抽象代数 孟道骥版 习题解答 第四章

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近世代数初步_习题解答(抽象代数)

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《近世代数初步》习题答案与解答引 论 章一、知识摘要1.A 是非空集合,集合积A A b a b a A A 到},:),{(∈=⨯的一个映射就称为A 的一个代数运算(二元运算或运算).2. 设G 非空集合,在G 上有一个代数运算,称作乘法,即对G 中任意两个元素a,b,有唯一确定的元素c 与之对应,c 称为a 与b 的积,记为c=ab.若这个运算还满足:,,,G c b a ∈∀(1),ba ab = (2)),()(bc a c ab =(3)存在单位元e 满足,a ae ea ==(4)存在,'G a ∈使得.''e a a aa =='a 称为a 的一个逆元素.则称G 为一个交换群.(i)若G 只满足上述第2、3和4条,则称G 为一个群. (ii) 若G 只满足上述第2和3条,则称G 为一个幺半群. (iii) 若G 只满足上述第2条,则称G 为一个半群.3.设F 是至少包含两个元素的集合,在F 上有一个代数运算,称作加法,即对F 中任意两个元素a,b,有唯一确定的元素c 与之对应,c 称为a 与b 的和,记为c=a+b.在F 上有另一个代数运算,称作乘法,即对F 中任意两个元素a,b,有唯一确定的元素d 与之对应,d 称为a 与b 的积,记为d=ab.若这两个运算还满足:I. F 对加法构成交换群.II. F*=F\{0}对乘法构成交换群.III..)(,,,ac ab c b a F c b a +=+∈∀就称F 为一个域.4.设R 是至少包含两个元素的集合,在R 上有加法和乘法运算且满足:I. R 对加法构成交换群(加法单位元称为零元,记为0;加法单位逆元称为负元). II. R *=R\{0}对乘法构成幺半群(乘法单位元常记为1).III. .)(,)(,,,ca ba a c b ac ab c b a R c b a +=++=+∈∀ 就称R 为一个环.5.群G 中满足消去律:.,,,c b ca ba c b ac ab G c b a =⇒==⇒=∈∀且6.R 是环,),0(00,,0,==≠∈≠∈ba ab b R b a R a 或且若有则称a 是R 中的一个左(右)零因子.7.广义结合律:半群S 中任意n 个元a 1,a 2,…,a n 的乘积a 1a 2…a n 在次序不变的情况下可以将它们任意结合.8.群G 中的任意元素a 及任意正整数n,定义:个n n a aa a ...=, 个n n a a a a e a 1110...,----==.则由广义结合律知,,,Z n m G a ∈∀∈∀有.)(,)(,1m m mn n m n m n m a a a a a a a --+===(在加法群中可写出相应的形式.)9.关于数域上的行列式理论、多项式理论(包括除法算式、整除性、最大公因式、因式分解唯一性定理等)、线性方程组理论、矩阵运算及理论、线性空间及线性变换理论在一般域F 上都成立.二、习题解答 1、(1)否,(2)否,(3)是,(4)是。

近世代数初步_习题解答(抽象代数)(优选.)

近世代数初步_习题解答(抽象代数)(优选.)

《近世代数初步》习题答案与解答引 论 章一、知识摘要1.A 是非空集合,集合积A A b a b a A A 到},:),{(∈=⨯的一个映射就称为A 的一个代数运算(二元运算或运算).2. 设G 非空集合,在G 上有一个代数运算,称作乘法,即对G 中任意两个元素a,b,有唯一确定的元素c 与之对应,c 称为a 与b 的积,记为c=ab.若这个运算还满足:,,,G c b a ∈∀(1),ba ab =(2)),()(bc a c ab =(3)存在单位元e 满足,a ae ea ==(4)存在,'G a ∈使得.''e a a aa =='a 称为a 的一个逆元素.则称G 为一个交换群.(i)若G 只满足上述第2、3和4条,则称G 为一个群.(ii) 若G 只满足上述第2和3条,则称G 为一个幺半群.(iii) 若G 只满足上述第2条,则称G 为一个半群.3.设F 是至少包含两个元素的集合,在F 上有一个代数运算,称作加法,即对F 中任意两个元素a,b,有唯一确定的元素c 与之对应,c 称为a 与b 的和,记为c=a+b.在F 上有另一个代数运算,称作乘法,即对F 中任意两个元素a,b,有唯一确定的元素d 与之对应,d 称为a 与b 的积,记为d=ab.若这两个运算还满足:I. F 对加法构成交换群.II. F*=F\{0}对乘法构成交换群.III..)(,,,ac ab c b a F c b a +=+∈∀就称F 为一个域.4.设R 是至少包含两个元素的集合,在R 上有加法和乘法运算且满足:I. R 对加法构成交换群(加法单位元称为零元,记为0;加法单位逆元称为负元).II. R *=R\{0}对乘法构成幺半群(乘法单位元常记为1).III. .)(,)(,,,ca ba a c b ac ab c b a R c b a +=++=+∈∀就称R 为一个环.5.群G 中满足消去律:.,,,c b ca ba c b ac ab G c b a =⇒==⇒=∈∀且6.R 是环,),0(00,,0,==≠∈≠∈ba ab b R b a R a 或且若有则称a 是R 中的一个左(右)零因子.7.广义结合律:半群S 中任意n 个元a 1,a 2,…,a n 的乘积a 1a 2…a n 在次序不变的情况下可以将它们任意结合.8.群G 中的任意元素a 及任意正整数n,定义:个n n a aa a ...=, 个n n a a a a e a 1110...,----==.则由广义结合律知,,,Z n m G a ∈∀∈∀有.)(,)(,1m m mn n m n m n m a a a a a a a --+===(在加法群中可写出相应的形式.)9.关于数域上的行列式理论、多项式理论(包括除法算式、整除性、最大公因式、因式分解唯一性定理等)、线性方程组理论、矩阵运算及理论、线性空间及线性变换理论在一般域F 上都成立.二、习题解答1、(1)否,(2)否,(3)是,(4)是。

孟道骥《高等代数与解析几何》(第3版)(上册)课后习题(含考研真题)详解-线性空间(圣才出品)

孟道骥《高等代数与解析几何》(第3版)(上册)课后习题(含考研真题)详解-线性空间(圣才出品)

若 k=0,l≠0(k≠0,l=0),则 γ=lβ 与 β 共线(γ=kα 与 α 共线),亦有γ与α,β共
面.
若 k≠0,l≠0,作

(如图4-2-6),于是
因而α,β,γ均平行于由 A,B,C 决定的平面,故共面.得证.
图 4-2-5
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图 4-2-2
图 4-2-3
图 4-2-4
5.设向量α≠0.试证β与α共线的充分必要条件是存在实数 k,使得β=kα.且 k 由α,
β唯一确定.
证:若β=kα,根据向量与数的乘法的定义知,β 与 α 共线.
反之,设β与α共线,因为α≠0,故存在唯一的 k1≥0,使得
若α,β 共线.则 α,β,γ 共线,自然共面;若 α,β 不共线,则由习题 6,亦有α,β, γ共面.于是充分性亦得证.
综上所述,结论成立.
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8.设α,β,γ是三个非零向量,k,l,m 是三个非零实数.试证 kα-lβ,lβ-mγ,mγ -kα是三个共面向量.

图 4-2-6
7.试证向量α,β,γ共面的充分必要条件是存在不全为 0 的实数 k,l,m,使得 kα+ lβ+mγ=0.
证:先证必要性.若α,β,γ共面,可分三种情形. (i)α=β=γ=0.则可取 k,l,m 为任意数,自然可以是非零的. (ⅱ)α,β,γ 共线.其中有非零的,不妨设 α≠0.于是由习题 5,可得 β=k1α,γ= k2α.于是-(k1+k2)α+β+γ=0,即可取 k=-(k1+k2),l=m=1. (iii)α,β,γ 不共线,故其中至少有两个例如 α,β 不共线.于是根据习题 6 的结论 可得γ=kα+lβ,即 kα+lβ+(-1)γ=0. 总之,α,β,γ共面的所述的必要条件成立. 再证充分性.kα+lβ+mγ=0,k,l,m 不全为 0,不妨设 m≠0.于是有

高等代数第四章矩阵练习题参考答案

高等代数第四章矩阵练习题参考答案

高等代数第四章矩阵练习题参考答案第四章矩阵习题参考答案一、判断题1. 对于任意n 阶矩阵A ,B ,有A B A B +=+、错、2. 如果20,A =则0A =、错、如211,0,011A A A ??==≠--??但、3. 如果2A A E +=,则A 为可逆矩阵、正确、2()A A E A E A E +=?+=,因此A 可逆,且1A A E -=+、4. 设,A B 都就是n 阶非零矩阵,且0AB =,则,A B 的秩一个等于n ,一个小于n 、错、由0AB =可得()()r A r B n +≤、若一个秩等于n ,则该矩阵可逆,另一个秩为零,与两个都就是非零矩阵矛盾、只可能两个秩都小于n 、5.C B A ,,为n 阶方阵,若,AC AB = 则.C B = 错、如112132,,112132A B C===------,有,AC AB =但B C ≠、6.A 为n m ?矩阵,若,)(s A r =则存在m 阶可逆矩阵P 及n 阶可逆矩阵Q ,使.00=sI PAQ 正确、右边为矩阵A 的等价标准形,矩阵A 等价于其标准形、7.n 阶矩阵A 可逆,则*A 也可逆、正确、由A 可逆可得||0A ≠,又**||AA A A A E ==、因此*A 也可逆,且11(*)||A A A -=、8.设B A ,为n 阶可逆矩阵,则.**)*(A B AB = 正确、*()()||||||.AB AB AB E A B E ==又()(**)(*)*||*||*||||AB B A A BB A A B EA B AA A B E ====、因此()()*()(**)AB AB AB B A =、由B A ,为n 阶可逆矩阵可得AB 可逆,两边同时左乘式AB 的逆可得.**)*(A B AB = 二、选择题1.设A 就是n 阶对称矩阵,B 就是n 阶反对称矩阵()TB B =-,则下列矩阵中为反对称矩阵的就是(B )、(A) AB BA - (B) AB BA + (C) 2()AB (D) BAB (A)(D)为对称矩阵,(B)为反对称矩阵,(C)当,A B 可交换时为对称矩阵、 2、设A 就是任意一个n 阶矩阵,那么( A)就是对称矩阵、 (A) T A A (B) T A A - (C) 2A (D) TA A - 3.以下结论不正确的就是( C )、(A) 如果A 就是上三角矩阵,则2A 也就是上三角矩阵; (B) 如果A 就是对称矩阵,则 2A 也就是对称矩阵; (C) 如果A 就是反对称矩阵,则2A 也就是反对称矩阵; (D) 如果A 就是对角阵,则2A 也就是对角阵、4.A 就是m k ?矩阵, B 就是k t ?矩阵, 若B 的第j 列元素全为零,则下列结论正确的就是(B )(A ) AB 的第j 行元素全等于零; (B )AB 的第j 列元素全等于零; (C ) BA 的第j 行元素全等于零; (D ) BA 的第j 列元素全等于零; 5.设,A B 为n 阶方阵,E 为n 阶单位阵,则以下命题中正确的就是(D )(A) 222()2A B A AB B +=++ (B) 22()()A B A B A B -=+- (C) 222()AB A B = (D) 22()()A E A E A E -=+- 6.下列命题正确的就是(B )、(A) 若AB AC =,则B C = (B) 若AB AC =,且0A ≠,则B C = (C) 若AB AC =,且0A ≠,则B C = (D) 若AB AC =,且0,0B C ≠≠,则B C = 7、A 就是m n ?矩阵,B 就是n m ?矩阵,则( B)、 (A) 当m n >时,必有行列式0AB ≠; (B) 当m n >时,必有行列式0AB = (C) 当n m >时,必有行列式0AB ≠; (D) 当n m >时,必有行列式0AB =、AB 为m 阶方阵,当m n >时,(),(),r A n r B n ≤≤因此()r AB n m ≤<,所以0AB =、8.以下结论正确的就是( C )(A) 如果矩阵A 的行列式0A =,则0A =;(B) 如果矩阵A 满足20A =,则0A =;(C) n 阶数量阵与任何一个n 阶矩阵都就是可交换的; (D) 对任意方阵,A B ,有22()()A B A B A B -+=-9.设1234,,,αααα就是非零的四维列向量,1234(,,,),*A A αααα=为A 的伴随矩阵,已知0Ax =的基础解系为(1,0,2,0)T ,则方程组*0A x =的基础解系为( C )、(A)123,,ααα、(B)122331,,αααααα+++、(C)234,,ααα、(D)12233441,,,αααααααα++++、由0Ax =的基础解系为(1,0,2,0)T 可得12341310(,,,)0,2020αααααα?? ? ?=+= ? ???、因此(A),(B)中向量组均为线性相关的,而(D)显然为线性相关的,因此答案为(C)、由12341234**(,,,)(*,*,*,*)A A A A A A A O αααααααα===可得12,,αα34,αα均为*0A x =的解、10、设A 就是n 阶矩阵,A 适合下列条件( C )时,n I A -必就是可逆矩阵(A) nA A = (B) A 就是可逆矩阵 (C) 0nA = (B) A 主对角线上的元素全为零11.n 阶矩阵A 就是可逆矩阵的充分必要条件就是( D )(A) 1A = (B) 0A = (C) T A A = (D) 0A ≠ 12.,,A B C 均就是n 阶矩阵,下列命题正确的就是( A )(A) 若A 就是可逆矩阵,则从AB AC =可推出BA CA = (B) 若A 就是可逆矩阵,则必有AB BA = (C) 若0A ≠,则从AB AC =可推出B C =(D) 若B C ≠,则必有AB AC ≠13.,,A B C 均就是n 阶矩阵,E 为n 阶单位矩阵,若ABC E =,则有(C ) (A) ACB E = (B)BAC E = (C)BCA E = (D) CBA E = 14.A 就是n 阶方阵,*A 就是其伴随矩阵,则下列结论错误的就是( D )(A) 若A 就是可逆矩阵,则*A 也就是可逆矩阵; (B) 若A 就是不可逆矩阵,则*A 也就是不可逆矩阵; (C) 若*0A ≠,则A 就是可逆矩阵; (D)*.AA A =*.nAA A E A ==15.设A 就是5阶方阵,且0A ≠,则*A =( D )(A) A (B) 2A (C) 3A (D) 4A 16.设*A 就是()ij n n A a ?=的伴随阵,则*A A 中位于(,)i j 的元素为(B )(A)1njkki k aA =∑ (B)1nkjki k aA =∑ (C) 1n jk ik k a A =∑ (D) 1nki kj k a A =∑应为A 的第i 列元素的代数余子式与A 的第j 列元素对应乘积与、17、设1111n n nn a a A a a =??L L L L L, 1111n n nn A A B A A ??=LL L L L ,其中ij A 就是ij a 的代数余子式,则(C )(A) A 就是B 的伴随 (B)B 就是A 的伴随 (C)B 就是A '的伴随 (D)以上结论都不对18.设,A B 为方阵,分块对角阵00A C B ??=?,则*C = ( C ) (A) **00A C B ??=?(B)**00A A CB B ??=(C) **00B A C A B ??=?(D) **0A B A C A B B ??= 利用*||CC C E =验证、19.已知46135,12246A B==?-,下列运算可行的就是( C ) (A) A B + (B)A B - (C)AB (D)AB BA -20.设,A B 就是两个m n ?矩阵,C 就是n 阶矩阵,那么( D )(A) ()C A B CA CB +=+ (B) ()TTTTA B C A C B C +=+ (C) ()TTTC A B C A C B +=+ (D) ()A B C AC BC +=+21.对任意一个n 阶矩阵A ,若n 阶矩阵B 能满足AB BA =,那么B 就是一个( C )(A) 对称阵 (B)对角阵 (C)数量矩阵 (D)A 的逆矩阵与任意一个n 阶矩阵均可交换的矩阵为数量矩阵、22.设A 就是一个上三角阵,且0A =,那么A 的主对角线上的元素( C )(A) 全为零 (B)只有一个为零(C )至少有一个为零 (D)可能有零,也可能没有零23.设1320A ??=??,则1A -=( D ) (A) 1021136?-- (B)1031136??-???(C)1031126-(D)1021136?-24. 设111222333a b c A a b c a b c =??,若111222333222a c b AP a c b a c b ??=?,则P =( B ) (A) 100001020 (B)100002010 (C)001020100 (D)200001010??25.设(3)n n ≥阶矩阵1111a a a a a a A aa a aa a ??=??LL L L L L L L L ,若矩阵A 的秩为1,则a 必为(A )(A) 1 (B)-1 (C)11n - (D)11n -矩阵A 的任意两行成比例、26、设,A B 为两个n 阶矩阵,现有四个命题: ①若,A B 为等价矩阵,则,A B 的行向量组等价;②若,A B 的行列式相等,即||||,A B =则,A B 为等价矩阵; ③若0Ax =与0Bx =均只有零解,则,A B 为等价矩阵; ④若,A B 为相似矩阵,则0Ax =与0Bx =解空间的维数相同、以上命题中正确的就是( D )(A) ①, ③、(B) ②, ④、(C) ②,③、(D)③,④、当AP P B 1-=时,,A B 为相似矩阵。

