統計學教育-什麼是單群

2021-01-18 春天的信

數學上的單群(英語:Simple group)是指沒有非平凡正規子群的群。任意一個群如果不是單群,都可以作進一步分解而得到一個非平凡正規子群及對應的商群。這個過程可以一直做下去。對於有限群,若爾當-赫爾德定理表明,這個分解過程可以得到該群的唯一的合成列(最多相差一個置換)。在2008年完成的有限單群分類工作是數學史上一個重要的裡程碑。

有限單群

循環群G=Z/3Z,即模3的同餘類在加法運算下形成的群是單群。這是因為,若H是這個群的一個子群,則它的階一定是群G的階3的約數,因為3是素數,所以H只能是G或者平凡群。另一方面,群G=Z/12Z

就不是單群。因為任意阿貝爾群的子群一定是正規子群,且12為合數,故很容易找到它的一個非平凡正規子群。例如,由模12餘0,4,8的同餘類組成的子群就是它的一個階為3的正規子群。類似地,整數集Z與加法運算組成的群也不是單群,由偶數集2Z和加法組成的群是它的一個非平凡正規子群。


按照上面的方法可以證明,阿貝爾單群只有素數階循環群。最小的非阿貝爾單群是交錯群,它的階是60,而且可以證明每一個階為60的單群都與

同構。第二小的非阿貝爾單群是射影特殊線性群

,它的階是168。可以證明,階為168的單群都與

同構。



是有限域上的典型群的一個例子,它也是一個有限階李群。除了素數階循環群、交錯群和有限階李群(包括典型群和例外或纏繞李群)之外的有限單群統稱為散在群,詳見有限單群分類。



無限階單群

無限階交錯群,即由整數的所有偶置換組成的群

是單群。另一個無限階單群的例子是域

上的射影特殊線性群

,其中


相比之下,要構造有限生成的無限階單群就困難得多,最早的例子由格雷厄姆·希格曼提出,它是希格曼群的子群。其它的例子包括湯普森群T和V。有限表現無撓(torsion-free)的無限單群被伯格-莫澤什(Burger-Mozes)構建。

循環群G=Z/3Z,即模3的同餘類在加法運算下形成的群是單群。這是因為,若H是這個群的一個子群,

則它的階一定是群G的階3的約數,因為3是素數,所以H只能是G或者平凡群。另一方面,群G=Z/12Z就不是單群。因為任意阿貝爾群的子群一定是正規子群,且12為合數,故很容易找

到它的一個非平凡正規子群。例如,由模12餘0,4,8的同餘類組成的子群就是它的一個階為3的正規子群。類似地,整數集Z與加法運算組成的群也不是單群,由偶數集2Z和加法組成的群是它的一個非平凡正規子群。

循環群G=Z/3Z,即模3的同餘類在加法運算下形成的群是單群。這是因為,若H是這個群的一個子群,則它的階一定是

群G的階3的約數,因為3是素數,所以H只能是G或者平凡群。另一方面,群G=Z/12Z就不是單群。因為任意阿貝爾群的子群一定是正規子群,且12為合數,故很容易找到它的一個非平凡正規子群。例如,由模12餘0,4,8的同餘類組成的子群就是它的一個階為3的正規子群。

類似地,整數集Z與加法運算組成的群也不是單群,由偶數集2Z和加法組成的群是它的一個非平凡正規子群。

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