群是一种只有一个运算的、比较简单的代数结构;是可用来建立许多其他代数系统的一种基本结构。1770年,
拉格朗日在讨论
代数方程根之间的置换时,首先引入群的概念,而它的名称,是
伽罗华在1830年首先提出的。
概念介绍
本原群(primitive group)是指传递
置换群的一个子类。集合Ω上的传递置换群G,若没有非平凡完全区系,则称G为Ω上的本原群。否则,即G具有非平凡完全区系,就称G为非本原群。例如,Ω={1,2,3,4,5,6}而G由元素g生成,其中g=(1,2,3,4,5,6),那么{1,4},{2,5},{3,6}是G的一个非平凡的完全区系,同样{1,3,5},{2,4,6}也是G的非平凡的完全区系。因此G是非本原群。由这个例子还可以看出,在G为非本原群时,G可能有不止一个非平凡的完全区系。G在Ω上是本原的当且仅当对Ω中的任何两个不同的点α,β和Ω的任一
非空真子集Δ,都有G中一个元素g,使α∈Δ而βΔ.G在Ω上是本原群的另一个
充分必要条件是,对任何α∈Ω,Gα是G的
极大子群。关于本原群的研究是置换群论的最重要的内容。其中值得一提的工作是人们已经给出了次数≤50的全部本原群的一览表,又借助于
有限单群分类定理,决定了全部素数p次置换群、双传递群、秩3本原群,以及某种类型的奇数次本原群。
群
群是一种只有一个运算的、比较简单的代数结构;是可用来建立许多其他代数系统的一种基本结构。
设G为一个非空集合,a、b、c为它的任意元素。如果对G所定义的一种代数运算“·”(称为“乘法”,运算结果称为“乘积”)满足:
(1)封闭性,a·b∈G;
(2)结合律,即(a·b)c = a·(b·c);
(3)对G中任意元素a、b,在G中存在惟一的元素x,y,使得a·x= b,y·a=b,则称G对于所定义的运算“·”构成一个群。例如,所有不等于零的实数,关于通常的乘法构成一个群;时针转动(关于模12加法),构成一个群。
群是数学最重要的概念之一,已渗透到现代数学的所有分支及其他学科中。凡是涉及对称,就存在群。例如,可以用研究图形在变换群下保持不变的性质,来定义各种几何学,即利用变换群对几何学进行分类。可以说,不了解群,就不可能理解现代数学。
1770年,
拉格朗日在讨论
代数方程根之间的置换时,首先引入群的概念,而它的名称,是
伽罗华在1830年首先提出的。
子群
子群是群的特殊的非空子集。群G的非空子集H,若对G的乘法也成为群,则称H为G的子群,记为H≤G.若子群H≠G,则称H为G的真子群,记为HG或简记为H充分必要条件是:对任意的a,b∈H,恒有ab∈H。若{Hi|i∈I}是G的子群的集合,I是一个指标集,则所有Hi的交Hi是G的一个子群。
极大子群
极大子群是一种重要的子群。即在包含的意义下极大的真子群。它是群G的真子群H,且G与H之间无G的其他真子群。若H是群G的真子群,并且,对于G的真子群K,由H≤K得出K=H,则称H是G的极大子群。
置换群
置换群是指由置换组成的群。n元集合Ω={a1,a2,…,an}到它自身的一个一一映射,称为Ω上的一个置换或n元置换。
有限群在其形成时期几乎完全在置换群的形式下进行研究,
拉格朗日和
鲁菲尼的工作更具代表性。1770年拉格朗日在他的关于方程可解性的著作里,引进了n个根的一些函数进行研究,开创了置换群的子群的研究,得到“子群的阶整除群的阶”这一重要结果。鲁菲尼在1799年的专著《方程的一般理论》中,对置换群进行了详细的考察,引进了群的传递性和本原性等概念。在拉格朗日和鲁菲尼工作的影响下,柯西发表了关于置换群的重要文章(1815)。他以方程论为背景,证明了不存在n个字母(n次)的群,使得它对n个字母的整个对称群的指数小于不超过n的最大素数,除非这个指数是2或1。伽罗瓦对置换群的理论做出了最重要的贡献,他引进了正规子群、两个群同构、单群与合成群等概念,发展了置换群的理论。可惜他的工作没有及时为数学界所了解。柯西在1844—1846年间,写了一大批文章全力研究置换群。他把许多已有的结果系统化,证明了伽罗瓦的断言:每个有限(置换)群,如果它的阶可被一个素数p除尽,就必定至少包含一个p阶子群。他还研究了n个字母的函数在字母交换下所能取的形式值(即非数字值),并找出一个函数,使其取给定数目的值。
置换群的理论(主要指伽罗瓦的工作)在1870年由若尔当整理在他的《置换与代数方程》之中,他本人还发展了置换群理论及其应用。
传递置换群
传递群有更强的传递性质的置换群.设k是一个自然数,而G是Ω上的一个置换群,且|Ω|≥k。若对Ω的任意两个有序k元子集{α1,α2,…,αk}和{β1,β2,…,βk},都可找到一个元素g∈G,使得α1=β1,α2=β2,…,αk=βk,则称G在Ω上是k重传递的;或简单地称,G在Ω上是k传递的。由这个定义,1重传递群就是通常所称的传递群,2重传递群称为双传递群。一般地,若k≥1,一切k+1重传递群都是k重传递群。Sn是惟一的n次n重传递群,而An是n次的n-2重传递群。还可推出:当k≥2时,G在Ω上是k重传递的当且仅当G在Ω上是传递的并且对任意α∈Ω,稳定子群Gαn和An外,人们从未发现任何一个6重传递群,而4重传递群只知道有4个,马蒂厄群M11,M12,M23,M24,其中M12,M24是5重传递的。利用
有限单群分类定理,已经决定出全部的2重传递群。由此也证实了上述四个
马蒂厄群是An,Sn以外的全部4重传递群。