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abel羣

鎖定
阿貝爾羣也稱為交換羣可交換羣,它是滿足其元素的運算不依賴於它們的次序(交換律公理)的。阿貝爾羣推廣了整數集合的加法運算。阿貝爾羣以挪威數學家尼爾斯·阿貝爾命名。 [1] 
阿貝爾羣的概念是抽象代數的基本概念之一。其基本研究對象是向量空間。阿貝爾羣的理論比其他非阿貝爾羣簡單。有限阿貝爾羣已經被透底地研究了。無限阿貝爾羣理論則是正在研究的領域。
中文名
阿貝爾羣
外文名
Abel Group
別    名
交換羣或可交換羣
定    義
滿足其元素的運算不依賴於序的
應用學科
抽象代數
研究對象
向量空間

abel羣定義

阿貝爾羣的羣運算符合交換律,因此阿貝爾羣也被稱為交換羣。它由自身的集合G二元運算* 構成。它除了滿足一般的羣公理,即運算的結合律G單位元、所有G的元素都有逆元之外,還滿足交換律公理 [2] 
因為阿貝爾羣的羣運算滿足交換律結合律,羣元素乘積的值與乘法運算時的次序無關。而羣運算不滿足交換律的羣被稱為“非阿貝爾羣”,或“非交換羣”。

abel羣符號

阿貝爾羣有兩種主要運算符號—加法和乘法。
約定
運算
單位元
逆元
加法運算
x+y
0
nx
x
乘法運算
x*yxy
e或1
xn
x-1
一般地説,乘法符號是羣的常用符號,而加法符號是模的常用符號。當同時考慮阿貝爾羣和非阿貝爾羣時,加法符號還可以用來強調阿貝爾羣是特定羣。

abel羣乘法表

驗證有限羣是阿貝爾羣,可以構造類似乘法表的一種表格(矩陣),它稱為凱萊表。如果羣G= {g1=e,g2, ...,gn}在運算⋅下,則這個表的第(i,j)個表項包含乘積gigj。羣是阿貝爾羣當且僅當這個表是關於主對角線是對稱的(就是説這個矩陣是對稱矩陣)。
這是成立的因為如果它是於阿貝爾羣,則gigj=gjgi。這藴含了第(i,j)個表項等於第(j,i)個表項,就是説這個表示關於主對角線對稱的。

abel羣歷史註記

阿貝爾羣是Camille Jordan以挪威數學家尼爾斯·阿貝爾命名的,他首先察覺到了阿貝爾首先發表的這種羣與根式可解性的聯繫的重要性。

abel羣性質

如果n自然數x是使用加號的阿貝爾羣G的一個元素,則nx可以定義為x+x+ ... +xn個數相加)並且(−nx= −(nx)。以這種方式,G變成在整數的環Z上的模。事實上,在Z上的模都可以被識別為阿貝爾羣。
關於阿貝爾羣(比如在主理想整環Z上的)的定理經常可以推廣到在任意主理想整環上的模。典型的例子是有限生成阿貝爾羣的分類是在主理想整環上的有限生成模的結構定理的特殊情況。在有限生成阿貝爾羣的情況下,這個定理保證阿貝爾羣可以分解為撓羣和自由阿貝爾羣的直和。前者可以被寫為形如Z/pkZ對於素數p的有限多個羣的直和,而後者是有限多個Z的複本的直和。
如果f,g:GH是在阿貝爾羣之間的兩個羣同態,則它們的和f+g,定義為(f+g)(x) =f(x) +g(x),也是阿貝爾同態。(如果H是非阿貝爾羣則這就不成立。)所有從GH的羣同態的集合Hom(G,H)因此是自身方式下的阿貝爾羣。
某種程度上類似於向量空間維度,所有阿貝爾羣都有秩。它定義為羣的線性無關元素的最大集合的。整數集和有理數集和所有的有理數集的子羣都有秩1。 [3] 

abel羣例子

  • 整數集和加法運算"+"是阿貝爾羣,指示為(Z,+),運算 +組合兩個整數形成第三個整數,加法是符合結合律的,零是加法單位元,所有整數n都有加法逆元−n,加法運算是符合交換律的因為對於任何兩個整數mnm+n=n+m
  • 所有循環羣G是阿貝爾羣,因為如果x,yG中,則xy=aman=am+n=an+m=anam=yx。因此整數集Z形成了在加法下的阿貝爾羣,整數模以nZ/nZ也是。
  • 所有環都是關於它的加法運算的阿貝爾羣。在交換環中的可逆元形成了阿貝爾乘法羣。特別是實數集是在加法下的阿貝爾羣,非零實數集在乘法下是阿貝爾羣。
  • 所有阿貝爾羣的子羣都是正規子羣,所以每個子羣都引發商羣。阿貝爾羣的子羣、商羣和直和也是阿貝爾羣。
矩陣即使是可逆矩陣,一般不形成在乘法下的阿貝爾羣,因為矩陣乘法一般是不可交換的。但是某些矩陣的羣是在矩陣乘法下的阿貝爾羣 - 一個例子是2x2旋轉矩陣的羣。

abel羣有限阿貝爾羣

整數模以n的循環羣Z/nZ是最常見的羣的例子。已證實了任意有限阿貝爾羣都同構於素數階的有限循環羣的直和,並且這些階數是唯一確定的,形成了一個不變量(invariant)的完備系統。有限阿貝爾羣的自同構羣可以依據這些不變量來直接描述。有關理論最初發展自費迪南德·格奧爾格·弗羅貝尼烏斯和Ludwig Stickelberger在1879年的論文,後來被簡化和推廣到在主理想整環上的有限生成模,形成了線性代數的一個重要組成部分。
分類
有限阿貝爾羣的基本定理聲稱所有有限阿貝爾羣G都可以表達為素冪(prime-power)階的循環子羣的直和。這是有限生成阿貝爾羣的基本定理在G有零秩時的特殊情況。
mn階的循環羣
同構於
的直和,當且僅當mn互素的。可推出任何有限阿貝爾羣G同構於如下形式的直和
以任何下列規範方式:
  • k1,...,ku是素數的冪
  • k1整除k2,它又整除k3,如此直到ku
例如,
可以被表達為3階和5階的兩個循環羣的直和:
。對於任何15階的阿貝爾羣這也成立,導致了所有15階阿貝爾羣都是同構的的顯著結論。
另一個例子,所有8階段阿貝爾羣都同構於要麼
(整數0到7在模8加法下),
(奇數1到15在模16乘法下),要麼
小於等於16階的有限阿貝爾羣可參見小羣列表。

abel羣相關條目

  • 初等阿貝爾羣
  • 有限生成阿貝爾羣
  • 自由阿貝爾羣
  • 龐特里亞金對偶性
  • 秩1無撓阿貝爾羣
參考資料
  • 1.    Griffith, Phillip A. Infinite Abelian group theory. Chicago Lectures in Mathematics. University of Chicago Press. 1970.
  • 2.    Hillar, Christopher and Rhea, Darren (2007), Automorphisms of finite abelian groups. Amer. Math. Monthly 114, no. 10, 917-923
  • 3.    Szmielew, Wanda (1955) "Elementary properties of abelian groups," Fundamenta Mathematica 41: 203-71.