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La construcción de un no-grupo abelian de orden 75

Estoy tratando de usar un semi-directa de productos para la construcción de un no-grupo abelian de orden 75 (Ex 5.5.8 en Dummit & Foote). Utilizando el tercer teorema de Sylow, obtenemos $n_5=1$ por lo que el subgrupo de orden $25$ es normal. Por tanto, tiene sentido utilizar la siguiente semi-producto directo:

$$ (\text{Sylow }5\text{-subgrupo})\rtimes(\text{Sylow }3\text{-subgrupo}) $$

Hay dos grupos de orden $25$, $\mathbb{Z}/5\mathbb{Z}\times \mathbb{Z}/5\mathbb{Z}$ o $\mathbb{Z}/25\mathbb{Z}$. Con el fin de utilizar el semi-directa del producto, necesito un homomorphism de $\mathbb{Z}/3\mathbb{Z}$ a uno de estos. El automorphism grupo de $\mathbb{Z}/25\mathbb{Z}$$C_{20}$, por lo que no podemos utilizar este grupo (desde $3\nmid 20$). Mis preguntas son:

$$ \begin{split}&1&) \text{ What is }Aut(\mathbb{Z}/5\mathbb{Z}\times \mathbb{Z}/5\mathbb{Z})? \\ &2&) \text{ How can we construct a non-trivial homomorphism } \phi:\mathbb{Z}/3\mathbb{Z}\to Aut(\mathbb{Z}/5\mathbb{Z}\times \mathbb{Z}/5\mathbb{Z}) \end{split} $$

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Leenie Puntos 11

$\mathbb{Z}_5\times \mathbb{Z}_5$ puede ser considerado como un espacio vectorial sobre el campo $\mathbb{Z}_5$ (la suma es igual a la adición en el grupo abelian modulo $5$, y la multiplicación escalar en realidad proviene de la adición: $v+v=2.v$, $v+v+v=3.v$, $\cdots$)

Por lo tanto, cualquier automorphism de el grupo $\mathbb{Z}_5\times \mathbb{Z}_5$ es también un automorphism del espacio vectorial $\mathbb{Z}_5\times \mathbb{Z}_5$ y por el contrario (debido a la observación en la multiplicación escalar que se hizo anteriormente).

Es bien conocido, ¿cuál es la automorphism grupo de $\mathbb{Z}_5\times \mathbb{Z}_5$? Es $$ GL(2,5)= \begin{Bmatrix} \begin{bmatrix} a & b\\ c & d \end{bmatrix}\colon a,b,c,d\in\mathbb{Z}_5, ad-bc\neq 0 \end{Bmatrix}. $$ Para obtener un elemento de orden $3$$Aut(\mathbb{Z}_5\times \mathbb{Z}_5)$, tenemos que encontrar una no-identidad de la matriz $A$ tal que $A^3=I$. Por lo tanto, $A$ satisface polinomio $x^3-1=(x-1)(x^2+x+1)$. El factor cuadrático no tiene raíz en $\mathbb{Z}_5$ (de verificación) de modo que es irreductible. Además, $A\neq I$, por lo tanto el polinomio mínimo de a $A$ debe dividir cuadrática factor de $x^2+x+1$. Pero el polinomio mínimo de a $A$ tiene el grado $\leq 2$ (tamaño de la $A$), por lo $x^2+x+1$ es el mínimo (de ahí polinomio característico de a $A$). Podemos encontrar una matriz $A$ explícitamente con tal polinomio característico? Sí, compañero de la matriz $$ A= \begin{bmatrix} 0 & -1\\ 1 & -1 \end{bmatrix}. $$ Ahora llegamos a la construcción de grupo. Deje $\mathbb{Z}_5\times \mathbb{Z}_5=\langle x,y\rangle$$x=\begin{bmatrix} 1 \\ 0 \end{bmatrix}$$y=\begin{bmatrix} 0 \\ 1 \end{bmatrix}$. A continuación, $Ax=y$ $Ay=-x-y$ (de verificación).

Considere la posibilidad de $\mathbb{Z}_5\times \mathbb{Z}_5=\langle x,y\rangle$ multiplicatively, $t$ ser elemento de orden $3$ en su automorphism grupo, y la acción de $t$ en este grupo está dada por (escribir por encima de la acción de $A$ como acción de $t$, con multiplicativo de operación): $$txt^{-1}=y \,\,\,\, tyt^{-1}=x^{-1}y^{-1}.$$ Así $$G=\langle x,y,t\colon x^5=y^5=1, xy=yx, t^3=1, txt^{-1}=y, tyt^{-1}=x^{-1}y^{-1}\rangle$$ es un grupo de orden $75$, que no es abelian.

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