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गणित · शब्दावली

जनित उपसमूह; कोटि क्या है?

अन्य नाम: चक्रीय समूह · कोटि अवयव की

परिभाषा 1.13 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 2 · अध्याय 1 — समुच्चय और संरचनाएँ

मान लीजिए GG एक समूह है और AGA \subseteq GAA द्वारा जनित उपसमूह, जिसे A\langle A \rangle लिखा जाता है, AA को समाहित करने वाला सबसे छोटा उपसमूह है — मूर्त रूप में, AA के अवयवों तथा उनके प्रतिलोमों के सभी परिमित गुणनफल। कोई समूह चक्रीय कहलाता है जब वह एक ही अवयव से जनित हो: a={ak:kZ}\langle a\rangle = \{a^k : k \in \Z\}aGa \in G की कोटि ord(a)=a\operatorname{ord}(a) = \abs{\langle a \rangle} है (जो अनंत भी हो सकती है); परिमित होने पर वह न्यूनतम ऐसा n1n \geq 1 है जिसके लिए an=ea^n = e, और ak=e    ord(a)ka^k = e \iff \operatorname{ord}(a) \mid k

ℤ/12ℤ का उपसमूह जालक: 12 के प्रत्येक भाजक के लिए एक उपसमूह (), और जहाँ एक दूसरे को अभाज्य सूचकांक के साथ समाहित करता है वहाँ एक भुजा। अंतर्भाव जनक की विभाज्यता के विरुद्ध चलते हैं: 4 ⊂eq 2 क्योंकि 4 2 का गुणज है।
Z/12Z\Z/12\Z का उपसमूह जालक: 1212 के प्रत्येक भाजक के लिए एक उपसमूह (प्रतिज्ञप्ति 1.17), और जहाँ एक दूसरे को अभाज्य सूचकांक के साथ समाहित करता है वहाँ एक भुजा। अंतर्भाव जनक की विभाज्यता के विरुद्ध चलते हैं: 42\langle\overline 4\rangle \subseteq \langle\overline2\rangle क्योंकि 44 22 का गुणज है।

उदाहरण

उदाहरण 1.15 (सहसमुच्चय काम करते हुए: S3\mathfrak{S}_3 के भीतर A3A_3)

लीजिए G=S3G = \mathfrak{S}_3 (कोटि 66) और H=A3={id, (123), (132)}H = A_3 = \{\mathrm{id},\ (1\,2\,3),\ (1\,3\,2)\}। वाम सहसमुच्चय ये हैं:

H={id, (123), (132)},(12)H={(12), (23), (13)}:H = \{\mathrm{id},\ (1\,2\,3),\ (1\,3\,2)\}, \qquad (1\,2)H = \{(1\,2),\ (2\,3),\ (1\,3)\} :

अर्थात् तीन-तीन अवयवों के दो वर्ग GG का विभाजन करते हैं, ठीक वैसे ही जैसी गणना G=H×(सहसमुच्चयों की संख्या)\abs G = \abs H \times (\text{सहसमुच्चयों की संख्या}) माँगती है — और स्पष्टतः यह सम और विषम क्रमचयों का विभाजन है। ध्यान दीजिए कि (13)H=(12)H(1\,3)H = (1\,2)H, यद्यपि (13)(12)(1\,3) \neq (1\,2): सहसमुच्चय वर्ग हैं, अपने प्रतिनिधियों से नामांकित नहीं, और x1yHx^{-1}y \in H ही एकमात्र वैध तुलना है। दो वर्गों वाला यह चित्र चिह्न के लिए सामान्य चित्र है: AnA_n और उसका अकेला साथी सहसमुच्चय Sn\mathfrak{S}_n को आधा-आधा बाँट देते हैं, और इसी से सप्ताहांत समस्या पहुँच योग्य पहेली-स्थितियाँ गिनती है।

उदाहरण 1.16

दो तत्काल लाभ। अभाज्य कोटि के समूह चक्रीय होते हैं: यदि G=p\abs G = p अभाज्य है और aea \neq e, तो ord(a)\operatorname{ord}(a) pp को विभाजित करता है और 11 नहीं है, अतः वह pp है: a=G\langle a\rangle = GZ/12Z\Z/12\Z का उपसमूह जालक: नीचे प्रतिज्ञप्ति 1.17 के अनुसार 1212 के प्रत्येक भाजक के लिए ठीक एक उपसमूह है — कोटियाँ 1,2,3,4,6,121, 2, 3, 4, 6, 12, जो क्रमशः 0\overline 0, 6\overline 6, 4\overline 4, 3\overline 3, 2\overline 2, 1\overline 1 से जनित हैं। समापन चेतावनी: लाग्रांज का विलोम सामान्यतः विफल रहता है — A4A_4 की कोटि 1212 है परंतु उसमें कोटि 66 का कोई उपसमूह नहीं, जैसा इस अध्याय की सप्ताहांत समस्या (समस्या 1.1, प्रश्न 14) में सिद्ध किया गया है। लाग्रांज संभव कोटियों को सीमित करता है; उनका वचन नहीं देता।

उदाहरण 1.20 (चक्र-प्रकार एक जनगणना के रूप में)

S9\mathfrak{S}_9 के कितने क्रमचयों का चक्र-प्रकार (4,3,2)(4, 3, 2) है — अर्थात् एक 44-चक्र, एक 33-चक्र और एक पार्यय? वाहक तथा चक्रीय क्रम चुनिए:

9!432=36288024=15120:\frac{9!}{4\cdot 3\cdot 2} = \frac{362\,880}{24} = 15\,120 :

नौ प्रतीकों को एक पंक्ति में रखिए (9!9! प्रकार से), पहले चार, अगले तीन और अंतिम दो को चक्रों में बाँधिए, और प्रत्येक बंधन के भीतर के घूर्णनों से भाग दीजिए (जो क्रमशः 44, 33 और 22 हैं) क्योंकि वे वही क्रमचय देते हैं। (यहाँ चक्रों की लंबाइयाँ भिन्न हैं, अतः और भाग नहीं देना पड़ता; समान लंबाइयाँ होतीं तो समान बंधनों के क्रमचयों से भी भाग देना पड़ता।) ऐसे प्रत्येक क्रमचय की कोटि lcm(4,3,2)=12\operatorname{lcm}(4,3,2) = 12 और चिह्न (1)3(1)2(1)1=+1(-1)^3(-1)^2(-1)^1 = +1 होता है (प्रमेय 1.19 तथा नीचे दी गई चिह्न-प्रमेय से)। 99 का एक विभाजन, एक संयुग्मता वर्ग, एक जनगणना — Sn\mathfrak{S}_n का संचयशास्त्र विभाजनों का अंकगणित ही है।

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