线性代数 课后习题详解 第四章

线性代数 课后习题详解 第四章

第四章 矩阵的初等变换与线性方程组1.把下列矩阵化为行最简形矩阵:(1) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--340313021201; (2) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----174034301320;(3) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---------12433023221453334311; (4) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛------34732038234202173132.解 (1) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--3403130212011312)3()2(~r r r r -+-+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---020********* )2()1(32~-÷-÷r r ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--01003100120123~r r -⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--300031001201 33~÷r ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--100031001201323~r r +⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-1000010012013121)2(~r r r r +-+⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛100001000001(2) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----174034301320 1312)2()3(2~r r r r -+-+⨯⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---310031001320 21233~r r r r ++⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛000031001002021~÷r ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛000031005010(3) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------12433023221453334311 141312323~r r r r r r ---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--------1010500663008840034311 )5()3()4(432~-÷-÷-÷r r r ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----221002210022100343112423213~r r r r r r ---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---00000000002210032011(4) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------34732038234202173132 242321232~r r r r r r ---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----1187701298804202111110 141312782~r r r r r r --+⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--4100041000202011111034221)1(~r r r r r --⨯↔⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----0000041000111102021 32~r r +⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--000004100030110202012.在秩是r 的矩阵中,有没有等于0的1-r 阶子式?有没有等于0的r 阶 子式?解 在秩是r 的矩阵中,可能存在等于0的1-r 阶子式,也可能存在等 于0的r 阶子式.例如,⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=00000000010000100001α3)(=αR 同时存在等于0的3阶子式和2阶子式.3.从矩阵A 中划去一行得到矩阵B ,问B A ,的秩的关系怎样? 解 )(A R ≥)(B R设r B R =)(,且B 的某个r 阶子式0≠D r .矩阵B 是由矩阵A 划去一行得到的,所以在A 中能找到与D r 相同的r 阶子式D r ,由于0≠=D D r r , 故而)()(B R A R ≥.4.求作一个秩是4的方阵,它的两个行向量是)0,0,1,0,1(,)0,0,0,1,1(- 解 设54321,,,,ααααα为五维向量,且)0,0,1,0,1(1=α,)0,0,0,1,1(2-=α,则所求方阵可为,54321⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=αααααA 秩为4,不妨设⎪⎩⎪⎨⎧===)0,0,0,0,0(),0,0,0,0()0,,0,0,0(55443αααx x 取154==x x 故满足条件的一个方阵为⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-00000100000100000011001015.求下列矩阵的秩,并求一个最高阶非零子式:(1) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---443112112013; (2) ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------815073131213123; (3) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---02301085235703273812.解 (1) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---443112112013r r 21~↔⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---443120131211 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------564056401211~12133r r r r 2000056401211~23秩为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----r r 二阶子式41113-=-.(2) ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------815073131223123⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---------152********117014431~27122113r r r r r r 200000591170144313~23秩为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----r r .二阶子式71223-=-.(3) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---02301085235703273812434241322~r r r r r r ---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛------023010********071210 131223~r r r r ++⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-0230114000016000071210344314211614~r r r r r r r r -÷÷↔↔⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-0000010*******002301秩为3 三阶子式07023855023085570≠=-=-.6.求解下列齐次线性方程组:(1) ⎪⎩⎪⎨⎧=+++=-++=-++;0222,02,02432143214321x x x x x x x x x x x x (2)⎪⎩⎪⎨⎧=-++=--+=-++;05105,0363,02432143214321x x x x x x x x x x x x (3) ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-+-=+-+=-++=+-+;0742,0634,0723,05324321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x (4)⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=++-=+-+=-+-=+-+.0327,01613114,02332,075434321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x解 (1) 对系数矩阵实施行变换:⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--212211121211⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---3410013100101~即得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==-==4443424134334x x x x x x x x 故方程组的解为⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1343344321k x x x x(2) 对系数矩阵实施行变换:⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----5110531631121⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-000001001021~ 即得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===+-=4432242102x x x x x x x x 故方程组的解为⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛10010*********k k x x x x(3) 对系数矩阵实施行变换:⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----7421631472135132⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛1000010000100001~即得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====00004321x xx x故方程组的解为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====00004321x x x x(4) 对系数矩阵实施行变换:⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----3127161311423327543⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--000000001720171910171317301~ 即得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==-=-=4433432431172017191713173x x x x x x x x x x故方程组的解为⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛1017201713011719173214321k k x x x x7.求解下列非齐次线性方程组:(1) ⎪⎩⎪⎨⎧=+=+-=-+;8311,10213,22421321321x x x x x x x x (2) ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=+-=-+-=+-=++;694,13283,542,432z y x z y x z y x z y x(3) ⎪⎩⎪⎨⎧=--+=+-+=+-+;12,2224,12w z y x w z y x w z y x (4) ⎪⎩⎪⎨⎧-=+-+=-+-=+-+;2534,4323,12w z y x w z y x w z y x解 (1) 对系数的增广矩阵施行行变换,有⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--60003411100833180311102132124~2)(=A R 而3)(=B R ,故方程组无解.(2) 对系数的增广矩阵施行行变换:⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----69141328354214132⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--0000000021101201~ 即得⎪⎩⎪⎨⎧=+=--=zz z y z x 212亦即⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛021112k z y x(3) 对系数的增广矩阵施行行变换:⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----111122122411112⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-000000100011112~ 即得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===++-=0212121w z z y y z y x 即⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛00021010210012121k k w z y x(4) 对系数的增广矩阵施行行变换:⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----000007579751025341253414312311112~⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----000007579751076717101~ 即得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==--=++=w w z z w z y w z x 757975767171 即⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛00757610797101757121k k w z y x8.λ取何值时,非齐次线性方程组 ⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++2321321321,,1λλλλλx x x x x x x x x (1)有唯一解;(2)无解;(3)有无穷多个解?解 (1) 0111111≠λλλ,即2,1-≠λ时方程组有唯一解.(2) )()(B R A R < ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=21111111λλλλλB ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+----22)1)(1()2)(1(00)1(11011~λλλλλλλλλλ由0)1)(1(,0)2)(1(2≠+-=+-λλλλ 得2-=λ时,方程组无解.(3) 3)()(<=B R A R ,由0)1)(1()2)(1(2=+-=+-λλλλ, 得1=λ时,方程组有无穷多个解.9.非齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=-+=+--=++-23213213212,2,22λλx x x x x x x x x 当λ取何值时有解?并求出它的解.解 ⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-----⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=)2)(1(000)1(321101212111212112~2λλλλλλB方程组有解,须0)2)(1(=+-λλ得2,1-==λλ当1=λ时,方程组解为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛001111321k x x x当2-=λ时,方程组解为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛022111321k x x x10.设⎪⎩⎪⎨⎧--=-+--=--+=-+-,1)5(42,24)5(2,122)2(321321321λλλλx x x x x x x x x问λ为何值时,此方程组有唯一解、无解或有无穷多解?并在有无穷多解时求解.解 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---------154224521222λλλλ初等行变换~⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------2)4)(1(2)10)(1(00111012251λλλλλλλλ 当0≠A ,即02)10()1(2≠--λλ 1≠∴λ且10≠λ时,有唯一解.当02)10)(1(=--λλ且02)4)(1(≠--λλ,即10=λ时,无解.当02)10)(1(=--λλ且02)4)(1(=--λλ,即1=λ时,有无穷多解.此时,增广矩阵为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-000000001221原方程组的解为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛00110201221321k k x x x (R k k ∈21,)11.试利用矩阵的初等变换,求下列方阵的逆矩阵:(1) ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛323513123; (2) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----1210232112201023. 解 (1)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛100010001323513123⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---101011001200410123~⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----10121121023200010023~⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----2102121129227100010003~⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----21021211233267100010001~故逆矩阵为⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----21021211233267(2) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----10000100001000011210232112201023 ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----00100301100001001220594012102321~ ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--------20104301100001001200110012102321~ ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-------106124301100001001000110012102321~ ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----------10612631110`1022111000010000100021~ ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-------106126311101042111000010000100001~ 故逆矩阵为⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-------1061263111010421112.(1) 设⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=132231,113122214B A ,求X 使B AX =;(2) 设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=132321,433312120B A ,求X 使B XA =. 解 (1) ()⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=132231113122214B A 初等行变换~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--412315210100010001 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--==∴-4123152101B A X (2) ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=⎪⎭⎫ ⎝⎛132321433312120B A 初等列变换~⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---474112100010001 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---==∴-4741121BA X .。

《抽象代数基础》习题解答

《抽象代数基础》习题解答

数学分析、高等代数、解析几何、中学数学建模、离散数学、高等几何、概率统计、竞赛数学、运筹学、数学教学实践、初等代数研究、初等几何研究、教法研究、计算机辅助教学、教育学、教育心理学、大学英语等。

