抽象代數(shù)的學習內容主要分三大塊:群、環(huán)、域幢尚。然后呢掉丽,我現(xiàn)在只學了這一點點澄暮、
群
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什么是群?——對于一個集合,定義一種運算,這個集合關于這種運算有一些好性質朴沿,那么就稱這個集合關于這種運算做成群。
- 群的定義是什么?
- 群的性質是什么赌渣?
- 群的例子有哪些魏铅?
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如果說群是一個國家,那么群中的元素就是這個國家的人坚芜。但是和現(xiàn)實生活中人和人的異質性不同沦零,群中的元素(可能)存在規(guī)律性,或者說“某種結構”货岭。怎么去研究這些分散的個體呢?那就涉及到元素的階的概念疾渴。
- 元素的階的定義是什么千贯?
- 元素的階的性質是什么?/除了利用定義搞坝,怎么計算元素的階搔谴?
既然提到人,我們可能會順便問問這個國家的人口是多少桩撮。對于群敦第,也就是這個群的階是多少。
- 什么是群的階店量?
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人芜果。。不會單獨存在融师,總是喜歡抱團取暖右钾。所以說一個國家的公民,會組成社群/團體旱爆。群中的元素當然也會了舀射,對于一些有特別性質的“元素的小團體”,它們就構成了這個群的子群怀伦。
- 子群的定義是什么脆烟?
- 子群的性質是什么?
任何人都可以和任何人在一起搞小團體房待。但是只有滿足一些條件的團體才會被稱為比如政黨邢羔、宗教、社團吴攒。任何元素和任何元素都可以搞小團體张抄,也就是形成子集,但只有滿足一些條件的子集才會被稱為子群洼怔。那么除了定義以外署惯,怎么判斷一個子集是不是子群?
- 子集是群iff...?
假設我的男票和他的直男兄弟搞了一個小團體镣隶。他們有著宏偉的從政意愿极谊,具體來說就是建立一個“當爸爸黨”诡右。但是,該群體并不符合成為合法黨派的條件轻猖。怎么辦呢帆吻?當然是找一個國務的人幫忙搞定,比如起草黨派憲章等等咙边。所以猜煮,雖然這個小團體本身不是政黨,但是他們可以(通過某位成員找一個國務女友)生成一個政黨败许。同理王带,一個子集,它自己不是子群市殷,也可以生成子群愕撰。
- 什么叫做子集生成子群?
- 由一個子集生成的子群包含哪些元素醋寝?(這些元素和子集的元素有什么關系搞挣?)
有的黨派呢,人數(shù)很少音羞,這就導致它們在投票的時候很尷尬囱桨。于是,有的小黨就會考慮聯(lián)合起來黄选。對于子群來說蝇摸,就是子群之間是可以運算的。
- 子群有哪些運算办陷?運算律有哪些貌夕?
結果小黨聯(lián)合的時候條件沒談妥,干脆兩黨都解散了民镜。對于子群來說啡专,子群經過運算(也就是子群的積),未必還是子群制圈。
- 子群的積是子群iff...?
小黨聯(lián)合——如果成功的話们童,很有可能會開掉一些職能重復的人。這就導致鲸鹦,我們也會考慮子群的積的階是多少慧库。
- 積集公式
對于一個國家的諸政黨,并不是每個黨都同樣“重要”馋嗜,比如相對當爸爸黨這種野雞黨派齐板,顯然還是很有機會成為執(zhí)政黨派的大黨更值得研究。所以,我們也有一些子群甘磨,是千千萬萬個子群中特殊而重要的橡羞。
- 正規(guī)子群
- ……
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好的,現(xiàn)在我們對這個國家济舆、每個公民卿泽、公民團體——甚至黨派,都有了一些認識滋觉∏┴玻可是,怎么管理國家呢椎侠?從古代的分封而治覆致,到現(xiàn)代的省、州劃分肺蔚,無不啟示著我們對群,也進行“劃分”儡羔。所謂群的劃分宣羊,簡單來說把群寫成一堆集合的無交并。比如把國家分成幾個州汰蜘,那這幾個州應該互不相交仇冯,但是又完全cover了整個國家。
- 群的劃分的定義是什么族操?
群的劃分和等價關系苛坚、等價類以及商集的概念是密切相關的,或者說本質上這三組名字在說的都是一件事色难。所以這里一并介紹:
- 什么是等價關系和等價類泼舱?
- 等價關系&等價類和群的劃分的關系是什么?(一一對應)
- 什么是商集枷莉?
