定義
設G是1,2,...,n 的置換群。若k是1…n中的某個元素,G中使k保持不變的置換的全體,記以Zk,叫做G中使k保持不動的置換類,簡稱k不動置換類 。
性質
群G中關於k的不動置換類Zk是G的一個子群。
證明
封閉性:p1,p2分別是使k不動的兩個置換,即p1,p2屬於Zk,則p1p2屬於Zk。
結合律:對於群結合律成立,Zk屬於G,故Zk中元素結合律成立。
單位元:群G的單位元屬於Zk,也是Z的單位元。
逆元素:p屬於Zk使得k保持不變,p的逆元屬於G也使k不變,故逆元存在。
因此Zk本身也是一個群,是群G的一個子群。
重要定理
G是S的一個子群,Z表示G中k不動的置換群。k所屬的等價類記為E。有
![k不動置換類](/img/b/710/wZwpmL1ITOzIzN5gDN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL4QzL2AzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/2/a08/wZwpmL1cTN5ETN5UjN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL1YzL3czLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/f/995/wZwpmLzYDM5ATMxQzN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL0czL0EzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLyE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/4/15d/wZwpmLxUDOxkDN4gTN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL4UzL4MzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/3/625/wZwpmLwIjM0gjM3cTN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL3UzL3EzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/1/db8/wZwpmLyADN4MzNzcTN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL3UzLzgzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/1/fce/wZwpmLwAzN3ETOycTN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL3UzLwQzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
證明:令k所在的等價類 ,且 由關係定義可知,存在 ,使得 令 構造
下面證明它們具有如下3個性質:
![k不動置換類](/img/5/d49/wZwpmL3AjMxQDOwAjN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLwYzL0MzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/a/396/wZwpmLyYDNycjN4ATN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLwUzL1EzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLyE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/a/a64/wZwpmLxEDOyATM4IDOwcTN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLygzL2YzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmL0E2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/a/e05/wZwpmLzUjM5QDM3ITN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLyUzL2EzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmL0E2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/f/6a7/wZwpmLzgTMwIzM1gTN0YzM1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL4UzL3AzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/e/cdd/wZwpmLyIzN4MTMycDN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL3QzLzAzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/e/895/wZwpmL0EDOxADOxUTN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL1UzL1gzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/8/268/wZwpmL0QjM3EjMzUjN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL1YzL0IzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
假若 ,用 的逆元 左乘等式兩邊,推出 . 所以當 時,必有 .由此可知 .
![k不動置換類](/img/5/d10/wZwpmLzUzM4MzN2cTN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL3UzL1EzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/3/72c/wZwpmLzIzM3QjM1AjN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLwYzLwUzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/4/2fc/wZwpmLzADN0ITNyEjN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLxYzLyMzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/4/79a/wZwpmLyMjM1kTN5YjN5ADN0UTMyITNykTO0EDMwAjMwUzL2YzL1IzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/9/7f2/wZwpmLxATN1MTN1MzNwIDN0UTMyITNykTO0EDMwAjMwUzLzczL2gzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLyE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/7/66e/wZwpmLxEzN2gzMxcDN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL3QzLzczLt92YucmbvRWdo5Cd0FmL0E2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/5/5a9/wZwpmL4YzM3UzMwczN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL3czL0QzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmL0E2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/9/7f2/wZwpmLxATN1MTN1MzNwIDN0UTMyITNykTO0EDMwAjMwUzLzczL2gzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLyE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/b/fac/wZwpmL1UzM5ETNyMTMzEDN0UTMyITNykTO0EDMwAjMwUzLzEzLzUzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmL0E2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/9/300/wZwpmL2MzN1MTOxUjNxIDN0UTMyITNykTO0EDMwAjMwUzL1YzLwEzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/3/72c/wZwpmLzIzM3QjM1AjN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLwYzLwUzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/7/66e/wZwpmLxEzN2gzMxcDN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL3QzLzczLt92YucmbvRWdo5Cd0FmL0E2LvoDc0RHa.jpg)
中的任意元素 均把 映射到 , 中的任意元素, 均把 映射到 ,因為 ,所以 和 沒有公共元素。
![k不動置換類](/img/0/393/wZwpmLzITOzUTM5QTN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL0UzL0AzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/3/349/wZwpmL3MjN5UjN4QTN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL0UzL3AzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/c/74b/wZwpmL0gDOyUjMxQjN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL0YzL2MzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLyE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/9/d63/wZwpmL0IzN1kDOyAjN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLwYzL1gzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmL0E2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/8/8f0/wZwpmL4ATO4ITO0ATN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLwUzL0UzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmL0E2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/f/1c6/wZwpmL3UDNwETM5IjN2UzM1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLyYzL0AzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/8/e54/wZwpmL2MTNxUTMxITN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLyUzL2gzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/0/0df/wZwpmLxAzMxIDM5kTN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL5UzLwEzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmL0E2LvoDc0RHa.jpg)
因為 ,所以 . 由此得出 .另一方面,任取, 則是D上的置換,,則a與等價,
![k不動置換類](/img/6/083/wZwpmL3ITO0czNwAjN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLwYzLxYzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmL0E2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/e/955/wZwpmL2cDO3QDNxgTN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL4UzLzYzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/6/619/wZwpmL2AjM3gDM2UjN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL1YzLygzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/e/b57/wZwpmL1MTMxkjM3gTN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL4UzL0czLt92YucmbvRWdo5Cd0FmL0E2LvoDc0RHa.jpg)
故,不妨假設,由於,所以由此可知,
![k不動置換類](/img/0/5db/wZwpmLwUDN2MzM0MzN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLzczLzgzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
從而
![k不動置換類](/img/7/99b/wZwpmL3MjM2gzM5gTN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL4UzLyczLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
.
由上述3個性質可以得到
![k不動置換類](/img/a/51b/wZwpmLxIjM1YDO5ATN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLwUzLxczLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/d/44b/wZwpmLxIDMycjNyYjN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL2YzL1czLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/9/62f/wZwpmLxUTM3EzNwgTN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL4UzL4YzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![k不動置換類](/img/b/710/wZwpmL1ITOzIzN5gDN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzL4QzL2AzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg)
例1.對於,有,滿足
例2:G={e, (12), (34), (12)(34) }
E=E={1, 2},Z=Z={e, (34) },|E| *|Z|=2*2=4=|G|.
套用
G={e, (1,2), (3,4), (1, 2)(3, 4)
則使1不動的置換類Z1={e, (3, 4)},其中e是單位元
設G是N={1,2,...,n}上的置換群,G在N上可以引出不同的等價類,則不同等價類的個數為
1.G={e, (1,2), (3,4), (1, 2)(3, 4)
則使1不動的置換類Z1={e, (3, 4)},其中e是單位元
2.設G是N={1,2,...,n}上的置換群,G在N上可以引出不同的等價類,則不同等價類的個數為
![k不動置換類](/img/8/841/wZwpmL1EzN4czN0ITN2YjN1UTM1QDN5MjM5ADMwAjMwUzLyUzLyAzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
其中,| G | 表示群G中元素的個數。具體證明方法見:burnside引理