《抽象代数基础》习题答解于延栋编盐城师范学院数学科学学院二零零九年五月第一章 群 论§1 代数运算1.设},,,{c b a e A =,A 上的乘法”“⋅的乘法表如下: · ea b c e ea b c a ae c b b b ce a cc b a e证明: ”“⋅适合结合律. 证明 设z y x ,,为A 中任意三个元素.为了证明”“⋅适合结合律,只需证明)()(z y x z y x ⋅⋅=⋅⋅.下面分两种情形来阐明上式成立.I.z y x ,,中至少有一个等于e .当e x =时,)()(z y x z y z y x ⋅⋅=⋅=⋅⋅;当e y =时,)()(z y x z x z y x ⋅⋅=⋅=⋅⋅;当e z =时,)()(z y x y x z y x ⋅⋅=⋅=⋅⋅.II .z y x ,,都不等于e .(I)z y x ==.这时,)()(z y x e x x z z e z y x ⋅⋅=⋅===⋅=⋅⋅.(II)z y x ,,两两不等.这时,)()(z y x x x e z z z y x ⋅⋅=⋅==⋅=⋅⋅.(III)z y x ,,中有且仅有两个相等.当y x =时,x 和z 是},,{c b a 中的两个不同元素,令u 表示},,{c b a 中其余的那个元素.于是,z z e z y x =⋅=⋅⋅)(,z u x z y x =⋅=⋅⋅)(,从而,)()(z y x z y x ⋅⋅=⋅⋅.同理可知,当z y =或x z =时,都有)()(z y x z y x ⋅⋅=⋅⋅.2.设”“⋅是集合A 上一个适合结合律的代数运算.对于A 中元素,归纳定义∏=ni ia 1为: 111a a i i =∏=,1111+=+=⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∏∏r r i i r i i a a a .证明:∏∏∏+==+==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛m n k k m j j n n i i a a a 111.进而证明:在不改变元素顺序的前提下,A 中元素的乘积与所加括号无关.证明 当1=m 时,根据定义,对于任意的正整数n ,等式成立.假设当r m =(1≥r )时,对于任意的正整数n ,等式成立.当1+=r m 时,由于”“⋅适合结合律,我们有⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∏∏=+=m j j n n i i a a 11⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∏∏+=+=111r j j n n i i a a ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=++=+=∏∏111r n r j j n n i i a a a 111++=+=⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∏∏r n r j j n n i i a a a ∏∏∏+=++=+++===⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=m n k k r n k k r n r n i i a a a a 11111.所以,对于任意的正整数n 和m ,等式成立.考察A 中任意n (1≥n )个元素n a a a ,,,21 :当3≥n 时,要使记号n a a a ⋅⋅⋅ 21变成有意义的记号,必需在其中添加一些括号规定运算次序.现在我们来阐明:在不改变元素顺序的前提下,无论怎样在其中添加括号,运算结果总是等于∏=ni i a 1.事实上,当1=n 或2=n 时,无需加括号,我们的结论自然成立.当3=n 时,由于”“⋅适合结合律,我们的结论成立.假设当r n ≤(1≥r )时我们的结论成立.考察1+=r n 的情形:不妨设最后一次运算是b a ⋅,其中a 为n a a a ,,,21 中前s (n s <≤1)个元素的运算结果,b 为n a a a ,,,21 中后s n -个元素的运算结果.于是,根据归纳假设,∏==s j j a a 1, ∏-=+=sn k k s a b 1.所以最终的运算结果为∏∏∏=-=+==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅n i i s n k k s s j j a a a b a 111. 3.设Q 是有理数集.对于任意的Q ,∈b a ,令2b a b a +=⋅,证明: ”“⋅是Q 上的一个代数运算,它既不适合结合律也不适合交换律.证明 众所周知,对于任意的Q ,∈b a ,Q 2∈+=⋅b a b a .所以”“⋅是Q 上的一个代数运算.令0=a ,1=b ,2=c .由于521212)10()(2=+=⋅=⋅⋅=⋅⋅c b a ,255050)21(0)(2=+=⋅=⋅⋅=⋅⋅c b a ,从而,)()(c b a c b a ⋅⋅≠⋅⋅,所以”“⋅不适合结合律.由于521212=+=⋅=⋅c b ,312122=+=⋅=⋅b c ,.从而,b c c b ⋅≠⋅.所以”“⋅不适合交换律.§2 群的概念1.证明:⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧∈⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Z d c b a d c b a G ,,, 关于矩阵的加法构成一个群. 证明 首先,众所周知,∅≠G ,G B A ∈+,G B A ∈∀,.由于矩阵的加法适合结合律,G 上的加法适合结合律.其次,令⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=0000O ,则G O ∈,并且A O A A O =+=+,G A ∈∀.最后,对于任意的G d c b a A ∈⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=,令⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=-d c b a A ,则G A ∈-且O A A A A -+-=-+)()(.所以G 关于矩阵的加法构成一个群.2.令⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=1001,1001,1001,1001G ,证明:G 关于矩阵的乘法构成一个群. 证明 将⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1001记作E ,并将G 中其余三个矩阵分别记作C B A ,,.于是,G 上的乘法表如下:·E A B C EE A B C AA E CB BB C E A C C BA E由于矩阵的乘法适合结合律,G 上的乘法适合结合律.从乘法表可知,X XE EX ==,E XX =,G Y X ∈∀,.所以G 关于矩阵的乘法构成一个群.3.在整数集Z 中,令2-+=⋅b a b a ,Z ∈∀b a ,.证明:Z 关于这样的乘法构成一个群.证明 对于任意的Z ∈c b a ,,,我们有42)2()2()(-++=-+-+=⋅-+=⋅⋅c b a c b a c b a c b a ,42)2()2()(-++=--++=-+⋅=⋅⋅c b a c b a c b a c b a ,从而)()(c b a c b a ⋅⋅=⋅⋅.这就是说,该乘法适合结合律.其次,Z ∈2,并且对于任意的Z ∈a ,我们有222222⋅=-+==-+=⋅a a a a a ,a a a a a a a a ⋅-=-+-=--+=-⋅)4(2)4(2)4()4(.所以Z 关于该乘法构成一个群.4.写出3S 的乘法表.解 )}231(),321(),32(),31(),21(),1{(3=S ,3S 的乘法表如下: ·)1( )21( )31( )32( )321( )231( )1( )1( )21( )31( )32( )321( )231()21()21( )1( )231( )321( )32( )31( )31( )31( )321( )1( )231( )21( )32()32( )32( )231( )321()1( )31( )21( )321( )321( )31( )32( )21( )231()1( )231( )231( )32( )21( )31( )1( )321(5.设),(⋅G 是一个群,证明: ”“⋅适合消去律.证明 设G c b a ∈,,.若c a b a ⋅=⋅,则c c e c a a c a a b a a b a a b e b =⋅=⋅⋅=⋅⋅=⋅⋅=⋅⋅=⋅=----)()()()(1111.同理,若a c a b ⋅=⋅,则c b =.这就表明,”“⋅适合消去律.6.在5S 中,令⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=4513254321f ,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2543154321g . 求gf fg ,和1-f .解 我们有⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=3451254321fg ,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=5214354321gf ,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-45213543211f . 7.设)(21k i i i a =,求1-a .解 我们有)(11i i i a k k -=.8.设f 是任意一个置换,证明:))()()(()(21121k k i f i f i f f i i i f =⋅⋅-. 证明 事实上,易见,)(,),(),(21k i f i f i f 是},,2,1{n 中的k 个不同的数字.由直接计算可知,11),())()()((1121-≤≤=⋅⋅+-k j i f i f f i i i f j j k ;)())()()((1121i f i f f i i i f k k =⋅⋅- .其次,对于任意的)}(,),(),({\},,2,1{21k i f i f i f n i ∈,i 在121)(-⋅⋅f i i i f k 之下的像是i 本身.所以))()()(()(21121k k i f i f i f f i i i f =⋅⋅-.9.设S 是一个非空集合,”“⋅是S 上的一个代数运算,若”“⋅适合结合律,则称),(⋅S 是一个半群(或者称S 关于”“⋅构成一个半群).证明:整数集Z 关于乘法构成一个半群,但不构成一个群.证明 众所周知,Z 是非空集合,对于任意的Z ,∈b a ,总有Z ∈⋅b a ,并且整数乘法适合结合律,所以Z 关于乘法构成一个半群.其次,令1=e .于是,对于任意的Z ∈a ,总有a e a a e =⋅=⋅.但是,Z 0∈,并且不存在Z ∈b ,使得e b =⋅0.所以Z 关于乘法不构成一个群.10.设A 是一个非空集合,S 是由A 的所有子集构成的集合.则集合的并”“ 是S 上的一个代数运算.证明:),( S 是一个半群.证明 众所周知,对于任意的S Z Y X ∈,,,总有)()(Z Y X Z Y X =.这就是说,S 上的代数运算”“ 适合结合律,所以),( S 是一个半群.注 请同学们考虑如下问题:设A 是一个非空集合,S 是由A 的所有子集构成的集合.定义S 上的代数运算”“∆ (称为对称差)如下:)\()\(X Y Y X Y X =∆,S Y X ∈∀,.求证:),(∆S 是一个交换群.11.令⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧∈⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Z ,,,d c b a d c b a S .证明S 关于矩阵的乘法构成一个半群. 证明 众所周知,对于任意的S C B A ∈,,,总有S AB ∈,)()(BC A C AB =.这就是说,矩阵的乘法是S 上的一个代数运算,并且适合结合律,所以S 关于矩阵的乘法构成一个半群.12.设),(⋅S 是一个半群,S e ∈称为S 的一个左(右)单位元,如果对于任意的S a ∈都有a a e =⋅(a e a =⋅).对于S a ∈,如果存在S b ∈使e a b =⋅(e b a =⋅),则称a 左(右)可逆的,b 是a 的一个左(右)逆元.假设S 有左(右)单位元e 且S 中每个元素都有关于e 的左(右)逆元.证明:),(⋅S 是一个群.证明 设a 是S 中任意一个元素.任取S b ∈,使得e b a =⋅.再任取S c ∈,使得e c b =⋅.于是,我们有c e c b a c b a e a a ⋅=⋅⋅=⋅⋅=⋅=)()(且e c b c e b c e b a b =⋅=⋅⋅=⋅⋅=⋅)()(.因此a b e b a ⋅==⋅.所以e a a b a a b a a e ⋅=⋅⋅=⋅⋅=⋅)()(.由以上两式可知,e 是单位元,S 中每个元素a 都有逆元b .所以),(⋅S 是一个群. 对于S 有左单位元e 且S 中每个元素都有关于e 的左逆元的情形,请同学们自己证明.13.设G 是一个群,证明:111)(---=a b ab ,G b a ∈∀,.证明 对于任意的G b a ∈,,我们有e aa aea a bb a a b ab ====------111111)())((,e b b eb b b a a b ab a b ====------111111)())((.所以111)(---=a b ab ,G b a ∈∀,.16.设G 是一个群,证明:G 是交换群的充要条件是222)(b a ab =,G b a ∈∀,.证明 必要性是显然的.现在假设G 满足该条件.于是,对于任意的G b a ∈,,我们有222)(b a ab =,即aabb abab =.运用消去律(第5题)立即可得ba ab =.所以G 是交换群.17.设G 是一个群.假设对于任意的G a ∈都有e a =2,证明:G 是交换群. 证明 我们有222)(b a ee e ab ===,G b a ∈∀,.由上题知,G 是交换群.18.设G 是非空集合,”“⋅是G 上的一个代数运算且适合结合律.(1)证明:),(⋅G 是一个群当且仅当对于任意的G b a ∈,,方程b x a =⋅和b a y =⋅在G 中都有解.(2)假设G 是有限集,证明:),(⋅G 是一个群当且仅当”“⋅适合消去律.证明 (1)当),(⋅G 是一个群时,显然,对于任意的G b a ∈,,b a x ⋅=-1是方程b x a =⋅的解,1-⋅=a b y 是方程b a y =⋅的解.现在假设对于任意的G b a ∈,,方程b x a =⋅,b a y =⋅在G 中都有解.任取G a ∈,考察方程a x a =⋅.根据假设,方程a x a =⋅有解G e x ∈=.设b 是G 中任意一个元素,考察方程b a y =⋅.根据假设,方程b a y =⋅有解G c y ∈=.于是,我们有b ac e a c e a c e b =⋅=⋅⋅=⋅⋅=⋅)()(.由于G b ∈的任意性,上式表明e 是半群),(⋅G 的一个右单位元.再考察方程e x a =⋅.根据假设,方程e x a =⋅有解G d ∈.由于G a ∈的任意性,这表明G 中每个元素关于右单位元e 都有右逆元.所以),(⋅G 是一个群.(2)当),(⋅G 是一个群时,根据第5题,”“⋅适合消去律.现在假设},,,{21n a a a G =,并且”“⋅适合消去律.任取},,2,1{,n k i ∈,考察方程k i a x a =⋅.由于”“⋅适合左消去律,因此k a 必出现于乘法表的第i 行中.这就意味着存在},,2,1{n j ∈,使得k j i a a a =⋅,从而方程k i a x a =⋅在G 中有解.同理,由于”“⋅适合右消去律,方程k i a a y =⋅在G 中有解.这样一来,根据(1),),(⋅G 是一个群.19.证明命题2.8中的表示法在不计循环置换的顺序的意义下是唯一的.注注 宜将这道题表述成“证明:在不计循环置换的顺序的意义下,在用命题2.8中的证明中所说的方法将一个置换n S f ∈表示成两两不相交的循环置换的乘积时,表达式是唯一的”.证明 显然,当f 是单位置换时,表达式就是f f =.不妨设f 不是单位置换,u f f f f 21=和v g g g f 21=都是在用命题2.8中的证明中所说的方法将置换n S f ∈表示成两两不相交的循环置换的乘积的表达式.于是,u f f f ,,,21 两两不相交,v g g g ,,,21 两两不相交,而且它们的阶都大于或等于2.考察任意的l f (u l ≤≤1):设)(21s l i i i f =.由u f f f f 21=和v g g g f 21=可知,存在'l (v l ≤≤'1),使得)(21't l j j j g =,},,,{211t j j j i ∈.不妨设11j i =.由u f f f f 21=和v g g g f 21=可知,t s =并且k k j i =,},,2,1{s k ∈∀,从而,'l l g f =.由于u f f f ,,,21 两两不相交,v g g g ,,,21 两两不相交,并且不计循环置换的顺序,不妨设l l g f =,},,2,1{u l ∈∀.假设v u <,则u g g g f 21=,由此可见,当v l u ≤<时,l g 必与u g g g ,,,21 中某一个相交.这与我们的假设矛盾.所以v u =.这就表明,v g g g f 21=和v g g g f 21=是同一个表达式.§3 子 群1.设)(P n GL G =是数域P 上的n 级一般线性群,H 是G 的由全体n 阶可逆的对角矩阵组成的子集,证明:H 是G 的子群.证明 众所周知,H 非空,并且有H A AB ∈-1,,H B A ∈∀,,其中AB 表示矩阵A 与矩阵B 的乘积,1-A 表示矩阵A 的逆矩阵.所以H 是G 的子群.2.设G 是一个群,H 是G 的非空子集,证明:H 是G 的子群的充分必要条件是H ab ∈-1,H b a ∈∀,.证明 由定理3.3可知,当H 是G 的子群时,H 满足条件. 假设H 满足条件.对于任意的H b a ∈,,我们有H aa e ∈=-1.因为H 满足条件,由H b a e ∈,,可知,H ea a ∈=--11,H eb b ∈=--11.因为H 满足条件,由H b a ∈-1,可知11)(--=b a ab .总而言之 对于任意的H b a ∈,,我们有H a ab ∈-1,.根据定理3.3,H 是G 的子群.3.设H 是群G 的子群,G a ∈,证明:}|{11H h aha aHa ∈=--也是G 的子群(称为H 的一个共轭子群).证明 显然,1-aHa 是G 的非空子集.设121,-∈aHa b b .于是,存在H h h ∈21,,使得111-=a ah b ,121-=a ah b .因此11211121))((----=a ah a ah b b 1112111211)(------∈==aHa a h h a a ah a ah . 所以1-aHa 是G 的子群.4.设G 是交换群,0>n 为整数,令}|{e a G a H n =∈=,证明:H 是G 的子群. 证明 显然H e ∈.若H b a ∈,,则e ee b a ab n n n ===--11)()(,从而,H ab ∈-1.由此可见,H 是G 的子群.5.设G 是交换群,证明:G 的所有阶为有限的元素构成的集合是G 的子群. 证明 令H 表示G 的所有阶为有限的元素构成的集合.显然H e ∈.设H b a ∈,,其中m a =||,n b =||.于是,e ee b a ab m n n m m n ===--)()()(1,从而,H ab ∈-1.由此可见,H 是G 的子群.6.设G 是群,G b a ∈,,证明:a 与1-bab 具有相同的阶.证明 显然,对于任意的正整数n ,11)(--=b ba bab n n ,从而,e bab e b ba e a n n n =⇔=⇔=--)(11.由此可见,a 与1-bab 具有相同的阶.7.设)(21k i i i a =是循环置换,求a 的阶.解 当1=k 时,显然,)1(=a ,k a =||.当1>k 时,我们有11(+=j i i i a )1()1≠-j i ,}1,,2,1{-∈∀k j ,)1(=k a ,从而,k a =||.8.设群G 的除单位元外的每个元素的阶都为2,证明:G 是交换群. 证明 参看§2习题第17题.17.设G 是一个群.假设对于任意的G a ∈都有e a =2,证明:G 是交换群. 证明 我们有222)(b a ee e ab ===,G b a ∈∀,.由上题知,G 是交换群.9.设G 是群,G b a ∈,,证明:ab 与ba 具有相同的阶.证明 注意到111))((---=a ab a ba ,根据第6题的结论,ab 与ba 具有相同的阶.10.设G 是群,G b a ∈,,ba ab =.假设a 的阶与b 的阶互素,证明:||||||b a ab =.证明 令m a =||,n b =||,k ab =||.由于e e e b a ab m n m n n m m n ===)()()(,根据命题3.12可以断言mn k |.其次,我们有kn kn k n kn kn kn kn a e a b a b a ab e =====)()(,从而,根据命题 3.12,kn m |.因为m 与n 互素,由kn m |可知k m |.同理可知,k n |.由于m 与n 互素,因此k mn |.所以mn k =,即||||||b a ab =.11.设Z 是整数集关于加法构成的群,H 是Z 的子群,证明:存在H n ∈使〉〈=n H .证明 众所周知,H ∈0.当}0{=H 时,显然〉〈=0H .现在假设}0{≠H .于是,存在H m ∈使0≠m .这时H m ∈-,并且,在m 和m -中,一个是正数,另一个是负数.令n 表示H 中的最小正数.显然,我们有H qn ∈,Z ∈∀q .现在考察任意的H m ∈:众所周知,存在整数q 和r ,使得r qn m +=,n r <≤0.于是,H qn m r ∈-=.由于令n 是H 中的最小正数,必有0=r ,从而,qn m =.上述表明}|{Z ∈=q qn H .所以〉〈=n H . 12.设G 是一个群,1H ,2H 都是G 的子群.假设1H 不包含于2H 且2H 不包含于1H ,证明:21H H 不是G 的子群.证明 由于1H 不包含于2H 且2H 不包含于1H ,是G 的子群,因此存在21\H H a ∈且存在12\H H b ∈.于是,21,H H b a ∈.假设1H ab ∈,则11)(H ab a b ∈=-,矛盾.因此1H ab ∉.同理,2H ab ∉.这样一来,21H H ab ∉.所以21H H 不是G 的子群.13.设G 是一个群, ⊆⊆⊆⊆n G G G 21是G 的一个子群链,证明:nn G ∞=1 是G 的子群.证明 设n n G b a ∞=∈1, .于是,存在正整数i 和j 使得i G a ∈,j G b ∈.令},max{j i k =.k G b a ∈,.由于k G 是G 的子群,因此k G ab ∈-1,从而,n n G ab ∞=-∈11 .所以n n G ∞=1 是G 的子群.14.证明:)}1()31(),12{(n (2≥n )是n S 的一个生成集.证明 考察任意的对换n S j i ∈)(:若1=i 或1=j ,则)}1()31(),12{()(n j i ∈.若1≠i 且1≠j ,则)1()1()1()(i j i j i =.这就是说,对于每一个对换n S j i ∈)(,要么它本身属于)}1()31(),12{(n ,要么它可以表示成)}1()31(),12{(n 中的一些对换的乘积.这样一来,根据推论2.10可以断言,每一个n S f ∈可以表示成)}1()31(),12{(n 中的一些对换的乘积.由此可见,〉〈⊆)1()31(),12(n S n ,从而,〉〈=)1()31(),12(n S n .§4 循环群1.证明:循环群是交换群.证明 设〉〈=a G 是一个循环群.于是,}|{Z ∈=n a G n (参看课本第12页倒数第4行).众所周知,m n n m n m a a a a a ==+,Z ∈∀n m ,.所以G 是交换群.2.设G 是一个群,G a ∈.假设a 的阶为n ,证明:对任意整数r ,有),(||n r n a r =. 证明 令〉〈=a H .由于n a =||,根据命题 3.10,H 是有限循环群.根据命题4.2,),(||n r n a r =.3.设〉〈=a G 是一个n 阶循环群,r 是任意整数,证明:r a 与),(n r a 具有相同的阶且〉〈=〉〈),(n r r a a .证明 根据命题4.2,我们有||),()),,((||),(r n r a n r n n n r n a ===. 根据命题 3.10,〉〈r a 和〉〈),(n r a 都是G 的),(n r n 阶子群.显然,),(n r r a a 〈∈,从而, 〉〈⊆〉〈),(n r r a a .由此可见,〉〈=〉〈),(n r r a a .4.设〉〈=a G 是一个n 阶循环群,证明:G a r =〉〈当且仅当1),(=n r .证明 根据命题4.2,我们有G a r =〉〈n a r =⇔||n n r n =⇔),(1),(=⇔n r . 5.设〉〈=a G 是循环群,〉〈=s a H 和〉〈=t a K 是G 的两个子群,证明:〉〈=],[t s a K H .证明 显然K H a t s ∈],[,从而,K H a t s ⊆〉〈],[. 为了证明〉〈=],[t s a K H ,现在只需证明〉〈⊆],[t s a K H .考察任意的K H x ∈:当x 为G 的单位元e 时,显然〉〈∈],[t s a x .不妨假定e x ≠.于是,由H x ∈知,存在Z ∈i ,使得is a x =;由K x ∈知,存在Z ∈j ,使得jt a x =.因为e x ≠,所以0≠st .众所周知,1)),(,),((=t s t t s s , 从而,存在Z ,∈v u ,使得1),(),(=+t s vt t s us . 于是,我们有),(),(),(),(),(),()()(t s vtis t s usjt t s vtt s ust s vt t s us a a x x x x ===+〉〈∈==+],[],)[(],[],[t s t s iv ju n t s niv t s nju a a a a ,其中,当0≥st 时1=n ,当0<st 时1-=n .综上所述,对于任意的K H x ∈,总有〉〈∈],[t s a x .所以〉〈⊆],[t s a K H .6.设〉〈=a G 是n 阶循环群,〉〈=s a H 和〉〈=t a K 是G 的两个子群,证明:K H =的充要条件是),(),(n t n s =.证明 假设K H =.根据命题4.2,我们有),(||||),(n t n a a n s n t s ===, 从而,),(),(n t n s =.假设),(),(n t n s =.于是,),(),(n t n s a a =,从而,〉〈=〉〈),(),(n t n s a a .这样根据第3题的结论可以断言,〉〈=〉〈t s a a ,即K H =.7.设G 是无限循环群,证明:G 有且仅有两个生成元.证明 由于G 是无限循环群,不妨设a 是G 的一个生成元.于是,1-a 也是G 的一个生成元,并且a a ≠-1.这就是说,G 有两个不同的生成元.其次,假设b 是G 的任意一个生成元.由于〉〈=a G ,因此存在Z ∈n ,使得n a b =.由于〉〈=b G 且G a ∈,因此存在Z ∈k ,使得nk k a b a ==.由此可见,1±=n ,即a b =或1-=a b .所以G 有且仅有两个生成元.8.设〉〈=a G 是无限循环群,〉〈=s a H 和〉〈=t a K 是G 的两个子群,证明:K H =的充要条件是t s ±=.证明 当t s ±=时,显然K H =.假设K H =.显然,当}{e H =时,0==t s ,从而,t s ±=.不妨假定}{e H ≠.于是0≠s .由K a s ∈可知,存在Z ∈i ,使得it s =;由H a t ∈可知,存在Z ∈j ,使得js t =.因此ijs s =.由于0≠s ,由ijs s =可知1=ij ,从而,1±=i .所以t s ±=.§5 正规子群与商群1.证明:循环群的商群也是循环群.证明 设〉〈=a G 是循环群,H 是G 的子群.于是,我们有〉〈=∈=∈=aH n aH n H a H G n n }Z |){(}Z |{/.这就表明,H G /是循环群.2.设G 是群,i N ,I i ∈,是G 的一族正规子群,证明:i I i N ∈ 也是G 的正规子群.