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子群

定义

GG 为群,HGH \subseteq G 为非空子集。若 HHGG 的运算下也构成群,则称 HHGG子群,记作 HGH \leqslant G

子群判定定理

第一判定定理(一步判定)

HG    HH \leqslant G \iff H \neq \varnothinga,bH\forall a, b \in H,有 ab1Hab^{-1} \in H

第二判定定理(两步判定)

HG    H \leqslant G \iff

  1. HH \neq \varnothing
  2. a,bH\forall a, b \in H,有 abHab \in H(封闭性)
  3. aH\forall a \in H,有 a1Ha^{-1} \in H(逆元封闭)

有限子群判定

HHGG有限非空子集,则 HG    HH \leqslant G \iff HGG 的运算封闭。

特殊子群

子群记号说明
平凡子群{e}\{e\}只含单位元
非平凡子群{e}\{e\}GG 外的子群
真子群H<GH < GHGH \leqslant GHGH \neq G

生成子群

SGS \subseteq GGG 中包含 SS 的最小子群称为 SS生成子群,记作 S\langle S \rangle

  • S={a}S = \{a\} 时,a={annZ}\langle a \rangle = \{a^n \mid n \in \mathbb{Z}\} 称为 aa 生成的循环子群
  • S\langle S \rangleSS 中元素的所有有限乘积构成

子群的性质

  1. 子群的交:若 H1,H2GH_1, H_2 \leqslant G,则 H1H2GH_1 \cap H_2 \leqslant G
  2. 子群的并H1H2H_1 \cup H_2 未必是子群(一般需要 H1H2H_1 \subseteq H_2H2H1H_2 \subseteq H_1
  3. 传递性:若 KHK \leqslant HHGH \leqslant G,则 KGK \leqslant G

常见例子

  • nZ={nkkZ}Zn\mathbb{Z} = \{nk \mid k \in \mathbb{Z}\} \leqslant \mathbb{Z}
  • SLn(R)GLn(R)SL_n(\mathbb{R}) \leqslant GL_n(\mathbb{R})(行列式为 1 的矩阵构成一般线性群的子群)
  • 交错群 AnSnA_n \leqslant S_n