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陪集

定义

HGH \leqslant GaGa \in G

  • 左陪集aH={ahhH}aH = \{ah \mid h \in H\}
  • 右陪集Ha={hahH}Ha = \{ha \mid h \in H\}

aa 称为该陪集的代表元

陪集的基本性质

  1. 大小相等aH=H|aH| = |H|(映射 hahh \mapsto ah 是双射)
  2. HH 自身是陪集eH=H=HeeH = H = He
  3. aaHa \in aH:因为 a=aeaHa = ae \in aH
  4. aH=H    aHaH = H \iff a \in H
  5. aH=bH    a1bHaH = bH \iff a^{-1}b \in H(左陪集相等的充要条件)
  6. 任意两个左陪集要么相等,要么不相交aHbHaH=bHaH \cap bH \neq \varnothing \Rightarrow aH = bH

Lagrange 定理

GG 为有限群,HGH \leqslant G,则 H|H| 整除 G|G|,且 G=H[G:H]|G| = |H| \cdot [G:H] 其中 [G:H][G:H]HHGG 中的指数(即不同左陪集的个数)。

重要推论

  1. 元素的阶整除群的阶aG\forall a \in G,有 aG|a| \mid |G|
  2. 素数阶群必为循环群:若 G=p|G| = p(素数),则 GZpG \cong \mathbb{Z}_p
  3. aG=ea^{|G|} = e:对任意有限群 GG 和任意 aGa \in G

陪集分解

GG 可以写成互不相交的左陪集的并:

G=a1Ha2HakHG = a_1H \cup a_2H \cup \cdots \cup a_kH

其中 k=[G:H]k = [G:H]{a1,a2,,ak}\{a_1, a_2, \ldots, a_k\} 称为 HHGG 中的一个左陪集代表系

双重陪集

H,KGH, K \leqslant G,对 aGa \in G,定义双重陪集

HaK={hakhH,kK}HaK = \{hak \mid h \in H, k \in K\}

双重陪集也对 GG 构成划分。

指数公式

KHGK \leqslant H \leqslant G,则

[G:K]=[G:H][H:K][G:K] = [G:H] \cdot [H:K]