近世代数--群的概念
近世代数课件-2-2_群的定义
2020/4/27
五. 有限群的特殊性
推论 一个非空有限集G 构成有限群的条件 : (1)存在G上的一个代数运算•; (2)运算 • 适合结合律; (3)运算 • 适合消去律.
2020/4/27五. 来自限群的特殊性2020/4/27
六、特殊群-Klein（克莱因）四元群
本节教学目的与要求： 记住群的定义，掌握群的基本性质和有限群的特殊性质，并
能熟练判定一个给定的代数系是否是群.
一. 群的定义及常见的群 二. 群的4个等价定义 三. 一些特殊群的例子 四. 群的消去率性质 五. 有限群的特殊性 六. 特殊的群—Klein（克莱因）四元群
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一. 群的定义及常见的群
近世代数
第二章 群
近世代数的主要研究对象是各种各样的代数系， 即具有一些代数运算的集合。
群是具有一种代数运算的代数系，它是近世代数 中一个比较古老，而且内容丰富的重要分支，在数学、 物理、化学、计算机等自然科学的许多领域都有广泛 应用。
从本节开始，学习群的有关性质。
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2.2 群的定义
注：
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一.群的定义及常见的群
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一.群的定义及常见的群
注：
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二. 群的四个等价定义
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三. 几个特殊群的例子
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四. 群的消去率性质
注：
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五. 有限群的特殊性
推论 一个非空有限集G构成有限群的条件: 1存在G上的一个代数运算o;
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六、特殊群-Klein（克莱因）四元群
近世代数学习系列二十二 群论与魔方
群论与魔方：群论基础知识要了解破解魔方攻略背后的数学原理，「群论」(Group Theory)是必不可少的知识，本章介绍群论的基础知识。
群论是「抽象代数学」(Abstract Algebra)的重要分支，是有关「群」(Group)的理论。
抽象代数学跟一般代数学或线性代数学不同，其要旨不是解方程或方程组，而是研究各种代数结构的特性，「群」就是一种非常重要的代数结构。
群的基本定义设有一个集合G和G上的「二元运算」(Binary Operation)「•」。
如果G 的元素和「•」满足以下「公理」(Axiom)，我们便说(G, •)构成一个「群」(为了行文方便，有时可以把「群(G, •)」径直称为「群G」)：1.「封闭性」(Closure)－对G中任何两个元素a和b而言，a • b ∈ G。
2.「结合性」(Associativity)－对G中任何三个元素a、b和c而言，(a • b) • c = a • (b • c)。
3.「单位元」(Identity)－存在G中一个元素e (称为「单位元」)，使得对于G中任何元素a而言，e • a = a • e = a。
4.「逆元」(Inverse)－对于G中任何元素a而言，都有G中的元素a−1 (称为a的「逆元」)，使得a • a−1 = a−1• a = e。
请注意由于「•」满足结合性，在写出三个或以上元素之间的运算时，可以不用括号，即写成a • b • c。
如果某个运算涉及同一个元素，我们可以像一般乘法那样采用「指数」记法，例如可以把a • a • a写成a3。
我们还可以仿照一般乘法规定零指数和负指数的定义如下：a0= e，a−n= (a−1)n。
另外，可以证明上述定义中的「单位元」是唯一的，而且对于G中任一元素a而言，其「逆元」a−1也是唯一的。
根据「封闭性」，若a和b是G的元素，则(a • b)也是G 的元素，因此我们也可以谈论(a • b)的逆元，而且这个逆元满足(a • b)−1 = b−1• a−1(1)如果(G, •)还满足「交换性」(Commutativity)，即对G中任何两个元素a、b 而言，a • b = b • a，我们便说(G, •)是「交换群」(Commutative Group)或「阿贝尔群」(Abelian Group)。
近世代数2
G有4 个生成元，分别是1, 5, 7, 11。
令a=5，则
50=0 54=8 58=4
51=5 52=10 53=3 55=1 56=6 57=11 59=9 510=2 511=7
二、循环群 (6)
