O generalizare a unei probleme de algebră dată la Olimpiada de Matematică, faza judeţeană, 2013

Σχετικά έγγραφα
Criterii de comutativitate a grupurilor

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

Curs 4 Serii de numere reale

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

Curs 1 Şiruri de numere reale

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

Curs 2 Şiruri de numere reale

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

Cursul Măsuri reale. D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 15

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

1.3 Baza a unui spaţiu vectorial. Dimensiune

Lucrare. Varianta aprilie I 1 Definiţi noţiunile de număr prim şi număr ireductibil. Soluţie. Vezi Curs 6 Definiţiile 1 şi 2. sau p b.

Integrala nedefinită (primitive)

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

riptografie şi Securitate

Principiul Inductiei Matematice.

Functii Breviar teoretic 8 ianuarie ianuarie 2011

Subiecte Clasa a VII-a

Concurs MATE-INFO UBB, 1 aprilie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

Capitolul 4. Integrale improprii Integrale cu limite de integrare infinite

Orice izometrie f : (X, d 1 ) (Y, d 2 ) este un homeomorfism. (Y = f(x)).

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

2 Transformări liniare între spaţii finit dimensionale

6 n=1. cos 2n. 6 n=1. n=1. este CONV (fiind seria armonică pentru α = 6 > 1), rezultă

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

Rădăcini primitive modulo n

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Concurs MATE-INFO UBB, 25 martie 2018 Proba scrisă la MATEMATICĂ

Spatii liniare. Exemple Subspaţiu liniar Acoperire (înfăşurătoare) liniară. Mulţime infinită liniar independentă

CONCURS DE ADMITERE, 17 iulie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

SEMINARUL 3. Cap. II Serii de numere reale. asociat seriei. (3n 5)(3n 2) + 1. (3n 2)(3n+1) (3n 2) (3n + 1) = a

Olimpiada Naţională de Matematică Etapa locală Clasa a IX-a M 1

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

Examen AG. Student:... Grupa:... ianuarie 2011

SUBGRUPURI CLASICE. 1. SUBGRUPURI recapitulare

EDITURA PARALELA 45 MATEMATICĂ DE EXCELENŢĂ. Clasa a X-a Ediţia a II-a, revizuită. pentru concursuri, olimpiade şi centre de excelenţă

Capitolul II. Grupuri. II.1. Grupuri; subgrupuri; divizori normali; grupuri factor

1. Sisteme de ecuaţii liniare Definiţia 1.1. Fie K un corp comutativ. 1) Prin sistem de m ecuaţii liniare cu n necunoscute X 1,...

a) (3p) Sa se calculeze XY A. b) (4p) Sa se calculeze determinantul si rangul matricei A. c) (3p) Sa se calculeze A.

Criptosisteme cu cheie publică III

Subiecte Clasa a VIII-a

CONCURSUL DE MATEMATICĂ APLICATĂ ADOLF HAIMOVICI, 2017 ETAPA LOCALĂ, HUNEDOARA Clasa a IX-a profil științe ale naturii, tehnologic, servicii

Capitolul 4 PROPRIETĂŢI TOPOLOGICE ŞI DE NUMĂRARE ALE LUI R. 4.1 Proprietăţi topologice ale lui R Puncte de acumulare

GEOMETRIE PLANĂ TEOREME IMPORTANTE ARII. bh lh 2. abc. abc. formula înălţimii

Capitolul 2. Integrala stochastică

Ecuatii exponentiale. Ecuatia ce contine variabila necunoscuta la exponentul puterii se numeste ecuatie exponentiala. a x = b, (1)

f(x) = l 0. Atunci f are local semnul lui l, adică, U 0 V(x 0 ) astfel încât sgnf(x) = sgnl, x U 0 D\{x 0 }. < f(x) < l +

BARAJ DE JUNIORI,,Euclid Cipru, 28 mai 2012 (barajul 3)

1 Corpuri finite. 1.1 Introducere. Reamintim mai intai

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

Un rezultat de descompunere pentru o clasa de distributii omogene

Aritmetică în domenii de integritate şi teoria modulelor. Note de curs

Probleme pentru clasa a XI-a

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE


Fig Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36].

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

Spaţii vectoriale. Definiţia 1.1. Fie (K, +, ) un corp şi (V, +) un grup abelian.

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

T R A I A N ( ) Trigonometrie. \ kπ; k. este periodică (perioada principală T * =π ), impară, nemărginită.

Conice - Câteva proprietǎţi elementare

Cum folosim cazuri particulare în rezolvarea unor probleme

* K. toate K. circuitului. portile. Considerând această sumă pentru toate rezistoarele 2. = sl I K I K. toate rez. Pentru o bobină: U * toate I K K 1

5.4. MULTIPLEXOARE A 0 A 1 A 2

Matrice. Determinanti. Sisteme liniare

Concursul Interjudeţean de Matematică Academician Radu Miron Vaslui, noiembrie Subiecte clasa a VII-a

Problema a II - a (10 puncte) Diferite circuite electrice

Al cincilea baraj de selecţie pentru OBMJ Bucureşti, 28 mai 2015

Lectia VI Structura de spatiu an E 3. Dreapta si planul ca subspatii ane

CURS 5 Spaţii liniare. Spaţiul liniar R n

Asupra unei metode pentru calculul unor integrale definite din functii trigonometrice

Geometrie afină. Conf. Univ. Dr. Cornel Pintea

Proiectarea filtrelor prin metoda pierderilor de inserţie

Funcţii Ciudate. Beniamin Bogoşel

CONCURSUL INTERJUDEȚEAN DE MATEMATICĂ TRAIAN LALESCU, 1998 Clasa a V-a

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

CURS VII-IX. Capitolul IV: Funcţii derivabile. Derivate şi diferenţiale. 1 Derivata unei funcţii. Interpretarea geometrică.

CERCUL LUI EULER ŞI DREAPTA LUI SIMSON

Progresii aritmetice si geometrice. Progresia aritmetica.

Probleme date la examenul de logică matematică şi computaţională. Partea a IX-a

MARCAREA REZISTOARELOR

z a + c 0 + c 1 (z a)

5.1. Noţiuni introductive

PENTRU CERCURILE DE ELEVI

Integrale cu parametru

Algebră liniară CAPITOLUL 3

Algebră liniară CAPITOLUL 1

Transcript:

O generalizare a unei probleme de algebră dată la Olimpiada de Matematică, faza judeţeană, 2013 Marius Tărnăuceanu 1 Aprilie 2013 Abstract În această lucrare vom prezenta un rezultat ce extinde Problema 2 de la faza judeţeană a Olimpiadei de Matematică 2013, clasa a XII-a. MSC (2010): 20K01, 20K30. Key words: grupuri abeliene finite, automorfisme. 1 Introducere Problema mai sus amintită are următorul enunţ. Problemă. Un grup (G, ) are proprietatea (P) dacă, pentru orice automorfism f al lui G, există două automorfisme g şi h ale lui G astfel încât f(x) = g(x) h(x), oricare ar fi x G. Să se arate că: (a) Orice grup cu proprietatea (P) este abelian. (b) Orice grup abelian finit de ordin impar are proprietatea (P). (c) Niciun grup finit de ordin 4n + 2, n N, nu are proprietatea (P). Soluţia prezentată în barem se încheie cu o remarcă interesantă, anume că există grupuri de ordin 4n care au proprietatea (P) - e.g., grupul lui Klein Z 2 Z 2 - şi grupuri de ordin 4n care nu o au - e.g., grupul aditiv Z 4. 1

