Prostota grup A n. Pokażemy, że grupy A n sa. proste dla n 5. Dowód jest indukcyjny i poprzedzimy go lematem.

Podobne dokumenty
Dzia lanie grupy na zbiorze. Twierdzenie Sylowa

4. Dzia lanie grupy na zbiorze

Wyk lad 14 Cia la i ich w lasności

Dziedziny Euklidesowe

1. Zadania z Algebry I

Wyk lad 5 Grupa ilorazowa, iloczyn prosty, homomorfizm

Wyk lad 2 Podgrupa grupy

13. Cia la. Rozszerzenia cia l.

5. Podgrupy normalne i grupy ilorazowe

Algebra konspekt wykladu 2009/10 1. du na dzialanie na zbioze G, jeśli dla dowolnych elementów x, y S, x y S. S jest zamkniety ze wzgle

Wyk lad 12. (ii) najstarszy wspó lczynnik wielomianu f jest elementem odwracalnym w P. Dowód. Niech st(f) = n i niech a bedzie

Wyk lad 9 Podpierścienie, elementy odwracalne, dzielniki zera

PODSTAWOWE W LASNOŚCI W ZBIORZE LICZB RZECZYWISTYCH

1 Znaleźć wszystkie możliwe tabelki dzia lań grupowych na zbiorze 4-elementowym.

1 Określenie pierścienia

Algebra i jej zastosowania ćwiczenia

Wyk lad 7 Baza i wymiar przestrzeni liniowej

Wyk lad 1 Podstawowe struktury algebraiczne

Rozdzia l 11. Przestrzenie Euklidesowe Definicja, iloczyn skalarny i norma. iloczynem skalarnym.

1 Grupy. 1.1 Grupy. 1.2 Podgrupy. 1.3 Dzielniki normalne. 1.4 Homomorfizmy

Wyk lad 4 Warstwy, dzielniki normalne

Wyk lad 14 Formy kwadratowe I

Niech X bȩdzie dowolnym zbiorem. Dobry porz adek to relacja P X X (bȩdziemy pisać x y zamiast x, y P ) o w lasnościach:

Zadania o grupach Zadania zawieraja

7. Klasyfikacja skończenie generowanych grup przemiennych

Działanie grupy na zbiorze

System BCD z κ. Adam Slaski na podstawie wykładów, notatek i uwag Pawła Urzyczyna. Semestr letni 2009/10

Uwaga 1.2. Niech (G, ) będzie grupą, H 1, H 2 < G. Następujące warunki są równoważne:

Działanie grupy na zbiorze

1 Grupy. 1.1 Grupy. (2) dla działania istnieje element neutralny, tzn. istnieje e G taki, że ae = a = ea dla dowolnego a G;

Przestrzenie wektorowe, liniowa niezależność wektorów, bazy przestrzeni wektorowych

1. Określenie pierścienia

Konstrukcja liczb rzeczywistych przy pomocy ciągów Cauchy ego liczb wymiernych

ZALICZENIE WYKŁADU: 30.I.2019

Normy wektorów i macierzy

Udowodnimy najpierw, że,,dla dostatecznie dużych x liczby a k x k i a 0 + a 1 x + + a k x k maja ten sam znak. a k

Wykład 21 Funkcje mierzalne. Kostrukcja i własności całki wzglȩdem miary przeliczalnie addytywnej

Treść wykładu. Pierścienie wielomianów. Dzielenie wielomianów i algorytm Euklidesa Pierścienie ilorazowe wielomianów

Ciała skończone. 1. Ciała: podstawy

Algebra i jej zastosowania konspekt wyk ladu, czȩść druga

FUNKCJE LICZBOWE. x 1

Wyk lad 3 Grupy cykliczne

Algebra liniowa z geometria. - zadania Rok akademicki 2010/2011

... [a n,b n ] kn [M 1,M 2 ], gdzie a i M 1, b i M 2, dla i {1,..., n}. Wówczas: [a 1,b 1 ] k [a n,b n ] kn =(a 1 b 1 a 1

B jest liniowo niezależny V = lin (B) 1. Układ pusty jest bazą przestrzeni trywialnej {θ}. a i v i = i I. b i v i, (a i b i ) v i = θ.

g liczb rzeczywistych (a n ) spe lnia warunek

n=0 (n + r)a n x n+r 1 (n + r)(n + r 1)a n x n+r 2. Wykorzystując te obliczenia otrzymujemy, że lewa strona równania (1) jest równa

Przestrzenie wektorowe, liniowa niezależność Javier de Lucas

1. Definicja granicy właściwej i niewłaściwej funkcji.

IMIĘ NAZWISKO... grupa C... sala Egzamin ELiTM I

sa dzie metryka z euklidesowa, to znaczy wyznaczaja ca cki, Wojciech Suwiński)

Algebra I. A. Bojanowska P. Traczyk

WYK LAD 2: PODSTAWOWE STRUKTURY ALGEBRAICZNE, PIERWIASTKI WIELOMIANÓW, ROZK LAD FUNKCJI WYMIERNEJ NA U LAMKI PROSTE

Rozdzia l 2. Najważniejsze typy algebr stosowane w logice

P (x, y) + Q(x, y)y = 0. g lym w obszrze G R n+1. Funkcje. zania uk ladu (1) o wykresie przebiegaja

1. Wykład NWD, NWW i algorytm Euklidesa.

Twierdzenie spektralne

Cia la i wielomiany Javier de Lucas

Aproksymacja diofantyczna

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

W zbiorze liczb rzeczywistych wyróżnia sie pewne podzbiory. Zaczniemy od najważniejszego, tj. od zbioru liczb naturalnych.

Indukcja matematyczna

ROZDZIA l 13. Zbiór Cantora

Teoria ciała stałego Cz. I

DZYSZKOLNE ZAWODY MATEMATYCZNE. Eliminacje rejonowe. Czas trwania zawodów: 150 minut

domykanie relacji, relacja równoważności, rozkłady zbiorów

2 Rodziny zbiorów. 2.1 Algebry i σ - algebry zbiorów. M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 11

7 Twierdzenie Fubiniego

1 Działania na zbiorach

Twierdzenie 5.1 Definicja i uwaga 5.1. relacjami zadana za pomocą zbioru generatorów i zbioru relacji kodem genetycz- nym

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /14

Teoria miary WPPT IIr. semestr zimowy 2009 Wyk lady 6 i 7. Mierzalność w sensie Carathéodory ego Miara Lebesgue a na prostej

Obóz Naukowy Olimpiady Matematycznej Gimnazjalistów

Indukcja. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /10

(α + β) a = α a + β a α (a + b) = α a + α b (α β) a = α (β a). Definicja 4.1 Zbiór X z dzia laniami o wyżej wymienionych w lasnościach

Egzamin z logiki i teorii mnogości, rozwiązania zadań

Indukcja matematyczna. Zasada minimum. Zastosowania.

Lokalna odwracalność odwzorowań, odwzorowania uwikłane

Algebra I B ALGEBRA I B. W ladys law Narkiewicz

Indeks odwzorowania zmiennej zespolonej wzgl. krzywej zamknietej

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /14

Twierdzenie Li-Yorke a Twierdzenie Szarkowskiego

Wyk lad 9 Baza i wymiar przestrzeni liniowej

F t+ := s>t. F s = F t.

Algebra i jej zastosowania ćwiczenia

EGZAMIN Z ANALIZY MATEMATYCZNEJ (CZEŚĆ 1)

Wyk lad 5 W lasności wyznaczników. Macierz odwrotna

Wyk lad 11 1 Wektory i wartości w lasne

Rozdzia l 3. Elementy algebry uniwersalnej

LX Olimpiada Matematyczna

Wyk lad 3 Wielomiany i u lamki proste

2. Definicja pochodnej w R n

11 Równania różniczkowe cząstkowe. Równania różniczkowe cząstkowe pierwszego rzędu.

8 Całka stochastyczna względem semimartyngałów

Rodzinę F złożoną z podzbiorów zbioru X będziemy nazywali ciałem zbiorów, gdy spełnione są dwa następujące warunki.

Analiza matematyczna 2, cze ść dziesia ta

Matematyka dyskretna

Algebra i jej zastosowania - konspekt wykładu

Algebra i jej zastosowania ćwiczenia

Transkrypt:

Prostota grup A n. Pokażemy, że grupy A n sa proste dla n 5. Dowód jest indukcyjny i poprzedzimy go lematem. 1

2 0. Twierdzenie Schura Zassenhausa W tym rozdziale zajmiemy sie bardzo użytecznym twierdzeniem, które podaje warunek dostateczny na to, by rozszerzenie N i G π H by lo produktem pó lprostym, co jak wiemy pozwala wiele powiedzieć o strukturze grupy G, jśli znamy grupy H i N. Zaczynamy od lematu, który pokazuje, że dla dowolnej skończonej podgrupy normalnej N G można wskazać taka podgrupe, która wraz z N generuje G. 0.1. Lemat Frattini. Niech G be dzie dowolna (niekoniecznie skończona ), N G jej skończona pod, zaś P N pewna Sylowa grupy N. Wówczas G = N G (P ) N. Dowód. Niech g G be dzie dowolnym elementem. Wówczas gp g 1 gng 1 = N jest Sylowa grupy N, a zatem istnieje x N, dla którego xgp g 1 x 1 = P. Oznacza to, że xg N G (P ), czyli g N G (P ) N. 0.2. Twierdzenie Schura Zassenhausa. Jeżeli G jest grupa skończona, N G jej pod i ( N, [G: N]) = 1, to podgrupa N ma dope lnienie normalne w G. Dowód twierdzenia podamy za Rose [R] i poprzedzimy lematem, który jest szczególnym przypadkiem twierdzenia Schura Zassenhausa. 0.3. Lemat. Jeżeli G jest grupa skończona, A G jej przemienna pod normalna i ( A, [G: A]) = 1, to podgrupa A ma dope lnienie normalne w G. Zaczniemy od udowodnienia twierdzenia Schura Zassenhausa, przy za lożeniu prawdziwości lematu. Dowód. Zastosujemy indukcje ze wzgle du na N = m. Jeżeli m = 1, to teza jest oczywista. Niech P N be dzie pewna Sylowa grupy N. Z lematu Frattini wynika, że G = N G (P ) N, a zatem G/N = (N G (P ) N)/N = N G (P )/(N N G (P )). Mamy dwie możliwości: a) N N G (P ) N i b) N N G (P ) = N a) N N G (P ) N: Oczywiście N N G (P ) N G (P ) i ( N N G (P ), [N G (P ): (N N G (P ))]) = 1. Z za lożenia indukcyjnego istnieje podgrupa K N G (P ), która jest dope lnieniem normalnym do N N G (P ) w N G (P ). Wynika z tego, że K N = {1} i K = [N G (P ): (N N G (P ))] = [G: N], a zatem K jest także dope lnieniem normalnym do N w G. b) N N G (P ) = N: Z równości G = N G (P ) N wynika wie c, że G = N G (P ) i P G. Centrum Z(P ) P jest pod charakterystyczna, wie c Z(P ) G i możemy rozpatrzeć N/Z(P ) G/Z(P ). Zauważmy, że N/Z(P ) G/Z(P ) spe lnia za lożenia twierdzenia Schura Zassenhausa i N/Z(P ) < N, wie c z za lożenia indukcyjnego istnieje H G/Z(P ), które jest dope lnieniem normalnym podgrupy N/Z(P ) w G/Z(P ). Niech H = π 1 (H) G, gdzie π : G G/Z(P ) jest rzutowaniem na grupe ilorazowa. Mamy Z(P ) H jest pod przemienna i [H : Z(P )] = H

jest wzgle dnie pierwszy z p, a wie c i z Z(P ). Z lematu wynika wie c, że istnieje podgrupa K H, która jest dope lnieniem normalnym Z(P ) w H. Nietrudno sprawdzić,że K jest szukanym dope lnieniem normalnym N w G. Pozostaje nam udowodnić lemat. Dowód lematu. Oznaczmy przez n rza d grupy ilorazowej G/A. Rozpatrzmy rodzine T wszystkich podzbiorów X = {x 1,..., x n } G, dla których x 1 A,..., x n A sa wszystkimi elementami grupy ilorazowej G/A. Na rodzinie T określamy dzia lanie grupy G przez domnażanie z lewej strony, to znaczy g({x 1,..., x n }) = {gx 1,..., gx n } (jest oczywiste, że g(x) T ). Dla zbiorów X, Y T definiujemy element grupy A be cy ich ilorazem X/Y = n i=1 x iy 1 i, gdzie x i A = y i A. Zauważmy, że z przemienności grupy A wynika, że X/Y jest dobrze określone i nie zależy od kolejności mnożenia. W rodzinie T wprowadzamy relacje równoważności: X Y wtedy i tylko wtedy, gdy X/Y = 1. Latwy rachunek przekonuje nas, że dla dowolnego elementu g G jeżeli X Y, to gx gy. Wynika z tego, że grupa G dzia la na zbiorze klas abstrakcji T /. Pokażemy, że grupa izotropii dowolnego [X] T / dla tego dzia lania jest dope lnieniem normalnym podgrupy A w G. W tym celu pokażemy, że dzia lanie A na T / be ce ograniczeniem dzia lania G ma: trywialne grupy izotropii, jedna orbite. Z tego, że A jest pod wynika, że dla każdego a A, ax i A = x i A a zatem a(x)/x = a n. Jeżeli a([x]) = [X], to a n = 1, co wobec ( A, n) = 1 oznacza, że a = 1 i pierwsza w lasność jest udowodniona. Niech [X], [Y ] T / be różnymi elementami i niech X/Y = a. Ponieważ ( A, n) = 1, to istnieje element b A, taki że b n = a 1 (a 1 = a k A +ln = a ln dla pewnych liczb ca lkowitych k, l). Zatem b(x)/y = b(x)/x X/Y = 1 i b([x]) = Y. Niech teraz K G be dzie pod izotropii elementu [X] T /. Z w lasności wynika, że A K = {1}. Dla dowolnego g G, z w lasności wnioskujemy, że istnieje a A, dla którego g([x]) = a([x]), a zatem a 1 g K i g A K. Zatem K jest dope lnieniem normalnym A w G. Rozważania przeprowadzone powyżej pozwalaja udowodnić nie tylko istnienie dope lnienia normalnego, ale i jego jednoznaczność, z dok ladnościa do sprze żenia. 0.4. Stwierdzenie. Jeżeli G jest grupa skończona, A G jej przemienna podgrupa i ( A, [G: A]) = 1, to każde dwa dope lnienia normalne A w G sa sprze żone. Dowód. Pozostajemy przy oznaczeniach z dowodu lematu. Jeżeli L G jest dope lnieniem normalnym A w G, to zbiór elementów L należy do T jego obraz w T / oznaczamy symbolem [L]. Grupa L jest oczywiście zawarta w grupie izotropii [L] i z w lasności wnosimy, że istnieje element x A, taki że xlx 1 K. Ponieważ L = K = n, to xlx 1 = K. Powstaje naturalne pytanie, czy w sytuacji ogólniejszej (bez za lożenia przemienności), ale przy za lożeniach twierdzenia Schura Zassenhausa każde dwa dope lnienia 3

4 normalne do N w G sa sprze żone. Okazuje sie, że jest tak w istocie, ale dowód wymaga skorzystania ze wzmiankowanego już w rozdziale 5 bardzo trudnego twierdzenia Feita Thompsona.

5 ZADANIA Z 0.1. Pokazać, że jeżeli G jest skończona, P jej pewna Sylowa i K G pod taka, że N G (P ) K, to N G (K) = K. Z 0.2. Niech G be dzie skończona, a K G jej podgupa. Niech p G i p G/K. Pokazać, że istnieje podgrupa H G, taka że p H i G = H K.