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抽象代数学における剰余群 📂抽象代数

抽象代数学における剰余群

定義 1

HGH \subset Gのすべての剰余類の集合をG/HG / Hとしよう。(aH) (bH)=(ab)H(aH) \ast\ (bH) = (ab) Hとしてよく定義された二項演算\astが存在する場合、<G/H,>\left< G / H , * \right>商群factor groupと言う。

定理

HGH \leqslant Gとしよう。HGH \triangleleft GであることとG/HG / Hが群であることは同値だ。

説明

HGH \triangleleft Gということは、HHGG正規部分群であるということだ。

二項演算\astは剰余類の代表元だけで計算する二項演算で、集合G/HG / Hが商群を形成するようにする。G/HG / Hがなぜ群を形成するか直感的に理解できないなら、剰余類の概念が誤っている可能性が高い。

証明

(    )( \implies ) (aH)(bH)=(ab)H(aH) (bH) = (ab) Hであることを示せばよい。

HHは正規部分群なので、h1bHbh_{1} b \in H bの場合、bh3bHb h_{3} \in bHを満たす何らかのh3Hh_{3} \in Hが存在する。ah1aHah_{1} \in aHbh2Hbh_{2} \in Hに対して (ah1)(bh2)=a(h1b)h2=abh3h2=ab(h3h2)(ab)H (ah_{1}) (b h_{2}) = a(h_{1} b)h_{2} = a b h_{3} h_{2} = ab (h_{3} h_{2}) \in (ab) H したがって(aH)(bH)(ab)H(aH) (bH) \subset (ab) Hであり、このプロセスを逆にすると(ab)H(aH)(bH)(ab) H \subset (aH) (bH)であるから (aH)(bH)=(ab)H (aH) (bH) = (ab) H


(    )( \impliedby ) gH=HggH = Hgであることを示せばよい。

xgHx \in gHそしてg1g1Hg^{-1} \in g^{-1} Hの場合 (xH)(g1H)=(xg1)H (xH) (g^{-1} H) = (x g^{-1}) H なので、h:=xg1Hh := x g^{-1} \in Hでなければならない。一方で x=hgx = hgなので xHg x \in Hg したがってgHHggH \subset Hgであり、このプロセスを逆にするとHggHHg \subset gHであるから gH=Hg gH = Hg


  1. Fraleigh. (2003). A first course in abstract algebra(7th Edition): p139. ↩︎