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¿Por qué nos preocupamos acerca de dos subgrupos siendo conjugado?

En las clasificaciones de los subgrupos de un grupo determinado, los resultados son a menudo indicado hasta conjugacy. Me gustaría saber por qué es así.

De manera más general, no entiendo por qué "conjugacy" es una relación de equivalencia que nos importa, más allá del hecho de que es más fuerte que "de manera abstracta isomorfo."

Mi comprensión vaga, es que mientras que "en abstracto isomorfo" es la correcta "intrínseca" de la noción de isomorfismo, por lo que "conjugado" es la correcta "extrínseca" noción. Pero ¿por qué hemos designado esta noción de equivalencia, y no algún otro?

Para recibir una respuesta satisfactoria, déjame ser un poco más preciso:

Pregunta: Dadas dos subgrupos $H_1, H_2$ de un grupo $G$, cuáles son las propiedades que se conservan bajo conjugacy que puede romper bajo abstractos generales isomorfismo?

Por ejemplo, es cierto que $G/H_1 \cong G/H_2$ ffi $H_1$ es conjugado a $H_2$? O, ¿es cierto que los dos subgrupos $H_1, H_2 \leq \text{GL}(V)$ son conjugado iff sus representaciones son isomorfos? Estoy seguro de que estas son preguntas fáciles de responder -- sin duda alguna, no he pensado en lo absoluto acerca de cualquiera, pero me levante de ellos a modo de ejemplo. ¿Cuáles son otras caracterizaciones equivalentes?

26voto

Barney Puntos 1

Esta respuesta no es de la forma que usted pidió, pero estoy publicando porque me ha sido muy útil para mí. Me disculpo si este es el tipo de respuesta que usted está tratando de evitar.

Vamos a empezar con una situación muy específica. Deje de $G$ ser el grupo de isometría del plano $E$. Si tienes que elegir un punto de $x$, las rotaciones alrededor de $x$ forman un subgrupo de $G_x$ de $G$. Si usted escoge a dos puntos diferentes de $x$ y $y$, se obtiene dos subgrupos $G_x$ y $G_y$. Estos subgrupos son diferentes, pero no se sienten realmente diferente, porque se puede convertir uno en el otro simplemente cambiando su punto de vista: si cambio el avión por una isometría que pone de $x$, donde $y$, entonces $G_x$ se convierte en el subgrupo de $G_y$ solía ser. En otras palabras, $G_x$ y $G_y$ no son realmente diferentes, porque hay una isometría $g \in G$ que hace que el diagrama de $$\requieren{AMScd} \begin{CD} E @>G_x>> E \\ @VgVV @VVgV \\ E @>>G_y> E \end{CD}$$ de camino al trabajo. (En este diagrama, cada flecha representa un conjunto de isometrías, con $E \desbordado{g}{\longrightarrow} E$ denota el singleton $\{g\}$, y componer flechas significa componer todos los pares de isometrías.)


Ahora, para ser completamente general, creo que de cualquier grupo $G$ como un grupo de "permitido simetrías" de algún objeto-en otras palabras, un subgrupo de $\operatorname{Aut} X$ para algún objeto $X$. (Esto es completamente general, ya que podemos tomar de $X$ de $G$ a sí mismo con la izquierda, la multiplicación de la acción. Tal vez más de manera satisfactoria, podemos hacer que $X$ de un gráfico si $G$ es finito, un árbol si $G$ es libre, una eficaz Klein geometría si $G$ es un grupo Mentira...)

Una vez más, incluso si los dos subgrupos de $G$ son diferentes, que no se sienten muy diferentes si se puede convertir uno en el otro con sólo mirar a $X$ desde un punto de vista diferente. En otras palabras, dos subgrupos $H, \tilde{H} < G$ en realidad, no son diferentes si hay una simetría $g \in G$ de $X$, que hace que el diagrama de $$\requieren{AMScd} \begin{CD} X @>H>> X \\ @VgVV @VVgV \\ X @>>\tilde{H}> X \end{CD}$$ de camino al trabajo. Esto, por supuesto, es la definición de conjugacy.


