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怎么具体的理解群作用的概念?

本文,通过一个具体的代数的群的例子,来介绍一下群作用的概念,并顺带着介绍一下给定群的自同构群的概念。由于这些概念比较抽象,所以,自学的时候,既要抽象思考,又要具体类比。抽象概念,需要具体化,否则就没有实际意义了。具体概念要抽象化,否则就会变成一条“狭窄的道路”。
工具/原料
1

电脑

2

Mathematica

方法/步骤
1

给定群G和集合S,设g是G的元素,s是S的元素,而且G的元素在S上起作用,那么:gs表示g作用于s的结果。因为g可以是G的任意元素,s也可以是S的任意元素。还有一点要注意:群作用要保持封闭性,也就是说,gs也属于S,因此,并不是任意集合都可以成为S。

2

具体化:设g是平面上绕原点旋转120°的操作,那么,{I,g,gg}就构成一个简单的群G;此时,S只能是平面上的几何图形的集合,且G作用于S,还要保持S的封闭性。那么,我们看看,S可以是什么,不可以是什么。

3

S可以是整个平面所有点的集合。S可以是某个以原点为圆心的圆内部的点集。但是S不能是第一象限内的点集,因为第一象限点集在旋转作用下,不能保持S封闭。

4

S可以是平面上所有的边长为1的正五边形的集合;S可以是某个三角形的所有全等三角形的集合;如果用若干边长为1的正方形铺砌整个平面,那么S肯定不是这些正方形的集合,因为这些正方形绕原点旋转120°,会与x轴产生60°的夹角。

5

S如果是某个六边形边界上的点集,那么:这个六边形不一定是正六边形;设这个六边形的顶点是ABCDEF,那么AD、BE、CF一定共点,这个共点是原点O;线段OA、OC、OE彼此间的夹角,一定是120°;线段OB、OD、OF彼此间的夹角,也一定是120°。

6

这样,设U是平面上任意区域内的点集,U绕原点旋转120°,得到U1,再旋转,得到U2,那么S可以是U、U1、U2的并集。

自同构
1

G本身也是一个集合,那么g作用于G,就相当于对G里面的元素进行了重新排列。那么,这个“重新排列”,就是一个自同构现象。

2

具体化:设g是平面上绕原点旋转120°的操作,那么,{I,g,gg}就构成一个简单的群G;g作用于G,就得到——{g,gg,I}显然,作为集合,{g,gg,I}={I,g,gg}。

3

G={I,g,gg},G左作用于自身,就需要分别操作:I·{I,g,gg}={I,g,gg}g·{I,g,gg}={g,gg,I}gg·{I,g,gg}={gg,I,g}这就像是群的乘法表。

4

但是,注意,G作为一个集合,它的置换一共有六个:{I,g,gg}{g,gg,I}{gg,I,g}{I,gg,g}{g,I,gg}{gg,g,I}注意,后面三个,在G左作用于自身的时候,没有出现。但是相应的自同构却是真实存在的。大家思考一下,后面三个对应的自同构规则是什么?

5

自同构群,指的是G的所有自同构的规则组成的群。运算规则是同构规则的合成。

注意事项
1

群作用的效果,就是置换。

2

群作用于自身,就是同构。

3

群作用包括但不限于左作用。

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