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¿Basta con comprobar la propiedad de subgrupo normal para los generadores?

Deje $G$ ser un grupo generado por un subconjunto $S$ e $H$ ser un subgrupo de $G$ generado por un subconjunto $T$.

Para comprobar si $H$ es un subgrupo normal de $G$ o no, se debe verificar la siguiente declaración: $$ \forall g \de G \: \forall h \H: \: g^{-1} h g \en H. $$

Pregunta: ¿es suficiente para comprobar $$ \forall s \in S \: \forall t \T: \: s^{-1} t s \in H? $$

Supongo que esto es cierto, pero la prueba de que parece ser muy técnico. Podría por favor ayudarme respondiendo y explicando mi pregunta?

Cualquier ayuda es muy apreciada!

13voto

Mike Earnest Puntos 4610

No, no siempre es suficiente. Considerar el Lamplighter grupo. Esto tiene dos generadores, $a$ e $t$, lo que representa transformaciones de funciones $f:\mathbb Z\to \{0,1\}$.

  • $a$ cambios en el valor de $f(0)$, y deja todos los demás de la misma.

  • $t$ cambios de la secuencia, sustituyendo $n\mapsto f(n)$ con $n\mapsto f(n+1)$.

Deje $H$ ser el subgrupo generado por a$a,t^{-1}at^{},t^{-2}at^{2},\dots$ puede comprobar que $t^{-1}Ht\subseteq H$, e $a^{-1}Ha=H$. Desde $a,t$ genera el grupo, su condición implicaría $H$ fue normal. Sin embargo, $tat^{-1}\notin H$.


Sin embargo, esta modificación de la afirmación es verdadera.

Si $S$ genera $G$ e $T$ genera $H$, e $\forall s\in S,t\in T$ hemos \begin{align}s^{-1}ts\in H\quad \text{and} \quad sts^{-1}\in H,\end{align} , a continuación, $H$ es normal en $G$.

Prueba de La condición implica, además, $s^{-1}t^{-1}s=(s^{-1}ts)^{-1}\in H$ así.

Siguiente, para todos los $s\in S$, $h\in H$, tenemos $s^{-1}hs\in H$ e $shs^{-1}\in H$. Para ver esto, escriba $h=t_1t_2\dots t_n$ con cada una de las $t_i\in T$ o $t_{i}^{-1}\in T$. Entonces $$ s^{-1}hs=(s^{-1}t_1s)(s^{-1}t_2s)\cdots (s^{-1}t_ns)\in H $$ dado que todos los factores están en $H$. Lo mismo va para $shs^{-1}$.

Ahora bien, dado $g\in G$, $h\in H$, podemos escribir $g=s_1s_2,\dots,s_n$, en donde el $s_i\in S$ o $s_i^{-1}\in S$. Ahora, definir una secuencia $h_0,h_1,\dots, h_n$ por

  • $h_0 = h$.

  • $h_{i+1} = s_{i+1}^{-1}h_{i} s_{i+1}$ para $i=0,1,2,\dots,n-1$.

Podemos probar por inducción, y el uso de los hechos $s^{-1}hs\in H$ e $shs^{-1}\in H$ para todos los $h\in H$que $h_{i}\in H$ por cada $i$. Pero $h_n=s_n^{-1}\dots s_2^{-1}s_1^{-1}hs_1s_2\dots s_{n}=g^{-1}hg$, así que hemos terminado.

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Max Puntos 153

He aquí una prueba de Mike instrucción modificada sin la inducción, utilizando sólo la definición de la generación de subconjunto (me parece más limpio de esta manera)

Fix $ t \in T $. Entonces el conjunto de $ g $ s tal que $ g t g^{-1} \in H $ es cerrado bajo la multiplicación, y contiene $ S \cup S^{- 1} $. De manera que contenga el submonoid generados por este conjunto, que, por métodos similares, se ve fácilmente ser $ G $.

Por lo tanto, para todos los $ g \in G $ , $ gtg^{-1} \in H $.

Esto es cierto para todos los $ t \in T $ , y el conjunto de $ x $ por que es cierto que claramente es cerrado bajo la multiplicación y la recíproca, por tanto, debe contener $ H $. Por tanto, para todos $ g \in G, gHg^{-1} \subset H $, que es todo lo que quería.

Apéndice : si $ S $ genera $G $ entonces $ S \cup S^{-1} $ genera $ G $ como monoid. De hecho, vamos a $ H $ ser el monoid generados por este conjunto. El conjunto de $ x \in H$ tal que $ x^{-1} \in H $ contiene $ S $ por la construcción y es cerrado bajo la multiplicación (debido a $ H $ ) y bajo la recíproca . Por lo tanto es $ G $. Pero está incluido en $ H $, por lo tanto, $ G= H $.

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