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¿Por qué isn ' t hay interés en topologías no triviales, nondiscrete en grupos?

Una topología en un grupo es necesario para ser compatible con la estructura de grupo (multiplicación debe ser continua y un mapa de la $G\times G\to G$ y la inversión debe ser continuo). Sólo he visto la topología discreta que se hace referencia en los grupos finitos, sin embargo (como por ejemplo, los subgrupos de continua de la matriz de grupos).

¿Por qué no hay ningún interés en que no sea trivial, nondiscrete topologías sobre grupos finitos? Es porque son fáciles de clasificar, su estudio se reduce a otras áreas de las matemáticas como la teoría de grafos, o que no he visto ninguna externo propósito en otros lugares?

Seguramente estas topologías de existir. Para un subgrupo $H\le G$ puede configurar todos los cosets de $H$ a ser una base. Podemos hablar de la generación (grupo-compatible) topologías de los subconjuntos $X\subseteq G$; que la topología $\tau_G$ ser la recopilación de toda la izquierda y a la derecha se traduce de una colección de subconjuntos, así como sus uniones e intersecciones (que obviamente será finito) y, a continuación, sus traduce, etc. (este proceso seguramente va a terminar porque actúa como un monotonía de la función que se aplica a la doble poder establecer $\mathcal{P}(\mathcal{P}(G))$.)

Entonces podemos pedir suficientes y condiciones necesarias para una familia de subconjuntos para generar la topología discreta. Otros potencialmente interesantes preguntas y respuestas: para una determinada familia o un puñado de grupos finitos, podemos pedir para la clasificación de sus admisible topologías. Así que yo creo que hay potencialmente interesantes preguntas acerca de trivial nondiscrete finito grupo de topologías, pero no parece ser cualquier teoría acerca de lo $-$ hay algo que me falta?

17voto

blue Puntos 11796

Evidentemente yo se que faltan algunas cosas. Todo está bien ahora, sin embargo.

En respuesta a Qiaochu la respuesta que yo quería para precisar los detalles. Deje $(G,\tau_G)$ ser finito topológico grupo, $1:=\{1_G\}$ el subgrupo trivial, $\mathrm{cl}(\cdot)$ el topológica de cierre de operador, y $\mathrm{ncr}(\cdot)$ el grupo de la teoría de la normal núcleo del operador. Por lo $\mathrm{cl}(A)=\bigcap \{F~\textrm{closed}:A\subseteq F\}$$\mathrm{ncr}(A)=\bigcap_{g\in G}g^{-1}Ag$.

Lema 1. Deje $(X,\tau_X)$ ser un espacio topológico. Los pares de $A,\,\mathrm{cl}_X(A)$ determinar $\tau_X$ y vice-versa.

Prueba. El vice-versa dirección es clara por $\mathrm{cl}$'s de la intersección de la fórmula. Por el contrario, un subconjunto $A\subseteq X$ es cerrado si y sólo si $\mathrm{cl}(A)=A$ (si $A$ es cerrado, a continuación,$A\subseteq \bigcap F\subseteq A\implies \mathrm{cl}(A)=A$, y por el contrario si la igualdad sostiene, a continuación, $A$ es una intersección de conjuntos cerrados por lo tanto es cerrado). Por lo tanto podemos determinar el abierto de conjuntos de $X$ precisamente en términos de cierre: $A\subseteq X$ es abrir el fib $X\setminus A=\mathrm{cl}(X\setminus A)$.

Lema 2. La topología $\tau_G$ $G$ está determinado por $S:=\mathrm{cl}(1)$.

Prueba. Deje $X\subseteq G$ ser un subconjunto. Cualquier conjunto cerrado $F$ contiene $X$ contiene ningún singleton subconjunto de $X$, por lo que también contiene el cierre de la $\mathrm{cl}(x)$ todos los $x\in X$, por lo tanto contendrá la unión finita $Y:=\cup_{x\in X}\mathrm{cl}(x)$; ya que la unión es finito, $Y$ también está cerrada. Nota: $X\subseteq Y$ desde $x\in\mathrm{cl}(x)$ siempre. Así llegamos a la conclusión de que $\mathrm{cl}(X)=Y$ porque $Y$ exhibe la característica universal de la clausura de la $X$. Por otra parte,

$$\begin{array}{cl} \mathrm{cl}(x) & = \bigcap \{F~\textrm{closed}:x\in F\} \\ & = \bigcap x\{x^{-1}F~\textrm{closed}:1_G\in x^{-1}F\} \\ & =x\bigcap\{E~\textrm{closed}:1_G\in E\} \\ & = x\,\mathrm{cl}(1)=xS \end{array}$$ $$\therefore~~ \mathrm{cl}(X)=\bigcup_{x\in X}\mathrm{cl}(x)=\bigcup_{x\in X}xS=XS.$$

Todos los cierres son por lo tanto se determina únicamente por $S$, y por lo tanto para con $\tau_G$ por el Lema 1.