G有6 个循环子群，生成元分别是a1,a2,a3,a4,a6,a12。
令a=1，则
H1=(a1)=(1)={0,1,2,3,4,5 …10,11} 12阶
第二章
2.1
2.2
※2.3
群、环、域
群的基本概念
有限群、循环群 域
2.4
域的特征和素域
2.5 交换环与理想
一、域的概念 (1)
1. 定义
定义2.8 设F是至少有两个元素的集合,在F 中规定两种运算。一种叫加法，它的运算 结果称为‘和’，记作a+b；另一种叫乘法， 它的运算结果称为‘积’，记作a· b。即如 果a,b∈F，则a+b∈F，a· b∈F。如果这两个 运算满足以下规则：
1. 定义
注意：me的含义
定义2.11 设F为任一个域，e为F的单位元。 如果存在正整数m，使me=0，则称F的特征 不为0。适合条件pe=0的最小正整数p，称 作F的特征。 如果对于任意正整数m都有me≠0，就称F的 特征为0。 域的特征实际上是元素e 在域F上
na是n个元素a的加运算，即na=(a+a+…+a)。 与域中定义的乘法无关。
二、域的性质 (3)
2. 关于乘法的性质
性质6：域的单位元是唯一的。 性质7：每个非0元素的逆元素也是唯一的。 (a-1)-1=a。 性质8：消去律成立： 若ab=0，则a,b之中必有一个为0； 若ab=ac，且a≠0，则b=c。
近世代数课件群的概念
ab' b'a e. 于是,我们有 b' b'e b'(ab) (b'a)b eb b .所以我 们的命题成立.□
§2 群的概念
对于命题 2.3 中所说的元素 a, b ,我们称 b 为 a 的逆元,记作 b a1 .
乘法都不构成群.
§2 群的概念
例 2 令 P nn 表示某个数域 P 上的全体 n 阶方阵构 成的集合.显然, P nn 关于矩阵的加法构成交换群, P nn 关于矩阵的乘法不构成群.但是,容易明白,数域 P 上的 全体 n 阶可逆矩阵构成的集合关于矩阵的乘法构成群, 称为 n 级一般线性群,记作 GLn (P ) .数域 P 上的全体行 列式的值等于1的 n 阶方阵构成的集合关于矩阵的乘法 构 成 群, 称为 n 级 特 殊线性群 ,记 作 SLn (P ) . 注意,当 n 1时, GLn (P ) 和 SLn (P ) 都不是交换群.
此对于任意的 nN , a 的 n 次幂 an 有意义.现在,对
于任意整数 n 0 ,我们定义 a 的 n 次幂 an 如下:
an
e, (a1)n ,
当 n 0 时; 当n 0 时.
这样一来,对于任意整数 n , an 都有意义.
§2 群的概念
不难验证,幂具有如下性质:对于任意的 a, b G 和 m, n Z ,总有
§2 群的概念
下面介绍置换的表示方法.
设 A {a1, a2 , , an} 是一个有限集, f Sn .我们
可以将 f 表示成下表的形式:
f
a1 (a1)
a2 f (a2 )
f
an (an
群的定义
第 5 讲第二章群论§1 群的定义（2课时）本讲教学目的和要求：群论是代数学中最古老最丰富的分支之一，是近世代数的基础。
变换群在几何学中起着重要的作用，而有限群则是伽罗华理论（Galois,E[法] 1811—1832）的基础。
在所有只含一个代数运算的代数体系中，最重要的一个研究对象就是群。
而群的等价关系可谓“品种繁多”，本讲只是依教材作一些一般性地介绍，为扩大知识面，这里将适当引入一些如同“半群”和“monoid（幺半群）”这样的基本概念。
本讲的教学里要求学生对逆元（左逆元、右逆元），单位元（左单位元、右单位元）和群以及元素的阶要弄清楚，尤其是彼此的联系务必要明白其脉络。
教材中定义的群的第一定义和第二定义的区别及关系必须清楚。
本讲的重点和难点：由于本讲知识群论的最基本部分，照理不该出现什么难点，但仍希望能对下列问题引起注意：（1）半群，幺半群和群的关系.（2）本讲的论证部分（通过逐渐熟悉这些理论证明，慢慢踏上“近世代数”的学习之路.（3）群的阶和群中元素的阶.本讲的教法和教具：使用多媒体教室中的教学设备，并鼓励学生参与教学活动。
说明：本章教学活动中群的代数运算“ ”习惯上称为乘法（这时群也称为乘群），特殊情况下，“ ”也叫加法并改用“+”表示（群也随之叫做加群）一、 半群定义 1. 设G 为任一非空集合，G 上定义了一个能封闭的代数运算“ ”，如果 “ ”满足结合律，即)()(,,,c b a c b a G c b a =∈∀，那么代数体系},{ G 叫做是一个半群.注：（1）乘法“ ”的表达形式上，以后都用“ab ”来替代“b a ”.（2）在不发生混淆的前提下，半群},{ G 可简记为G .定义2. 设},{ G 是一个半群，那么∙如果乘法“ ”满足交换律，则称},{ G 为可换半群.∙如果G 是有限集，则称},{ G 为有限半群.例1、},{},,{⋅+Z Z 都是半群，并且是可换半群.其中“+”和“·”分别是通常的加法和乘法。
近世代数12群的概念
ae ea , a G ; (3)对于任意的 a G ,存在 bG ,使得
ab ba e , 则称 (G, ) 是一个群;不致混淆时,简称 G 是一个群.