Cerinţele problemei, împreună cu remarca anterioară, conduc la întrebarea firească: Care sunt grupurile ce satisfac proprietatea (P)? Pentru cazul finit suntem în măsură să dăm un răspuns la această întrebare. Mai precis, vom proba următorul rezultat. Teorema 1.1. Un grup finit G are proprietatea (P) dacă şi numai dacă G = G 1 G 2, unde G 1 este un 2-grup abelian de tipul Z 2 α 1 Z 2 α 2 Z 2 α k cu {j α j = α i } 2, i = 1, 2,..., k, iar G 2 este un grup abelian de ordin impar. În particular, putem decide care din grupurile finite de ordin 4n cu n impar au proprietatea (P). Corolarul 1.2. Grupurile finite de ordin 4n, n 1 (mod 2), care au proprietatea (P) sunt de tipul Z 2 Z 2 G, iar cele care nu au această proprietate sunt de tipul Z 4 G, unde G este un grup abelian de ordin n. De asemenea, menţionăm că există şi grupuri infinite ce satisfac proprietatea (P) (spre exemplu (Q, +)), o clasificare a acestora fiind mult mai greu de realizat. 2 Preliminarii Principalul rezultat ca va fi utilizat este teorema de structură a grupurilor abeliene finite (a se vedea, spre exemplu, [3]). Teorema 2.1. Fie G un grup abelian finit. Atunci există şi sunt unice numerele naturale m, d 1, d 2,..., d m, astfel încât G = Z d1 Z d2 Z dm, unde d i > 1, i = 1, 2,..., m, şi d 1 d 2... d m. 2

Cu notaţiile din Teorema 2.1, considerăm descompunerile în produse de factori primi ale numerelor d 1, d 2,..., d m : d i = p α i1 1 p α i2 2 p α ik, i = 1, 2,..., m. Ţinând cont că pentru fiecare i are loc izomorfismul k Z di = Zp α i1 1 Z p α i2 2 Z α p ik, k obţinem (1) G = G 1 G 2 G k, unde G j = Z p α 1j j Z p α 2j j Z p α mj j şi α 1j α 2j... α mj, j = 1, 2,..., k. Cu alte cuvinte, orice grup abelian finit este produs direct (sau, echivalent, sumă directă) de p-grupuri abeliene. Următorea teoremă arată că studiul grupului automorfismelor unui grup abelian finit se reduce la p-grupuri abeliene (a se vedea, spre exemplu, Lema 2.1 din [2]). Teorema 2.2. Atunci Fie H şi K două grupuri finite de ordine relativ prime. Aut(H K) = Aut(H) Aut(K). În particular, dacă G este un grup abelian finit de tipul (1), atunci (2) Aut(G) = Aut(G 1 ) Aut(G 2 ) Aut(G k ). Un rezultat mai puternic decât precedentul îl constituie Teorema 3.2 din [1]. Aceasta indică forma automorfismelor unui produs direct de grupuri finite ce nu au factori direcţi comuni. Teorema 2.3. Fie H şi K două grupuri finite fără factori direcţi comuni. Atunci Aut(H K) este izomorf cu grupul multiplicativ {( ) } f u f Aut(H), g Aut(K), u Hom(K, Z(H)), v Hom(H, Z(K)). v g 3

În particular, dacă grupurile H şi K sunt abeliene, atunci Aut(H K) este izomorf cu grupul multiplicativ {( ) } f u f Aut(H), g Aut(K), u Hom(K, H), v Hom(H, K). v g Încheiem acest paragraf cu o observaţie simplă, dar extrem de utilă. Observaţia 2.4. Un grup abelian (G, +) satisface proprietatea (P) dacă şi numai dacă automorfismul identic 1 G poate fi scris sub forma (3) 1 G = g + h cu g, h Aut(G). Într-adevăr, dacă (3) are loc, atunci pentru orice automorfism f al lui G avem f = f 1 G = f g + f h şi f g, f h Aut(G). Putem acum proba principalul nostru rezultat. Menţionăm că nu am inclus în demonstraţie verificarea proprietăţilor (a)-(c), pentru care poate fi consultată soluţia problemei considerate. 3 Demonstraţia Teoremei 1.1 Presupunem mai întâi că G satisface proprietatea (P). Atunci el este abelian şi, conform cu (1), admite o descompunere de tipul G = G 1 G 2, unde G 1 este un 2-grup abelian, iar G 2 este un grup abelian de ordin impar. Din Teorema 2.2 deducem că Aut(G) = Aut(G 1 ) Aut(G 2 ), ceea ce arată că G 1 şi G 2 satisfac, de asemenea, proprietatea (P). Este suficient să indicăm structura lui G 1. Avem G 1 = Z2 α 1 Z 2 α 2 Z 2 α k, unde 1 α 1 α 2... α k. Dacă, prin absurd, există i {1, 2,..., k} astfel încât α j α i, j=1, 2,..., i 1, i+1,..., k, atunci G 1 poate fi scris sub forma G 1 = H K, unde H = Z 2 α i şi K = Z 2 α 1 Z 2 α i 1 Z 2 α i+1 Z 2 α k. În plus, remarcăm că H şi K nu au factori direcţi comuni, aşadar 4

