何度もすいません。次は群についての質問です。
「Cの4つの元から成る集合Aが、数の乗法について群になるという。 この集合Aを求めよ。」という問題があります。
そこで私の回答としては、 Cの単位元が1なのでAも1を含む。 よって残りの3つのAの要素をa+bi,c+di,e+fiとおきました。 そして、逆元などを求めようとしましたが、そこから後が解けません。 どのように解いたらいいのか教えてください。お願いします。
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16037.Re: 群 |
名前:T.M 日付:7月23日(金) 22時47分 |
> Cの単位元が1なのでAも1を含む。 > よって残りの3つのAの要素をa+bi,c+di,e+fiとおきました。 > そして、逆元などを求めようとしましたが、そこから後が解けません。
うーん、素直ですねぇ。 もし、この方法で考えるとすると、 a+biの絶対値が 1より大きい場合、1より小さい場合、1の場合 に分けてイメージしてみるとわかりやすいと思いますよ。
巡回群とかを知っていれば、それを考えるといいことあるかもしれませんよ。 例えば、1以外の元1つをzとおいたときのzの巡回群とか。
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16082.Re: 群 |
名前:mama 日付:7月25日(日) 18時51分 |
巡回群で考えると 1以外の元1つをzとおいたとき、巡回群は常に可換群であるので z、z^2、z^3・・・・・・・・ とおけることがわかりました。 そして、位数が4であるので、1、z、z^2、z^3、z^4 を考えた場合に、この中で等しいものがあるところまでわかったのですが、 ここからがわかりません。どのように考えたらいいですか? ヒントください。お願いします。
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16090.Re: 群 |
名前:T.M 日付:7月26日(月) 0時56分 |
もし、本を持っていたらラグランジュの定理というのを調べてみてください。 それを知っていると少し場合分けの作業が減ります。
持っていなかったとします。(ネットを検索しても見つかるとは思います) 知らなくてもあまり手間は増えないので力ずくで考えて見ても良いと思います。
1,z,z^2,z^3,… というとき、位数が有限なのでどれかが一致するはずですが、 実は最初にz^n=1になる所さえわかれば良いわけです。 (なぜだかは考えてみてみると良いと思います。わからなかったら言ってください) 後は、素直にnで順番に調べていけば出来ますよ。
注意: あくまで、zで作られる巡回群はAの部分群であって、それがAに一致するか どうかは別に調べないといけません。
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16099.Re: 群 |
名前:mama 日付:7月26日(月) 19時28分 |
なぜ最初にz^n=1になる所さえわかれば良いのですか?
1,x,x^2,x^3・・・・・・・・・ とあるので1がどこにあるのかわからないのでは?
すいません。今少し頭が混乱しています。。
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16108.Re: 群 |
名前:T.M 日付:7月26日(月) 22時25分 |
z^i=z^j(i>j)とすると、z^{i-j}=1となって、 その前に1となるz^nが存在しますよね。 それまでの1,z,…,z^{n-1}は全て異なるわけです。
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16109.Re: 群 |
名前:T.M 日付:7月26日(月) 22時38分 |
それよりもあまり難しい事考えずこういう風にも出来ます。
四つの元を1,a,b,cとすると、 a,a^2,a^3,a^4,…について絶対値を調べれば、|a|=1がわかる。
同様にして、どの元も絶対値は1
a=cosθ+isinθ(0≦θ<2π)と表すと、 θ=π,2π/3,π/2(本当は2π/3ではない事がラグランジュの定理からわかる) 後は、それぞれのθのときにaの巡回群に含まれない元としてどういうものが 考えられるかを調べれば出てきます。
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16110.Re: 群 |
名前:mama 日付:7月26日(月) 23時14分 |
では、要するに、巡回群で考えると 1以外の生成元1つをzとおいたとき、巡回群は常に可換群であり、 位数が4であるので、1,z,z^2,z^3,z^4を考えた場合、この中で 等しいものがある。 よって、z^i=z^j(0≦j<i≦4)とすると、 z^(i-j)=1 (1≦i-j≦4)となる。 ゆえに z^1=1→z=1 z^2=1→z=1,-1 z^3=1→z=1,ω,ω^2 z^4=1→z=1,-1,i,-i となり、位数が4よりz^4=1の時が成り立つ。 故に、Aの4つの要素は1,-1,i,-iである。(証明終)
これで良いってことですか?
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16111.Re: 群 |
名前:T.M 日付:7月27日(火) 1時30分 |
添削しますね。
> 1以外の生成元1つをzとおいたとき、巡回群は常に可換群であり、 > 位数が4であるので、1,z,z^2,z^3,z^4を考えた場合、この中で > 等しいものがある。
ここまでOK.
