子羣的判定定理
子羣判定定理:
設G是一個羣 ,H是其子羣。 若H的左陪集與右陪集總是相等(對任何的a∈G,aH=Ha), 則稱H是G的正規子羣或不變子羣,記為H⊴G。
注:(1) 任何羣G都有正規子羣,因為G的兩個平凡子羣G和{e}都是G的正規子羣。 (2) 若G是交換羣, 則G的所有子羣都是正規子羣。
驗證H為G的一個子羣H≤G,需要驗證下面幾條:
1. G的運算是H的運算,運算封閉性
2. 存在單位元
3. 每個元素都存在逆元。
結合律不需要驗證,在大的集合G中滿足結合律,在小集合H內自然滿足。
實際上我們不需要驗證這三條。
定理2:設G 是羣,則非空子集合H≤G若且唯若:
[公式]
證明:(1)説明G的運算也是H的運算,(2)説明H中每個元素都有逆。從而 [公式] ,H有單位元。
我們更常用的是將這兩條結合在一起的子羣判定定理:
定理3:設G 是羣,則非空子集合H≤G若且唯若:
[公式]
顯然,只需證明充分性:(1) [公式]
(2) [公式] (3)[公式]
對於一個有限子集合,我們甚至可以只驗證運算是封閉的,也就是是子集合上的運算。
推論1:設G是羣,則非空有限子集合H≤G若且唯若: ∀a,b∈H⇒ab∈H.
證明:(充分性)有限子集H上運算滿足消去律,從而是羣. 當然也可以直接構造出單位元和每個元素的逆元。由運算封閉性 [公式] ,只需注意H是有限集合,故必存在某個s>t,使得 [公式] ,在羣G中利用消去律,可得 [公式]
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