证明 众所周知,i I i N ∈ 是G 的正规子群.显然,我们有a N a N aN N a i I i i I i i I i i I i )()()()(∈∈∈∈=== ,G a ∈∀.所以i I i N ∈ 也是G 的正规子群.3.设1N ,2N 是群G 的正规子群且}{21e N N = ,证明:对于任意的1N a ∈,2N b ∈,都有ba ab =.证明 对于任意的1N a ∈,2N b ∈,由于1N 是群G 的正规子群,根据命题5.11我们有111N b ba ∈--,从而,111N b aba ∈--;由于2N 是群G 的正规子群,根据命题5.11我们有21N aba ∈-,从而,211N b aba ∈-=.因此2111N N b aba ∈--,从而,e b aba =--11.由此可见ba ab =.4.设H 是群G 的子群且2]:[=H G ,证明:H 是G 的正规子群.证明 我们已经知道,H Ha H a H aH =⇔∈⇔=,G a ∈∀.任意给定G a ∈.当H a ∈时,Ha H aH ==.当H a ∉时,Ha H aH H =∅=,并且,由2]:[=H G 可知,Ha H G aH H ==.由此可见Ha aH =.所以H 是G 的正规子群.5.设H 是群G 的有限子群,n H =||.假设G 只有一个阶为n 的子群,证明:H 是G 的正规子群.证明 任取G a ∈,考察1-aHa :由§3习题第3题知,1-aHa 是G 的子群.定义H 到1-aHa 的映射ϕ如下:1)(-=axa x ϕ,H x ∈∀.显然ϕ是双射.因此n aHa =-||1.由于G 只有一个阶为n 的子群,因此H aHa =-1.这样一来,由于a 的任意性,根据命题5.11可以断言,H 是G 的正规子群.6.设G 是群,H 和K 是G 的子群,(1)证明:HK 是G 的子群KH HK =⇔.(2)假设H 是G 的正规子群,证明:HK 是G 的子群.(3)假设H 和K 都是G 的正规子群,证明:HK 是G 的正规子群.证明 (1)假设HK 是G 的子群.于是,对于任意的G a ∈,我们有HK a ∈HK a ∈⇔-1⇔存在H h ∈和K k ∈,使得hk a =-1⇔存在H h ∈和K k ∈,11--=h k aKH a ∈⇔.所以KH HK =.假设KH HK =.为了证明HK 是G 的子群,任意给定HK b a ∈,.于是,存在H h h ∈21,和K k k ∈21,,使得11k h a =,22k h b =.因此121211122111))(())((----==h k k h k h k h ab .由于KH HK k k h =∈-)(1211,因此存在H h ∈3和K k ∈3,使得331211)(h k k k h =-,从而, HK KH h h k h h k h k k h ab =∈===-=---)()())((123312331212111.这样一来,由于HK b a ∈,的任意性,我们断言:HK 是G 的子群.(2)由于H 是G 的正规子群,我们有 KH kH Hk HK K k K k ===∈∈ .这样,根据(1),HK 是G 的子群.(3)根据(2),HK 是G 的子群.此外,还有a HK Ka H aK H K Ha K aH HK a )()()()()()(=====,G a ∈∀.所以HK 是G 的正规子群.7.设G 是群,H 和K 是G 的子群且H K ⊆,证明:]:][:[]:[K H H G K G =.注 证明这道题时还要用到如下约定:∞=∞⋅∞=⋅∞=∞⋅n n ,N ∈∀n .此外,这道题与§7中的Lagrange 定理类似,而且其证明难度不亚于Lagrange 定理的证明难度,因此安排在这里不太合适.证明 首先,由于K 是H 的子群,因此G a aH aK ∈∀⊆,.由此可见,当∞=]:[H G 时,∞=]:[K G ,从而,]:][:[]:[K H H G K G =.其次,由于}|{}|{G a aK H h hK ∈⊆∈,因此当∞=]:[K H 时,∞=]:[K G ,从而]:][:[]:[K H H G K G =.现在假设∞<]:[H G 且∞<]:[K H .令m H G =]:[,n K H =]:[.由m H G =]:[知,存在G a a a m ∈,,,21 ,使得H a G r mr 1== ,其中诸H a r 两两不相交.由n K H =]:[知,存在H b b b n ∈,,,21 ,使得K b H s ns 1== ,其中诸K b s 两两不相交.这样一来,我们有K b a K b a G s r n s m r s n s r mr )()(1111====== .)(*现在我们来阐明上式中的诸K b a s r )(两两不相交.为此,设},,2,1{',m r r ∈,},,2,1{',n s s ∈,我们来比较K b a s r )(与K b a s r )(''.当'r r ≠时,由于H K b s ⊆,H K b s ⊆',因此∅=⊆H a H a K b a K b a r r s r s r ''')()( ,从而,∅=K b a K b a s r s r )()('' ,即K b a s r )(与K b a s r )(''不相交.当'r r =且's s ≠时,∅=K b K b s s ' ,从而,K b a K b a K b a K b a s r s r s r s r )()()()(''''' =∅=∅==''')(r s s r a K b K b a ,即K b a s r )('与K b a s r )(''不相交.所以)(*式中的诸K b a s r )(两两不相交.这样一来,根据)(*式可以断言,mn K G =]:[,即]:][:[]:[K H H G K G =.8.设H 是群G 的子群,假设H 的任意两个左陪集的乘积仍是一个左陪集,证明:H 是G 的正规子群.证明 任取G a ∈.由于H 是H 的左陪集,因此存在H 的左陪集bH ,使得bH aH H H Ha ==)()(,由此可见,bH Ha ⊆,bH a ∈,从而bH aH =.所以aH Ha ⊆.由于a 的任意性,根据上式我们又可以断言,H a Ha 11--⊆.将上式两边左乘a ,右乘a ,得Ha aH ⊆.所以Ha aH =.由于a 的任意性,这就意味着H 是G 的正规子群.§6 群的同构与同态1.设f 是群1G 到群2G 的同构,g 是群2G 到群3G 的同构,证明:1-f 是群2G 到群1G 的同构;gf 是群1G 到群3G 的同构.证明 众所周知,1-f 是2G 到1G 的双射.其次,又因f 保持乘法运算,故对于任意的2','G b a ∈总有''))'())'(())'()'((11b a b f f a f f b f a f f ==----,从而,)'()'()''(111b f a f b a f ---=.所以1-f 是群2G 到群1G 的同构.众所周知,gf 是1G 到3G 的双射.又因f 和g 都保持乘法运算,故对于任意的1,G b a ∈总有))()()(())(())(())()(())(())((b gf a gf b f g a f g b f a f g ab f g ab gf ====. 所以gf 是群1G 到群3G 的同构.2.设H 是群G 的子群,1-aHa 是H 的共轭子群,证明:1-aHa 与H 同构. 证明 定义H 到1-aHa 的映射f 如下:1)(-=axa x f ,H x ∈∀.直接从f 的定义可以明白,f 是满射.利用消去律容易推知,f 是单射.因此f 是双射.其次,对于任意的H y x ∈,总有)()())(()()(111y f x f aya axa a xy a xy f ===---.所以f 是群H 到群1-aHa 的同构,从而,H aHa ≅-1.3.设f 是群G 到群'G 的同构,证明:对于任意的G a ∈,|)(|||a f a =.举例说明,若f 是群G 到群'G 的同态,则a 的阶与)(a f 的阶不一定相同.证明 将群G 和群'G 的单位元分别记做e 和'e .注意到根据命题6.5,我们可以断言:对于任意的正整数n ,我们有')(')(e a f e a f e a n n n =⇔=⇔=.由此可见,|)(|||a f a =.假设2||≥G ,}{'e G =,其中e 为G 的单位元,f 为G 到'G 的映射.则f 是G 到'G 的同态.任取G a ∈,使得e a ≠,则0||>a ,1|||)(|==e a f ,从而,|)(|||a f a ≠.4.分别建立HN 到)/(N H H 和G 到)//()/(N H N G 的同态来证明定理6.11.注 定理6.11的内容如下:设G 是一个群,N 是G 的正规子群.(1)若H 是G 的子群,则N HN N H H /)()/(≅ ;(2)若H 是G 的正规子群且N H ⊇,则H G N H N G /)//()/(≅. 证明 (1)设H 是G 的子群.显然,N H 是H 的正规子群;N 是HN 的正规子群.考察任意的HN a ∈:假设332211h n n h n h a ===,其中,H h h ∈21,,N n n ∈21,.则11221-=n n h h ,从而,N H n n h h ∈=--121211.因此 )()(21N G h N H h =.这样一来,我们可以定义HN 到)/(N H H 的映射f 如下:对于任意的HN a ∈,)()(N H h a f =,若hn a =,其中H h ∈,N n ∈.由HN H ⊆可知,f 是满射.任意给定HN b a ∈,.不妨设11n h a =,22n h b =.由于HN 是G 的子群,因此HN ab ∈,从而,存在H h ∈3和N n ∈3,使得332211n h n h n h ab ==.因此)()(3N H h ab f =.另一方面,我们有)())())((()()(2121N H h h N H h N H h b f a f ==.注意到N 是G 的正规子群和命题5.11,易知N H h n h n n h h h h h ∈=-----111112123211321)))((()(,从而,)()(321N H h N H h h =,即)()()(b f a f ab f =.所以f 是HN 到)/(N H H 的满同态.最后,对于任意hn a =(H h ∈,N n ∈),我们有N a N h N H h N H N H h f a ∈⇔∈⇔∈⇔=⇔∈ )()(Ker . 因此N f =)(Ker .这样一来,根据群的同态基本定理,N HN N H H /)()/(≅ .(2)设H 是G 的正规子群且N H ⊇.显然,N H /是N G /的正规子群.定义G 到)//()/(N H N G 的映射f 如下:)/)(()(N H aN a f =,G a ∈∀.显而易见,f 是满射.由于N H /是N G /的正规子群,因此对于任意的G b a ∈,,总有)/)(/)()(()/)(()(N H N H bN aN N H abN ab f ==)()()/)()(/)((b f a f N H bN N H aN ==.因此f 是G 到)//()/(N H N G 的满同态.其次,对于任意的G a ∈,我们有N H aN N H N H aN f a //)/)(()(Ker ∈⇔=⇔∈hN aN H h =∈⇔使得存在,H a ∈⇔.因此H f =)(Ker .这样一来,根据群的同态基本定理,H G N H N G /)//()/(≅.5.设G 是群,1G ,2G 是G 的有限子群,证明:||||||||212121G G G G G G =. 注 与§5习题中第8题类似,这道题也宜安排在§7习题中.证明 令21G G H =.于是,H 既是1G 的子群,又是2G 的子群.设m H G =]:[1.则有)(11H c G j mj == ,(*)其中1G c j ∈,m j ≤≤1.显然,诸H c j 两两不相交;有且仅有一个},,2,1{m j ∈,使得H c j ∈;并且||||211G G G m =. 由于2G H ⊆,因此22G HG =.这样,由(*)式可以推得)())(())((21212121G c HG c G H c G G j m j j m j j m j ====== .(**)对于任意的},,2,1{,m j i ∈,考察2G c i 与2G c j :若22G c G c j i =,则21G c c i j ∈-,从而, H G G c c i j =∈-211 .由此可得,H c H c j i =,从而,j i =.这就表明,诸2G c j 两两不相交. 这样一来,由(**)式可以知,||||||||||2121221G G G G G m G G =⋅=. 6.设G 是群,证明: G G →1-a a是群G 到群G 的同构的充分必要条件是G 为交换群.如果G 是交换群,证明:对于任意的Z ∈k ,G G →k a a是一个同态.证明 将G 到自身的映射G G →1-a a记做f .显然f 是双射.于是,f 是群G 到群G 的同构)()()(b f a f ab f =⇔,G b a ∈∀,,即111)(---=b a ab ,G b a ∈∀, 11)()(--=⇔ba ab ,G b a ∈∀,ba ab =⇔,G b a ∈∀,是交换群G ⇔.假设G 是交换群,Z ∈k .将G 到自身的映射G G →k a a记做g .于是,我们有)()()()(b g a g b a ab ab g k k k ===,G b a ∈∀,.所以g 是一个同态.7.设f 是群G 到群'G 的满同态,'H 是'G 的正规子群,证明:'/')'(/1H G H f G ≅-.证明 由于'H 是'G 的正规子群,根据定理6.7,)'(1H f -是G 的正规子群.现在定义G 到'/'H G 的映射g 如下:')()(H a f a g =.由f 是群G 到群'G 的满同态可知g 是G 到'/'H G 的满射.其次,注意到'H 是'G 的正规子群,对于任意的G b a ∈,,有)()()')()(')(('')()(')()(b g a g H b f H a f H H b f a f H ab f ab g ====. 所以g 是G 到'/'H G 的满同态.最后,对于任意的G a ∈,我们有)'(')('')()(Ker 1H f a H a f H H a f g a -∈⇔∈⇔=⇔∈.因此)'()(Ker 1H f g -=.这样一来,根据群的同态基本定理,'/')'(/1H G H f G ≅-.8.设G 是群,1G ,2G 是G 的正规子群.假设21G G G =且}{21e G G = (此时称G 是1G 和2G 的内直积),证明:21G G G ⨯≅.证明 定义21G G ⨯到G 的映射f 如下:ab b a f =)),((,21),(G G b a ⨯∈∀.由21G G G =可知,f 是满射.现在设212211),(),,(G G b a b a ⨯∈,并且)),(()),((2211b a f b a f =.于是,2211b a b a =,从而,11112112G G b b a a ∈=--,从而,e b b a a ==--112112.这意味着21a a =且21b b =,即),(),(2211b a b a =.由此可见,f 是单射,从而,f 是双射. 对于任意的212211),(),,(G G b a b a ⨯∈,我们有))(()),(()),)(,((212121212211b b a a b b a a f b a b a f ==,))(()),(()),((22112211b a b a b a f b a f =.由于1G ,2G 是G 的正规子群且}{21e G G = ,由§5习题第3题可知,))(())((22112121b a b a b b a a =.因此)),(()),(()),)(,((22112211b a f b a f b a b a f =,从而,f 是群21G G ⨯到群G 的同构.所以21G G G ⨯≅.9.设1G ,2G 是群,证明:1221G G G G ⨯≅⨯.证明 定义21G G ⨯到12G G ⨯的映射f 如下:),()),((a b b a f =,21),(G G b a ⨯∈∀.显然,f 是双射.其次,对于任意的212211),(),,(G G b a b a ⨯∈,我们有),()),(()),)(,((212121212211a a b b b b a a f b a b a f ==,)),(()),((),)(,(),(221122112121b a f b a f a b a b a a b b ===.所以f 是群21G G ⨯到群12G G ⨯的同构,从而,1221G G G G ⨯≅⨯.10.设q p ,是不同的素数,证明:q p pq Z Z Z ⊕≅.证明 对于任意的Z ∈i 和任意的N ∈n ,将以i 为代表元的模n 同余类记做n i ][.于是,对于任意的Z ∈j i ,,注意到q p ,是不同的素数,我们有q q p p pq pq j i j i j i q j i p j i pq j i ][][][][)(|)(|)(|][][==⇔--⇔-⇔=且且. 这样一来,我们可以定义pq Z 到q p Z Z ⊕的映射f 如下:)][,]([)]([q p pq i i i f =,pq pq i Z ∈∀][.考察映射f :设pq pq pq j i Z ∈][,][且)]([)]([pq pq j f i f =.则)][,]([)][,]([q p q p j j i i =,即p p j i ][][=且q q j i ][][=,从而,pq pq j i ][][=.因此f 是单射.其次,显然 ||||q p pq Z Z Z ⊕=.因此f 是双射.最后,对于任意的pq pq pq j i Z ][,][∈,我们有)][,]([)]([)][]([q p pq pq pq j i j i j i f j i f ++=+=+,)][,][()][,]([)][][,][]([q p q p q q p p j j i i j i j i +=++=)]([)]([pq pq j f i f +=.所以f 是群pq Z 到群q p Z Z ⊕的同构,从而,q p pq Z Z Z ⊕≅.§7 有限群1.设G 是群,H 是G 的正规子群,n H G =]:[,证明:对于任意的G a ∈都有H a n ∈.证明 由于n H G =]:[,因此n H G =|/|.根据推论7.2,对于任意的G a ∈,商群H G /中元素aH 的阶整除n .因此H aH H a n n ==)(,从而,H a n ∈.2.设G 和'G 分别是阶为m 和n 的有限循环群,证明:存在G 到'G 的满同态的充要条件是m n |.证明 假设f 是G 到'G 的满同态.根据群的同态基本定理,')(Ker /G f G ≅.根据Lagrange 定理,我们有|)(||)(Ker ||'||)(Ker |)](Ker :[f Ker n f G f f G m =⋅=⋅=,从而,m n |.假设m n |.令〉〈=a G ,〉〈=n a N .于是,N 是G 的正规子群,nm N =||,N G /是n 元循环群.显然,'/G N G ≅.设f 是N G /到'G 的同构,f 是G 到N G /的自然同态.则gf 是G 到'G 的满同态.3.设G 是有限群,p 为素数,1≥r .如果|||G p r ,证明:G 一定有阶为r p 的子群.注 我们介绍过Sylow 定理的如下形式:设G 是n 阶有限群,其中,m p n r =,p 是素数,r 是非负整数,m 是正整数,并且1),(=m p .那么,对于任意的},,1,0{r k ∈,G 有k p 阶子群.显而易见,这道题已经包含在Sylow 定理中.这是因为: 由|||G p r 知,存在正整数s 和m ,使得m p n s =,其中1),(=m p .于是,s r ≤.根据Sylow 定理,G 有r p 阶子群.下面我们采用证明Sylow 定理的方法给出这道题的直接证明.证明 假设|||G p r .则存在正整数s 和m ,使得m p n s =,其中1),(=m p .显然,s r ≤.根据Sylow 定理,存在G 的子群H 使s p H =||.现在只需证明H 一定有阶为r p 的子群.为此,对s 施行第二数学归纳法.当1=s 时,显然结论成立.假设t 是整数,并且当t s ≤时,对于任意的正整数s r ≤,H 有r p 阶子群.下面我们来阐明:当1+=t s 时,对于任意的正整数s r ≤,H 有r p 阶子群.事实上,由1||+=t p H 可知,对于H 的每个真子群'H ,都有]':[|H H p .由群G 的类方程∑∈+=C H a a N H C H \]:[||||(其中C 为群H 的中心)立即可知|||C p .由于C 是交换群,根据引理7.4,存在C c ∈,使得p c =||.由C c ∈可知,〉〈c 是H 的正规子群.令〉〈=c H H /'.则t p c H H =〉〈=|||||'|. 根据归纳假设,对于任意的正整数r ,'H 有1-r p 阶子群'K .根据命题5.13,存在H的子群K ,使得K c ⊆〉〈且〉〈=c K H /',从而,r r p p p c K c H =⋅=〉〈⋅〉〈=-1|/||||'|.4.设G 是有限群,p 为素数,如果G 的每个元素的阶都是p 的方幂,则称G 是p -群.证明:G 是p -群||G ⇔是p 的一个幂.证明 显然,当||G 是p 的一个幂时,G 是p -群.现在假设||G 不是p 的一个幂.于是,存在素数p q ≠,使的m q G r =||,其中1),(=m q ,1≥r .根据Sylow 定理,G 有r q 阶子群H .所以G 不是p -群.5.证明:阶小于或等于5的群都是交换群.证明 显然1阶群是交换群.由推论7.2立即可知,2阶群、3阶群和5阶群都是循环群,因而都是交换群.设G 是4阶群.根据推论7.2,G 中元素的阶只能是1,2或4.当G 中有4阶元素时,G 是循环群,因而是交换群.当G 中有4阶元素时,G 中的元素,除单位元外,都是2阶元素.不妨设},,,{c b a e G =.容易验证,G 就是Klein 四元群,因而是交换群.6.设G 是群,1G ,2G 是G 的有限子群,假设1|))||,(|21=G G ,证明:||||||2121G G G G =.证明 由于21G G 既1G 的子群,又是2G 的子群,根据推论7.2,||21G G 是||1G 与||2G 的公约数.因为1|))||,(|21=G G ,所以1||21=G G .这样一来,根据§6习题第5题,我们有||||||||||||21212121G G G G G G G G == .第二章 环 论§1 环的概念1.证明:命题1.3的(5)-(7).注 命题1.3的(5)-(7)的原文如下:(设R 是一个环,则)(5)j n i mj i m j j n i i b a b a ∑∑∑∑=====1111)()(;(6))()()(ab n nb a b na ==,其中n 为整数;(7)若R 是交换环,则k k n n k k n n b a C b a -=∑=+0)(, n n n b a ab =)(.显然,(5)中应加进“其中),,2,1(n i a i =和),,2,1(m j b j =为R 中的任意元素,m 和n 为任意正整数”;(6)中应加进“a 和b 为R 中的任意元素”;(7)中应加进“其中,a 和b 为R 中的任意元素,n 为任意正整数,并且约定b b a =0,a ab =0”.证明 首先,因为乘法对加法适合分配律,所以j n i mj i m j j n i i m j j n i i b a b a b a ∑∑∑∑∑∑========111111)()()(. 这就是说,命题1.3(5)成立.其次,当0=n 时,根据命题 1.3(1),我们有00)(==b b na ,00)(==a nb a ,0)(0=ab ,从而,)()()(ab n nb a b na ==.当n 是正整数时,令 a a i =,b b i =,n i ,,2,1 =,则因乘法对加法适合分配律,我们有)()()(2121ab n b a b a b a b a a a b na n n =+++=+++= ,)()()(2121ab n ab ab ab b b b b a nb a n n =+++=+++= ,从而,)()()(ab n nb a b na ==.当n 是负整数时,根据命题1.3(2)和刚才证明的结论,我们有nab ab n b a n b a n b na =--=--=--=))()(()))((()))((()(,)())()(())()(()))((()(ab n ab n b a n b n a nb a =--=--=--=,从而,)()()(ab n nb a b na ==.这就是说,命题1.3(6)成立.最后,假定R 是交换环.我们用数学归纳法来证明等式k k n n k k n n b a C b a -=∑=+0)((*)成立.事实上,当1=n 时,显然(*)式成立.假设当r n =r (为某个正整数)时,(*)式成立. 当1+=r n 时,我们有k k r rk k r r n b a C b a b a b a b a -=∑+=++=+0)())(()(k k r r k k r k k r r k k r b a C b b a C a -=-=∑∑+=001110)1(11++--=-+=++++=∑∑r k k r r k k r k k r r k k r r b b a C b a C a1)1(11)1(11+-+=--+=++++=∑∑r k k r r k k r k k r r k k r r b b a C b a C a1)1(111)(+-+=-++++=∑r k k r r k k r k r r b b a C C a1)1(111+-+=++++=∑r k k r r k k r r b b a C ak k r r k k r b a C -++=+∑=)1(101k k n n k k n b a C -=∑=0. 所以对于一切正整数n ,(*)式成立.此外,由于乘法适合结合律和交换律,由第一章的§1知,n n n b a ab =)(.2.令}Z ,|2{]2[Z ∈+=b a b a ,证明]2[Z 关于实数的加法和乘法构成一个环.证明 显然,)],2[Z (+是一个交换群;)],2[Z (⋅是一个半群(也就是说,乘法适合结合律);乘法对加法适合分配律.所以),],2[Z (⋅+是一个环.(验证过程从略.)3.设R 是闭区间],[b a 上的所有连续实函数构成的集合.对于任意的R g f ∈,,定义)()())((x g x f x g f +=+,)()())((x g x f x g f =⋅,],[b a x ∈∀.证明:R 关于这样定义的”“+和”“⋅构成一个环. 证明 简单的数学分析知识告诉我们,),(+R 是一个交换群;),(⋅R 是一个半群(也就是说,乘法”“⋅适合结合律);乘法”“⋅对加法”“+适合分配律.所以),,(⋅+R 是一个环.4.设R 是有单位元1的环,n 是正整数.形如⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛nn n n n a a a a a a a a a 2122221141211,其中R a ij ∈,n j i ,,2,1, =, 的表格称为环R 上的n n ⨯矩阵(或n 阶方阵).令)(R M n 是环R 上的所有n n ⨯矩阵构成的集合.完全类似于数域上矩阵,可以定义环上的矩阵的加法和乘法,证明:)(R M n 关于矩阵的加法和乘法构成一个环.记)(R M n 中单位矩阵为n I .对)(R M A n ∈,如果存在)(R M B n ∈,使得n I BA AB ==,则称A 是可逆的,称B 是A 的一个逆矩阵,证明:若A 可逆,则其逆是唯一的,记A 的逆矩阵为1-A .证明 完全类似于数域上矩阵,容易验证)(R M n 上的加法适合结合律和交换律(从略).令n O 表示所有元素都为R 的零元的n 阶方阵;对于任意的)(R M A n ∈,将A 中每个元素都代之以其负元而得到矩阵记做A -.显而易见,对于任意的)(R M A n ∈,有A O A n =+,n O A A =-+)(.所以)(R M n 关于矩阵加法交换群.完全类似于数域上矩阵,容易验证:)(R M n 上的乘法适合结合律,并且对)(R M n 上的加法适合分配律(从略).所以)(R M n 关于矩阵的加法和乘法构成一个环.假设)(R M A n ∈是任意一个可逆矩阵,并且矩阵B 和C 都是A 的逆矩阵.则矩阵n I AC AB ==,从而,C C I C BA AC B BI B n n =====)()(.这就表明A 的逆矩阵是唯一的.5.设R 是一个环,假设),(+R 是一个循环群,证明:R 是交换环.证明 设a 是循环群),(+R 的一个生成元.于是,对于任意的R y x ∈,,存在Z ,∈n m ,使得ma x =,na y =,从而,根据命题1.3(6),yx ma na ma n a a mn a na m a na ma xy ======))(())(()))(())(())((.。