> よって、z^i=z^j(0≦j<i≦4)とすると、 > z^(i-j)=1 (1≦i-j≦4)となる。
この記述が以下何のために用いられているか書いていない。 付け加えるとしたら、以下の言葉 - - - つまり、もしz^iとz^jが等しいとすると、 その前のi-j(<i)乗において、z^{i-j}=1となっている。 よって最初に1,z,z^2,z^3…の中で同じ元が出てくるのは1である。 よって以下の4通りに絞られる。 - - -
> ゆえに > z^1=1→z=1 > z^2=1→z=1,-1 > z^3=1→z=1,ω,ω^2 > z^4=1→z=1,-1,i,-i > となり、位数が4よりz^4=1の時が成り立つ。
最後の1行がおかしいです。 zで作られる巡回群はAの中に含まれるだけで、z^2=1となる可能性もあります。 もしz^2=1のとき、1,-1以外の元2つをうまく取ると、それが群をなすかどうかを書かないといけません。 z^3=1のときも書きましょう。
> 故に、Aの4つの要素は1,-1,i,-iである。(証明終) 結果はこうなります。
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16134.Re: 群 |
名前:mama 日付:7月28日(水) 22時4分 |
返事おそくなってすいません。
ここでまた初歩的な質問になるんですがよろしいでしょうか? 今回、巡回群を使うというアドバイスを頂いて、巡回群で考え ていきました。ここでふと思ったのですが、どのような群でも 巡回群であらわすことができるのですか? それに今回の場合でも、求める集合Aが巡回群で表せる根拠 などは示さなくていいのですか?
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16136.Re: 群 |
名前:T.M 日付:7月28日(水) 22時58分 |
> どのような群でも巡回群であらわすことができるのですか?
いいえ。
> それに今回の場合でも、求める集合Aが巡回群で表せる根拠 > などは示さなくていいのですか?
今回の場合でも巡回群で表せるとはいっていません。 あくまで、任意の元zを1つ取ったときに、その巡回群が Aの中の部分群になっていると言っているだけです。 この巡回群を<z>と表したときに、 A⊃<z>は言えます。 ただ、A=<z>になるかどうかは別問題です。
> zで作られる巡回群はAの中に含まれるだけで、z^2=1となる可能性もあります。 > もしz^2=1のとき、1,-1以外の元2つをうまく取ると、それが群をなすかどうかを書かないといけません。 > z^3=1のときも書きましょう。
と書いているのはそういう意味です。
もし、4乗して初めて1になるような元zがあれば、 <z>の元は四つなので、すぐにA=<z>がわかります。 しかし、2乗して初めて1になるような元zしかなければ、 A⊃<z>しか言えず、Aの一部分しか調べられません。 上で述べているのは、その場合はどうしますか、という事を言っています。
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16137.Re: 群 |
名前:mama 日付:7月28日(水) 23時8分 |
何度もすいません。 何故、任意の元zを1つ取ったときに、その巡回群が Aの中の部分群になっていると言えるのですか?
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16139.Re: 群 |
名前:T.M 日付:7月28日(水) 23時28分 |
部分群の定義を確認するだけですが。 <z>={1,z,z^2,…,z^{n-1}}として (つまりz^n=1の場合)についての話で良いですね? 積について閉じていることと逆元の存在確認してください。 わからなければ、具体的にどこと言ってください。
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16152.Re: 群 |
名前:mama 日付:7月29日(木) 8時58分 |
わかりました。巡回群が乗法に関して群になるので、 任意の元zを1つ取ったときに、その巡回群がAの中 の部分群になるのですね!
z^1=1→z=1 z^2=1→z=1,-1 z^3=1→z=1,ω,ω^2 z^4=1→z=1,-1,i,-i
ここからどのように考えればいいのかがわかりません。 教えてください。
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16155.Re: 群 |
名前:T.M 日付:7月29日(木) 12時20分 |
こういうところは力ずくなので、もしあなたが数学科なら もがいて解くと良い練習になると思うのですが。 答えを完全に教えることにそういう意味での罪悪感を多少感じます。
いま、Aの中の元をとったときzに1以外のものを取ったとしましょう。 つまりz≠1となるように取りましょう。これは可能ですね。
z=1の線は消えます。 また、z^4=1ならば、位数が4なのでこれがAと一致していることに なって終わりです。
後は、z^2=1、z^3=1です。
z^2=1とすると、<z>={1,-1}なので、 A-{1,-1}の中から1つ元を取れる。これをwとすると、 w,-w∈A、かつ、1,-1,w,-wは全て異なる。 w^2は1,-1,w,-wのどれかと一致しているので、全てを調べると w=±iしかない。 w=±iのとき、確かに{1,-1,w,-w}はCの部分群をなす。
z^3=1とすると、<z>={1,ω,ω^2} A-{1,ω,ω^2}の中から1つ元を取れる。これをwとすると、 w,wω,1,ω,ω^2は全て異なる。 これはAの位数が4である事に矛盾。
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16219.Re: 群 |
名前:mama 日付:8月2日(月) 12時18分 |
すいません。まとめようと思ったらまたまた質問です。
>z^2=1とすると、<z>={1,-1}なので、 >A-{1,-1}の中から1つ元を取れる。これをwとすると、 >w,-w∈A、かつ、1,-1,w,-wは全て異なる。
1つの元をwとおいたとき、何故−w∈Aとおけるのですか? あとwは巡回群でまた考えるのですか?
z^3=1のときの位の数が4と異なる証明がよくわかりません。
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