Charakterystyczna podgrupa - Characteristic subgroup

W matematyce , szczególnie w obszarze algebry abstrakcyjnej znanej jako teoria grup , charakterystyczna podgrupa to podgrupa, która jest odwzorowana na siebie przez każdy automorfizm grupy macierzystej . Ponieważ każda mapa koniugacji jest wewnętrznym automorfizmem , każda charakterystyczna podgrupa jest normalna ; chociaż odwrotność nie jest gwarantowana. Przykładami charakterystycznych podgrup są podgrupa komutatora i środek grupy .

Definicja

Podgrupa H grupy G nazywane jest charakterystyczny podgrupy , jeśli dla każdego automorfizm cp z G , trzeba φ ( H ) ≤ H ; następnie napisz H char G .

To jest równoważne wymaga silniejszego stan cp ( H ) = H dla każdego automorfizm cp z G , ponieważ φ -1 ( H ) ≤ H oznacza odwrotne umieszczenie H ≤ φ ( H ) .

Podstawowe właściwości

Biorąc pod uwagę H char G , każdy automorfizm G indukuje automorfizm grupy ilorazowej G/H , która daje homomorfizm Aut( G ) → Aut( G / H ) .

Jeśli G ma unikalną podgrupę H o danym indeksie, to H jest charakterystyczne w G .

Pojęcia pokrewne

Podgrupa normalna

Podgrupa H, która jest niezmienna pod wszystkimi wewnętrznymi automorfizmami, nazywana jest normalną ; także niezmienna podgrupa.

∀φ ∈ Inn( G ): φ[ H ] ≤ H

Ponieważ Inn( G ) ⊆ Aut( G ) i charakterystyczna podgrupa są niezmienne pod wszystkimi automorfizmami, każda charakterystyczna podgrupa jest normalna. Jednak nie każda normalna podgrupa jest charakterystyczna. Oto kilka przykładów:

  • Niech H będzie grupą nietrywialną i niech G będzie iloczynem bezpośrednim , H × H . Wtedy podgrupy {1} × H i H × {1} , obie są normalne, ale żadna nie jest charakterystyczna. W szczególności żadna z tych podgrup nie jest niezmienna przy automorfizmie ( x , y ) → ( y , x ) , który przełącza oba czynniki.
  • Dla konkretnego przykładu, niech V będzie czterogrupą Kleina (która jest izomorficzna z iloczynem bezpośrednim, 2 × ℤ 2 ). Ponieważ ta grupa jest abelowa , każda podgrupa jest normalna; ale każda permutacja 3 elementów nie-tożsamości jest automorfizmem V , więc 3 podgrupy rzędu 2 nie są charakterystyczne. Tutaj V = { e , a , b , ab } . Rozważ H = { e , a } i rozważ automorfizm, T( e ) = e , T( a ) = b , T( b ) = a , T( ab ) = ab ; wtedy T( H ) nie jest zawarte w H .
  • W grupie kwaternionów rzędu 8 każda z cyklicznych podgrup rzędu 4 jest normalna, ale żadna z nich nie jest charakterystyczna. Jednak podgrupa {1, -1} jest charakterystyczna, ponieważ jest to jedyna podgrupa rzędu 2.
  • Jeśli n jest parzyste, dwuścienna grupa rzędu 2 n ma 3 podgrupy o indeksie 2, z których wszystkie są normalne. Jednym z nich jest podgrupa cykliczna, która jest charakterystyczna. Pozostałe dwie podgrupy są dwuścienne; są one permutowane przez zewnętrzny automorfizm grupy macierzystej, a zatem nie są charakterystyczne.

Podgrupa ściśle charakterystyczna

ZA ściśle charakterystyczna podgrupa lub awyróżniona podgrupa , która jest niezmienna w przypadkuendomorfizmówsuriektywnych . W przypadkugrup skończonychsuriektywizm endomorfizmu implikuje wstrzykiwanie, więc surjektywny endomorfizm jest automorfizmem; zatem bycieściśle charakterystycznymjest równoznaczne zcharakterystyką. Nie dotyczy to już nieskończonych grup.

W pełni charakterystyczna podgrupa

Dla jeszcze silniejszego ograniczenia, w pełni charakterystyczna podgrupa (także podgrupa w pełni niezmienna ; por. podgrupa niezmienna), H , z grupy G , jest grupą pozostającą niezmienną pod każdym endomorfizmem G ; to jest,

∀φ ∈ Koniec ( G ): φ [ H ] ≤ H .