孟道骥《高等代数与解析几何》(第3版)(上册)课后习题(含考研真题)详解-多项式(圣才出品)

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1.2 课后习题详解第1节数域1.举出对加法、乘法及除法封闭但对减法不封闭的例子.解:集合Q+={a∈Q|a>0}对加法、乘法及除法封闭但是对减法不封闭.2.举出对加法、减法封闭,但对乘法不封闭的例子.解:集合对加法、减法都封闭,但是对乘法不封闭.3.举出对加法、减法都不封闭,但对乘法封闭的例子.解:集合与集合{m|p∤m,p素数}对加法、减法都是不封闭的,但是对乘法封闭.4.试证C的子集P若对减法封闭,则必对加法封闭.证:可设P≠∅,于是有a∈P,因此a-a=0∈P.又因为0-a=-a∈P,若有b∈P,则必有a+b=b+a=b-(-a)∈P.故P若对减法封闭,则必对加法封闭.5.试证C的子集P若对除法封闭,则必对乘法封闭.证:设P≠∅,P≠{0},于是有a∈P,a≠0,因此a÷a=1∈P.又因为,故若b∈P成立,则有ab=ba=b÷a-1∈P.因此P若对除法封闭,则必对乘法封闭.6.令试证是一个数域.证:由题目易知,则有即对加法和减法都封闭.又因为则对乘法封闭.下面需证明对除法是封闭的.由于对乘法封闭,故只需证明下面结论:,则成立.下面分为三种情形讨论:(1)b=c=0,此时d=a≠0,.(2)c=0,b≠0,此时可设,于是,且a3+5≠0.因此.(3)c≠0,此时可设,于是因此有由情形(2)及乘法的封闭性可知.故是数域.第2节一元多项式1.设P是数域.f(x),g(x),h(x)∈P[x],且f(x)+g(x)=f(x)+h(x).试证g(x)=h(x).证:由题意知f(x)+g(x)=f(x)+h(x),于是有故结论成立.2.设f(x),g(x),h(x)∈P[x],且f(x)≠0,f(x)g(x)=f(x)h(x).试证g(x)=h(x).证:由题意有f(x)g(x)=f(x)h(x),则f(x)(g(x)-h(x))=0,再由f(x)≠0,因此结论成立.3.设f(x),g(x)∈P[x],f(x)≠0,g(x)≠0,又deg(f(x)g(x))=degg(x).试证f(x)=c∈P.证:因为degf(x)+degg(x)=deg(f(x)g(x))=degg(x),所以degf(x)=0,故f(x)=c∈P.4.设m,n∈N,f(x)∈P[x].归纳定义f1(x)=(f(x))1=f(x),f n(x)=(f(x))n=f(x)f n-1(x),试证这里f0(x),g0(x)定义为1.证:1)对m,n作双重归纳证明.由f n(x)的定义,可知对任何m有f(x)f m(x)=f1+m(x).现设对于n,有f n(x)f m(x)=f n+m(x)成立,则因此结论1)成立.2)当m=1时,结论显然成立.设m时,结论成立,于是由结论1)有则结论2)成立.3)n=1时,结论显然成立.设n时,结论成立,于是有因此结论3)成立.4)n=1时,结论显然成立.设n时,结论成立,于是有因此结论4)成立.第3节带余除法1.求用g(x)除f(x)的商式q(x)与余式r(x):1)f(x)=x3-3x2-x-1,g(x)=3x2-2x+1;2)f(x)=x4-2x+5,g(x)=x2-x+2.解:分别用q(x),r(x)表示所求的商和余式.1)由则可得.2)由则可得q(x)=x2+x-1,r(x)=-5x+7.2.m,p,q适合什么条件时,有1)x2+mx-1|x3+px+q;2)x2+mx+1|x4+px+q.解:1)观察两个多项式的首项与常数项.则有因此q=m,p=-m2-1.2)观察两个多项式的首项与常数项,于是有则有于是可得q=m2-1,p=m(m2-2).。