Lema 3. $S=\mathrm{cl}(1)\trianglelefteq G$ es un subgrupo normal.

Prueba de normalidad. Desde la izquierda y la derecha de traducción son continuos y $S$ es cerrado conteniendo $1_G$, cualquier conjugado $g^{-1}Sg$ debe ser cerrado y contener $1_G$ por lo tanto $S\subseteq g^{-1}Sg=S^g$ todos los $g$. Por Lo Tanto $$S\subseteq \bigcap_{g\in G}S^g=\mathrm{ncr}(S) \subseteq S\implies S=\mathrm{ncr}(S).$$ Since the group-theoretic normal core is normal, $S$ is a normal subset of $G$.

Prueba de subgrupo. Tenga en cuenta que $S$ es un conjunto cerrado que contiene a $x$ cualquier $x\in S$, por lo tanto $xS\subseteq\mathrm{cl}(x)\subseteq S$, y desde $x^{-1}S\subseteq S\implies S\subseteq xS$ por la izquierda-la multiplicación, $xS=S$ todos los $x\in S$, lo que da cierre bajo la multiplicación, así como la recíproca (desde $1_G\in S=xS\implies 1_G=xy$ algunos $y\in S$).

Teorema. La única que no sea trivial topologías en un grupo finito se levantó de discretos topologías en factor de grupos. Es decir, una topología en $G$ debe tener como base el coset espacio de $G/N$$N\trianglelefteq G$.

Prueba. Deje $\tau_G$ ser una topología en $G$ y deje $N=S=\mathrm{cl}_G(1)$. Un subconjunto $X\subseteq G$ es abrir el fib $G\setminus X$ es cerrado iff $G\setminus X=\mathrm{cl}(G\setminus X)=(G\setminus X)S=\cup_{y\in G\setminus X}yN$ es una unión de la izquierda cosets de $N$ (y de hecho desde $N$ está cerrada y que la traducción es continua, cualquier unión de la izquierda cosets de $N$ es cerrado). Pero desde cosets partición $G$ si $G\setminus X$ es una unión de cosets, por lo que es $X$. Por lo tanto $G/N$ es una base para $\tau_G$.

Observación. Supongamos $(G,\tau_G)$ es de Hausdorff. A continuación, para cada nonidentity elemento $g\in G$, existen abiertos disjuntos conjuntos de $1_G\in U_g$$g\in V_g$. A continuación, $1_G\in\cap_{g\ne 1_G}U_g$ es abierto y no puede contener un no-elemento de identidad por lo tanto $\{1_G\}$ está abierto, y, posteriormente, por la continuidad de cualquier singleton y por la unión de cualquier subconjunto es abierto, por lo $\tau_G=\mathcal{P}(G)$ es de hecho la topología discreta.

3voto

Matt Dawdy Puntos 5479

Recordemos que una topología está totalmente determinado por el cierre de la relación. Deje $G$ ser un número finito de grupo con algunos de topología y deje $G_0$ es el cierre de la identidad. A continuación, $G_0$ es un subgrupo normal. Por otra parte, el cierre de cualquier subconjunto finito de $G$ es la unión de la correspondiente traduce de $G_0$ (ya que este es un subconjunto cerrado contenida en el cierre). En consecuencia, la topología en $G$ está totalmente determinado por $G_0$. En otras palabras, el estudio no trivial de topologías en un grupo finito es equivalente a estudiar subgrupos normales.

En general, si $G$ es un grupo topológico y $G_0$ el cierre de la identidad, a continuación, $G_0$ es un subgrupo normal y $G/G_0$ es el universal topológico de Hausdorff grupo en el que $G$ mapas. (Hay que recordar que como Hagen menciona en los comentarios, para finito de espacios de Hausdorff es equivalente a discretos.) Así, el estudio topológico de grupos reduce casi de inmediato al estudio de topológico de Hausdorff grupos.

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