Este punto de vista, por cierto, es mi favorita de la motivación para la idea de la normalidad: un subgrupo normal es una clase de simetrías que no depende de su punto de vista. Si cambio el avión por una isometría, por ejemplo, su noción de lo que cuenta como una horizontal traducción puede cambiar, pero su noción de lo que cuenta como una traducción no. Horizontal traducciones forma no-normal subgrupo, mientras que las traducciones forman un subgrupo normal.

22voto

Matt Dawdy Puntos 5479

$H_1$ y $H_2$ son conjugado como subgrupos iff $G/H_1$ y $G/H_2$ son isomorfos como $G$-conjuntos.

Edit: Dos relacionados con la configuración de donde esta condición se muestra son la teoría de Galois y cubrir el espacio de la teoría. Una forma de estado en la clasificación de (no necesariamente conectado), que cubre los espacios de una (agradable, trayectoria-conectado) espacio de $X$ es que la categoría de tales cubre es equivalente a la categoría de $\pi_1(X)$-conjuntos. Entre estos, la transitiva $\pi_1(X)$-conjuntos corresponden a los cubre, por lo que tenemos que conectado cubre corresponden a las clases conjugacy de los subgrupos de $\pi_1(X)$. Para obtener los subgrupos en la nariz que usted necesita para recoger basepoints en las portadas de elevación de un punto de base en $X$.

Edición #2: Aquí es otro entorno donde esta condición aparece, para abrir el apetito. Si $H_1$ y $H_2$ son isomorfos, entonces sus categorías de $\text{Rep}(H_1)$ y $\text{Rep}(H_2)$ lineal representaciones son equivalentes. Pero si $H_1$ y $H_2$ son conjugado, es asimismo cierto que podemos elegir una equivalencia entre estas categorías tienen la propiedad de que la correspondiente inducción functors $\text{Ind}_{H_i}^G : \text{Rep}(H_i) \a \text{Rep}(G)$ son naturalmente isomorfos.

17voto

Onorio Catenacci Puntos 6130

No voy a intentar una respuesta completa, pero sólo como un ejemplo, si estás estudiando finitos simples grupos de $G$ (que un montón de gente), entonces una de las primeras preguntas que usted puede preguntar acerca de $G$ es: ¿cuáles son su máxima subgrupos? Una lista completa sería inmanejable de largo, mientras que una lista de representantes de la clase conjugacy proporciona toda la información que usted necesita. En este caso, el número de conjugados de un subgrupo maximal $M$ es igual a $|G:M|$, así que usted sabe exactamente cuántos de ellos hay.

Una lista de isomorfismo representantes de la clase no sería inútil, pero le dejaría con preguntas sin respuesta, tales como la cantidad máxima de los subgrupos que hay en total. Por ejemplo, para ${\rm PSL}(2,7)$, sólo hay dos de esos $S_4$ y un nonabelian grupo de pedido de $21$. Resulta que no hay una única clase conjugacy de la segunda de estas (en realidad, es el normalizador de Sylow $7$-subgrupo, por lo que es claro), pero dos clases conjugacy de $S_4$, que está conjugado en el automorphism grupo de ${\rm PSL}(2,7)$, que es de ${\rm PGL}(2,7)$.

De hecho, en general, cuando se tiene isomorfo pero no conjugar los subgrupos, entonces usted estará interesado en saber si son conjugado en ${\rm Aut}(G)$.

16voto

arctic tern Puntos 383

No entiendo por qué "conjugacy" es una relación de equivalencia que nos importa, más allá del hecho de que es más fuerte que "de manera abstracta isomorfo."

