برخی از نمونه های ابتدایی گروه ها در ریاضیات بر روی گروه (ریاضیات) آورده شده است . نمونه های بیشتر در اینجا ذکر شده است.
فهرست
جایگزینی مجموعه ای از سه عنصر [ ویرایش ]

نمودار دوران برای S 3 . یک حلقه مجموعه ای از توانهای هر عنصر متصل به عنصر همانی (e) را مشخص می کند. به عنوان مثال ، حلقه e-ba-ab این واقعیت را نشان می دهد که ba 2 = ab و ba 3 = e ، و همچنین این واقعیت را ab 2 = ba و ab 3 = e "حلقه" های دیگر ریشه واحد هستند به طوری که برای مثال a 2 = e.
مقاله اصلی: گروه گروه دووجهی مرتبه 6
سه بلوک رنگی (قرمز ، سبز و آبی) را در نظر بگیرید که در ابتدا به ترتیب RGB قرار گرفته بودند. اجازه دهید a عمل "تعویض بلوک اول و بلوک دوم" و b عملیات "تعویض بلوک دوم و بلوک سوم" باشد.
ما می توانیم xy را برای عملیات بنویسیم "ابتدا y را انجام دهید ، سپس x را انجام دهید ". به این ترتیب ab عملیات RGB → RBG → BRG است که می تواند به عنوان "حرکت دو بلوک اول در یک موقعیت به راست و قرار دادن بلوک سوم در موقعیت اول" توصیف شود. اگر e را برای "بلوکها را همانطور که هستند" بگذارید (عملیات همانی) بنویسیم ، می توانیم شش جایگشت سه بلوک را به شرح زیر بنویسیم:
- e : RGB → RGB
- a : RGB → GRB
- b : RGB → RBG
- ab : RGB → BRG
- ba : RGB → GBR
- aba : RGB BGR
توجه داشته باشید که aa دارای اثر RGB → GRB → RGB است. بنابراین می توانیم aa = e بنویسیم . به طور مشابه ، bb = ( aba ) ( aba ) = e ؛ ( ab ) ( ba ) = ( ba ) ( ab ) = e ؛ بنابراین هر عنصر معکوس دارد.
با بازرسی ، می توانیم ارتباط و بسته شدن را تعیین کنیم. به طور خاص توجه کنید که ( ba ) b = bab = b ( ab ).
از آنجا که از عملیات اصلی a و b ساخته شده است ، می گوییم که مجموعه { a ، b } این گروه را تولید می کند . این گروه، به نام گروه متقارن S 3 ، است مرتبه 6، و غیر آبلی است (از، برای مثال، AB ≠ BA ).
گروه تبدیل های صفحه [ ویرایش ]
تبدیل از صفحه یک جنبش سفت و سخت از هر نقطه از صفحه برای یک فاصله معینی در یک جهت خاص است. به عنوان مثال "حرکت در جهت شمال شرقی به مدت 2 مایل" تبدیل صفحه است. دو تبدیل از قبیل و ب می توان تشکیل شده به شکل یک تبدیل جدید ∘ ب شرح زیر است: اول را دنبال تجویز ب که از، پس از آن . به عنوان مثال ، اگر
a = "3 مایل به سمت شمال شرقی حرکت کنید"
و
b = "4 مایل به سمت جنوب شرقی حرکت کنید"
سپس
a ∘ b = "حرکت به سمت بلبرینگ 8.13 درجه به مدت 5 مایل" (بلبرینگ در خلاف جهت عقربه های ساعت و از شرق اندازه گیری می شود)
یا اگر
a = "حرکت به سمت بلبرینگ 36.87 درجه به مدت 3 مایل" (بلبرینگ در جهت عقربه های ساعت و از شرق اندازه گیری می شود)
و
b = "حرکت به بلبرینگ 306.87 درجه به مدت 4 مایل" (بلبرینگ در خلاف جهت عقربه های ساعت و از شرق اندازه گیری می شود)
سپس
a ∘ b = "5 مایل به شرق حرکت کنید"
( برای این که چرا از نظر هندسی چنین است قضیه فیثاغورس را ببینید ).
مجموعه همه تبدیل های صفحه با ترکیب به عنوان عملیات یک گروه را تشکیل می دهد:
- اگر a و b تبدیل هستند ، a ∘ b نیز تبدیل است.
- ترکیب تبدیل ها همراه است: ( a ∘ b ) ∘ c = a ∘ ( b ∘ c ).
- عنصر همانی برای این گروه تبدیل با نسخه "حرکت صفر مایل در هر جهت مورد نظر" است.
- عکس عکس تبدیل با راه رفتن در جهت مخالف به همان فاصله ارائه می شود.
این یک گروه ابلیان و اولین نمونه (غیر گسسته) ما از گروه دروغ است : گروهی که همچنین چندگانه است .

نمودار دوران Dih 4
a چرخش در جهت عقربه های ساعت
و b بازتاب افقی است.
 Dih 4 به عنوان گروه نقطه 2D ، D 4 ، [4] ، (*4 •) ، مرتبه 4 ، با چرخش 4 برابر و مولد آینه. |  Dih 4 در گروه سه بعدی D 4 ، [4،2] + ، (422) ، مرتبه 4 ، با مولد چرخشی 4 برابر عمودی به ترتیب 4 و مولد افقی 2 برابر |

نمودار Cayley از Dih 4
نمودار متفاوت Cayley از Dih 4 ، که توسط بازتاب افقی b و بازتاب مورب c ایجاد شده است
گروه ها برای توصیف تقارن اشیاء بسیار مهم هستند ، چه از نظر هندسی (مانند یک چهار ضلعی ) و چه از نظر جبری (مانند مجموعه ای از معادلات). به عنوان مثال ، ما یک مربع شیشه ای با ضخامت مشخص (با حرف "F" روی آن نوشته شده است ، فقط برای این که موقعیت های مختلف قابل تشخیص باشد) در نظر می گیریم.
برای توصیف تقارن آن ، مجموعه ای از تمام حرکات سفت و محکم مربع را ایجاد می کنیم که تفاوت قابل توجهی ایجاد نمی کند (به جز "F"). به عنوان مثال ، اگر جسمی 90 درجه در جهت عقربه های ساعت بچرخد ، همچنان یکسان به نظر می رسد ، حرکت یکی از عناصر مجموعه است ، برای مثال a . ما همچنین می توانیم آن را به صورت افقی بچرخانیم تا قسمت زیرین آن به سمت بالای آن تبدیل شود ، در حالی که لبه سمت چپ به لبه راست تبدیل می شود. دوباره ، پس از انجام این حرکت ، مربع شیشه ای یکسان به نظر می رسد ، بنابراین این نیز یک عنصر از مجموعه ما است و ما آن را b می نامیم . حرکتی که هیچ کاری انجام نمی دهد با e نشان داده می شود .
با توجه به دو حرکت x و y ، می توان ترکیب x ∘ y را در بالا تعریف کرد: ابتدا حرکت y انجام می شود ، سپس حرکت x انجام می شود . در نتیجه دال مانند قبل به نظر می رسد.
نکته این است که مجموعه همه آن حرکات ، با ترکیب به عنوان عملیات ، یک گروه را تشکیل می دهد. این گروه مختصرترین توصیف تقارن مربع است. شیمی دانان از گروه های تقارن این نوع برای توصیف تقارن بلورها و مولکول ها استفاده می کنند.
ایجاد گروه [ ویرایش ]
بیایید گروه تقارن مربعات خود را بیشتر بررسی کنیم. در حال حاضر ، ما عناصر a ، b و e را داریم ، اما می توانیم به راحتی بیشتر بسازیم: برای مثال a ∘ a ، که به صورت 2 نیز نوشته شده است ، یک چرخش 180 درجه است. a 3 یک چرخش 270 درجه در جهت عقربه های ساعت (یا 90 درجه چرخش خلاف جهت عقربه های ساعت) است. ما همچنین که دیدن ب 2 = E و همچنین 4 = E . در اینجا یک مورد جالب وجود دارد: a ∘ b چه می کند؟ ابتدا به صورت افقی بچرخانید ، سپس بچرخانید. سعی کنید آن را a ∘ b تجسم کنید= b ∘ a 3 . همچنین ، a 2 ∘ b یک تلنگر عمودی است و برابر b ∘ a 2 است .
ما می گوییم که عناصر a و b گروه را ایجاد می کنند.