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§2 群的概念
例 1 令 N , Z, Q , R 和C 依次表示正整数集、 整数集、有理数集、实数集和复数集.则 Z, Q ,R 和 C 关于加法分别构成交换群; N 关于加法不构成
群. Q \{0}, R \{0} 和C \{0}关于乘法分别构成交换
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§2 群的概念
设 G 是一个群, a G .由于“ ”适合结合律,因
此对于任意的 nN , a 的 n 次幂 an 有意义.现在,对
于任意整数 n 0 ,我们定义 a 的 n 次幂 an 如下:
第一章 群 论
2020/6/26
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目录
§1 代数运算 §2 群的概念 §3 子 群 §4 循环群 §5 正规子群与商群 §6 群的同构与同态 §7 有限群
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§2 群的概念
定义 2.1 一个代数运算.若“ ”满足条件:
an
e, (a1)n ,
当 n 0 时; 当n 0 时.
这样一来,对于任意整数 n , an 都有意义.
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§2 群的概念
不难验证,幂具有如下性质:对于任意的 a, b G 和 m, n Z ,总有
近世代数的基础知识
近世代数的基础知识初等代数、高等代数和线性代数都称为经典代数（Classical algebra ），它的研究对象主要是代数方程和线性方程组）。
近世代数（modern algebra ）又称为抽象代数（abstract algebra ），它的研究对象是代数系，所谓代数系，是由一个集合和定义在这个集合中的一种或若干种运算所构成的一个系统。
近世代数主要包括：群论、环论和域论等几个方面的理论，其中群论是基础。
下面，我们首先简要回顾一下集合、映射和整数等方面的基础知识，然后介绍本文需要用到的近世代数的相关知识。
3．1 集合、映射、二元运算和整数3．1．1 集合集合是指一些对象的总体，这些对象称为集合的元或元素。
“元素a 是集合A 的元”记作“A x ∈”，反之，“A a ∉”表示“x 不是集合A 的元”。
设有两个集合A 和B ，若对A 中的任意一个元素a （记作A a ∈∀）均有B a ∈，则称A 是B 的子集，记作B A ⊆。
若B A ⊆且A B ⊆，即A 和B 有完全相同的元素，则称它们相等，记作B A =。
若B A ⊆，但B A ≠，则称A 是B 的真子集，或称B 真包含A ，记作B A ⊂。
不含任何元素的集合叫空集，空集是任何一个集合的子集。
集合的表示方法通常有两种：一种是直接列出所有的元素，另一种是规定元素所具有的性质。
例如：${}c b a A ,,=；{})(x p x S =，其中)(x p 表示元素x 具有的性质。
本文中常用的集合及记号有： 整数集合{} ,3,2,1,0±±±=Z ；非零整数集合{}{} ,3,2,10\±±±==*Z Z ；正整数（自然数）集合{} ,3,2,1=+Z；有理数集合Q ，实数集合R ，复数集合C 等。
—一个集合A 的元素个数用A 表示。
当A 中有有限个元素时，称为有限集，否则称为无限集。
用∞=A 表示A 是无限集，∞<A 表示A 是有限集。
群的定义——精选推荐
群的等价定义及证明风雷摘要：群是近世代数一门古老而丰富的分支，交换群在几何学扮演了很重要的角色，有限群建立了伽利略的方程理论，这两个领域为群的发展提供了原始动力.本文主要讨论群的定义，并证明了它们的等价性，我们的主要目的是通过群的定义而获得群的一些基本性质并为以后的学习打下坚实的基础，另外本文还举例说明了群的一些性质在编码中的应用.关键词:群；等价性；单位元；逆元1 引言近世代数的主要研究对象是各种各样的代数系，即具有一些n 元运算的集合.代数系中最简单的是具有一个二元运算，本文主要论述的群就是这样的代数系，群是近世代数的一个重要分支，在自然科学的许多领域中都有应用，如在自动机理论中就用到半群和群，在信息安全与编码理论中就用到群.