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怎么理解群论里面的共轭的相关概念?

群论里面,一个重要的概念,就是共轭。那么,应该怎么系统的学习共轭呢?本文,就通过具体的例子,来介绍一下与共轭有关系的概念。
工具/原料
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电脑

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Mathematica

共轭的定义
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a关于G里面每一个元素,都有一个共轭,这些共轭的集合,称为a的共轭类。比如,在S3里面,a=(2,1,3)的共轭类是可以逐个求出来的:S3={(1,2,3),(2,1,3),(2,3,1),(3,1,2),(3,2,1),(1,3,2)}={I,a,x,xx,ax,xa},其中,a的逆元素是a,x的逆元素是xx,ax的逆元素是ax,xa的逆元素是xa,那么,a关于I的共轭是a;a关于x的共轭是xaxx=ax;a关于xx的共轭是xxax=xa;a关于ax的共轭是axaax=axx=xa;a关于xa的共轭是xaaxa=xxa=ax;所以,a在S3里面的共轭类是{a,ax,xa}。

中心化子
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共轭不变:给定G的元素a,如果对某个G中的元素x,a关于x的共轭等于a,那么,就说x是a的共轭不变元。例如S3={(1,2,3),(2,1,3),(2,3,1),(3,1,2),(3,2,1),(1,3,2)}={I,a,x,xx,ax,xa}里面,a关于I的共轭等于a,那么I就是a的共轭不变元。

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G里面,a的所有共轭不变元的集合,称为a的中心化子。例如S3={(1,2,3),(2,1,3),(2,3,1),(3,1,2),(3,2,1),(1,3,2)}={I,a,x,xx,ax,xa}里面,a的中心化子是{I,a},因为,IaI=a,aaa=a。

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中心化子与共轭类有一个重要联系,那就是:如果G里面有n个元素,a的共轭类有m个元素,那么,a的中心化子就有n/m个元素。这里需要注意,m能整除n,这一点很重要。比如,在S3={(1,2,3),(2,1,3),(2,3,1),(3,1,2),(3,2,1),(1,3,2)}={I,a,x,xx,ax,xa}里面,S3有6个元素,a的共轭类有3个元素,a的中心化子有2个元素,进而有,6=2*3。

群的中心
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设o是G里面的元素,且o的中心化子是整个群G,那么,所有这样的o的集合,称为G的中心。实际上,群的中心,就是群里面所有元素的中心化子的交集。比如,S3={(1,2,3),(2,1,3),(2,3,1),(3,1,2),(3,2,1),(1,3,2)}={I,a,x,xx,ax,xa},那么,S3的中心,就只能是{I}。

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G的元素a属于G的中心,当且仅当a的中心化子是整个群G。比如在S3里面:I的中心化子是这个S3,I的共轭类是{I},6=6*1。END

正规子群

设N是G的子群,如果N里面的任意元素关于G的共轭仍旧属于N,就说N是G的正规子群。S3的正规子群有两个——{I}和S3。END

注意事项

群元素的共轭、共轭类、中心化子,与群的正规子群、中心,这些概念是相互联系的,一定要弄明白含义,不要傻傻的分不清。

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