证明 (见相关知识 注1) 注1
定理 1 共轭类 中置换的数目为:
证明 设 ,将 分解为互不相交的循环的乘积:
将 中的 个点任意排列而保留各循环之间的括号线变,一共
有 个置换,它包括了 有二个,其一如果 中有 个 循环改变了乘积顺序,即变为
中的所有置换,但其间有重复的置换,原因循环
,这里
,它们实质上是相同的,于是每个置换在排列下
,而排列后的置换只是将其
可产生 与有 个
个相同的置换;其二设 有一个 ,
,
循环 ,它
实质上是相同的循环,若 中
循环,则有 个实质相同的循环,这种情形中每个置换在排列中产
生
个相同的置换.从 个置换中去掉这些重复,就得到定理 1 的结论.
作为例子,下表给出了对称群 的共轭类和分划的情况:
分划 1+1+1+1+1 1+1+1+2 1+1+3 1+4 5 1+2+2 2+3
共轭类中的一个置换 §2 Burnside 引理与置换群的循环指标 设 是集 上的置换群,点
使得
,记为
称为“等价”,当且仅当存在置换
. 这种等价关系下的等价类称之为 的轨道,
它是集 的一个子集.
在 的作用下,集合 为 的全部轨道的不交并.事实上,如果存在一点 ,它在含有点 的轨道 对于任意的
,这样
内,同时也在含有点 的轨道
,使得
,即
,因为
内,即
,而
,,故
,则存在 ;同理可证
.换言之 的任意两个
不同的轨道的交是空集,所以置换群 的轨道是集合 上的一个划分.
例如 设 是集 上的置换群,这
里 表示恒等置换( 中的每个 1-循环省略了),依据轨道的定义,立即可得
;
设点 , 是 上置换群,集合
为点 的稳定子群.
,易证 是
的一个子群,称
设 ,则
,有:
.事实上因为 ,存在置换 ,使得 ,从而有
,对任意的
,即
;同理可证,故有 .
关于 , 和 三者之间的关系:
由轨道的定义,则
,即
.对任意的
,从而
,若 ,
,这说明轨道 中有多少个不,亦即
同的点,就对应着多少个
.
在 中的左陪集,即
定理 2(Burnside 引理) 置换群 作用在点集 上的轨道数目 等于 中平均每个置换 所稳定的点的个数.( 所稳定的点的个数就是 的 1-循环的数目.)
设置换 稳定的点的数目为 ,Burnside 引理可表示为:
证明 (见相关知识 注2) 设 是抽象群, 是一集合,
,
,对应着 上的置换 ,且满足
设集合 ,则 是集合 上的置换群.这是因为设映射 对任意的
有:
是 的同态像,
, 从而 是同态映射,
故
是置换群.
推论 1 是抽象群, 是集合 上的置换群,且为 的同态像, 则 作用在集合 上的轨道数目为:
这里 是元素 的同态像. 证明 (见相关知识 注3)
设 是点集 上的置换群,(有非负系数的多项式,对每个置换
),已知一个关于 ,如果
的具
共轭类,那么此
置换对应单项式 和得:
对置换群 的每个置换 所对应的单项式求
称此多项式为置换群 的循环指标(circle index)多项式.
例如 假若置换群 是仅有一个恒等置换的单元群,那么这个恒等置换属于共轭类
,故 的循环指标多项式为:
由此可知 的循环指标不仅依赖于抽象群 的结构,同时也依赖于 的每个元素(点集 上的置换)的构成. 下面给出了对称群
的循环指标多项式:
,
对称群 的循环指标 的母函数为: