Κεφάλαιο 9. Οµάδες συγκεκριµένης τάξης. 9.1 Οµάδες τάξης pq. Z p 2 και Z p Z p.

Σχετικά έγγραφα
Κεφάλαιο 4. Ευθέα γινόµενα οµάδων. 4.1 Ευθύ εξωτερικό γινόµενο οµάδων. i 1 G 1 G 1 G 2, g 1 (g 1, e 2 ), (4.1.1)

Κεφάλαιο 6. Πεπερασµένα παραγόµενες αβελιανές οµάδες. Z 4 = 1 και Z 2 Z 2.

Κεφάλαιο 8. Η οµάδα S n. 8.1 Βασικές ιδιότητες της S n

Κεφάλαιο 5. ράση οµάδας. 5.1 Ορισµοί - Βασικές έννοιες. i. g 1 (g 2 α) = (g 1 g 2 ) α, g 1, g 2 G, α A

Τίτλος Μαθήματος: Θεωρία Ομάδων. Ενότητα: Θεωρία Sylow. Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης. Τμήμα: Μαθηματικών

G = a. H = g n. a m = a nq+r = a nq a r = (a n ) q a r = a r = (a n ) q a m. h = a m = a nq = (a n ) q a n

(m, n) = 1 τότε Aut(H K) = Aut(H) Aut(K). Z(GL(2, R)), Z(SL(2, R)), Z(GL(n, R)), Z(SL(n, R)). } a b 0 c {( ) 1 b A = 0 1 {( ) a 0 D = 0 c T = } : b R

ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΟΜΕΣ Ι. Ασκησεις - Φυλλαδιο 8

Στο κεφάλαιο αυτό εφαρµόζουµε τη Θεωρία Galois, όπως αυτή αναπτύχθηκε στα δύο προηγούµενα κεφάλαια, στην περίπτωση των πεπερασµένων σωµάτων.

Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 4 1 2

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΟΜΕΣ Ι. Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

f(n) = a n f(n + m) = a n+m = a n a m = f(n)f(m) f(a n ) = b n f : G 1 G 2, f(a n a m ) = f(a n+m ) = b n+m = b n b m = f(a n )f(a m )

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Ηµιαπλοί ακτύλιοι

Κεφάλαιο 7. Σειρές Οµάδων. 7.1 Σειρές σύνθεσης. G = G 0 G 1 G 2 G n... G = G 0 G 1 G r = {e}. (7.1.1)

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΟΜΕΣ Ι. Επιλυση Ασκησεων - Φυλλαδιο 2

Οµάδες Πηλίκα και τα Θεωρήµατα Ισοµορφισµών

Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

Κεφάλαιο 2. Παραγοντοποίηση σε Ακέραιες Περιοχές

ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΟΜΕΣ Ι. Ασκησεις - Φυλλαδιο 8

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: Κεντρικές Απλές Άλγεβρες

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: Αναπαραστάσεις Πεπερασµένων Οµάδων Ι

Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 5

Ακρότατα υπό συνθήκη και οι πολλαπλασιαστές του Lagrange

f x = f a + Df a x a + R1 x, a, x U και από τον ορισµό της 1 h f a h f a h a h h a R h a i i j

Απλές επεκτάσεις και Αλγεβρικές Θήκες

ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΟΜΕΣ Ι. Ασκησεις - Φυλλαδιο 4

Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

= s 2m 1 + s 1 m 2 s 1 s 2

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: Εφαρµογή: Το θεώρηµα του Burnside

Αλγεβρικές Δομές Ι. 1 Ομάδα I

Η οµή των Κυκλικών Οµάδων

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: Τανυστικά Γινόµενα

Μάθηµα Θεωρίας Αριθµών Ε.Μ.Ε

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις Επαναληψης

Κεφάλαιο 0. Μεταθετικοί ακτύλιοι, Ιδεώδη

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 7

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις - Φυλλαδιο 7

{ } ΠΛΗ 12: ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Ι 2 η ΓΡΑΠΤΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Απαντήσεις. 1. (15 µονάδες)

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 9

3.1 είκτης υποοµάδας - Θεώρηµα Lagrange

f x = f a + Df a x a + R1 x, a, x U και από τον ορισµό της 1 h f a h f a h a h h a R h a i i j

Κεφάλαιο 5. Κυκλοτοµικά πολυώνυµα. 5.1 Ρίζες της µονάδας. char F = p και ο p δεν διαιρεί τον n.

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Ασκησεις - Επανάληψης. ιδασκων: Α. Μπεληγιάννης Ιστοσελιδα Μαθηµατος :

Σηµειώσεις Θεωρίας Αριθµών. Θ. Θεοχάρη-Αποστολίδη

Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 3

Τελική Εξέταση 10 Φεβρουαρίου 2017 ιάρκεια εξέτασης 2 ώρες και 30 λεπτά

Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 10

Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 5

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: Συνθήκες Αλυσίδων

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις - Φυλλαδιο 3

Συσχετισµός ϑεµελιώδους οµάδας και πρώτης οµάδας οµολογίας

Κεφάλαιο 2. Υποοµάδες και οµοµορφισµοί οµάδων. 2.1 Υποοµάδες. Q R C και ότι αν η πρόσθεση στο C περιοριστεί στα στοιχεία του R δίνει

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις - Φυλλαδιο 9

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Πρώτα και Μεγιστοτικά Ιδεώδη

Οι πραγµατικοί αριθµοί

Κεφάλαιο 1. Βασικές Εννοιες. 1.1 Ορισµός οµάδας - Παραδείγµατα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Ριζικό του Jacobson

Κεφάλαιο 7 Βάσεις και ιάσταση

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Ασκησεις Επαναληψης. ιδασκων: Α. Μπεληγιάννης Ιστοσελιδα Μαθηµατος :

2 o Καλοκαιρινό σχολείο Μαθηµατικών Νάουσα 2008

ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΟΜΕΣ Ι. Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Το ϑεώρηµα παρεµβολής του Riesz και η ανισότητα Hausdorff-Young. Απόστολος Γιαννόπουλος.

τη µέθοδο της µαθηµατικής επαγωγής για να αποδείξουµε τη Ϲητούµενη ισότητα.

Οµάδες Μεταθέσεων. Κεφάλαιο Συνοπτική Θεωρία. S(X ) = { f : X X f : απεικόνιση «1-1» και «επί» }

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Προτεινοµενες Ασκησεις - Φυλλαδιο 9

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

f(x) = e x g(y) = log e y f(x 1 ) = f(x) 1 f(x k ) = f(x) k

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: L p Σύγκλιση. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

Τίτλος Μαθήματος: Θεωρία Ομάδων. Ενότητα: Ευθέα Γινόμενα Ομάδων. Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης. Τμήμα: Μαθηματικών

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 1

Όνοµα: Λιβαθινός Νικόλαος 2291

11. Η έννοια του διανύσµατος 22. Πρόσθεση & αφαίρεση διανυσµάτων 33. Βαθµωτός πολλαπλασιασµός 44. Συντεταγµένες 55. Εσωτερικό γινόµενο

ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΟΜΕΣ Ι. Ασκησεις - Φυλλαδιο 4

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Θεώρηµα Sylow. Κεφάλαιο ιατύπωση και Απόδειξη του Θεωρήµατος. (x, y) R x = ayb

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις - Φυλλαδιο 8

Παρουσίαση 1 ΙΑΝΥΣΜΑΤΑ

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 6

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9: Επαγόµενοι Χαρακτήρες και το Θεώρηµα του Frobenius

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις - Φυλλαδιο 6

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 2

Ασκήσεις για το µάθηµα «Ανάλυση Ι και Εφαρµογές»

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 2

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: Εφαρμογή: Το θεώρημα του Burnside

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 3

Γραµµικη Αλγεβρα Ι Επιλυση Επιλεγµενων Ασκησεων Φυλλαδιου 7

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 1

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις - Φυλλαδιο 8

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις - Φυλλαδιο 7

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι ΕΡΓΑΣΙΑ 6 ΛΥΣΕΙΣ

KΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ. { 1,2,3,..., n,...

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 5

1 Η εναλλάσσουσα ομάδα

Transcript:

Κεφάλαιο 9 Οµάδες συγκεκριµένης τάξης Στο κεφάλαιο αυτό ϑα εφαρµόσουµε τη ϑεωρία που αναπτύχθηκε στα προηγούµενα κεφάλαια για να περιγράψουµε οµάδες τάξης pq, όπου p, q είναι διακεκριµένοι πρώτοι αριθµοί, καθώς και οµάδες µικρής τάξης. 9.1 Οµάδες τάξης pq Εστω G µία οµάδα τάξης p 2, όπου p είναι πρώτος ϕυσικός αριθµός. Από το Πόρισµα 5.1.14 γνωρίζουµε ότι η G είναι αβελιανή και από τα Θεωρήµατα 6.3.4 και 6.3.7 προκύπτει ότι οι µη ισόµορφες οµάδες τάξης p 2 είναι οι : Z p 2 και Z p Z p. Προκειµένου να εξετάσουµε τις οµάδες τάξης pq, αρκεί να περιοριστούµε στην περίπτωση που p και q είναι διακεκριµένοι πρώτοι. Εστω, λοιπόν, G = pq, όπου p, q είναι διακεκριµένοι πρώτοι ϕυσικοί αριθµοί. Χωρίς περιορισµό της γενικότητας µπορούµε να υποθέσουµε ότι p > q. Σύµφωνα µε τα Θεωρήµατα Sylow υπάρχει στοιχείο α G µε ord(α) = q και στοιχείο β G µε ord(β) = p. Η οµάδα β είναι µία Sylow p-υποοµάδα και οι συζυγείς της είναι πλήθους N p = (1 + kp) q µε k 0. Οµως p > q, άρα k = 0 και υπάρχει µία µόνον υποοµάδα της G τάξης p. Από το Πόρισµα 5.3.9 προκύπτει ότι αυτή οφείλει να είναι κανονική, εποµένως β G. Οµοια υπάρχουν 1 + λq πλήθους συζυγείς υποοµάδες της α, για κάποιον λ N. Ακόµη (1 + λq) p. Επειδή ο p είναι πρώτος διακρίνουµε δύο περιπτώσεις : i. 1 + λq = 1 ii. 1 + λq = p. 201

202 Θ. Θεοχάρη - Αποστολίδη Θεωρία Οµάδων i. Αν 1 + λq = 1, τότε λ = 0 και υπάρχει µοναδική Sylow p-υποοµάδα της G και εποµένως α G. Τότε για τις κανονικές υποοµάδες α και β της G ισχύει α β G (ϐλ. Πρόταση 3.2.10). Ακόµη α β = {e}, αφού α = q, β = p, p q και η α β διαιρεί το p και το q. Εποµένως α β α β (ϐλ. Πρόταση 4.2.5), δηλ. α β = G, και συνεπώς G = α β α β = (α, β), αφού ( α, β ) = (p, q) = 1, (ϐλ. Πρόταση 2.2.7). Συµπεραίνουµε, λοιπόν, ότι στην περίπτωση i) η οµάδα G είναι κυκλική. ii. Εστω, τώρα, ότι ισχύει 1 + λq = p, για λ > 0 ισοδύναµα p 1modq. Τότε η α δεν είναι κανονική υποοµάδα της G. Αφού β G, έπεται ότι α 1 βα β. Επίσης ord(α 1 βα) = ord(β) = p (ϐλ. Πρόταση 2.2.4). Άρα α 1 βα = β r, για 1 r p 1, διότι όλα τα µη τετριµµένα στοιχεία της β έχουν τάξη p (ϐλ. Πρόταση 2.2.5,i). Αν r = 1, τότε α 1 βα = β, δηλ αβ = βα και η οµάδα G είναι αβελιανή. Τότε, όπως προηγουµένως, συµπεραίνουµε ότι G α β και η G είναι κυκλική, δηλ. ϐρίσκουµε την περίπτωση i). Άρα οφείλουµε να εξετάσουµε τις περιπτώσεις που r 1, δηλ. r / 1modp. Είναι εύκολο ο αναγνώστης να αποδείξει επαγωγικά ως προς k ότι Τότε για k = q, έχουµε ότι (ϐλ. Πρόταση 2.2.2 ii). Καταλήγουµε έτσι στο επόµενο. α k βα k = β rk, k N. β = β rq r q 1modp Θεώρηµα 9.1.1 Εστω p, q διακεκριµένοι πρώτοι ϕυσικοί αριθµοί µε p > q. Τότε υπάρχουν ακριβώς δύο µη ισόµορφες οµάδες τάξης pq. i. Η κυκλική οµάδα αν p / 1modq. Z pq Z p Z q

Κεφάλαιο 9 Εδάφιο 9.2 Οµάδες τάξης 8 203 ii. Η οµάδα α, β α q = e = β p, α 1 βα = β r, r / 1modp, r q 1modp αν p 1modp. Ειδικές περιπτώσεις 9.1.2 i. Οµάδες τάξης 6 Σύµφωνα µε το Θεώρηµα 9.1.1 υπάρχουν δύο µη ισόµορφες οµάδες τάξης 6: α) η Z 6 Z 2 Z 3 µε αναλλοίωτο παράγοντα το 6. ϐ) α, β α 2 = e = β 3, αβα = β 2 S 3 D 2 3 (ϐλ. άσκηση 2.3.19) ii. Οµάδες τάξης 10 Σύµφωνα µε το Θεώρηµα 9.1.1 υπάρχουν δύο ακριβώς οµάδες τάξης 10: α) η κυκλική Z 10 Z 2 Z 5 ϐ) η διεδρική D 2 5 iii. Οµάδες τάξης 14 Σύµφωνα µε το Θεώρηµα 9.1.1 υπάρχουν δύο ακριβώς οµάδες τάξης 14: α) η κυκλική Z 14 Z 2 Z 7 ϐ) η διεδρική D 2 7 iv. Οµάδες τάξης 15 Επειδή 5 / 1mos3 έπεται από το Θεώρηµα 9.1.1 ότι υπάρχει ακριβώς µία µόνον οµάδα τάξης 15 µε προσέγγιση ισοµορφίας η κυκλική Z 15 Z 3 Z 5. 9.2 Οµάδες τάξης 8 Ας ξενικήσουµε µε τις αβελιανές οµάδες τάξης 8. Σύµφωνα µε το Θεώρηµα 6.3.7 οι αβελιανές οµάδες τάξης 8 είναι τρεις όσες οι προσθετικές αναλύσεις του 3: Z 8, Z 2 Z 2 Z 2, Z 2 Z 4. Στη συνέχεια υπολογίζουµε τις µη ισόµορφες µη αβελιανές οµάδες τάξης 8. Οι δυνατές τάξεις στοιχείων µίας οµάδας G τάξης 8 είναι : 1,2,3 και 8. Αν

204 Θ. Θεοχάρη - Αποστολίδη Θεωρία Οµάδων υπάρχει στοιχείο τάξης 8 στην G, τότε αυτή είναι κυκλική, δηλ. αντιµεταθετική. Επίσης αν όλα τα στοιχεία α e της G έχουν τάξη 2, τότε η G είναι αβελιανή. Άρα προκειµένου να ϐρούµε τις µη αβελιανές οµάδες τάξης 8, αρκεί να περιοριστούµε στην περίπτωση που υπάρχει στοιχείο τάξης 4. Εστω, λοιπόν, α G και ord(α) = 4. Τότε [G α ] = 2 και α G (ϐλ. Πρόταση 3.2.5). Ακόµη G = α α β και G/ α = { α, α β}, για κάποιο στοιχείο β α (ϐλ. Πρόταση 3.1.4). Παρατηρούµε ότι, αφού η G/ α έχει τάξη δύο, τότε β 2 α. Επειδή α = {e, α, α 2, α 3 } = α 3, έπεται ότι ord(β 2 ) = 2 ή 4. Αν ord(β 2 ) = 4, δηλ. β 2 = α ή β 2 = α 3, τότε ord(β) = 8 και G = β. Αυτό αποκλείεται αφού η περίπτωση των αβελιανών οµάδων έχει αντιµετωπιστεί. Εποµένως ord(β 2 ) = 2 και αφού β 2 α έπεται ότι β 2 = e ή β 2 = α 2. (9.2.1) Το γεγονός ότι α G µας οδηγεί στη σχέση β 1 αβ α και, επειδή ord(α) = ord(β 1 αβ) (ϐλ. Πρόταση 2.2.4), έπεται ότι β 1 αβ = α ή β 1 αβ = α 3. Αν β 1 αβ = α, τότε αβ = βα, οπότε η G είναι αβελιανή οµάδα. Ετσι η µόνη σχέση που αφορά τις µη αβελιανές οµάδες είναι η β 1 αβ = α 3 (9.2.2) Από τις σχέσεις 9.2.1 και 9.2.2 προκύπτουν οι δυνατές παραστάσεις των µη αβελιανών οµάδων τάξης 8: i. α, β α 4 = e = β 2, β 1 αβ = α 3 D 2 4 και ii. α, β α 4 = e, α 2 = β 2, β 1 αβ = α 3 Q (ϐλ. εδάφιο 3.4). Οι ισοµορφισµοί αυτοί, όπως είδαµε, προκύπτουν ότι από τον τρόπο που πολλαπλασιάζονται τα στοιχεία των οµάδων. Ετσι δηµιουργούµε τον πίνακα Cayley της D 2 4 και της Q. Ετσι καταλήγουµε στο επόµενο συµπέρασµα. Θεώρηµα 9.2.1 Οι οµάδες τάξης 8 µε προσέγγιση ισοµορφίας είναι οι : i. οι αβελιανές οµάδες : Z 8, Z 2 Z 4, Z 2 Z 2 Z 2, ii. οι µη αβελιανές : D 2 4, Q 8.

Κεφάλαιο 9 Εδάφιο 9.3 Οµάδες τάξης 12 205 9.3 Οµάδες τάξης 12 Από το Θεώρηµα 6.3.4 γνωρίζουµε ότι οι αβελιανές οµάδες τάξης 12 είναι οι : Z 3 Z 4 Z 12, Z 2 Z 2 Z 3 Z 2 Z 6. Θα ασχοληθούµε στη συνέχεια µε τις µη αβελιανές οµάδες τάξης 12. Εστω G µίας τέτοια οµάδα, Η µία 2-Sylow υποοµάδα της G και Κ µία 3-Sylow υποοµάδα της G. Από το Παράδειγµα 5.3.12.2 γνωρίζουµε ότι ή H G ή K G. Η περίπτωση και οι δύο οµάδες Η και Κ να είναι κανονικές µας οδηγούν σε αβελιανές οµάδες (ϐλ. Θεώρηµα 4.2.3 και Πρόταση 4.1.3). Αν H G, τότε i. HK < G (ϐλ. Πρόταση 3.1.2) ii. H K = {e} λόγω του Θεωρήµατος Lagrange iii. HK = G άρα η G = H K (ϐλ. Ορισµός 7.2.3) Οµοια αν K G, τότε G = K H. Εποµένως σε κάθε περίπτωση η G είναι ηµιευθύ γινόµενο υποοµάδων της. Συγκεκριµένα της Z 2 µέσω της Κ και της Κ µεσω της Z 2 όπου K Z 2 Z 2. Θα αποδείξουµε δύο χρήσιµες προτάσεις. Πρόταση 9.3.1 Η οµάδα A 4 είναι η µοναδική υποοµάδα της S 4 µε τάξη 12. Απόδειξη Εστω H < S 4 µε H = 12, τότε [S 4 H] = 2 και εποµένως H S 4. Επειδή H = 2 2 3 η οµάδα Η έχει στοιχείο τάξης 3 και στοιχείο τάξης 2. Από το Παράδειγµα 8.1.11.3 κάθε στοιχείο της S 4 τάξης 3 είναι 3-κύκλος και ακόµη αν η Η περιέχει έναν 3-κύκλο ϑα περιέχει, ως κανονική υποοµάδα, όλα τα συζυγή του δηλ. όλους τους 3-κύκλους (ϐλ. Πρόταση 8.1.10), πλήθους 8. Συνεπώς η Η έχει τουλάχιστον 9 στοιχεία. Ανάλογα να η Η περιέχει ένα στοιχείο δύο µε δοµή ( ), τότε ϑα περιέχει όλους τους 2-κύκλους που είναι πλήθους 6. Ετσι, όµως, η Η ϑα έχει τουλάχιστον 15 στοιχεία που είναι αδύνατον. Άρα η Η περιέχει ένα στοιχείο τάξης 2 µε δοµή ( )( ) και ϐέβαια όλα τα στοιχεία της ίδιας δοµής, που είναι πλήθους 3. Τότε η Η περιέχει 12 στοιχεία και ακριβώς όλες τις άρτιες µεταθέσεις της S 4, εποµένως H = A 4. Πρόταση 9.3.2 Αν µία οµάδα τάξης 12 δεν είναι ισόµορφη µε την A 4, τότε έχει ένα στοιχείο τάξης 6.

206 Θ. Θεοχάρη - Αποστολίδη Θεωρία Οµάδων Απόδειξη Εστω G µία οµάδα τάξης 12 τέτοια ώστε G / A 4 και K = {e, α, α 2 } µία 3-Sylow υποοµάδα της. Εστω X = {xk x G}, αφού [G K] = 4, έπεται ότι X = 4. Θεωρούµε τη δράση G K X, (g, xk) gxk και την παράσταση στη G µε µετασχηµατισµούς (ϐλ. άσκηση 5.1.8). Τότε π G S X S 4 Kerπ = gkg 1 K. (9.3.1) g G Άρα Kerπ = 1 ή 3. Αν Kerπ = 1, τότε η π είναι µονοµορφισµός και G S 4. Αυτό είναι αδύνατον από την υπόθεση για την G. Άρα Kerπ = 3 και συνεπώς Kerπ = K, λόγω της 9.3.1. Τότε η K ως πυρήνας οµοµορφισµού είναι κανονική υποοµάδα της G, δηλ. η K είναι η µοναδική 3-Sylow υποοµάδα της G και συνεπώς τα α και α 2 είναι τα µόνα στοιχεία της G µε τάξη 3. Εστω, τώρα, C G (α) ο κεντροποιητής του α στην G, τότε [G C G (α)] είναι το πλήθος των συζυγών του α (ϐλ. Θεώρηµα 5.1.12) που αναγκαστικά ανήκουν στην K γιατί K G. Άρα [G C G (α)] = 1 ή 2, αφού K = 3, συνεπώς C G (α) = 12 ή 6. Στην υποοµάδα C G (α), από τα Θεωρήµατα του Sylow, υπάρχει στοιχείο, έστω β, τάξης 2 και ακόµα αβ = βα. Από την Πρόταση 2.2.7 έπεται ότι ord(αβ) = 6, άρα η G έχει στοιχείο τάξης 6. Από τη Απόδειξη της Πρότασης 9.3.2 προκύπτουν τα ακόλουθα. Πόρισµα 9.3.3 Αν G είναι µία οµάδα τάξης 12 και G A 4, τότε η G έχει µία κανονική Sylow 3-υποοµάδα. Πόρισµα 9.3.4 Εστω G µία οµάδα τάξης 12. Αν έχει µία κανονική Sylow 2-υποοµάδα Η, τότε είναι ισόµορφη µε την A 4 και αναγκαστικά H Z 2 Z 2. Θα εξετάσουµε, τώρα, τις µη ισόµορφες µε την A 4 οµάδες τάξης 12. Εστω G µία τέτοια οµάδα. Τότε η G έχει µία κανονική Sylow 3-υποοµάδα K = < y y 3 = e >= {e, y, y 2 }. Εστω ακόµη Η µία Sylow 2-υποοµάδα της G. Η οµάδα Η δρα στην Κ ως εξής : και ορίζεται ο οµοµορφισµός οµάδων H K K, (h, k) hkh 1 ϕ H Aut(K), h ϕ h, (9.3.2)

