝尔差集D的乘子必固定D的某个平移,所以,可由乘子定理做出一些差集或证明某些参数的差集不存在。例如,可做(11,5,2)循环差集如下:设这样的差集存在,则3是D的一个数值乘子,不妨设3固定D,则D必为循环群Z11的元素在自同构x→3x作用下的某些轨道的并,而Z11的元素轨道为{0},{1,3,9,5,4}及{2,6,7,10,8}。于是,两个轨道均是Z11中的(11,5,2)差集。又例如,若存在循环(31,10,3)差集D,则7应是D的乘子,不妨设7固定D。但是,在自同构x→7x作用下Z31分成3个元素轨道,长度分别为1,15及15,这说明D不存在。
在第二乘子定理中取m为素数p。可得到定理的特例(称为第一乘子定理):
第一乘子定理 设D是一个(v,k,λ)
阿贝尔差集,p为素数,p|n,p|v不成立,若p>λ,则p是D的一个乘子。
这个定理的证明依赖于条件p>λ,但事实上对每一个已知的
阿贝尔差集,只要素数p是n的因子且不整除v,则一定是差集的乘子。因此,人们猜想第一乘子定理中去掉条件p>λ后结论仍成立。这个猜想称为乘子猜想。
乘子定理说明,n的因数是乘子的重要来源。但这并不是唯一的来源。例如,11是(21,5,1)循环差集D={3,6,7,12,14}的数值乘子,而11并不是n=4的因子。当一个数值乘子不是n的因子时,称为额外乘子。已知某些数不可能成为差集的额外乘子。例如,2不可能是阿贝尔差集的额外乘子,v-1不可能是任何(v,k,λ)循环差集的额外乘子。