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群论中怎么证明两个元素共轭?

在抽象代数入门阶段,经常碰到这样一个问题:求证群G的某两个元素是共轭元素。这时候,可能有些人就会陷入迷阵。本文,借用两个具体的问题,加以说明。
工具/原料
1

电脑

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Mathematica11.2

问题一
1

设a和b是群G的两个元素,求证:ab和ba共轭。这是郭老师的《代数》第二章第三节的第二个习题。

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群论里面的共轭,若说x是y的共轭,也就是说在G里面存在元素z,使得y=zxz',其中z'是z在G中的逆。于是乎,我们要证明ab和ba共轭,只需要找一个元素z,使得ba=zabz'就可以了。

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实际上,z=ba'就满足要求,此时,z'=b'a。

问题二
1

这是《代数》第二章第三节的第七个习题,题目如下图所示。

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说白了,就是找一个2阶可逆矩阵c,使得:a = {{1, 1}, {0, 1}};b = {{1, 0}, {1, 1}};b==c.a.c0其中,c0是c的逆矩阵。这一点,可以通过解方程实现。

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检验一下:c = {{0, p}, {p, q}};c0 = Inverse[c] // Simplify;只要我们保证p≠0,c就一定可逆。

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另一方面,c的行列式等于-p^2,由于p是实数,所以-p^2不可能等于1,也就是说,c不可能属于SL2(R)。因此,题目中的两个矩阵在SL2(R)里面不共轭。

注意事项

看看图中的第八题,你能证明那两个矩阵共轭吗?

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