Κεφάλαιο 9 Εδάφιο 9.3 Οµάδες τάξης 12 207 όπου ϕ h (k) = hkh 1. Οµως, η οµάδα Aut(K) έχει δύο στοιχεία, αφού K = 3, την ταυτότητα ϕ h K K, k k και την απεικόνιση ϕ h K K, k k2, όπου k K, ϐλ. Πρόταση 2.3.5, ii) και Ασκήσεις 2.3.16 και 17. Αν ϕ h (k) = k, k K, τότε hkh 1 = k, δηλ. hk = kh και η G είναι αναγκαστικά αβελιανή. Οπότε η µόνη δυνατή περίπτωση που µένει είναι η δηλ. ϕ h (y) = y 2, hyh 1 = y 2, e h H. (9.3.3) Η οµάδα Η µπορεί να είναι κυκλική ή µη κυκλική. περίπτωση που η Η είναι κυκλική, δηλ. Εξετάζουµε την H = < x x 4 = e >= {e, x, x 2, x 3 }. (9.3.4) τότε από τις σχέσεις (9.3.3) και (9.3.4) τα στοιχεία της G ικανοποιούν τις σχέσεις x 4 = e, y 3 = e, xyx 1 = y 2. Είναι εύκολο να δούµε ότι η είναι οµάδα και εποµένως < x, y x 4 = e = y 3, xyx 1 = y 2 > G =< x, y x 4 = e = y 3, xyx 1 = y 2 > (9.3.5) είναι η οµάδα τάξης 12 που είναι ηµιευθύ γινόµενο K H, για την κυκλική οµάδα Η. Εστω, τώρα, ότι η Η είναι µη κυκλική, οµάδα τάξης 4, δηλ. H =< z, w z 2 = w 2 = (zw) 2 = e >= {e, z, w, zw}. Τότε η συνάρτηση ϕ στη σχέση (9.3.2) έχει πυρήνα µία υποοµάδα τάξης 2, αφού η G είναι µία µη αβελιανή οµάδα και H = 4, ενώ Aut(K) = 2. Εστω Kerϕ =< w >, τότε ϕ w (y) = y, ενώ ϕ z (y) = y 2. Άρα τα στοιχεία των οµάδων Η,Κ ικανοποιούν τις σχέσεις z 2 = w 2 = e, zw = wz, wyw 1 = y, και zyz 1 = y 2.

208 Θ. Θεοχάρη - Αποστολίδη Θεωρία Οµάδων Οπότε ord(wy) = 6 και zxz 1 = zwyz 1 = wy 2 = y 2 w = (wy) 1. Άρα τα στοιχεία της G ικανοποιούν τις σχέσεις (wy) 6 = e, z 2 = e. z(wy)z 1 = (wz) 1 ϑέτουµε wz = α και έχουµε τις σχέσεις Άρα η α 6 = e, z 2 = e, zαz = α 1. G =< α, z α 6 = e = z 2, zαz [ 1] = α 5 >, οπότε η G D 2 6. Καταλήγουµε έτσι στο ακόλουθο. Θεώρηµα 9.3.5 Οι µη ισόµορφες οµάδες τάξης 12 είναι οι ακόλουθες : i. οι αβελιανές : Z 12, Z 2 Z 6, ii. οι µη αβελιανές : A 12, D 2 6, και < x, y x 4 = e = y 3, xyx 1 = y 2 >.