{( ) } Aut(G 1 ) f u = f Aut(H), g Aut(K), u Hom(K, H), v Hom(H, K) v g din Teorema 2.3. Atunci ( ) ( ) ( ) 1H 0 f1 u 1 G1 = = 1 f2 u + 2, 0 1 K v 1 g 1 v 2 g 2 unde f i Aut(H), g i Aut(K), u i Hom(K, H), v i Hom(H, K), i = 1, 2. Rezultă că 1 H = f 1 + f 2, ceea ce constituie o contradicţie (automorfismele lui H sunt de tipul x qx cu q impar, suma a două astfel de automorfisme nefiind un automorfism). Reciproc, este suficient să arătăm că un 2-grup abelian de tipul G = Z 2 α 1 Z 2 α 2 Z 2 α k cu {j α j = α i } 2, i = 1, 2,..., k, sau, echivalent, de tipul G = (Z 2 β 1 ) r 1 (Z 2 β 2 ) r 2 (Z 2 βs) r s cu r i 2, i = 1, 2,..., s, are proprietatea (P). De asemenea, conform Observaţiei 2.4, ne putem reduce la cazul s = 1. Avem astfel de probat că pentru un 2-grup abelian G = (Z 2 β) r = Z 2 β Z 2 β Z 2 β }{{} r ori cu r 2 automorfismul identic 1 G poate fi scris ca suma a două automorfisme ale lui G. Ţinând cont că automorfismele grupului abelian G coincid cu automorfismele Z 2 β-modulului (Z 2 β) r, iar acestea se identifică cu matricele inversabile de ordin r peste Z 2 β, trebuie să arătăm că (4) A r, B r GL r (Z 2 β) astfel încât I r = A r + B r. Vom verifica această afirmaţie prin inducţie după r. Pentru r = 2 considerăm ) ( ) (ˆ1 ˆ1 ˆ0 ˆ1 A 2 = şi B 2 =, ˆ1 ˆ0 ˆ1 ˆ1 iar pentru r = 3 considerăm 5

ˆ1 ˆ1 ˆ1 ˆ0 ˆ1 ˆ1 A 3 = ˆ1 ˆ1 ˆ0 şi B 3 = ˆ1 ˆ0 ˆ0. ˆ1 ˆ0 ˆ0 ˆ1 ˆ0 ˆ1 Fie r 4. Presupunem că (4) este adevărată pentru orice r satisfăcând 2 r < r şi o verificăm pentru r. Avem I r = A r + B r, unde matricele ( ) Ar 2 0 A r = 0 A 2 ( ) Br 2 0 şi B r = 0 B 2 sunt ambele inversabile, ceea ce încheie demonstraţia. 4 Bibliografie [1] Bidwell, J.N.S., Curran, M.J., McCaughan, D.J., Automorphisms of direct products of finite groups, Arch. Math. 86 (2006), 481-489. [2] Hillar, C., Rhea, D., Automorphisms of an abelian p-group, Amer. Math. Monthly 114 (2007), 917-922. [3] Ion, I.D., Radu, N., Algebră, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1991. Marius Tărnăuceanu Facultatea de Matematică Universitatea Al.I. Cuza Iaşi, Romania e-mail: tarnauc@uaic.ro 6