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(2)设置换?可表为m个对换?1,?2,?,?m之积,即?=?1?2??m。?将排列12?n变成排列?(1)?(2)??(n),则由?=?1?2??m知,连续对排列12?n施用对换?1,?2,?,?m可得排列?(1)?(2)??(n);此外,由高等代数关于排列的结论知,每施行一次对换都改变排列的奇偶性,而12?n是偶排列,故m与排列?(1)?(2)??(n)的奇偶性相同,但不论
?表示成多少个对换之积,排列?(1)?(2)??(n)的奇偶性是完全确定
的,因此对换个数m的奇偶性不变。
定义 一个置换若表示成奇数个对换的乘积时,成为奇置换;否则称为偶置换。
由定理5知,?是奇(偶)置换当且仅当排列?(1)?(2)??(n)是奇(偶)排列,即其逆序数是奇(偶)数。
定理 6 Sn中所有偶置换作成Sn的子群(称此群为n次交代(交错)群,
n!。 2证明 恒等置换显然是偶置换;又任意两个偶置换之积仍为偶置换,则
记为An)且An的阶为
由于Sn是有限群可知,Sn中所有偶置换作成Sn的子群;另一边面,由于任何奇置换乘上一个对换就变为偶置换,而偶置换乘上一个对换就
n!变成奇置换,故n!个次置换中奇偶置换各半,即各为个,所以An的
2n!阶为。
2n次对称群Sn中的奇、偶置换各占一半,而n次交代群An中的置换全为偶置换。更一般地,其实任何置换群中的置换在奇偶性上均有此特征。
定理 一个n次置换群中的置换或者全是偶置换,或者奇、偶置换各占一半。
证明 设G是任一个n次置换群,因为G必包含单位元,即恒等置换,而恒等置换是偶置换,从而G必包含偶置换。
如果G中的置换全是偶置换,结论已证;如果G中含有奇置换,任意取定一个,设为?,则??1也是奇置换。并令A,B分别为G中全体奇、偶置换作成的集合,作映射?:????,???A,则易知?是A到B的双射,因此,|A|?|B|,即G中奇、偶置的个数相等,各占一半。
§2.6 陪集与lagrange定理
陪集和指数是群的理论中最基本的概念,它们和群的阶之间有着 密切的联系,这就是著名的lagrange定理。
1. 陪集的定义及性质
前面我们已经学习过了模n的剩余系数加群Zn,它是在整
数加群(Z,?)的同余关系的基础上建立起来的。现在从子群的角度看一看两个整数同余的条件,以便把剩余系数加群这一套做法推广到一般群上去。
在整数加群(Z,?)中,由正整数n生成的子群为H?(n)?{kn|k?Z}。 若a?b,则n|a?b,故a?b?H。反之,若a?b?H,则a?b,这样我们便有:a?b当且仅当a?b?H,从而把群Z上的同余关系?和群Z的子群H联系起来。下面我们仿照这个模式,在一个抽象群里利用其子群来定义其上的一个等价关系。
引理1 设H是群G的一个子群,规定a~b?ab?1?H,其中
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a,b?G,则关系?是G上的等价关系。
证明 显然是G的一个关系,而且具有
(1)反射性 ?a?G,有a~a.因为aa?1?e?G.
(2)对称性 若a~b,即有ab?1?H,则由H是子群有
ba?1?(ab?1)?1?H,所以b~a.
(3)传递性 若a~b,b~c,即有ab?1,bc?1?H,那么由H是子群有ac?1?ab?1?bc?1?H,所以a~c。 故?是G上的一个等价关系。
定义1 设H是群G的一个子群,由等价关系a~b?ab?1?H,其中a,b?G,所决定的一个等价类叫做群G关于子群H的一个右陪集.
下面讨论元素a所在等价类[a]?{x|x?a,x?G}由G的哪些元素组成.
为此我们先回忆一下群G的子集乘法.
G的所有非空子集作成的集合S?{A|A??,A?G}
?A,B?G,规定AB?{ab|a?A,b?B},称为A与B的积,
这个规定是S的一个代数运算。
特别地,A?{a},则AB?{ab|b?B},记为aB;B?{b},则
AB?{ab|a?A},记为Ab。
如果G的运算为加法,规定A?B?{a?b|a?A,b?B}。
现在看等价类[a]中元素的结构,我们有[a]?Ha。
事实上,?x?[a],则xa?1?H,则存在h?H,使得xa?1?h,于是有x?ha?Ha,所以[a]?Ha;?b?Ha,存在h?H,使得b?ha, 故ba?1?h?H,即b?a,所以b?[a],于是Ha?[a],从而[a]?Ha。
例1 设G?S3,H?{(1),(12)},则H的右陪集为:
H(1)?H(12)?{(1),(12)}?H,H(13)?H(132)?{(13),(132)},H(23)?H(123)?{(23),(122)}
这样一共得到H三个不同的右陪集H,H(13),H(23),故
S3?H?H(13)?H(23)
例2 设G?Z12,H?{[0],[4],[8]},那么,H有四个不同的右陪集:
H?{[0],[4],[8]}, H?[1]?{[1],[5],[9]},
H?[2]?{[2],[4],[10]}, H?[3]?{[3],[7],[8]}
从而Z12?H?H?[1]?H?[2]?H?[3].
以上都是有限群的例子,下边看一个无限群的例子。
例3 设G?(Q*,?),H?{1,?1},则H的右陪集为:
H?{1,?1},H11?111?1H有无限多个右陪集.?{,},H?{,},?,
222333由右陪集与由子群导出的等价关系a~b?ab?1?H决定的等价
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类之间的联系不难导出以下一些今后经常用到的重要性质。 引理 2 设H是群G的一个子群,则
(1) a?Ha; (2)Ha?H?a?H;
(3)Ha?Hb?ab?1?H. (4) 若Ha?Hb??,则Ha?Hb (5)H与Ha等浓; (6)Ha与Hb等浓。 证明 (1)由于e?H,则a?ea?Ha
(2) 由右陪集定义知,Ha?H?[a]?[e]?a?e?a?H; (3)由右陪集定义知,Ha?Hb?[a]?[b]?a?b?ab?1?H;
,?cH,b则c?[a],c?[b,]于是 (4)设c?Ha?Hb,即c?Hac?a,c?b,从而由等价关系的对称性积传递性知,a?b,所以Ha?Hb。
(5) 作从H到Ha的映射?:h?ha,?h?H,显然?是一个满射;若
?(x)??(y),即xa?ya,则由群的消去律知,x?y,即?是单射,故?是双射,从而H与Ha等浓。
(6) 由(3)知H与Ha等浓,H与Hb等浓,从而由双射的逆映射及双射的合成都是双射知,Ha与Hb等浓。
由于群G不一定是可换群,故对称地有H子群的左陪集的概念,而且
与右陪集有着完全平行的结果,现简述如下。
?1a?H,其中引理3 设H是群G的一个子群,规定a~b?b