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गणित · शब्दावली

समूह क्या है?

अन्य नाम: आबेली समूह

परिभाषा 7.3 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 1 · अध्याय 7 — बीजीय संरचनाएँ

समूह (G,)(G, *) ऐसा समुच्चय है जिस पर साहचर्य नियम हो, जिसका कोई तत्समक हो और जिसमें प्रत्येक अवयव का प्रतिलोम हो। नियम के क्रमविनिमेय होने पर समूह आबेली कहलाता है।

चार अवयवों वाले दो समूह: U_4 = \e, , -1, - \ (बाएँ) और आयत समूह (दाएँ), जिनमें तत्समक के स्थान छायांकित हैं। बाईं ओर तत्समक टेढ़ा-मेढ़ा चलता है (कोटि 4 का एक अवयव सब कुछ जनता है); दाईं ओर वह विकर्ण भर देता है (हर अवयव का वर्ग e है)। कोई भी पुनःनामकरण एक सारणी को दूसरी में नहीं बदल सकता: दोनों समूह तुल्याकारी नहीं हैं।
चार अवयवों वाले दो समूह: U4={e,i,1,i}\mathbb U_4 = \{e, \iu, -1, -\iu\} (बाएँ) और आयत समूह (दाएँ), जिनमें तत्समक के स्थान छायांकित हैं। बाईं ओर तत्समक टेढ़ा-मेढ़ा चलता है (कोटि 44 का एक अवयव सब कुछ जनता है); दाईं ओर वह विकर्ण भर देता है (हर अवयव का वर्ग ee है)। कोई भी पुनःनामकरण एक सारणी को दूसरी में नहीं बदल सकता: दोनों समूह तुल्याकारी नहीं हैं।

उदाहरण

उदाहरण 7.4

(Z,+)(\Z, +), (Q,+)(\Q, +), (R,+)(\R, +), (C,+)(\C, +); (Q,×)(\Q^*, \times), (R,×)(\R^*, \times), (C,×)(\C^*, \times), (Un,×)(\mathbb{U}_n, \times) (इकाई के मूल, परिभाषा 3.17); समुच्चय EE के स्वयं उसी पर एकैकी आच्छादनों का समुच्चय S(E)\mathfrak{S}(E), संयोजन के अंतर्गत — अर्थात् EE का सममित समूह, जो E3\abs E \geq 3 होते ही अनाबेली हो जाता है। समूह नहीं: (N,+)(\N, +) (प्रतिलोम नहीं), (Z,×)(\Z, \times) (केवल ±1\pm 1 व्युत्क्रमणीय)।

उदाहरण 7.6 (आयत की सममितियाँ)

(वर्ग न होने वाला) आयत स्वयं अपने पर ठीक चार सममितियाँ स्वीकार करता है: तत्समक ee, क्षैतिज अक्ष में परावर्तन hh, ऊर्ध्वाधर अक्ष में परावर्तन vv, और केंद्र के परितः अर्ध-घुमाव rr। संयोजन इस चार-अवयवी समुच्चय को समूह बना देता है: हर अवयव अपना ही प्रतिलोम है (h2=v2=r2=eh^2 = v^2 = r^2 = e), और किन्हीं दो भिन्न अतत्समक अवयवों का गुणनफल तीसरा होता है (hv=vh=rhv = vh = r: दोनों अक्षों में परावर्तन ही अर्ध-घुमाव है)। पूरी सारणी सममित है, अतः समूह आबेली है — फिर भी वह उदाहरण 7.15 के घूर्णनों U4\mathbb U_4 वाला समूह नहीं है: वहाँ i\iu की कोटि 44 है, जबकि यहाँ हर अवयव की कोटि 2\leq 2 है। अतः एक ही आकार के दो समूहों की गुणन-संरचनाएँ सचमुच भिन्न हो सकती हैं — नीचे का चित्र दोनों सारणियाँ साथ-साथ दिखाता है। यह चार-अवयवी समूह {±1}×{±1}\{\pm1\} \times \{\pm1\} के रूप में लौटता है, और अभ्यास 7.7 समझाता है कि जिस समूह में सभी वर्ग तुच्छ हों वह, इसी की भाँति, आबेली क्यों होना चाहिए।

उदाहरण 7.13 (चिह्न समाकारिता)

xx को उसके चिह्न पर भेजने वाला प्रतिचित्रण s ⁣:(R,×)({±1},×)s \colon (\R^*, \times) \to (\{\pm1\}, \times) एक समाकारिता है: गुणनफल का चिह्न चिह्नों का गुणनफल होता है। उसकी अष्टि (0,+)\intoo0{+\infty} है (जो उपसमूह है, जैसा परिभाषा 7.10 वादा करता है), और उसका प्रतिबिंब पूरा {±1}\{\pm1\}: आच्छादक, पर अत्यधिक अनेकैकी। लघु रूप में दो व्यापक शिक्षाएँ। पहली, कोई समाकारिता सूचना को कुचल सकती है: ss xx का केवल एक बिट स्मरण रखता है और कुछ नहीं, और यही उसका गुण है — चिह्न वाले तर्क ठीक वही संगणनाएँ हैं जो ss से होकर गुज़रती हैं। दूसरी, {±1}\{\pm1\} तक जाने वाली समाकारिताएँ सरलतम “अपरिवर्त्य” हैं: इस अध्याय की सप्ताहांत समस्या में बनने वाला क्रमचयों का संकेतक समूह Sn\mathfrak S_n पर वही परिघटना है, और वह जिन सम-विषम तर्कों को शक्ति देता है वे सब ऐसी ही द्विमानी समाकारिता से उतरते हैं।

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