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Gを位数が6の群とする
G≅Z/6Z or S3 のどちらかに同型になることを示したいのですが、
シローの定理からP3:3-Sylow部分群 s3:P3の個数 P2:2-Sylow部分群 s2:P2の個数
とすると、シローの定理からs3=1、s2=1,3となり、
(1)s2=1の時は、G≅Z/2Z×Z/3Z≅Z/6Z
ということは分かったのですが、
(2)s2=3の時はG≅S3になると思うのですが、これをどう示したらよいかが分かりません。
教えていただけませんですか?

A 回答 (1件)

シローの定理より


2シロー群{e,a}が存在
3シロー群{e,b,b^2}が存在.3シロー群はひとつしかない.

そこで ab の位数 o(ab) を考える

o(ab)=1,2,3,6である

o(ab)=1ならば ab=e,b=a^{-1}=aで不適

o(ab)=6ならば 位数6の群Gに位数6の要素があるので
Gは巡回群Z/6Z

o(ab)=2ならば abab=e つまり aba=b^{-1}
つまり Gはa^2=e, b^3=e aba=b^{-1}で生成される群でありこれは
三次二面体群D_3すなわち3次対称群S_3

o(ab)=3ならば
abが生成する巡回群<ab>は3シロー群
3シロー群はひとつしかないので
ab=e,b,b^2
ab=eは不適
ab=bも不適
ab=b^2も不適
よってo(ab)は3とはならない

以上より
位数6の有限群は
巡回群か3次の対称群

実際はもっと強いことがいえて
素数p,qに対して
位数pqの群が決定できます
シローの定理と自己同型の組合せ
♯ぐぐると力作のPDFがすぐ見つかります
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
少し分かったような気がします

お礼日時:2012/01/22 10:20

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Q位数素数と部分群の数について

pを素数とし,Gを位数pの群とする.
このときG×Gの部分群の数を求めよ.

といった問題について教えてください.

Gは位数pの群なので,GはZ/pZと同型になり,G×GはZ/pZ×Z/pZと同型になるので,Z/pZ×Z/pZの部分群の数を求めればいいと思うのですがそれが求められません.

よろしくお願いします.

Aベストアンサー

面倒臭いのでGをZ/pZの加法群と同一視します。

G×Gの位数はp^2なのでLagrangeの定理から
G×Gの部分群の位数は1かpかp^2ですが:

A 位数1の部分群は{(0,0)}の1つだけ
B 位数p^2の部分群はG×G自身です。

C で位数pの部分群ですが...

位数が素数であるからそのような部分群Uは
巡回群で、ある生成元(a,b)∈U⊂G×Gがあります。
一方、任意の(x,y)∈G×Gに対して
(x,y)≠(0,0)なら(x,y)の位数はpで(**)、<(x,y)>は
位数pの巡回群になります。
よって位数がpであるG×Gの部分群全体は
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*特に(0,0)以外の元(x,y)は(p^2-1)個ありますが、
 これらは全てある位数pのG×Gの部分群に含まれます。
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 巡回群であって、V=W.
 対偶をとって、V,Wが共に位数pのG×Gの部分群で、
 V≠WならばV,Wに共通元はありません。
 位数pのG×Gの部分群Vに含まれる、(0,0)以外の
 元の数は(p-1)個です。

よって、(0,0)以外の元(p^2-1)個は、
(p^2-1)/(p-1) = (p+1)個の 位数pの部分群たちに分類
されます。よって、位数がpであるG×Gの部分群は
p+1個です。

面倒臭いのでGをZ/pZの加法群と同一視します。

G×Gの位数はp^2なのでLagrangeの定理から
G×Gの部分群の位数は1かpかp^2ですが:

A 位数1の部分群は{(0,0)}の1つだけ
B 位数p^2の部分群はG×G自身です。

C で位数pの部分群ですが...

位数が素数であるからそのような部分群Uは
巡回群で、ある生成元(a,b)∈U⊂G×Gがあります。
一方、任意の(x,y)∈G×Gに対して
(x,y)≠(0,0)なら(x,y)の位数はpで(**)、<(x,y)>は
位数pの巡回群になります。
よって位数がpであるG×Gの部分群全体は
(0,0)以外のG×Gの元(x,y)によって生成...続きを読む

Q有限アーベル群Gの位数が相異なる2素数p、qの積であるとき、Gは巡回群

有限アーベル群Gの位数が相異なる2素数p、qの積であるとき、Gは巡回群であることを示せ。


という問題があるのですがよくわかりません。できれば詳しく教えていただけると嬉しいです!