孟道骥《高等代数与解析几何》(第3版)(上册)复习笔记-线性空间(圣才出品)

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第 4 章 线性空间
4.1 复习笔记
一、向量及其线性运算
1.向量
向量(又称矢量)是既有长度又有方向的量.
2.零向量
长度为零的向量,即始点与终点重合的向量,零向量的方向不确定,可按需要取任意方
向.
3.向量相等
如果能将向量
平行移动到向量

为空间一点,直线 PQ 垂直于坐标平面 XOY,
为垂足.设
OX 到 OQ 的夹角为
,OZ 到 OP 的夹角为θ(0≤θ≤π),

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称为点 P 的球面坐标,O 称为极点,直线 OZ 称为极轴,半平面 称为极半平面,极点,极轴与极半平面合称球面坐标系.
6.向量共线与共面
如果几个向量平行于同一直线,则称它们共线.如果几个向量平行于同一平面,则称它
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们共面.任意两个向量一定共面.
7.向量的线性运算
(1)向量与向量的加法
设α,β为空间两个向量.在空间任取一点 O,作
架(坐标系).P 为空间一点,向量 在α,β,γ下的坐标 称为点 P 在标架
下的(仿射)坐标.此时,记 P 点为 P(x,y,z).
注:O 称为原点,O 的坐标为

