3 votos

Determinar si dos grupos de matrices son isomorfos o no.

Este es el problema que tengo:

Déjalo:

$$G = \left\{\begin{bmatrix} a & b\\ 0 & c \end{bmatrix} \in GL(2,R)\right\}$$

$$H = \left\{\begin{bmatrix} a & 0\\ 0 & b \end{bmatrix} \in GL(2,R)\right\}$$

$$K = \left\{\begin{bmatrix} 1 & a\\ 0 & 1 \end{bmatrix} \in GL(2,R)\right\}$$

Es $G$ isomorfo de $H \times K$ ?

Digamos que sí:

$\phi : G \rightarrow H \times K$ donde:

$\begin{bmatrix} a & b\\ 0 & c \end{bmatrix} \rightarrow (\begin{bmatrix} a & 0\\ 0 & b \end{bmatrix}, \begin{bmatrix} 1 & a\\ 0 & 1 \end{bmatrix})$

Entonces, este extraño mapeo claramente no es la biyección. Sin embargo, sólo he demostrado que una función no es un isomorfismo. La cosa es: necesito encontrar el homomorfismo biyectivo, que son inyectivos y suryectivos.

Algunas notas que tomé son:

  • G está formada por cualquier matriz triangular superior, incluida la matriz identidad.
  • H x K es el producto cartesiano de dos matrices. Es decir $(\begin{bmatrix} a & 0\\ 0 & b \end{bmatrix}, \begin{bmatrix} 1 & a\\ 0 & 1 \end{bmatrix})$ . Pero esto es un conjunto de H x K. Si multiplico los mismos tipos de matrices con cualquier constante arbitraria por coordenadas, entonces obtengo el grupo: $(\begin{bmatrix} aa' & 0\\ 0 & bb' \end{bmatrix}, \begin{bmatrix} 1 & a + a'\\ 0 & 1 \end{bmatrix})$
  • Una función es homomorfa si $\phi (xy) = \phi (x) \phi (y)$
  • Una función es inyectiva si su núcleo está formado únicamente por un elemento de identidad.
  • La imagen del inverso del elemento es congruente con la preimagen del mismo elemento. Es decir: $\phi (x^{-1}) = \phi^{-1}(x)$

El problema es que no sé por dónde empezar con este problema. Parece que no puedo encontrar la biyección.

¿Algún consejo o comentario?

6voto

tim_yates Puntos 63521

Suponiendo que $G$ , $H$ y $K$ son los respectivos subgrupos de $GL(2, \mathbb{R})$ se puede demostrar que

  • $H$ et $K$ son abelianos, por lo que $H \times K$ es abeliano, pero
  • $G$ no es abeliano.

La propiedad de ser abeliano se conserva mediante cualquier isomorfismo, por lo que los grupos no pueden ser isomorfos.

4voto

Drew Jolesch Puntos 11

(Migrado de un comentario que era demasiado largo para seguir siendo un comentario):

Por favor, ten en cuenta que siempre que pases MUCHO tiempo intentando "demostrar" que dos grupos SON isomorfos, y no consigas avanzar NADA, entonces es el momento de considerar que quizás NO SON isomorfos, en cuyo caso no existe isomorfismo... y en cuyo caso, simplemente necesitas demostrar POR QUÉ NO. Si no existe isomorfismo, no tiene sentido buscarlo, una vez que lo has intentado sin éxito.

¿Qué características estructurales, que dos grupos isomorfos cualesquiera deben compartir, existen para un grupo que no existen para el otro? Como señala Sammy en su respuesta, la propiedad de ser un grupo abeliano es una propiedad estructural preservada por cualquier isomorfismo, si existe. Si un grupo es abeliano y el otro no lo es... entonces... los dos grupos NO PUEDEN ser isomorfos: es decir, no puede existir ningún isomorfismo entre un grupo abeliano y un grupo no abeliano.


Será una buena tarea para usted recopilar notas sobre dichas propiedades estructurales. Otro ejemplo, además de conmutativo: si un grupo es cíclico y el otro no, no pueden ser isomorfos. Hay muchas otras propiedades de este tipo, no necesariamente aplicables aquí, pero que vale la pena conocer cuando se sospecha que dos grupos no son isomorfos.

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