n 个元素的集合上的全体置换构成的群,称为 n 次对称群,记作 Sn。
∣Sn∣=n!
Sn 的基本性质
| 性质 | 说明 |
|---|
| S1 | 平凡群 |
| S2 | ≅Z2,交换 |
| S3 | 最小非交换对称群,同构于二面体群 D6 |
| n≥3 | Sn 为非交换群 |
| 中心 | Z(Sn)={e}(n≥3) |
共轭类
Sn 中两个置换共轭 ⟺ 它们具有相同的轮换型(即轮换分解中各长度轮换的个数分布)。
因此 Sn 的共轭类与 n 的整数分拆一一对应。
例子:S3 的共轭类
| 轮换型 | 代表元 | 大小 |
|---|
| 1+1+1 | (1) | 1 |
| 2+1 | (12) | 3 |
| 3 | (123) | 2 |
交错群 An
偶置换全体构成 Sn 的正规子群,称为交错群,记作 An。
∣An∣=2n!,[Sn:An]=2
An⊴Sn,Sn/An≅Z2
An 的单性
An(n≥5)是单群。这是 Abel-Ruffini 定理(五次以上方程无根式解)的核心群论依据。
Sn 的生成元
Sn 可由以下元素生成:
- 全体对换 (ij)
- 相邻对换 (12),(23),…,(n−1n)
- (12) 和 (12⋯n)
An 可由所有 3-轮换生成。
小阶对称群
| n | ∣Sn∣ | ∣An∣ | 交换? | An 单? |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 | ✓ | ✗ |
| 2 | 2 | 1 | ✓ | ✗ |
| 3 | 6 | 3 | ✗ | ✓ |
| 4 | 24 | 12 | ✗ | ✗ |
| 5 | 120 | 60 | ✗ | ✓ |
与二面体群的关系
S3≅D6(二面体群 D6)
一般地,D2n 是 Sn 的子群(作为正 n 边形的对称群)。