Każda grupa ma siebie (podgrupę niewłaściwą) i podgrupę trywialną jako dwie w pełni charakterystyczne podgrupy. Podgrupa komutator grupy zawsze jest całkowicie charakterystyczny podgrupy.

Każdy endomorfizm G indukuje endomorfizm G/H , co daje mapę End( G ) → End( G / H ) .

Podgrupa werbalna

Jeszcze silniejszym ograniczeniem jest podgrupa werbalna , która jest obrazem w pełni niezmiennej podgrupy wolnej grupy pod homomorfizmem. Ogólnie rzecz biorąc, każda podgrupa werbalna jest zawsze w pełni charakterystyczna. Dla każdej zredukowanej wolnej grupy , aw szczególności dla dowolnej wolnej grupy , zachodzi również odwrotność: każda w pełni charakterystyczna podgrupa jest werbalna.

Przechodniość

Własność bycia charakterystycznym lub w pełni charakterystycznym jest przechodnia ; jeśli H jest (w pełni) charakterystyczną podgrupą K , a K jest (w pełni) charakterystyczną podgrupą G , to H jest (w pełni) charakterystyczną podgrupą G .

H char K char GH char G .

Co więcej, chociaż normalność nie jest przechodnia, prawdą jest, że każda charakterystyczna podgrupa normalnej podgrupy jest normalna.

H znak KGHG

Podobnie, chociaż bycie ściśle charakterystycznym (wyróżnionym) nie jest przechodnie, prawdą jest, że każda w pełni charakterystyczna podgrupa podgrupy ściśle charakterystycznej jest ściśle charakterystyczna.

Jednak w przeciwieństwie do normalności, jeśli H char G i K jest podgrupą G zawierającą H , to ogólnie H niekoniecznie jest charakterystyczny w K .

H znak G , H < K < GH znak K

Zabezpieczenia

Każda podgrupa, która jest w pełni charakterystyczna, jest z pewnością ściśle charakterystyczna i charakterystyczna; ale charakterystyczna lub nawet ściśle charakterystyczna podgrupa nie musi być w pełni charakterystyczna.

Centrum grupy zawsze ściśle charakterystyczne podgrupy, ale nie zawsze jest w pełni charakterystyczne. Na przykład skończona grupa rzędu 12, Sym(3) × ℤ/2ℤ , ma homomorfizm przyjmujący ( π , y ) do ((1, 2) y , 0) , który przyjmuje centrum, 1 × ℤ/2ℤ , w podgrupę Sym(3) × 1 , która spotyka centrum tylko w tożsamości.

Związek między tymi właściwościami podgrup można wyrazić jako:

PodgrupaPodgrupa normalnaPodgrupa charakterystycznaPodgrupa ściśle charakterystyczna ⇐ Podgrupa w pełni charakterystycznaPodgrupa werbalna

Przykłady

Skończony przykład

Rozważmy grupę G = S 3 × ℤ 2 (grupa rzędu 12, która jest bezpośrednim produktem symetrycznej grupy rzędu 6 i grupy cyklicznej rzędu 2). Centrum G jest izomorficzne z jego drugim czynnikiem 2 . Zauważ, że pierwszy czynnik, S 3 , zawiera podgrupy izomorficzne z 2 , na przykład {e, (12)} ; niech f : ℤ 2 → S 3 będzie odwzorowaniem morfizmu 2 na wskazaną podgrupę. Następnie złożenie rzutu G na jego drugi czynnik 2 , po którym następuje f , po którym następuje włączenie S 3 do G jako pierwszego czynnika, daje endomorfizm G, w ramach którego obraz centrum, 2 , jest nie zawiera się w centrum, więc tutaj centrum nie jest w pełni charakterystyczną podgrupą G .

Grupy cykliczne

Każda podgrupa grupy cyklicznej jest charakterystyczna.

Funktory podgrup

Podgrupa pochodzi (lub przełącznik podgrupy) w grupie, jest podgrupą werbalne. Podgrupa skręcenie o Abelowych grupy jest całkowicie niezmienna podgrupy.

Grupy topologiczne

Składnik identyczność z grupy topologicznej zawsze jest charakterystyczny podgrupy.

Zobacz też

Bibliografia