離散數學---循環羣,左陪集,子羣

題目描述:

設 <Z6,+6> 是一個羣,這裏 +6 是模 6 加法, Z6={0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5} ,試求出 <Z6,+6> 的所有子羣及其相應左陪集。

解答:

由於循環羣的子羣是循環羣,並且羣的階的每一個正因子存在唯一的子羣。

即子羣的階是6的正因子,6的正因子只有1,2,3,6,因此Z6共有4個子羣,

它們分別是一階子羣,2階子羣,3階子羣,6階子羣 =Z6(本身)。

子羣首先有兩個平凡子羣,即{[0]},{Z6}。一個爲幺元,另一個爲羣本身。

然後考慮 [2] 生成的子羣: {[0],[2],[4]}
然後考慮 [3] 生成的子羣: {[0],[3]}

所以子羣<{[0]},+6>,<{[0],[3]},+6>,<{[0],[2],[4],+6}>,<{Z6,},+6>

下面求出左陪集:
分別用{Z6}中的每一個元素+上下面的集合,即可得:

{[0]}的左陪集:{[0]},{[1]},{[2]},{[3]},{[4]},{[5]}.
{[0],[3]}的左陪集:{[0],[3]},{[1],[4]},{[2],[5]}.
{[0],[2],[4]}的左陪集:{[0],[2],[4]},{[1],[3],[5]}.
{[Z6]}的左陪集:{[0],[1],[2],[3],[4],[5]}.(Z6本身)

那麼,爲什麼<{[0],[1],[5]}>不是子羣?

根據子羣的定義,條件之一:任意兩元素的運算結果仍在子羣中,即封閉性。
那麼可以取兩個元素[1],[1],模加6結果(1+1)%6=2,元素[2]並不在<{[0],[1],[5]}>中,同理驗證元素[5]。故其不是子羣。

下面時一些概念:

循環羣:若—個羣G的每—個元都是G的某—個固定元a的乘方,則稱G爲循環羣,記作G=(a),a稱爲G的—個生成元。

代數系統:S是非空集合,f1, f2, f3…是這個集合上的運算,如果關於任意一個集合上的元素,經過這些運算後的結果還是在這個集合當中 (封閉性),那麼稱<S, f1, f2…, fn>爲一個代數系統。 例如 <R, +, -, ×, ÷>

零元:給定代數系統<S, ●>,如果存在某個元素a在S中且其他任意屬於S的元素x與a(且a與x)進行●運算等於a,則a爲●的零元。 例如<R, ×>,任何實數與0相乘都爲0,所以0爲×的零元。

幺元:給定代數系統<S, ●>,如果存在某個元素e在S中且其他任意屬於S的元素x與e(且e與x)進行●運算等於x本身,則e爲●的幺元。 例如<R, *>,任何實數與1相乘都爲它本身,所以1爲×的幺元。

逆元:給定代數系統<S, ●>,如果存在某個元素x在S中,且另一個元素y也在S中,滿足x與y(且y與x)進行●運算等於●在S中的單位元e,則x與y互爲逆元。 例如<R, *>, x(x不爲0)與1/x便是互爲逆元。

半羣:給定代數系統<S, ●>, (● 是二元運算), 如果●的運算滿足結合律, 則該代數系統爲半羣。例如<R+, ×>, 對二元運算×滿足結合律。

獨異點:含有單位元的半羣。 例如<R, ×>, 對二元運算還有單位元1。

:獨異點的集合中所有元素都擁有逆元且逆元在該集合中,則稱該獨異點爲羣。也就是說一個普通的代數系統要成爲羣需要滿足下面幾個條件:
1.代數系統中只有一個二元運算。(代數系統具有封閉性)
2.該運算要滿足結合律。
3.該運算要有幺元。
4.集合每個元素都有逆元且逆元在集合中。 例如<C, +>, <R, +>, <Q, +>爲羣, 而<R, *>不再爲羣, 因爲0沒有逆元。

子羣:給定羣<G, ●>,若H是S的非空子集, 且H關於G中的運算構成羣<H, ●>, 則稱<H, ●>是<G, ●>的子羣。 例如<Z, +>便是<R, +>的子羣。同樣需要滿足封閉性、結合律、有幺元,每個元素有逆元。

求子羣時需要注意檢驗封閉性,即任意兩個元素的運算之和仍然在子羣中。

左陪集:如果存在一個羣<H, ●>是羣<G, ●>的子羣,且有一個元素a在G中,則把集合a●H = {a ● h | h在H中}稱爲由元素a所確定的羣<G, ●>中的H的左陪集,簡記爲aH,稱a是左陪集aH中的代表元素。右陪集同理。

舉例:

H的左陪集應該是對所有a屬於G,應該是使a*h結果相等的集合。
比如:H={[0],[2]}是<z4,+4>的子羣,H的左陪集爲[0]+H={[0],[2]} ; [1]+H={[1],[3]}; [2]+H={[2],[0]}; [3]+H={[1],[3]};
可以看出[0]+H={[0],[2]}與[2]+H={[2],[0]}相等,其中一個左陪集爲{[0],[2]};同理,另外一個左陪集爲{[1],[3]};
右陪集也一樣。

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