Aベストアンサー

大抵の教科書に書いてありませんか?
構造定理を使わずに、手作りっぽく
書いてみると…

G の元で、単位元でないモノの一つを a とし、
a が生成する G の部分群を A とする。
A の位数は、ラグランジェの定理より、
G の位数の約数 1,p,q,pq のどれかになる。
(0) 位数が 1 の場合。
a が単位元でないから、これはありえない。
(1) 位数が p の場合。
可換群の部分群は全て正規部分群だから、
G は A と商群 G/A の直積に分解する。
A,G/A は位数 p,q の部分群であり、
素数位数だから巡回群である。
巡回群同士の直積群は、巡回群となる。
(2) 位数が q の場合。
同上。
(3) 位数が pq の場合。
単項生成の部分群は巡回群だから、
G = A は位数 pq の巡回群になる。

QPが群Gのシローp-部分群であるとき Pが唯一のシローp-部分群である

Pが群Gのシローp-部分群であるとき Pが唯一のシローp-部分群であることと

PがGの正規部分群であることが同値であることを

シローの定理を使って示すにはどうすればいいのでしょうか?


<シローの定理>
(1)p^r | |G| ==> Gは位数p^rの部分群をもつ
よってシローp-部分群は存在する

(2)H: Gのp-部分群とすれば
Hを含むシローp-部分群が存在する

(3)シローp-部分群は互いにG-共役

(4)シローp-部分群の個数は
1+k*p の形 (k∈Z,k≧0)

Aベストアンサー

p-シロー群が正規部分群とは次の二つのことが成り立つ。

(1) Pは正規部分群 ⇔ xP = Px,∀x.
(2) P,Qがp-シロー群 ⇒ aP = Qa,∃a.

Q
= aPa^{-1} (2)より
= P (1)より

よってP=Q、つまり、ただ一つしかない。

p-シロー群がP一つしかないとき
⇒すべてのxに対してp-シロー群xPx^{-1}とPは共役。
⇒axPx^{-1} = Pa,∀x
⇒yPy^{-1} = P,∀y
(y = axと変形)
⇒Pは正規部分群

どうかな、てきとーなんで、ゆるしてね

Qアーベル群の個数

『位数が120の有限アーベル群は同型を除いて何個あるか?』


これはアーベル群の元の個数を答えればいいのでしょうか?
巡回群→アーベル群であるから
位数が120の巡回群の生成元の個数nはEuler関数ψを用いて
n=ψ(120)=120*(1-1/2)*(1-/3)*(1-1/5)=32
より32個

であってますか?
明日試験で困ってます。どなたかご教授下さい。

◆疑問点
1:巡回群→アーベル群ですが、アーベル群→巡回群はいえないので上のでは正しくない(不足しているものがあう可能性がある)?
2:同型を除いて…同型がいまいちよくわかりません

Aベストアンサー

答えは32じゃあまずいと思います…
有限アーベル群の構造定理はご存知ですか?
有限アーベル群は不変系と呼ばれる数字の組み合わせだけで同型類が決定されます。
位数が120の場合、素因数分解が
120=2^3*3*5
なので、不変系は(120)、(2,60)、(2,2,30)の3種類です。
よって位数120のアーベル群の同型類は3つだけです。

不変系などに関しては適当な代数の参考書にのっているので、参照してみてください。

Q群Gの元aの位数

35歳すぎにして、代数学の初心者です。
代数における群Gの元aの位数の意味がよくわかりません。位数って群の元の数ですよね?ってことは、元aが位数を持つということは、元aも群だということなのでしょうか?元aは群Gの部分群でないと、元aは位数を持たないのでしょうか?
これがわからないので、「群Gの元aの位数がmnならばa^nの位数はmであることを示せ」などといわれても、ちんぷんかんぷんです。
どなたか、判りやすく教えていただける方がいましたら、よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

#4です。
補足に対して少しお答えします。
群に入っている演算は何でもいいわけですが
乗法が分かりやすいし、よく説明に使われると思うので
(質問にa^nという表現もあることですし)
乗法で話をします。

群は演算に関して閉じています。
だからaがあればaを何回か掛けてできる数は全部入って
いなければいけません。

よってa^nはGに入っています。(当然nは自然数)
Gの位数が有限ならa^nはどこかで繰り返しにならないとGの位数より個数が増えてしまいます。
証明は難しく無いですが略します。感覚的にはわかってもらえると思います。

だからa^n=e(単位元)となるnが存在するといえる
わけです。1回繰り返しになれば後はその倍数で繰り返し
になりますので「最小の」と断ったのです。

(乗法の例
1のn乗根a^n=1乗法の単位元

加法でいえばa,2a,3a・・・・,na=0加法の単位元
となります。例:割り算したときの余り)

Q位数8の群の例

位数8の群の例を挙げよ(同値でないもの挙げなさい)。
という問題なのですが、
答えとして
巡回群Z_8,(Z_4*Z_2),(Z_2*Z_2*Z_2),
正2面体群D_4,4元数群Q
であると思うですがこれは例では無いのだと思いまして、
この例の作り方を教えていただきたいと思いまして投稿いたしました。
どなたかわかる方お願いいたします!