群只有一种代数运算，我们已经知道，一个代数运算用什么符号表示是可以有我们自由决定的，有时可以用“ ”，有时可以用“⋅”，在实际运用中，对于一个群的代数运算表示，为便利起见不用“ ”来表示，而用普通乘法的符号来表示，就是我们不写 a b ，而写a b ⋅ ，因此我们不妨就把一个群的代数运算叫做乘法，当然一个群的乘法一般不是普通的乘法，下面主要就群的定义及其证明进行具体分析.2 群的第一定义设G 是一个非空集合，它对于一个叫作乘法的代数运算来说作成一个群，假如 ⅠG 对于这个乘法来说是闭的；Ⅱ 结合律成立：()()a bc ab c =对于的G 任意三个元素都成立;Ⅲ G 中有单位元素的存在，即存在元素e ，使的对于G 的每一元素a ，都有 ;ea ae a ==Ⅳ G 中元素有逆元，即对于G 的每一个元素a ，存在的G 元素1a -，使得11a a aa e --==.当群的运算“ ”满足交换律时，称(),G 为交换群，或阿贝尔群.例如，整数集Z 关于数的加法构成交换群(),G ，单位元是0，每一个数的逆元是它的负数，Z 关于数的乘法不够成群因为除了1,-1外的数没逆.例1 设G 为整数集，问：G 对运算4ab a b =++ 是否作成群？解：由于对任意整数显然4a b ++为由于惟一确定的整数，故Ⅰ成立.其次，有()(4)(4)48ab c a b ca b c a b c =++=++++=+++同理有()8a bc a b c =+++.因此，对G 中任意元素,,a b c 有 ()()ab c a bc =即Ⅱ成立.又因为对任意整数a 均有(4)(4)44a a a a -=-=-+=.即Ⅲ成立.最后，由于(8)(8)844a a a a a a --=--=--++=- 即Ⅳ成立.因此，整数集对代数运算“ ”作成一个群.例2 设 G ={1,-1,i,-i}，“。
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所以结合律成立．
(3) 对任意的 a,b Zm ,
a b a b b a b a,
所以交换律成立．
(4) 对任意的 a Zm ，
a 0 a 0 a,
且
0 a 0 a a,
的代表元的选取无关即可．设
a a ', b b ',
则
m | a a ', m | b b '.
于是 m | (a a ') (b b ') (a b) (a ' b '),
m | (a a ')b (b b ')a ' (ab) (a 'b ').
从而
a b a ' b ', ab a 'b'. 所以+与 都是Zm上的代数运算.
的逆元记作 a, 并称a为 a 的负元．
2．习惯上，只有当群为交换群时，才用“＋” 来表 示群的运算，并称这个运算为加法，把运算的 结果叫做和，同时称这样的群为加群．相应地, 将 不是加群的群称为乘群，并把乘群的运算叫做乘法， 运算的结果叫做积．在运算过程中，乘群的运算符号 通常省略不写．今后，如不作特别声明，我们总假定 群的运算是乘法．当然, 所有关于乘群的结论对加群 也成立（必要时, 作一些相关的记号和术语上改变）．
a b b a e. 则称 G关于运算“ ”构成一个群（group），记作 (G,) ．在不致引起混淆的情况下, 也G称为群．
注 1．(G2)中的元素 e 称为群 G的单位元
（unit element）或恒等元（identity）；
(G3)中的元素 b 称为 a 的逆元（inverse）．
我们将证明：群G 的单位元 e 和每个元素的逆元 都是惟一的．G中元素 a的惟一的逆元通常记作a1．
定义1.2.2 设G是一个非空集合，“ ”G是 上的 一个代数运算，即对所有的a,b G,有 a b G. 如 果G的运算还满足
(G1) 结合律，即对所有的a,b,c G, 有； (a b) c a (b c);
(G2) G中有元素e，使对每个a G ，有
e a a e a; (G3) 对G中每个元素 ，存在元素b G，使
所以x有逆元 xn1 ．
因此 Un关于数的乘法构成一个群．通常称这个群为
n次单位根群，显然U
是一பைடு நூலகம்具有
n
n个元素的交换群．
例８ 设 m是大于1的正整数，则 Zm关于剩余 类的加法构成加群.这个群称为Z 的模 m剩余类加群．
证 (1) 由例２知，剩余类的加法“＋”是Zm 的
代数运算． (2) 对任意的 a,b ,c Zm ，
（finite group），否则称G为无限群（infinite group).
