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Equivalencia de Cauchy ' s y Sylow ' teorema s

Hubo dos preguntas de teoría del grupo publicado recientemente demostrar algo sin el teorema de Sylow (ver 1y 2) . Ambas preguntas tienen alguna respuesta que el uso del teorema de Cauchy. Pero parece que ninguna de estas teorema se puede probar usando otro.

En la prueba del teorema de Sylow dada por J. B. Fraleigh (Álgebra Abstracta), los usos del teorema de Cauchy como primer paso, y después de la existencia de subgrupos de Sylow (o $p$-subgrupos), otras partes del teorema de Sylow (su conjugacy, su cardinalidad, etc.) se puede demostrar fácilmente.

Mientras que del teorema de Cauchy puede ser considerada como un caso especial del teorema de Sylow.

Pregunta: ¿Podemos decir que estos dos teoremas son equivalentes?


Teorema de Sylow:

1) Si $G$ es un grupo finito y $p^n$ divide $|G|$ pero $p^{n+1}$ no, $G$ tiene subgrupos de orden $p^i$ ($1\leq i\leq n$),

2) cualquiera de los dos subgrupos de orden $p^n$ son conjugado,

3) número de subgrupos de orden $p^n$ $1$(mod $ p$).

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Bryan Roth Puntos 3592

Como otros han señalado, no es muy claro lo que es una enseñanza formal, la no-tautologous significado de la equivalencia de los dos teoremas (es decir, la verdad de los enunciados matemáticos) sería. A menudo cuando dos teoremas se dice que es "equivalente" significa en la teoría de los axiomas más débil que el conjunto completo de la norma: por ejemplo, en este sentido, el buen orden Teorema es equivalente al Axioma de Elección, mientras que el teorema de que cada filtro puede ser extendido a un ultrafilter es estrictamente más débil que el Axioma de Elección. Pero aquí tenemos dos teoremas relativos a sólo finitos de estructuras, por lo que es difícil para mí creer que hay algún conjunto teórico cuestiones o distinciones que se plantean aquí.

Sin embargo, hay un común informal significado de la equivalencia del Teorema con el Teorema B. por lo general, cuando la gente dice esto quiere decir que es más fácil probar que "Teorema $\implies$ Teorema B" y "Teorema de B $\implies$ Teorema" que para probar Un Teorema o Teorema B. Por ejemplo, en este sentido, el Primer Número Teorema es equivalente al teorema de que la $n$th prime $p_n$ es asintótica a $n \log n$, mientras que el Primer Número es el Teorema no es equivalente a la afirmación de $\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{p_n} = \infty$: es más fuerte.

En el sentido del párrafo anterior, estoy tentado a decir que del Teorema de Cauchy es no equivalente a la del Teorema de Sylow. Tenga en cuenta que del Teorema de Sylow como tú han escrito implica inmediatamente del Teorema de Cauchy. Por alguna razón, es más común el de "estado de Sylow del Primer Teorema" como la afirmación de que si $p^a \ | \ \# G$$p^{a+1} \nmid \# G$, entonces existe un subgrupo de orden $p^a$. En esta forma el resultado no inmediatamente implica que existen subgrupos de todos los órdenes de $p^k$ $p^k$ un primer poder dividiendo $\# G$ a pesar de la deducción de este es bastante fácil en comparación con la prueba de Sylow del Teorema se deduce fácilmente del hecho de la $p$-grupos han trivial centros que lo contrario de Lagrange del Teorema vale para $p$-grupos. Tomando $a = 1$ recuperamos del Teorema de Cauchy.

Por otro lado, a sabiendas de Cauchy Teorema no parece ser particularmente útil en la demostración del Teorema de Sylow. Hay algunas pruebas que comenzar por el establecimiento de Cauchy Teorema (tal vez solo para finitos conmutativa grupos), pero a mí no parece sensiblemente más corto o más simple que el que establecer Sylow del Teorema de "partir de cero" (por ejemplo, Wielandt la prueba con el grupo de acciones). Sé de al menos uno realmente fácil prueba de Cauchy Teorema: la famosa prueba de James McKay. En los dos teoremas equivalente, no tendría que ser una prueba de Sylow del Teorema de la concesión del Teorema de Cauchy que no es más que McKay de la prueba, y nunca he visto eso.

Sin embargo, este reciente libro de Geoff Robinson viene más cerca que cualquier otro que he visto para dar un "McKay nivel de" prueba de Sylow del Teorema. Él utiliza un ingenioso argumento de inducción, pero la concesión de algunos (realmente fácil, en mi opinión) grupo preliminar de la teoría de resultados sale muy corto y dulce. Parece ser de alguna importancia que la prueba de la "más fuerte" formulario de Sylow del Primer Teorema mencionado anteriormente: es decir, la existencia de subgrupos de toda la energía primaria órdenes dividiendo $\# G$, no sólo el más grande tal fin. Poniendo esto en el "fuerte" hipótesis de inducción es una gran parte de la prueba. (En última instancia de Robinson argumento se reduce a la declaración del Teorema de Sylow en un número finito cíclico grupo, donde es evidente.) Me hace pensar que podría tratarse de un "error" que el estándar de la declaración de Sylow del Teorema es ligeramente más débil, como el más fuerte es no sólo más fuerte, pero parece más fácil de probar!

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Bill Cook Puntos 17167

Como se ha mencionado por Tobias, (formalmente) en un cierto sentido, cualquiera de los dos teoremas son equivalentes.

De manera más informal, tanto del teorema de Cauchy y el primer teorema de Sylow tomar la misma cantidad de "esfuerzo" para probar y una vez que se ha demostrado que el otro sigue "rápidamente". En este sentido informal, son equivalentes. Sin embargo, "esfuerzo" y "rápidamente" son términos subjetivos aquí.

Este mismo lenguaje se utiliza cuando se habla de lo implícito y teoremas de la función inversa. Ambos son difíciles de establecer, pero una vez que se conoce el otro sigue rápidamente. Así que, en cierto sentido riguroso, son equivalentes.

Inversa de la matemática que intenta hacer de estas ideas más formal. Es el estudio de lo que son los axiomas matemáticos necesarios para probar diferentes declaraciones. En términos de la inversa correspondiente matemáticas sistema de axiomas, me imagino que de Cauchy y de Sylow son equivalentes (pero del teorema de Lagrange es probablemente equivalente a la de Cauchy y de Sylow). http://en.wikipedia.org/wiki/Reverse_mathematics

Por el camino, tanto de Sylow y Cauchy los teoremas tienen docenas de diferentes y muy interesantes las pruebas. Si usted está interesado en una particularmente cuidada prueba de Cauchy teorema, echa un vistazo a José Rotman es Una Introducción a la Teoría de Grupos (tengo la 4ª edición -- véase la página 74 midpage hay una prueba por McKay, que es muy distinto y bastante resbaladizas). Rotman da varias pruebas de algunos de los principales teoremas.

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