Aベストアンサー

おっしゃる意味がいまいちつかめませんが、位数8の群は同型をのぞくとその5つしかありません。逆に言うとたとえば正方形の自己同型全体(90度回転と反転から生成される)とかそういうある意味具体的な意味を持つ群だとか、あるいは生成元と基本関係式で群を明示するだとか、はたまた群表を書いてこのような群だといったところで、とにかく上の5つのいずれかの群と本質的に同じものができるわけです(つまり同型だということ)。いずれにせよ上記5つの群を与えることが、位数8の群の例示ということになっていると思います。

ただ正2面大群と四元数群といっただけでは少し分かりにくい(超有名例だから別によいですけど)ので、基本関係式でも書いておけばよいかとも思います。

Q位数45の群が位数9の正規部分群をもつことの証明はどうすればいいのでし

位数45の群が位数9の正規部分群をもつことの証明はどうすればいいのでしょうか?

シローの定理が必要だとおもうのですが。。。

<シローの定理>
(1)p^r | |G| ==> Gは位数p^rの部分群をもつ
よってシローp-部分群は存在する

(2)H: Gのp-部分群とすれば
Hを含むシローp-部分群が存在する

(3)シローp-部分群は互いにG共役

(4)シローp-部分群の個数は
1+k*p の形 (k∈Z,k≧0)

Aベストアンサー

位数45の群をG、Gの位数9の部分群をPとする。

><シローの定理>
>(4)シローp-部分群の個数は1+k*p の形 (k∈Z,k≧0)
がポイント

しかもシローp-部分群の個数は|G:P|だから、|G|=45
の約数である。

45の約数1,3,5,9,15,45のうち3で割ると1余るのは1のみである

したがってGのシロー9-部分群の個数は1個である。

Gから元kを任意にとる。
群kPk^(-1)を考えるとkPk^(-1)の位数は9である。
ところが、のシロー9-部分群は1個だからkPk^(-1)=P
でなければならない。

したがってPはGの正規部分群である。

Qwell-definedについて

ある問題集に以下のことが書かれていました。
「整数aのmを法とする剰余類は
[a]={x|x≡a(mod m)}とする。
また、Z/mZ={[x]m|x∈Z}とする。
a,b∈Z、剰余類に加法+を定義する:
[a]+[b]=[a+b]
これは代表元の選び方に依存しない。
すなわち演算+はwell-definedである。」

ここで何故「これは代表元の選び方に依存しない。
すなわち演算+はwell-definedである。」
といえるのですか?
よく意味が分かりません。教えてください。

Aベストアンサー

商空間に演算を入れるときはいつでもwell-definedを証明しなくてはなりません。やさしいので出来れば自力でやっていただきたいですが、おそらく初めてのことだろうと思うので、一例です。参考にしてみてください。

今、ある代表元、a,bを取ってきて、[a]+[b]を[a+b]で定義します。
そして別の代表元a'、b'を取ってきて[a'+b']を計算したとします。
もし[a+b]=[a'+b']でないのなら、この演算は代表元の取り方に依存したことになりますし、
逆にこれが等しいのであれば、代表元の取り方には依存しないわけです。

さて、(a+b)-(a'+b')=(a-a')+(b-b')です。
いま、aもa'もともに同じ剰余類[a]に属していますから、mで割った余りは等しい。
したがって(a-a')|mです。つまりmで割り切れる。
同様に(b-b')もmで割り切れます。
つまり、(a+b)-(a'+b')はmの倍数なわけです。
したがって、a+bとa'+b'は同じ剰余類に属します。
すなわち[a+b]=[a'+b']という分けです。

これは合同式の演算の正当化でもあります。
x≡y (mod m)
z≡w (mod m)
であれば、
x+z≡y+w (mod m)
というものです。余りだけ見るのだから、
余りが等しいものなら何で計算してって一緒(well-defined!)
というわけですね。

商空間に演算を入れるときはいつでもwell-definedを証明しなくてはなりません。やさしいので出来れば自力でやっていただきたいですが、おそらく初めてのことだろうと思うので、一例です。参考にしてみてください。

今、ある代表元、a,bを取ってきて、[a]+[b]を[a+b]で定義します。
そして別の代表元a'、b'を取ってきて[a'+b']を計算したとします。
もし[a+b]=[a'+b']でないのなら、この演算は代表元の取り方に依存したことになりますし、
逆にこれが等しいのであれば、代表元の取り方には依存しないわけです...続きを読む

Q巡回群と巡回群の直積は巡回群?