例３ 整数集Z 关于数的加法构成群．这个群
称为整数加群．
证 对任意的 a,b Z ，有a b Z，所以“＋”
是 Z上的一个代数运算．同时，对任意的a,b,c Z,
有
(a b) c a (b c),
所以结合律成立.
2．如果群 G的运算还满足交换律，即对任意的 a,b G ，有 a b b a ，则称G 是一个交换群
（commutative group）或阿贝尔群（abelian group)．
3．群G 中元素的个数称为群 G的阶（order），
记为| G ．| 如果| G 是| 有限数, 则称 G为有限群
例６ 集合{1, 1,i, i}关于数的乘法构成交换群
例７ 全体 n次单位根组成的集合
Un {x C | xn 1}
cos
2k
n
i sin 2k
n
k
0,1,2,L
, n 1
关于数的乘法构成一个n阶交换群．
证 (1) 对任意的 x, y Un，因为xn 1, yn 1,
所以
(xy)n xn yn 11 1,
例１ 有理数的加法、减法和乘法都是有理数集 Q上的代数运算,除法不是Q上的代数运算．如果只考
虑所有非零有理数的集合Q*, 则除法是Q*上的代数运 算.
例２ 设 m 为大于1的正整数，Zm为Z 的模 m
剩余类集．对 a,b Zm ，规定 a b ab a b ab.
则“＋”与 “ ”Z都m是 上的代数运算． 证 我们只要证明, 上面规定的运算与剩余类
另一方面 0 Z，且a Z,有 a 0 0 a a,
所以0为 Z 的单位元. 又对每个a Z, 有 a (a) (a) a 0,
所以a是 a的逆元.
从而 Z关于“＋”构成群，显然这是一个交换群．
注 1．当群的运算用加号 “＋”表示时，通常
将G 的单位元记作0，并称0为G 的零元；将 a G
§1.2 群的概念
❖ 群的定义 ❖ 群的性质 ❖ 群的判别
一．群的定义
定义1.2.1 设A是一个非空集合, 若对A中任意 两个元素a,b, 通过某个法则“ ”，A有 中惟一确定的
元素c与之对应, 则称法则“ ”为集合上的一个代数运 算（algebraic operation）．元素c是a,b,通过运 算“ ”作用的结果, 我们将此结果记为a b c.
因此 xy Un．于是“ ”是Un 的代数运算．
(2) 因为数的乘法满足交换律和结合律，所以Un
的乘法也满足交换律和结合律．
(3) 由于 1Un，且对任意的 x Un ，
1 x x1 x
所以1为U
的单位元．
n
(4) 对任意的 x Un ，有 xn1 Un ，且
x xn1 xn1 x xn 1,
例４ 全体非零有理数的集合Q*关于数的乘法
构成交换群, 这个群的单位元是数1，非零有理数
a
a
b
b
的逆元是
的倒数
b
a ．同理，全体非零实数的
集R*、全体非零复数的集合C*关于数的乘法也．
构成交换群．
例５ 实数域R上全体 n 阶方阵的集合 Mn (R)， 关于矩阵的加法构成一个交换群．全体 n阶可逆 方阵的集合GLn (R)关于矩阵的乘法构成群，GLn (R) 群中的单位元是单位矩阵 En ，可逆方阵 AGLn (R) 的逆元是 A 的逆矩阵 A1. 当 n 1 时，GLn (R) 是一个非交换群．
所以0为 Zm的零元．