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怎么理解Sylow定理?

Sylow定理,是抽象代数里面比较重要的一组定理,可以帮助我们快速界定有限群的分类。本文,通过具体的例子,来介绍一下三大Sylow定理的具体意思。
工具/原料
1

电脑

2

Mathematica

方法/步骤
1

我们用一个具体的群,来研究Sylow定理。这个具体的群是5阶对称群,它有120个元素。

2

对120进行质因数分解:120=2^3 * 5 *3

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根据Sylow定理第一定理,可以断言,S5必定有:一个8阶子群一个5阶子群一个3阶子群

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我们尝试寻找S5的3阶子群。先考虑S5的所有的3阶子集的集合K3,可以证明,K3有280840个元素,也就是说,S5有280840个3阶子集。请思考,Mathematica为什么说S5有288101个3阶子集呢?

5

S5作用于某个3阶子集,可以得到一条轨道。

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S5作用于K3的每一个元素(也就是S5的每一个3阶子集),都有对应的轨道。由于S5有280840个3阶子集,要想获得全体轨道,计算机也不容易办到,比较耗时。因此,我们只选择前120个3阶子集,并求出对应的轨道。注意,并不是说每一个子集都对应一个不同的轨道,实际上,很多3阶子集拥有同一条轨道。

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换一个思路,直接求每一个3阶子集的稳定子。如果存在3阶稳定子,那么这个三阶稳定子就是S5的三阶子群。

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S5是一个不太恰当的例子,因为基数太大,导致在查看280840个3阶子集的稳定子的时候,浪费了太多时间。

注意事项

这个群操作起来不太容易。不过,Mathematica可以避开Sylow定理,直接算出S5的3阶子群。

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