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5.坐标轴与坐标系
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通过 O 点,分别与α,β,γ同向的有向直线 OX,OY,OZ 称为坐标轴;平面 XOY,
2.坐标系 空间中三个不共面的向量α,β,γ称为空间的一个坐标系(或一组基). 3.坐标
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Chapter44.1 Ӯ1. G 4. G 4 Klein K4 .đ Ϝ4 S4 . .(i)G 4 đ G 4 .(ii)G 4 đ ∀a∈G,a2=e.Ֆ ∀a,b∈G,(ab)2= e,, ab=(ab)−1=b−1a−1=ba, G Abel đ G∼=K4.2. G 6. G 6 S3 .G с 3 đ Ԣ 2 đ сAbel đ a=b∈G, a=e,b=e, a,b 4 đ .G с 2 đ Ԣ 3 đ |G| đ .G 2 a, 3 b.1):a,b đ ab 6 đՖ G= ab 6 .2):a,b҂ đ G 6 . G k 3 đj 2 đ2k+j+1=6, (k,j)=(2,1) (1,3). k=2, G3 {x,x−1,y,y−1}. xy҂ 3 đ xy2 đ yx đ xy=yx, x,y 9 đ. (k,j)=(1,3). թ G S6 ֆ ϕ,҂ ϕ(b)= (1,2,3), ϕ(a)=σ. G 3 đ σ(1,2,3)σ−1= (σ(1),σ(2),σ(3)), {σ(1),σ(2),σ(3)}={1,2,3}. σ (1,2,3)҂ đ ҂ σ(1)=1,σ(2)=2,σ(3)=3,҂ σ(1)=1,σ(2)=3,σ(3)=2.α=456σ(4)σ(5)σ(6)σ=(2,3)α, σ2=e, α2=e.σ,(1,2,3) ={(1,2,3),(1,3,2),e,(2,3)α,(1,2)α,(3,1)α} S36465G ∼=S 3.3. G r =st đH G t .H ={g s |g ∈G }={h ∈G |h=e }.G = g 0 , {g s |g ∈G }={g s 0,g 2s 0,···,g ts 0},{h ∈G |h t =e }={g s 0,g 2s 0,···,g ts 0}, {g s 0,g 2s 0,···,g ts 0} G t đ G t . G ={g s |g ∈G }={h ∈G |h t =e }4. G đa,b ∈G.ӫ[a,b ]=aba −1b −1 a,b .{aba −1b −1|a,b ∈G } Ӯ G (1)ӫ G. :1) α∈Aut G , α(G (1))=G (1);2) H G. G/H Abel ԉ H ⊇G (1). 1)α(G (1))=α( {aba −1b −1|a,b ∈G } )= {σ(a )σ(b )σ(a )−1σ(b )−1|a,b ∈G } =G (1).2)G/H Abel ⇔(G/H )(1)={e }⇔G (1)⊆H .5. S G Ӯ đ ϕ,ψ G H đ ϕ(x )=ψ(x ),∀x ∈S. ϕ=ψ. ∀a ∈G , G = S , a =y 1y 2···y n , y i ∈S y −1i ∈S . ϕ(x )=ψ(x ),∀x ∈S , ϕ(x −1)=ψ(x −1),∀x ∈S ,Ֆ ϕ(y i )=ψ(y i ),∀1≤i ≤n , ϕ(a )=ψ(a ), ϕ=ψ.6. H G đ H =G . G = G −H . H =G ∃a ∈G , GH , aH ∩H =∅, aH ⊇H , G −H ⊃H ∪(G −H )=G , G = G −H .7. G đ G с 2 . G k m čm >1Ďđ m kϕ(m ) đ ϕ . m đ ϕ(m ) đ Ԣ . |G | đ с đՖ թ 2 .8. α∈S 3 ҂ . α= 1234567836548271α= 1234567836548271=(1358)(26).669. S n= {(12),(23),···,(n−1n)} .. n=2 đ Ӯ . n=k Ӯ .n=k+1 đ{(12),···,(k−1k)} =S k(1k)(k k+1)(1k)=(1k+1){(12),···,(k−1k),(k k+1)} = {(12),···,(1k),(1k+1)} =S k+1{(12),···,(n−1n)} =S nn=k+1 Ӯ .Ֆ n∈N Ӯ .10. (i1i2···i r)−1=(i r i r−1···i1).(i1···i r)(i r i r−1···i1)=e11. ∀σ∈S n,σ(i1i2···i r)σ−1=(σ(i1)σ(i2)···σ(i r)).j=1,2,···,r−1,(σ(i1i2···i r)σ−1)(σ(i j))=σ(i1i2···i r)(i j)=σ(i j+1),j=r,(σ(i1i2···i r)σ−1)(σ(i r))=σ(i1i2···i r)(i r)=σ(i1),j=r+1,···,n,(σ(i1i2···i r)σ−1)(σ(i j))=σ(i1i2···i r)(i j)=σ(i j),∴σ(i1i2···i r)σ−1=(σ(i1)σ(i2)···σ(i r)).12. G 2k, k k>1. G с 2 .Cayley ğG L G|G|=2k թ 2 a∈G, ∀x∈G,L a(x)2=x,L a k đ k đՖ L a đ L G թ2 đ G .6713. σ r ⚷ . ğ1)σk Ԋ Ĥ2) σk đσk Ӊ Ĥ1) ӫ đσk ⇔σk Ӊ 1 r ⇔σk 1 r ⇔(k,r )=1 r .2) (k,r )=1 ,σk Ӊ r ; (k,r )=r đσk Ӊ 1.14. σ r ⚷ đ k |r. σk k Ӊ r/k ҂.n =r/k, n ∈N ., σ=(α1α2···αr )= α1α2···αr −1αrα2α3···αr α1σk = α1α2···αr −k αr −k +1···αr αk +1αk +2···αr α1···αkğσk =(α1αk +1α2k +1···α(n −1)k +1(=r −k +1))(α2αk +2α2k +2···α(n −1)k +2(=r −k +2)···(αk α2k ···αnk (=r )), ҂ đ Ӊ n , r/k ,∴σk k Ӊ r/k ҂ .4.21. A 1A 2A 3A 4 ш љ s 1,s 2,s 3,s 4. ш љ M 1,M 2,M 3,M 4. ш m 1,m2. d 1,d 2. O .č ĎG A 1A 2A 3A 4҂э ЌӉэ . ӈ GX ={A i ,M i ,s i ,m i ,d i ,O }. X .A 1A 2A 3A 4҂э ЌӉэ э č Ďđѩ A 1A 2A 3A 4҂эč ҂эđ ѓ эĎđ ӈ X ∀g ∈G,g R 2 ЌӉэ đg X P э э g (P ).∴X ğ{A 1,A 2,A 3,A 4}∪{M 1,M 2,M 3,M 4}∪{s 1,s 2,s 3,s 4}∪{m 1,m 2}∪{d 1,d 2}∪{O }.G 8 đ a =0−110č O π/2Ďđb ={ m 1 } Ӯđa 4đb 2.682. G X đY X đF Y ={g ∈G |g (Y )=Y }X Z đ ∃g ∈G Z =g (Y )đ ӫZ Y G .1)F Y G Ġ2)F g (Y )=ad g (F Y );3) G đ X Y [G :F Y ] . 1)∀g 1,g 2∈F Y , g 1g −12(Y )=g 1(Y )=Y , g 1g −12∈F Y , F Y G .2)∀g 1∈F Y đ gg 1g −1(g (Y ))=g (Y ), F g (Y )⊇ad g (F Y ). F Y =F g −1(g (Y ))⊇ad g −1(f G (Y )), F g (Y )⊆ad g (F Y ),Ֆ F g (Y )=ad g (F Y ).3) T ={g (Y )|g ∈G }. G T ğ∀Z ∈T,g (Z )={g (z )|z ∈Z }. Y F Y ,g T đ |G |<∞, X Y |T |=[G :F Y ].3. G H n . H Ї G N [G :N ]|n !.G G/H đ ԛG S n η,ker η= x ∈G/HF x , F eH =H , N =ker η. N ⊂H , NG ,[G :N ]|n !.4. p G đ H G [G :H ]=p . H G .p G đ G K,[G :K ] ҂ p , թ G N , N <H , [G :H ]|p !, [G :N ]=p , H =N , H G .5. G č ӫ ĎđH G đ[G :H ]=m . G ҂ m . H G .d =min {o (g )|o (g ) g đg ∈G , g =e }, d đ d ≥m . m =1, H G. m >1, g ∈G g ∈H , s =min {t |gt ∈H }, [G :H ]≥s , (s,o (g ))>1, s ≥d ! m ≥d ,Ֆ m đ 3 H G .6. G đ ğ1) G ={e } đG G ϴ .2) C (G )={e } đG G ϴ . 1) Oe ={e } ğG G ϴ ⇔G ={e }.2) .69 7. ԛS3,S4 .S3 3 đ љ (1),(12),(123) սіđC(1)= {(1)},C(12)={(12),(13),(23)},C(123)={(123),(132)}.8. S3 nn=n1+n2+···+n q,n1≥n2≥···n q≥1 .σ∈S n,σ(i1,···,i r)σ−1=(σ(i1),···,σ(i r))σ,η∈S n,σ η σ,η Ӯ҂ . S n n ğ σ∈S n,σ=σ1σ2···σk,σ1,σ2,···,σk k ҂ . |σi|і σi Ӊ đk|σi|=ni=1|σ1|≥|σ2|≥···≥|σk|. σ սі n ğn=|σ1|+|σ2|+···+|σk|..9. H G . ğ1)H G Ġ2)C h⊆H, h∈H;3)C q∩H=∅,g∈H..10. H G đ ğ1) ∀g∈G,H1=gHg−1 G čӫ H Ď.2) G N G(H)={g∈G|gHg−1=H} G HN G(H).čN G(H)ӫ H G đ ӫ H .Ď3)G H [G:N G(H)].4)H G⇐⇒N a(H)=G.1)∵ad g∈Int G,∴ HэӮG=ad gG gHg−1.2) X={gHg−1|g∈G}, G X ğg(K)=gKg−1,∀K∈X.70N G (H )=F H , H N G (H ) .3)2 đ G H|X |=[G :N G (H )].4)H G ⇔|X |=1⇔[G :N G (H )]=1⇔G =N G (H ).11. H G č H =G Ď. G = g ∈G gHg −1. 3 | g ∈G gHg −1|≤[G :N G (H )](|H |−1)+1≤[G :H ]|H |+1−[G :H ]=|G |+1−[G :H ]<|G |, G = g ∈GgHg −1.12. H G .GC G (H )={g ∈G |gh =hg,∀h ∈H }ӫ H G , ӫ H . :1)C G (H )=h ∈HC G (h );2)C G (H ) N G (H ). .13. H,K G .∀k ∈K ,ӫkHk −1 H K- . H ҂K - [K :K ∩N G (H )]. 10 2 K đ F H =K ∩N G (H ), H ҂ K − [K :K ∩N G (H )].14. θ G , θ(C (G ))=C (G ). .15. Aut G G ,C (G )={e }(e G ). C (Aut G )={id G }. θ∈C (Aut G ), ∀g ∈G,af gθad g −1=θ.Ֆ ∀h ∈G,ad gθad g −1(h )=θ(h ), (gθ(g −1))θ(h )(gθ(g −1))−1=θ(h ), θ(g )=g , θ=id G ,ՖC (Aut G )={id G }.16. a G . I ={g ∈G |α(g )=g −1}. :1) |I |>34|G |, G Abel ;2) |I |=34|G |, G Ї 2 Abel .71 17. G X , ∀x1,x2,y1,y2∈X,x1=x2,y1=y2,∃g∈G y1=g(x1),y2=g(x2). ӫG X .Π(X)={X1,X2,···,X k,···}X , g(π(X))={g(X1),g(X2),···,g(X k),···}, g(π(X))=π(X) ԉ π(X)={X} π(X)={{x}|x∈X}..ԉ .с . i |X i|>1,҂ x1,x2∈X i, ∀y=x1,x2, G X đ g, g(x1)=x1,g(x2)=y, g(π(X))=π(X), y∈x i,Ֆ X i=X, π(X)={X}.∀i,|X i|=1, π(X)={{x}|x∈X}.18. n≥2 ,S n {1,2,···,n} .S n .19.n ,A n {1,2,···,n} ?n=2,3 đA n {1,2,···,n} .n=2 3 đA n {1,2,···,n} ҂ .n=1 đ .n≥4 đ ∀x1,x2,y1,y2∈{1,2,···,n},x1=x2,y1=y2,թ σ∈S n y1=σ(x1),y2=σ(x2), x3,x4 x1,x2,x3,x4 ҂đ σ1=(σ(x3),σ(x4))σ, σ1,σ2 с A n, σ(x1)=y1,σ(x2)=y2, A n {1,2,···,n} .4.3Sylow1. p . p2 . ,p2 .C(G)={e}, p2 .1)G p2 đ G p2 .2)G p2 đ Ԣ đ p . a=e,b∈ a , G= a ⊗ b ∼=Z p⊕Z p. đp2 .2. p ,G=<a,b,c>.a,b,ca p=b p=c p=e,ab=ba,ac=ca,bc=cbe G . :G p3 , Ԣp.72 3. p ,F p l−1 , F G.:“ p G , H G , [G:H]=p, H G”.Ч p G ,F<G, [G:H]=|G|/|F|=p l/p l−1=p. ՎF G.4. ԛS4 Sylow3− .|S4|=24=3×23,∴S4 Sylow3− 3 , k . k≡1(mod3) k|8,Ֆ k 1 4.(123)∈S4, (123) 3 ,∴ (123) ={(1),(123),(132)} Sylow3− .(14)∈S4, Sylow (14) (123) (14)−1= {(1),(234),(243)} Sylow3− .,(24) (123) (24)−1={(1),(134),(143)},(34) (123) (34)−1= {(1),(124),(142)} Sylow3− .∴k=4.S4 Sylow3− :p1={(1),(123),(132)},p2={(1),(234),(243)},p3={(1),(134),(143)},p4={(1),(124),(142)} ( : ԛ4 3 (123),(124),(134),(234) .)5. 56 148 ҂ ֆ .G 56đ K G Sylow7− đ K≡1(mod7) K|8, K=1 8. K=1, G ֆĠ K=8, 7 8×(7−1)=48 đ G 8 đ G թ 8 Sylow2− đ 8 Ӯ Sylow2− đ 56 ֆ. |G|=148=22×37, Sylow37 đ 148 ֆ. 6. G 353. G 125 .Sylow G 125 Sylow5− đ 125 .7. G p l m,p , p>m(m=1). G҂ ֆ .Sylow p− .8. p,q ,p<q,p (q−1). pq .Sylow đpđq đՖ .9. 255 .255=3×5×17, Sylow ğSylow17− đSylow5− 1 51 đSylow3− 1 85 .73 Sylow17− P17= a , Sylow3− P3= b ,Sylow5− P5= c . P17 đ P5×P17 G đ P5×P17 đ ađc . P5×P17 8564 đ Sylow5− ҂ đ 51 đՖ 54×51204 đՖ 64Đ204<255, . Sylow5− .P3×P5,P3×P17 đՖ ađbđc đ G= abc 255 .10. H G ,p |G| , p [G:H]. HЇG Sylow p− .P [G:H] HЇ G Sylow p− đ P1, H G, gP g−1⊆H,∀g∈G,Ֆ HЇ G Sylow p− .11. G p l m,p ,(p,m)=1, m<2p. G Sylowp− p l−1 .G Sylow p− P, [G:P]=m, P GN [G:N]|m!, [G:P][P:N]|m!, [P:N] pՑ đ p||m!, [P:N]=1 p,Ֆ G Sylow p− p l−1 .12. p G , P G Sylow p− .N G(N G(P))=N G(P).13 ԛ.13. P G Sylow p− . G H⊇N G(P). N G(H)=H.H k Sylow p− đ P,P2,P3,···,P k. g∈N G(H), gHg−1=H, gP g−1⊆H, gP g−1=P j,h∈H hP h−1=P j,Ֆ (h−1g)P(h−1g)−1=P, h−1g∈N G(P)⊆H, g∈H,N G(H)=H.14. G Abel p− , [G:C(G)]≥p2.G Abel p− đ g∈G, g∈C G(G).g C(G) Abel đ [G: g C(G)]≥p, [ g C(G):C(G)]≥pՖ[G:C(G)]≥p2.15. P G Sylow p− đN G . N∩P,P N/N љ N G/N Sylow p− .H N Sylow p− đ g∈G gHg−1⊆P. N G, gHg−1⊆N,Ֆ gHg−1⊆N∩P. |H|= |N∩P|, |N∩P|=|H|,Ֆ N∩P N Sylow p− .74 p l1|||N|,p l|||G|, p l−l1|||G/N|. Ч P N/N∼= P/P∩N, p l−l1|||P N/N|, P N/N P G/N Sylow p− .ԛp l−l1|||P N/N|, p l−l1|||P/P∩N|, p l1||P∩N|, P∩N N Sylow p− .4.4 ֆ1. G e đ ğ(a)GG=G0⊃G1⊃G2⊃···⊃G n−1⊃G n={e}a.G i G i−1,1≤i≤n;b. G i−1/G i ֆ .(b) G đ G i−1/G i .1) n=pα11pα22···pαk k,p i đ l(n)=α1+···+αk.(G i/G k)/(G i+1/G k)∼=G i/G i+1, l(|G|) .2) G đ G i−1/G i Abel đ G i−1/G i ֆ đG i−1/G i .2. G Abel đ G 2 .n=|G|,n=2l0p l11···p l k k,2,p1,···,p k ҂ . թ G H, ğ2l0−1|||H|. P i G Sylow p i− đ1≤i≤k. G1=HP1···P k, [G:G1]=2.3. (123) A3 C(123).A3=<(123)>, Abel đ C(123)={(123)}.4. (123) A4 C(123).đ(123) S4 đ {(123),(132),(124),(142),(134),(143),(234),(243)}, Ađ C(123)⊆A.ՑđA α C(123)⇔∃σ∈A4, σ(123)σ−1=α, (σ(1)σ(2)σ(3))=α.đ(123)∈C(123).(124)=(σ(1)σ(2)σ(3))⇒σ=(34)∈A4,∴(124)∈C(123).(142)=(σ(1)σ(2)σ(3))⇒σ=(243)∈A4,∴(142)∈C(123).ԛ(143),(132),(234)∈C(123),(134),(243)∈C(123)∴C(123)={(123),(142),(234),(243)}755. n≥3,r,s {1,2,···,n} đA n=<{(r s t),t=r,s}>.đ n≥3 đA n 3− Ӯđ A n⊇< {(r s t),t=r,s}>.A n⊆<{(r s t),t=r,s}> .