群的轨道和稳定子

群作用在一个集合上其实就是对于群中的每一个元素都对应这这个集合自身的一个置换,只不过这个对应关系是和群结构相容的。比如g,h是群中两个元素,它们分别在集合上的置换的复合,要等于gh这个元素在集合上的置换。

理解了这一点之后就不难看出如下定理成立:

设X是n个元素构成的有限集,则群G在X上的作用与G到置换群Sn的群同态一一对应。

所以可以发现有限群在有限集上的作用是有限的。(好绕。。)
下面我们把群G作用的集合X叫做G-set,对于X中的两个元素x,y,如果存在G中的元素g,使得gx=y,那么我们就称它们在同一个轨道中。你可以直观的想象成在x,y同一个轨道中,就是用一条线将它们连在了一起,g就是这条线,于是集合X中的元素都可以通过这样的“线”彼此相连,或者不相连,不严谨地说,这些被连在一起的元素全体,就是X的一条轨道。将x所在的轨道记为Gx

于是可以发现

X在群作用下,被分成了若干条轨道,并且每条轨道都不相交。

如果X内只有一条轨道,那么我们就称X是可迁的。由上面的结论就可以发现,我们要研究G-set,只用研究可迁的就可以。
显然,我们不区别同构的G-set,两个G-set同构的意思是它们之间存在保持群作用的双射。
下面我们来讨论稳定化子。定义X中元素x的稳定化子为S(x)={g|gx=x,g belongs to G}。显然这是G的一个子群,对于稳定化子,我们有如下重要的结论(自己可以验证):



即同一个轨道中的元素的稳定化子都是共轭的,这个事实其实就是在告诉我们G-set X应该和G自然作用在商群G/S(x)是同构的。同构映射为:



(这里其实不是那么显然,并且能把二者联系在一起需要对这部分知识有一定理解,如果一开始无法理解,可以把稳定化子是共轭的和同构当做两个结论记住,并直接使用就可以。)这样我们就弄清楚了所有可迁的G-set都同构于G自然作用于其一个商群。而对于一般的G-set,它都是一些可迁的G-set的并。这里不妨想一想有限群G能否可迁的作用于一个无限集合上。由上面结论,我们就可以得到轨道长度、稳定化子的阶和群G的阶的关系。现在我们来说一下群作用有什么用。一般而言,对于不同的目的,我们会选取特殊的群作用来达到。最常见的就是共轭作用于自己本身,这时群中一个元素的稳定化子就是其自己的中心,常见的还有题主提到的作用于自己的左乘右乘。举一个群作用应用的例子。我们来证明A5是单群,让其共轭作用于自己,则每一个轨道是它的一个共轭类,我们可以直接计算出每个轨道的长度,注意到一个群的正规子群必然是这个群的一些共轭类的并,所以如果A5有正规子群,那么这个正规子群的阶一定是某几条轨道的长度的和,同时还要是A5的阶的因子。而我们任取若干条轨道,它们的长度和都不能整除A5的阶,所以A5没有正规子群。证明A5没有正规子群还可以直接算,这里举这个例子只是说明群作用可以如何应用。我记得当时我看到过万有覆盖空间的存在性的一个证明也是用的群作用,不过具体的我忘了。。。再比如我们可以用群作用来定义群代数上的模,群G在K向量空间上的线性作用和KG模是一一对应的,K是一个域。最后,关于西罗定理,这个定理我感觉它的证明没啥意义。。。没啥意义的意思就是说,后面的学习中没有用到它的证明中的想法(至少目前我没有遇到。。),所以我的建议是记住会用就可以了,其证明看过一遍弄懂就可以了(这句话是说我早忘怎么证明了。。)
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 216,001评论 6 498
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 92,210评论 3 392
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 161,874评论 0 351
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,001评论 1 291
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,022评论 6 388
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,005评论 1 295
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,929评论 3 416
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,742评论 0 271
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,193评论 1 309
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,427评论 2 331
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,583评论 1 346
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,305评论 5 342
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,911评论 3 325
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,564评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,731评论 1 268
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,581评论 2 368
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,478评论 2 352

推荐阅读更多精彩内容