设 G 为群,H⊆G 为非空子集。若 H 在 G 的运算下也构成群,则称 H 为 G 的子群,记作 H⩽G。
子群判定定理
第一判定定理(一步判定)
H⩽G⟺H=∅ 且 ∀a,b∈H,有 ab−1∈H。
第二判定定理(两步判定)
H⩽G⟺:
- H=∅
- ∀a,b∈H,有 ab∈H(封闭性)
- ∀a∈H,有 a−1∈H(逆元封闭)
有限子群判定
若 H 是 G 的有限非空子集,则 H⩽G⟺H 对 G 的运算封闭。
特殊子群
| 子群 | 记号 | 说明 |
|---|
| 平凡子群 | {e} | 只含单位元 |
| 非平凡子群 | — | 除 {e} 和 G 外的子群 |
| 真子群 | H<G | H⩽G 且 H=G |
生成子群
设 S⊆G,G 中包含 S 的最小子群称为 S 的生成子群,记作 ⟨S⟩。
- 当 S={a} 时,⟨a⟩={an∣n∈Z} 称为 a 生成的循环子群
- ⟨S⟩ 由 S 中元素的所有有限乘积构成
子群的性质
- 子群的交:若 H1,H2⩽G,则 H1∩H2⩽G
- 子群的并:H1∪H2 未必是子群(一般需要 H1⊆H2 或 H2⊆H1)
- 传递性:若 K⩽H 且 H⩽G,则 K⩽G
常见例子
- nZ={nk∣k∈Z}⩽Z
- SLn(R)⩽GLn(R)(行列式为 1 的矩阵构成一般线性群的子群)
- 交错群 An⩽Sn