Un hecho observacional sobre conjugacy: las cosas son conjugadas si hacer "lo mismo" en relación a las diferentes perspectivas. Por ejemplo, considere la posibilidad de:

  • La conjugación de una permutación reetiqueta las entradas en sus dos líneas de notación (la fila superior e inferior), o, equivalentemente, reetiqueta las entradas en su ciclo de notación. El ralabelling es de acuerdo a la permutación uno de los conjugados.
  • La conjugación de una matriz que representa el cambio en las coordenadas. Dada una transformación lineal, dos (ordenada) de las bases, y dos correspondientes a las representaciones de la lineal mapa con respecto a las bases como las matrices, las dos matrices son conjugado por el cambio de base de la matriz.
  • La conjugación de un lazo en la punta de su grupo fundamental por un camino que se produce un bucle alrededor de un posible diferente punto de base obtenidos arrastrando el bucle original a lo largo de dicho camino.
  • Dos lineal representaciones son equivalentes, precisamente cuando más se conjugado por algunos entrelazamiento aka equivariant isomorfismo.

Advertencias: en los primeros dos ejemplos son acerca de la conjugación de elementos individuales y de grupos, los dos últimos ejemplos puede apenas como fácilmente implicar la conjugación por cosas fuera de un grupo con el fin de moverse entre los distintos grupos, y el último ejemplo es el de la conjugación de un grupo de homomorphism pointwise en lugar de un subgrupo. Pero el principio sigue siendo el mismo.

La mayor llamada a un grupo puede tener en la vida es actuar sobre algo, así que es más que un resumen algebraica de la estructura aislada del mundo. Para este fin, los grupos son para el grupo de acciones como la energía potencial es energía cinética, excepto con la simetría en lugar de la energía. En este espíritu, debe haber algún tipo de acción relacionada con la interpretación de los subgrupos que nos ayuda a entender por qué conjugación debe ser importante y por qué aparece en la naturaleza como en los ejemplos anteriores. La idea es que cualquier subgrupo es potencialmente un punto de estabilizador.

Punto-estabilizadores son importantes porque de la órbita-estabilizador teorema. Mientras que generalmente se representa como un cuantitativa de la identidad, por el contrario, podemos pensar en OS como algo más rico: dado cualquier punto en un espacio/set, el acto de aplicación de los elementos del grupo a que punto elegido induce un "revestimiento" de el punto de la órbita por el propio grupo. Las fibras de este mapa son precisamente los cosets de la punta del estabilizador. En efecto, en condiciones agradables, podemos decir Estabilizador → Grupo → Órbita es un haz de fibras, por lo que el grupo es un montón de copias del estabilizador parametrizadas por la órbita.

Dónde, entonces, la conjugación de entrar en la foto? Bien, dos en punto-estabilizadores son conjugado por un grupo de elemento siempre que el elemento de grupo toma el punto uno para el otro. Ejemplos:

  • En el (la orientación de la preservación de los componentes de) Euclidiana grupo de rígidos movimientos de espacio, el estabilizador de un punto elegido es el subgrupo de rotaciones alrededor de ese punto. Dos rotación subgrupos son conjugada por la traducción que se desplaza de un punto a otro.
  • En el grupo afín de espacio, el estabilizador de un punto son el "lineal mapas" de espacio vectorial obtenida por el tratamiento que en su punto de origen. Dos de los estabilizadores son de nuevo conjugado de una traducción entre los puntos.
  • Con el fondo de pantalla de los grupos, o más dimensiones del espacio de los grupos más generalmente, los estabilizadores son llamados cristalográfica de grupos de puntos, y una vez más se conjugado por las traducciones (los que están en el entramado de esas que son simetrías de la original de mosaico o de cristal).
  • En el grupo de isometría del plano hiperbólico, estabilizadores son una vez más la "rotación" de los subgrupos, y que también son de nuevo conjugado por los elementos de un subgrupo especial que actúa regularmente en el plano hiperbólico por las "traducciones" de forma similar a los ejemplos anteriores, pero en este caso no hay una estructura lineal en la situación. Esto se generaliza a dimensiones superiores.
  • En el diedro grupo que actúa en un polígono regular, el punto de estabilizadores se voltea a través de la bisección de líneas a través de los vértices, dos de los cuales son conjugada por la rotación que se mueve el primer vértice de la segunda. Este es un discreto caso, de que hay una continua analógica: el ortogonal del grupo actuando en el círculo.
  • Con una ortogonal grupo que actúa sobre una de mayores dimensiones de la esfera, el estabilizador de un vector es canónicamente isomorfo con el grupo ortogonal del vector ortogonal complemento, y estos estabilizadores son también conjugado por las rotaciones.