∀α∈A n,α і đ α=α1α2···αl.αi 2 ,i=1,2,···,l.ğ(1)(i j)(i j)=id=(r s t0)3,t0=r,s.∴(i j)(i j)∈<{(r s t),t=r,s}>.(2)(i j)(i k)=(i j)(i r)(i r)(i k)=(i r j)(i k r)=(r i)(r j)(r k)(r i)=(r i)(r s)(r j)(r k)(r s)(r s)(r i)=(r s i)(r j s)(r s k)(r i s)= (r s i)(r s j)2(r s k)(r s i)2, i,j,k=r,s,(i j)(i k)∈<{(r s t),t= r,s}>.(r j)(r k)=(r j)(r s)(r s)(r k)=(r s j)(r s k)2, j,k=s.(i r)(i k)=(i k r)=(r k)(r i)=(r k)(r s)(r s)(r i)=(r s k)(r s i)2,k=s.(i r)(i s)=(i s r)=(r s)(r i)(r s i)2, (s j)(s k),(i s)(i k)∈< {(r s t),t=r,s}>.đ ∀i,j,k,(i j)(i k)∈<{(r s t),t=r,s}>.(3)(i k)(j l)=(i k)(i j)(j i)(j l), ∀i,k,j,l,(i k)(j l)∈< {(r s t),t=r,s}>.đ αi∈<{(r s t),t=r,s}>,∴α∈<{(r s t),t=r,s}>.Ֆ A n⊆<{(r s t),t=r,s}>.6. G Abel ֆ đ |G|≥60.G n đ n<60, ҂ Abel . 2 3 5 7>60 n 3 ҂ .1Ďn đ n=p l. G҂ Abel đ l>1,C(G)= G, C(G) G, G ֆ.2)n 2 ҂ đ n=p a q b,p<q,p,q .A)p≥3, 60>n>3a+b, a+b≤3. a=1 đ Sylow q− đ ֆ. a=2 đn=32∗5,Sylow5− đG ֆ.B)p=2. q>7, p a<60/11<q, Sylow q− .G76ֆ. q ≥7, q =3,5,7. đ a =1 đSylow q − đG ֆ. a ≥2 đn ğ22×3,22×32,22×5,22×7,23×3,23×5,23×7. n =22×5 22×7 đSylow q − đ G ֆ. n =22×3 đ 3 ь G ֆ. n =22×32 23×3 đ Sylow 3− 4 1 . 4 đ X ={P 1,P 2,P 3,P 4} G Sylow 3− đ G X đ ԛG S 1×1 σ, G/Ker σ S 4 . n =22×32, |G/Ker σ|≤|S 4|=24, Ker σ={e }. G X đ Ker σ=G, Ker σ G . G ֆ. n =23×3, Ker σ={e }, G ֆĠ Ker σ={e },Ֆ G ∼=S 4, A 4 G G ֆ. n =23×5 đ Sylow 5− đ G ֆ. n =23×7 đ G ֆ. đ |G | 2 ҂ đG ֆ.3)n 3 ҂ . n/2×3×5≤1,n <3×5×7, n =2qr,2,q,r ҂ . 2||n , G с H [G :H ]=2,Ֆ G ֆ.ğ |G |<60, đ G ҂ ֆ . G Abel ֆ đ |G |≥60.7. G 60 ֆ đ G A 5 .H G đX ={gHg −1|g ∈G }, G X . G ֆ đ . n =[G :N G (H )]=|X |, G S n đ n ≥5,[G :H ]≥5. n =5, G S n đ G ∼=A 5. G Sylow 2− đ n 2 3đ5đ15 đ đn 2≥5: n 2=5, G ∼=A 5, n 2=15, 5 6×(5−1)=24 ğс 2 Sylow 2− ҂ {e }, 2 A. C G (A )Ї Sylow 2− đ 4|C G (A ),|C G (A )|>4, |G :C G (A )|≥5,Ֆ |C G (A )|=12,[G :C G (A )]=5. G ֆ đ N G (C G (A ))=C G (A ), [G :N G (C G (A ))]=5 G ∼=A 5. G ∼=A 5.8. G =SL(3,Z 2), Z 2 1 3 . G 168 ֆ .Z 2 1 đ SL(3,Z 2)=GL(3,Z 2). |GL (n,Z p )|=n −1 i =1(p n −p i ), |G |=(23−1)(23−2)(23−22)=168=23×3×7. Z 2 Ց ҂ն 3 ҂ ğx,x −1,x 2+x +1,x 3+x +1,x 3+x 2+1. Z 2 n77đSL(3,Z 2) 6 ѓ ğ⎛⎝100010001⎞⎠⎛⎝110010001⎞⎠⎛⎝110011001⎞⎠⎛⎝001101010⎞⎠⎛⎝001100011⎞⎠⎛⎝100001011⎞⎠ љ A 1,A 2,A 3,A 4,A 5,A 6, љ ğ(x −1),(x −1)2,(x −1)3,x 3+x +1,x 3+x 2+1,(x −1)(x 2+x +1). G A 1,A 2,···,A 6 սі 6 .A i A 1,A 2,···,A 6 љ ğ1đ2đ4đ7đ7đ3.235 8 {P (1×i,j )|1≤i,j ≤3,i =j } =G . 2 2 đ 2 3 . H G, H =G đ H 2 . đс 2 đ |H ||3×7. |C (A 2)|=8,|C (A 3)|=4,|C (A 6)|=3. 2 168/8Ģ21 ,4 42 đ3 56 đՖ 7 168−21−42−56−1=48 . Sylow p − ğ H 3 đ 56 3 Ġ H 7 đ 48 . |H |≤21, |H |=1. G ֆ .9. G G e đ C (G )={e }. :C (Aut G )={id }.2.15 .10. G Abel ֆ đA =Aut G. A . Aut A =Int A.4.51. p,q đ p <q . A p đ B q đG A B . ğ(a)G A B Ч Ġ(b) q p ҂ 1đ Վ đG pq Ġ(c) q ≡1(mod p ), թ A B G .Վ G Abel .1) N G, N ∼=B. G Sylow p − P đ P ∩N ={e }, P N =G. G A B Ч .2) q ≡1(mod p ), Sylow p − đ P , P G, P N =G. Վ đG pq .3)782. A đB љ m,n đ A B Ĥč đ ӫ .Ď3. A C (A )={1}, Aut A =Int A , ӫA . B A .C (A )={1}, C G (A )∩A ={e }, ∀g ∈G,ad g ∈Aut A ; Aut A =Int A, a ∈A, ad g =ad a, a −1g ∈C G (A ). G =C G (A )A. C G (A ) đ C G (A ) G , .4. N 1,N 2,···,N k G đ G N 1,N 2,···,N k ԉ ğ(a)G =N 1N 2···N k ;(b)N i G,1≤i ≤k ;(c)( j =iN j )∩N i ={1},1≤i ≤k . ԉ ğ 1đ2 Ӯ ∀g ∈G,g =n 1n 2···g k ,n i ∈N i і . m i ∈N i , g =n 1n 2···g k =m 1m 2···m k .(∗) m −11n 1=m 2m 3···m k n −1k n −1k −1···n −12=(m 2···m k )(n 2···n k )−1.∵N i G,1≤i ≤k,∴N 2N 3···N k G, m 2···m k ∈N 2N 3···N k ,n 2···n k ∈N 2N 3···N k , (n 2···n k )−1∈N 2···N k ,∴(m 2···m k )(n 2···n k )−1∈N 2···N k , m −11n 1∈N 1,∴m −11n 1∈N 1∩( j =1N j )={1}.Ֆ n 1=m 1. (∗) n 1,m 1, đ Ց n 2=m 2,n 3=m 3,···,n k =m k ∴g і đՖ ԉ .с ğ∵G N 1,N 2,···,N k đ∴1,2Ӯ . ∀g ∈G,g =n 1n 2···N k і . a ∈N 1∩( j =1N j ). n i ∈N i ,i =1,2,···,k a =n 1=n 2···n k , a =n 11·1·1····1 k −1=1·n 2n 3···n k , і n 1=n 2=···=n k =1,∴a =1 N 1∩( j =1N j )={1}. N i ∩( j =iN j )={1},1≤i ≤k. 3Ӯ .5. G =N 1N 2···N k . (j =i N j )⊆C G (N i ).79N i ∩N j ={e },N i N i N j ,N j N i N j , N i N j đՖ ( j =i N j )⊆C G (N i ).6. G =A ⊗B, N B . ğ(a)N G Ġ(b)G/N A ×(B/N ) .(a)∀g ∈G,n ∈N , G =A ⊗B ∃a ∈A,b ∈B . g =ab .∴gng −1=abnb −1a −1,∵N B,∴bnb −1∈N ⊆B. G =A ⊗B a (bnb −1)=(bnb −1)a,∴gng −1=bnb −1aa −1=bnb −1aa −1=bnb −1∈N,∴N G(b) f :A ×(B/N )−→G/N,f ((a,bN ))=abN. đ (a,b 1N )=(a,b 2N ), b −11a −1ab 2∈N , (ab 1)−1(ab 2)∈N,∴ab 1N =ab 2N,∴f . Ցđ f ((a 1,b 1N ))=f ((a 2,b 2N )), a 1b 1N =a 2b 2N,(a 1b 1)−1a 2b 2∈N,∃n 1∈N, b −11a −11a 2b 2=n 1.∵G =A ⊗B,∴b −11(a −11a 2)=(a −11a 2)b −11, (a −11a 2)(b −11b 2)=1n 1. 1∈A,n 1∈N ⊆B . G с a −11a 2=1,b −11b 2=n 1, a 1=a 2,b −11b 2∈N ∴b 1N =b 2N , (a 1,b 1N )=(a 2,b 2N ),∴f ֆ .Ցđ∀gN ∈G/N,∃a ∈A,b ∈B , g =ab , gN =abN (a,bN ),∴f .đf ((a 1,b 1N )(a 2,b 2N ))=f ((a 1a 2,b 1b 2N ))=a 1a 2b 1b 2NA B a 1a 2b 1b 2N =a 1b 1a 2b 2N =a 1b 1N ·a 2b 2N f ((a 1,b 1N )(a 2,b 2N ))=f ((a 1,b 1N ))f ((a 2,b 2N )),∴f . f A ×B/N G/N đ G/N A ×B/N .7. A,B G đ G =AB. G/(A ∩B )=A/(A ∩B )⊗B/(A ∩B ).A,B G đ A/(A ∩B ),B/(A ∩B ) G/(A ∩B ) đ (A/(A ∩B ))∩(B/(A ∩B ))=(A ∩B )/(A ∩B )={id },A/(A ∩B )×B/(A ∩B )=G/(A ∩B ), G/(A ∩B )=A/(A ∩B )⊗B/(A ∩B ).80 8. A,B G , A∩B={1}. G (G/A)×(G/B).fG−→G/A×G/Bf(g)=(gA,gB), f .(g1A,g1B)=(g2A,g2B), g1A=g2A,g1B=g2B,∴g−11g2∈A∩B,∴g−11g2=1,∴g1=g2.Ֆ f ֆ đ f(g1g2)=(g1g2A,g1g2B)=(g1A,g1B)(g2A,g2B)= f(g1)f(g2).∴f ֆ . f:G−→f(G) .∴G f(G).f(G) G/A×G/B đ Ӯ .9. A,B G , G=AB;ab=ba,∀a∈A,b∈B. թA×B G .σ:σ(a,b)=ab .10. Y X đ G,A,B љ P(X),P(Y),P(X−Y) ӫҵo ” Ӯ čҕ 1.2 7Ď. G A×B .f:G−→A×B,f(M)=(M∩Y,M−Y). f .f(M)=f(N), (M∩Y,M−Y)=(N∩Y,N−Y), M∩Y= N∩Y,M−Y=N−Y.Ֆ M=(M∩Y)∪(M−Y)=(N∩Y)∪(N−Y)=N,∴f ֆ .∀A1∈A,B1∈B, M=A1∪B1, M∈G,f(M)=(M∩Y,M−Y)=(A1,B1).∀(A1,b1)∈A×B, A1∩B1. f .∀M,N∈G,f(M N)=((M N)∩Y,(M N)−Y)=((M∩Y) (N∩Y),(M−Y) (N−y)=(M∩Y,M−Y) (N∩Y,N−Y)=f(M) f(N).f .∴f .∴G A×B.11. G đ|G|=p a11p a22···p a k k,p1,p2,···,p k ҂. Sylow p i− P i G. G=P1⊗P2⊗···⊗P k.ğ G=(si=1N i)⊗(ti=1M i), G=N1⊗···⊗N s⊗···⊗M t.81 4.61. ğn≤4 đS n Ġn≥5 đS n .Ӯ 60 ֆ Abel đ60 . n≤4 đ|S n|<60, S n .n≥5 đ A n҂ đ S n҂ .2. GL(2,Z2),GL(2,Z3) .ğ |GL(2,Z2)|=|(22−1)(22−2)|< 60,|GL(2,Z3)|=(32−1)(32−3)<60, GL(2,Z2),GL(2,Z3) .3. G pqr, p,q,r ҂ . G .pq đ G Sylow q− Sylow r− , G Ġ G ҂թ Sylow q− Sylow p− đ Sylow r− pq đSylow q− r đ r q pq(r−1)+r(q−1)≥pqr−pq+rp>pqr=|G|, . pqr .4.(a) H,K G đ HK G.(b) R Gč҂ Ď ն đH G. H⊆R, G/R .(a) đH G,K G⇒HK G. 49 1.7.3 HK/KH/H∩K.∵H đ∴ H/H∩K .Ֆ HK/K.K đ HK đ HK G .(b) R H G đ 1 HK Gđ H R, R HR,Վ R G նđ∴H⊆R.π:G−→G/R đ∴kerπ=R. πG Ї R G/R. Ϝ đK⊇R,K G, K đ K π|K(K). π|K Kπ|K(K) .∴π|K(K) . đ∵π đ∴ G/RӮ π|K(K). K⊇R, K G. π|K(K)=K/R82 . R đ K . G Ї R G/K. K G/Kđ K=R. K1 G Ї R đс K1 R, ∵G҂ đ∴K1 G.Վ R p Gն o .∴G/R .5. G . ğ(a)G Ġ(b)∀H G,∃H1 H H/H1 Abel K={1};(c)∀H G,G/H Abel K={1}.1)⇒2)⇒3) .3)⇒1):G ն Hđ G/H .3Ď G=H, G .6. H G ն . N G(H)=H.N G(H)=H, g∈N G(H), g∈H. H N G(H), g H . g H/H∼= g /( g ∩H), g H/H đՖg H đ g H⊃H, H ն . N G(H)=H.7. n đ n ԉ n=2k,k∈N.n ҂ 2 p, թ Abel H:|H|=2p.H đ H҂ . n=2pk,k Kđ G=H×K, H҂ đ G҂ đ n đ n=2k. n=2k đ G .8. G .H G ն . N G(H)=H.G đ k∈N, T k=H, H⊃T k+1. [T k,H]⊆[T k,G]=T k+1, T k⊂N G(H),H=N G(H).č G Ϯ Ď.9. G .M G ն . M G. G Sylow.∵M G ն đ∴M G đ G đ M N G(M) . N G(M)=Gđ M N G(M)83 G,Վ M G ն .∴N G(M)=G,Ֆ M G.G Sylow P, 163 12 N G(N G(P))=N G(P).(∗)N G(P)=G, N G(P) G đ G đ∴N G(P) N G(N G(P)) đ (∗) .∴N G(P)=G.Ֆ P G, G Sylow .10. G ∀H G,C(G/H)={1}.G đ Ӊ đ H=G HG đC(G/H)={1}.∀H G,H=G, C(G/H)={1}. |G|<+∞, G Ӊ đ G .4.7Jordan-H¨o lder1. ԛ ZZ⊃20Z⊃60Z⊃{0},Z⊃49Z⊃245Z⊃{0}.Z⊃20Z⊃60Z⊃{0} Z⊃49Z⊃245Z⊃{0} љ ğZ⊃4Z⊃20Z⊃60Z⊃2940Z⊃{0},Z⊃49Z⊃245Z⊃980Z⊃2940Z⊃{0}. .2. Z60 Ӯ đѩ ..3. G Ց č ĎG=G1⊃G2⊃···⊃G r={1}.G i/G i+1 S i,i=1,2,···,r−1. G S1S2···S r−1..4. Abel G Ӯ G .Ӯ Abel .845. G Ӯ G .Gթ Ց G=G1⊃G2...G r=1,G i/G i+1 Abel đ1≤i≤r−1.G Ӯ G .6. G=G1⊃G2⊃···⊃G r={1} G Ӯ đ1đN G ֆ .G1⊇G2N⊇···⊇G r−1N⊇G r N⊇G r={1}҂ G Ӯ .G i/G i+1 G i N/G i+1N ϕ:ϕ(gG i+1)=gG i+1N,∀g∈G i. G i/G i+1 ֆ đ G i N/G i+1N={1} ֆ . G1⊇G2N⊇...G r−1N⊇G r N={1}. ҂ G Ӯ .7. ϕ G H .G=G1⊃G2⊃···⊃G r={1}G Ӯ .H=H1⊇ϕ(G2)⊇···⊇ϕ(G r)={1}҂ H Ӯ .G H ϕ ԛG i/G i+1 ϕ(G i)/ϕ(G i+1) ϕ:ϕ(gG i+)=ϕ(g)ϕ(G i+1),∀g∈G i. đ G i/G i+1 ֆ đ ϕ(G i)/ϕ(G i+1){1} ֆ . H=H1⊇ϕ(G2)⊇...⊇ϕ(G r)= {1} ҂ H Ӯ .8.R- ML1⊆L2⊆···⊆L n⊆···n L n+i=L n,i=1,2,···. ӫM đ ӫM Noether .R- ML1⊇L2⊇···⊇L n···n L n+i=L n,i=1,2,···. ӫM đ ӫM Artin .R- M Ӯ M Noether Artin .85R − M Ӯ đ M Ӯ đ M с Noether Artin . R − Noether Artin đ M 1=M . M đ M 1 M 2 M 1⊇M 2đ M 1/M 2 ֆ đ Ց đ M đ թ R ğM =M 1⊇M 2⊇...⊇M r ={0}, M i /M i +1,i =1,2,...,r −1 ֆ đ M Ӯ .4.8 ϶1. S,T G đ gSg −1⊆S,∀g ∈G. ğ(a)<S > G ;(b)< g ∈G gT g −1> G Ї T .1).2) g ( g ∈G (gT g −1))g −1= g ∈G (gT g −1),∀g ∈G ,g ∈G(gT g −1) G đ Ї T .2. X ={x 1,x 2,x 3}, {x 21,x 22,x 23} Ӯ F (X ) K F (X ) . F (X )/K G 1={x 1k 1x 2k 2x 3k 3|0≤k 1,k 2,k 3≤1} đ x 1,x 2,x 3∈G 1, F (X )/K =G 1, [F (X ):K ]≤8. F (X ) Z 2⊕Z 2⊕Z 2 ϕğϕ(x 1)=(1,0,0),ϕ(x 2)=(0,1,0),ϕ(x 3)=(0,0,1).ker ϕ⊇{x 12,x 22,x 32}, ker ϕ⊇K,đ [F (X ):K ]≥8đՖ [F (X ):K ]=8.3. S 4= (12),(13),(14) ,X ={x 1,x 2,x 3}. S 4 Ӯ x 2i ,(x i x j )3,(x i x j x k )2. i,j,k ҂ .4. S 4= (12),(13),(14) ,X ={x 1,x 2,x 3}, S 4 Ӯ x 2i ,(x i x i +1)3,(x i x j )2., j >i +1.5. 3 S n ,ѩ .6. 4 S n ,ѩ .。

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