群的四种性质

1. {Z,+}是否为群?若是,验证其满⾜群定义;若不是,说明理由。
2. {N,+} 是否为群?若是,验证其满⾜群定义;若不是,说明理由。
其中 Z 为整数集, N 为⾃然数集。

群(Group)是一种集合加上一种运算的代数结构。

它需要满足四种性质“凤姐咬你”,也就是“封结幺逆”:

如果把逆定义成-1次方的话,1,2应该都是群

### Klein Four-Group 的数学定义与性质 #### 定义 Klein four-group 是一种特殊的有限阿贝尔,通常记作 \( V_4 \) 或者 \( C_2 \times C_2 \)[^1]。它由四个元素组成,分别是单位元 \( e \),以及另外三个满足特定关系的元素 \( a, b, c \)。其乘法表如下所示: | | \( e \) | \( a \) | \( b \) | \( c \) | |-------|---------|----------|----------|----------| | **\( e \)** | \( e \) | \( a \) | \( b \) | \( c \) | | **\( a \)** | \( a \) | \( e \) | \( c \) | \( b \) | | **\( b \)** | \( b \) | \( c \) | \( e \) | \( a \) | | **\( c \)** | \( c \) | \( b \) | \( a \) | \( e \) | 该可以被描述为两个二阶循环的直积 \( C_2 \times C_2 \)。 #### 性质 1. **交换性**:Klein four-group 是一个阿贝尔,这意味着对于任意两个元素 \( u, v \in V_4 \),都有 \( uv = vu \)[^1]。 2. **子结构**:Klein four-group 拥有多个真子。具体来说,它包含三个不同的二阶子和一个三阶子。这些子的存在可以通过拉格朗日定理验证,即任何子的阶数必须整除原的阶数。 3. **同构特性**:Klein four-group 同构于对称 \( S_3 \) 中的一个正规子。这种同构关系揭示了它在更广泛的代数组合中的重要地位。 4. **自同态环**:由于 \( V_4 \cong C_2 \times C_2 \),它的自同态形成一个二维向量空间上的线性变换集合。 以下是 Python 实现用于展示 Klein four-group 运算逻辑的小程序: ```python class KleinFourGroup: def __init__(self): self.elements = ['e', 'a', 'b', 'c'] def multiply(self, x, y): table = { ('e', 'e'): 'e', ('e', 'a'): 'a', ('e', 'b'): 'b', ('e', 'c'): 'c', ('a', 'e'): 'a', ('a', 'a'): 'e', ('a', 'b'): 'c', ('a', 'c'): 'b', ('b', 'e'): 'b', ('b', 'a'): 'c', ('b', 'b'): 'e', ('b', 'c'): 'a', ('c', 'e'): 'c', ('c', 'a'): 'b', ('c', 'b'): 'a', ('c', 'c'): 'e' } return table[(x, y)] group = KleinFourGroup() print(group.multiply('a', 'b')) # 输出应为 'c' ```
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