- 商集和群的劃分/等價類的關系是什么娇昙?
fine,言歸正傳笤妙。我們已經知道把國家分成一些省/州冒掌,是很好的治理辦法。那么蹲盘,我們是依據(jù)什么這樣劃分的呢股毫?可能是地域,可能是文化召衔。對于群來說铃诬,就是等價關系:定義一種等價關系,把彼此有關系的元素放到一起構成等價類,不同的等價類之間是兩兩無交的氧急,所有的等價類并起來又cover了整個群颗胡。
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現(xiàn)在,我們定義這樣一種等價關系:H是G的子群吩坝,對于元素
毒姨,如果
,那么就稱
有關系~钉寝,記做
.
然后弧呐,按照5. 的思路,我們便可以寫出這中關系的等價類:的等價類記做
, 則
{
} , 變型一下就是
= aH. 我們把aH稱為H在G中的左陪集嵌纲。同理俘枫,可以定義右陪集。
總之呢逮走,陪集就是上述這個特殊的等價關系的等價類鸠蚪。并且按照4.和5.的知識,我們很容易明白不同的陪集是兩兩無交的师溅,所有的陪集并起來又cover了整個群茅信。
所以我們可以get到下面兩件事:- 上述這個等價關系對應的商集的元素就是這些陪集。
- 求群G的階數(shù)墓臭,就是sum每個陪集的階數(shù)蘸鲸。一如國家的人口=sum每個省/州的人口。
- 拉格朗日定理
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顯然窿锉,對于一個國家酌摇,可以有很多種劃分方法。但是嗡载!并不是每種劃分都是被承認的——準確地說窑多,其實只有一種劃分方法被承認,只有一種劃分方法是合法的洼滚。如果A州和B州相鄰怯伊,而兩州州長對于州界限有不同的劃分方式的話,那么他們甚至要打仗判沟。所以耿芹,雖然我們可以搞出許許多多的商集,但是挪哄,只有一種(些)商集吧秕,是非常“尊貴”的迹炼。這種商集是什么呢砸彬?——還記得一開始說的“群是一個關于定義于其上的運算有好性質的集合(及其運算)”嗎颠毙?——這種商集,自然就是可以關于定義于其上的運算有好性質的集合砂碉,也就是商群蛀蜜。
為了get商群的概念,我們先定義商集的元素的“運算”增蹭。不過滴某,其實這種“運算”與其說是“定義”的,不如說是你很自然滋迈、很符合直覺地就會這么想的霎奢。- 令G是群,H是G的子群饼灿,商集G/H = {aH | a
代表元系}幕侠,則G/H中的這種“運算”是:aH*bH = (ab)H
上一段中的“運算”二字通通加了引號。這是因為由于這種“運算”是等價類之間的乘法碍彭,我們必須得考慮它是不是well-defined晤硕。如果是well-defined,才可以去掉引號庇忌,讓它脫胎換骨成真正的運算窗骑。
什么樣的等價類之間的乘法算是well-defined?我們知道漆枚,同一個等價類的元素們,彼此之間都有那種關系抵知。所以在表示這個類的時候墙基,取哪個元素當代表元都可以,表示的都是一個類刷喜。所以残制,如果用a和a‘表示第一個等價類,b和b’表示第二個等價類掖疮,要是這種乘法well-defined初茶,ab和a‘b'應該相等。
什么時候這種乘法是well-defined浊闪?
- 令G是群恼布,H是G的子群,商集G/H = {aH | a
代表元系}搁宾,則G/H中的乘法(aH*bH = (ab)H)well-defined iff H 是G的正規(guī)子群折汞。
(還記得前面說的野雞當爸爸黨不足掛齒,不如研究大黨盖腿,從而我們研究了一些重要的子群爽待,其中就有正規(guī)子群嗎损同?)
好的,顯然不well-defined的乘法沒什么好再研究的了鸟款,因為你壓根不是乘法案嗳肌!所以現(xiàn)在我們把H取成G的正規(guī)子群何什。此時我們不禁想問组哩,G/H關于此乘法,成群嗎富俄?——答案是肯定的禁炒!
沒有正規(guī)子群,就沒有商群霍比。如果說商集是一盤散沙的烏合之眾(沒有乘法運算)幕袱,那么商群就是在正規(guī)子群帶領下的、緊密團結悠瞬、通力合作们豌、有組織有紀律的群體。只有一種合法的洲界浅妆,恰如只有“唯一”(好吧只是比較特殊望迎、比較少)的商群。因此凌外,商群可以被合法地稱為 United States (既然aH就像states)辩尊,而正規(guī)子群,就是United States的執(zhí)政黨康辑,而且是……黨國同構的I阌(???隱喻嘿嘿嘿嘿)
- 令G是群,H是G的子群饼灿,商集G/H = {aH | a