الرياضيات · المسرد

ما معنى القوى، رتبة عنصر؟

يُعرف أيضًا باسم: رتبة عنصر

تعريف 7.14 الرياضيات الجامعية — السنة 1 · الفصل 7 — البنى الجبرية

في زمرة GG (بالترميز الضربي)، نضع x0=ex^0 = e وxk+1=xkxx^{k+1} = x^k x و xk=(xk)1x^{-k} = (x^k)^{-1} من أجل kNk \in \N؛ عندئذ xk+l=xkxlx^{k+l} = x^k x^l لكل k,lZk, l \in \Z، فيكون kxkk \mapsto x^k تشاكلًا (Z,+)G(\Z, +) \to G صورته x={xk:kZ}\langle x \rangle = \{x^k : k \in \Z\} زمرةٌ جزئية، هي الزمرة الجزئية المولَّدة بالعنصر xx. و رتبة xx هي أصغر m1m \geq 1 يحقق xm=ex^m = e إن وُجد (وعندئذ يكون للمجموعة x={e,x,,xm1}\langle x\rangle = \{e, x, \dots, x^{m-1}\} بالضبط mm عنصرًا، وxk=e    mkx^k = e \iff m \mid k)، وتكون \infty فيما عدا ذلك.

أمثلة

مثال 7.15

في (C,×)(\C^*, \times): رتبة i\iu هي 44، مع i={1,i,1,i}=U4\langle \iu \rangle = \{1, \iu, -1, -\iu\} = \mathbb{U}_4؛ وبعمومية أكبر، رتبة ω=e2iπ/n\omega = \eu^{2\iu\pi/n} هي nn وω=Un\langle\omega\rangle = \mathbb{U}_n. وفي (Z,+)(\Z, +)، لكل x0x \neq 0 رتبة لا نهائية. ولماذا تصحّ الدعاوى الواردة في التعريف: إذا كانت رتبة xx هي mm، فاقسم أيّ kk على mm (أي k=mq+rk = mq + r حيث 0r<m0 \leq r < m، المبرهنة 6.2): عندئذ xk=(xm)qxr=xrx^k = (x^m)^q x^r = x^r، فتدور القوى بدور mm، وتكون العناصر المسرودة متمايزة مثنى مثنى بأصغرية mm، ويفرض xk=ex^k = e أن r=0r = 0. وتُحسب رتب التبديلات في مسألة نهاية الأسبوع أدناه.

مثال 7.16 (الرتب داخل U12\mathbb U_{12})

ما رتبة ωk\omega^k في Un\mathbb U_n، من أجل ω=e2iπ/n\omega = \eu^{2\iu\pi/n}؟ لدينا (ωk)m=1(\omega^k)^m = 1 إذا وفقط إذا كان nkmn \mid km، و بكتابة d=gcd(n,k)d = \gcd(n, k) و n=dnn = dn' و k=dkk = dk' حيث gcd(n,k)=1\gcd(n', k') = 1: يكون nkm    nkm    nmn \mid km \iff n' \mid k'm \iff n' \mid m (بمبرهنة غاوس المساعدة، المبرهنة 6.8). وأصغر m1m \geq 1 كهذا هو n=ngcd(n,k)n' = \frac{n}{\gcd(n,k)}. ففي U12\mathbb U_{12} مثلًا، رتبة ω8\omega^8 هي 12gcd(12,8)=3\frac{12}{\gcd(12,8)} = 3 (وبالفعل ω8=e4iπ/3U3\omega^8 = \eu^{4\iu\pi/3} \in \mathbb U_3)، بينما رتبة ω5\omega^5 هي 1212: فهو يولّد الزمرة كلها، وإن لم يكن المولّد «المعياري». وعدّ المولّدات — أي الأعداد kk التي تحقق gcd(k,n)=1\gcd(k, n) = 1 — يستعيد عدّ الأعداد الأولية فيما بينها في المثال 2.25: فتلتقي نظرية الزمر بالعدّ.

مثال 7.6 (تناظرات المستطيل)

يقبل المستطيل (غير المربع) أربعة تقايسات على نفسه بالضبط: التطبيق المطابق ee، والتناظر بالنسبة إلى المحور الأفقي hh، والتناظر بالنسبة إلى المحور العمودي vv، ونصف الدورة rr حول المركز. ويجعل التركيب هذه المجموعة الرباعية زمرة: فكل عنصر مقلوب نفسه (h2=v2=r2=eh^2 = v^2 = r^2 = e)، ويكون جداء أيّ عنصرين متمايزين غير محايدين هو الثالث (hv=vh=rhv = vh = r: فالتناظر بالنسبة إلى المحورين هو نصف الدورة). و الجدول الكامل متناظر، فالزمرة تبديلية — ومع ذلك فهي ليست الزمرة نفسها التي هي زمرة الدورانات U4\mathbb U_4 في المثال 7.15: فهناك رتبة i\iu تساوي 44، بينما هنا رتبة كل عنصر 2\leq 2. فزمرتان لهما الحجم نفسه قد يكون لهما بنيتا ضرب مختلفتان حقًّا — ويعرض الرسم أدناه الجدولين جنبًا إلى جنب. وتعود هذه الزمرة الرباعية في صورة {±1}×{±1}\{\pm1\} \times \{\pm1\}، ويشرح التمرين 7.7 لماذا يجب على أيّ زمرة كل مربعاتها محايدة أن تكون، مثل هذه، تبديلية.

اقرأ في الفصل ←