组合数学基础11(2)

2019-01-27 16:59

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

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,

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:


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