Wikipediaの巡回群の項目に

p、q が互いに素ならば、位数 p の巡回群と、位数 q の巡回群の直積は巡回群である。

ということが書いてあったのですが、これって簡単に証明できるのですか?
証明の概略と、これが十分条件も満たしてるならそちらの方の証明の概略も教えていただけないでしょうか。


そもそも巡回群の直積が巡回群になるとは、たとえば{e,a,a^2}と{e,b,b^2,b^3}の直積を考えたときに、<a,b>^nは単純に<a^n,b^n>というように考えて、

<a,b>^0=<e,e>
<a,b>^1=<a,b>
<a,b>^2=<a^2,b^2>
<a,b>^3=<e,b^3>
<a,b>^4=<a,e>
<a,b>^5=<a^2,b>
<a,b>^6=<e,b^2>
<a,b>^7=<a,b^3>
<a,b>^8=<a^2,e>
<a,b>^9=<e,b>
<a,b>^10=<a,b^2>
<a,b>^11=<a^2,b^3>

はい、巡回群。という感じになるのでしょうか?

Aベストアンサー

p、q が互いに素ならば、確かに直積は巡回群になります。これは十分条件です。この証明は基本的には連立合同式の解の存在証明と同じです。
x≡s(mod p)
x≡t(mod q)
この連立合同式の解の存在はどのように示せますか?

Q部分群であることの証明

部分群であることの証明
Gを群、Hをその部分集合とし、a,b∈Gに対し、「a~b⇔ab^(-1)∈H」なる~ が同値関係であるとする。このとき、HはGの部分群であることを証明してほしいです。

部分群であることを証明するには、(1)結合法則が成り立つこと(2)単位元の存在(3)逆元の存在が言えればいいこと、
同値関係の定義については理解しています。

ですが証明文を書くことができず、困っています。


回答よろしくお願いします。

Aベストアンサー

えっと、同値の関係は、それでいいと思いますよ。

「結果的に同じことになった」と前にも書いたかな?

この問題では二つの同値 ~ と ⇔ がでてきているけれど、

両方とも、本来の意味として、結果的に同じになっているで、構いませんよ。

で、例に挙げた群だけど。。

実数全体(0を除く) (以下、R0 と書くことにしますね)と

演算子掛け算 × を持ってくると、群の定義は?

単位要素の存在、逆要素の存在、結合則の成立だよね。

R0の中から、好きな二つを取ってきます。

何でも構いません。掛け算した答えは、必ず実数になりますね。

 #無理数も実数だからね。虚数にならなければいい。

ここで二項代数として成立。

単位要素は、「1」ですね。 任意のR0∋c について、

c×1=c 動かないので単位要素だね。

逆要素は、c^(-1)だね。 c×(1/c)=1 単位要素に帰るわけだから。

 #0をどけたのは、これができないから。

例) c=√2 のとき c×c^(-1)=√2/√2 =1

無限に要素があるけど、これはすごく簡明な群なんだけどな・・・。

この場合は数値になるから、Hもとりやすいと思うけれども。

取ってみてくれるかな? そしたら少しつかめると思うけど。


そしてね、どっかでこれ見たことあるなぁ~と思ってました。

「群論への30講」 志賀浩二 著 朝倉出版

この、第八項に同じのがある。

出身が電気工学で、この本で独学したんだ(^^;)

本屋さん(大きな)に行く機会があったら、捜してみて?

もう結構古いから、絶版かもしれないけれど。


代数を専門とされてはいないのかな。ちょっと出てきたと言う感じかな?

群 って言うのをもう少し分かってからのほうがいいのかもしれない問題かもね?

かじるくらいにしては、少し難しいかもしれない。


でもね、例に挙げたのが群だと思って、そこから部分群になるようにHの要素を

持ってきてみて?

それができると、ある程度見晴らしがでてくると思う。

えっと、同値の関係は、それでいいと思いますよ。

「結果的に同じことになった」と前にも書いたかな?

この問題では二つの同値 ~ と ⇔ がでてきているけれど、

両方とも、本来の意味として、結果的に同じになっているで、構いませんよ。

で、例に挙げた群だけど。。

実数全体(0を除く) (以下、R0 と書くことにしますね)と

演算子掛け算 × を持ってくると、群の定義は?

単位要素の存在、逆要素の存在、結合則の成立だよね。

R0の中から、好きな二つを取ってきます。

何でも構いません...続きを読む


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