簡介
在群體理論中,冪零群是“差不多的阿貝爾”群體。 這個想法的出現是由於冪零群是可解的,而對於有限的冪零群來說,是可以超解的(supersolvable)。 這個概念被俄羅斯數學家謝爾蓋切爾尼科夫在20世紀30年代編輯出來。
和群體的分類一樣,伽羅瓦理論中也出現了冪零群。同樣的,他們也在李群的分類中被突出的顯示出來。
類似術語用於李代數(使用李括弧),包括冪零,下中央系列和上中央系列。
定義
該定義使用這個想法:用自己來解釋群的中央系列。 以下是等效的定義方式:
(1)冪零群是具有有限長度的中心繫列的群。
(2)冪零群是一個低級中心繫列在有限步驟之後終止於普通群中的群。
(3)冪零群是一個上中心繫列在有限的步驟之後終止於整個群的群。
對於冪零群,最小的n使得G具有長度為n的中心繫列被稱為G的冪零級;而G被認為是級數n的冪零。 (根據定義,如果系列中有n + 1個不同的子群,包括普通的子群和整個群,那么長度為n。
同樣的,G的冪零群是下中央系列或上中央系列的長度。 如果一個群的冪零級最大是m,那么它有時被稱為群。
冪零級是0的群是唯一的,並且級別為1的冪零群正是高級的阿貝爾群。
舉例
(1)如上所述,每個阿貝爾群都是冪零群。
(2)對於一個小的非阿貝爾群的例子,考慮一個四元群Q,它是一個最小的非阿貝爾p群。 它具有階數2的中心{1,-1},其中心繫列為{1},{1,-1},Q8; 所以這是級別為2的冪零群。
(3)所有有限的p組實際上都是冪零群。p 群的最大階數是n-1。
(4)兩個冪零群的直接計算結果還是冪零群。
(5)相反,每個有限的冪零群是p組的直接乘積。
(6)海森堡群是非阿貝爾群,但卻是冪零群。
(7)任何場F上的上單位三角形n×n矩陣的乘法組是冪零長度n-1的冪零群。
(8)場F上的可逆上三角形n×n矩陣的乘法組不是一般的冪零群。
術語解釋
之所以叫冪零群,是因為任何元素的“伴隨動作”是冪零的,這意味著對於冪零群G的冪零度n和元素g,函式是由定義的(其中是g和x的換向公式),第n次疊代是冪零的:。
這不是冪零群的定義特徵:是n的冪級的群被稱n-恩格爾群,一般不需要是冪零的。
屬性
由於上中央序列中的每個連續因子群Z / Z是阿貝爾的,並且集也是有限的,所以每個冪零群是具有相對簡單結構的可解群。
級別為n的冪零群的每個子群的等級最多為n;另外,如果f是等級為n的冪零群的同態群,則f的圖像也是等級最多為n的冪零群。
以下陳述等同於有限群,揭示了冪零群的一些有用的屬性:
(a)G是一個冪零群。
(b)如果H是G的子群,則H是N(H)的正常子群。 這被稱為歸一化,可以簡單地表述為“規範化程式增長”。
(c)G的每個Sylow子群均正常。
(d)G是其Sylow子群的直接產物。
證明:
(a)→(b):通過 G |。 如果G為阿貝爾群,則對於任何H,N(H)=“G”。 如果不是,如果Z(G)不包含在H中,則hH h = h'H'h = H,所以H·Z(G)歸一為H。如果Z(G)包含在H ,則G / Z(G)中含有H / Z(G)。 因此,存在G / Z(G)的子群,H / Z(G)和H / Z(G)是其亞群。 因此,將這個子群撤回到G中的子群,並將其歸一化。(這個證明與p組相同 - 只有當G是無效時,G / Z(G) - 所以細節省略。)
(b)→(c):令p1,p2,...,ps是除以其順序的不同素數,並且令Sylpi(G)中的Pi為1≤i≤s.Let對於某些i 並使N = NG(P)。 由於P是N的正常子組,P是N中的特徵。由於P char N和N是NG(N)的正常子群,所以我們得到P是NG(N)的正常子群。 這意味著NG(N)是N的子群,因此NG(N)= N.By(b),因此我們必須具有N = G,其給出(c)。
(c)→(d):令p1,p2,......,ps為不同的素數除以其順序,並且令S 1(i)中的Pi為1≤i≤s.對於任何t,1≤t 表示P1P2 ... Pt與P1×P2×...×Pt同構。 首先注意,每個Pi在G中是正常的,因此P1P2 ... Pt是G的子群。令H為乘積P1P2 ... Pt-1,令K = Pt,因此H與P1×P2×...×Pt-1。 特別地,拉格朗日定理意味著H和K的等價於1.通過定義,P1P2 ... Pt = HK,因此HK與H×K同構,等於P1×P2×...×Pt。再取t = s得到(d)。
(d)→(a):容易獲得Z(P1×P2×...×Ps)與Z(P1)×...×Z(Ps)同構,則G / Z(G)=(P1 / Z))×...×(PS / Z(Ps)的)。 因此,(d)的假設也適用於G / Z(G)。如果Pi≠1則Z(Pi)≠1,所以如果G≠1,| G / Z(G)| 小於| G |。 通過歸納,G / Z(G)是冪零的,所以G是冪零的。
最後一個語句可以擴展到無限群:如果G是一個非零群,則G的每個Sylow子群G都是正常的,並且這些Sylow子群的直接乘積是G中有限階的所有元素的子群。