A menudo otros subgrupos también se pueden comparar o contrastar la base de lo que hacemos en la acción del grupo, y esto se refleja por conjugacy. Podemos ver esto con algún parámetro subgrupos:

  • Dado cualquier conjunto ortogonal, orientado planos en el espacio y una "velocidad" asociados con cada plano, no es un parámetro subgrupo que restringe a las rotaciones de cada uno de estos planos en sus correspondientes velocidades a lo largo de su orientación. De hecho, todos estos son de un parámetro subgrupos. La conjugación es un elegido de la rotación de los rendimientos de un nuevo parámetro de los subgrupos: uno simplemente se aplica el elegido de rotación para todos los ortogonal, orientado planos para obtener la nueva colección de planos (manteniendo las velocidades).
  • Más allá del punto-estabilizadores, los cuales actúan como grupos de rotación en el plano hiperbólico, hay otros dos tipos de acciones: las que giran alrededor de un "punto en el infinito" (así en el límite de Poincaré del modelo de disco) y los que hacen que los puntos de flujo en cualquiera de los lados de un dado geodésica. Ambos tipos de rendimiento de un parámetro subgrupos. Dos "grupos de rotación" alrededor de dos puntos en el infinito" está conjugado con un elemento de la mencionada regular subgrupo que se mueve de un punto a otro. Del mismo modo, dos "geodésica corrientes de los ríos" está conjugado por el elemento de la regular subgrupo que se mueve de una geodésica para el otro.

6voto

Pedro Tamaroff Puntos 73748

En las clasificaciones de los subgrupos de un grupo determinado, los resultados son a menudo indicado hasta conjugacy. Me gustaría saber por qué es así.

Conjugacy es importante en la Galois-como bijections: señaló que cubre los espacios de una (agradable), señaló space $(X,x)$ son clasificados por subgrupos del grupo fundamental de $X$, y las clases conjugacy representan diferentes opciones de puntos de la mentira más de $x$. Del mismo modo, conjugar los subgrupos del grupo de Galois $G$ de una extensión $E/K$ corresponden a conjugar subextensions, que es, subextensions $F,F'$ tal que $\sigma F=F'$ para algunos automorphism $\sigma/K$. En la línea de lo que usted ha mencionado, conjugar las matrices son los que dan isomorfo $F[X]$-módulo de estructuras en una finito dimensionales $F$-espacio vectorial $V$. Esto es esencialmente lo que muchas personas aprenden en un no-tan-introductorio de álgebra lineal del curso: la forma canónica de Jordan es la respuesta (a veces) para "cuando son dos matrices (representaciones) conjugado?", decir!

El problema de conjugacy es, por tanto, bien motivado! Un poco más apagada ejemplo es que las clases conjugacy de un grupo de dar la dimensión de $Z(kG)$ más de $k$ y en el hecho de dar un representante canónico. Recuerdo haber asistido a una charla donde se menciona vagamente que las clases conjugacy además de algo más de clasificar Yetter-Drinfeld módulos a través de la álgebra de Hopf $kG$. (Agregar: comprobación de la Wikipedia, desea $k=\Bbb C$, y los módulos se clasifican por una clase conjugacy decir $\overline g$ y una representación irreducible de la centralizador de $g$ en $G$).

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