این گروه از مرتبه 8 دارای جدول Cayley زیر است :
| ∘ | ه | ب | آ | یک 2 | یک 3 | آب | a 2 b | a 3 ب |
|---|
| ه | ه | ب | آ | یک 2 | یک 3 | آب | a 2 b | a 3 ب |
|---|
| ب | ب | ه | a 3 ب | a 2 b | آب | یک 3 | یک 2 | آ |
|---|
| آ | آ | آب | یک 2 | یک 3 | ه | a 2 b | a 3 ب | ب |
|---|
| یک 2 | یک 2 | a 2 b | یک 3 | ه | آ | a 3 ب | ب | آب |
|---|
| یک 3 | یک 3 | a 3 ب | ه | آ | یک 2 | ب | آب | a 2 b |
|---|
| آب | آب | آ | ب | a 3 ب | a 2 b | ه | یک 3 | یک 2 |
|---|
| a 2 b | a 2 b | یک 2 | آب | ب | a 3 ب | آ | ه | یک 3 |
|---|
| a 3 ب | a 3 ب | یک 3 | a 2 b | آب | ب | یک 2 | آ | ه |
|---|
برای هر دو عنصر در گروه ، جدول ترکیب آنها را ثبت می کند.
در اینجا ما "نوشت 3 ب " را به عنوان مخفف 3 ∘ ب .
در ریاضیات ، این گروه به عنوان گروه دو طبقه ای مرتبه 8 شناخته می شود و بسته به شرایط ، یا Dih 4 ، D 4 یا D 8 مشخص می شود . این نمونه ای از یک گروه غیر آبلی بود: عمل ∘ در اینجا جابجایی نیست ، که از جدول قابل مشاهده است. جدول از نظر قطر اصلی متقارن نیست.

گروه دایدرال از مرتبه 8 ایزومورف با گروه جایگشت ایجاد شده توسط (1234) و (13) است
به
زیر گروه نرمال [ ویرایش ]
این نسخه از جدول Cayley نشان می دهد که این گروه دارای یک زیر گروه معمولی است که با پس زمینه قرمز نشان داده شده است. در این جدول r به معنای چرخش و f به معنی تلنگر است. از آنجا که زیر گروه نرمال است ، کاست چپ همان کاست راست است.
جدول گروهی D 4| | ه | r 1 | r 2 | r 3 | f v | f ساعت | f د | f ج |
|---|
| ه | ه | r 1 | r 2 | r 3 | f v | f ساعت | f د | f ج |
|---|
| r 1 | r 1 | r 2 | r 3 | ه | f ج | f د | f v | f ساعت |
|---|
| r 2 | r 2 | r 3 | ه | r 1 | f ساعت | f v | f ج | f د |
|---|
| r 3 | r 3 | ه | r 1 | r 2 | f د | f ج | f ساعت | f v |
|---|
| f v | f v | f د | f ساعت | f ج | ه | r 2 | r 1 | r 3 |
|---|
| f ساعت | f ساعت | f ج | f v | f د | r 2 | ه | r 3 | r 1 |
|---|
| f د | f د | f ساعت | f ج | f v | r 3 | r 1 | ه | r 2 |
|---|
| f ج | f ج | f v | f د | f ساعت | r 1 | r 3 | r 2 | ه |
|---|
| عناصر e ، r 1 ، r 2 و r 3 زیر گروهی را تشکیل می دهند که در آنها برجسته شده است قرمز (ناحیه بالا سمت چپ). یک کاست چپ و راست از این زیر گروه در برجسته شده است سبز (در ردیف آخر) و زرد (آخرین ستون) به ترتیب. |
گروه آزاد در دو مولد [ ویرایش ]
گروه آزاد با دو مولد و ب شامل تمام متناهی رشته است که می تواند از چهار علامت تشکیل ، -1 ، ب و ب -1 به طوری که هیچ به نظر می رسد به طور مستقیم در کنار یک -1 و ب به نظر می رسد به طور مستقیم در کنار b −1 . با جایگزینی مکرر زیر رشته های "ممنوعه" با رشته خالی ، می توان دو رشته را به هم متصل کرد و به رشته ای از این نوع تبدیل کرد. به عنوان مثال: " abab −1 a −1 " با "abab −1 a "بازده" abab −1 a −1 abab −1 a "، که به" abaab −1 a " تقلیل می یابد . می توان بررسی کرد که مجموعه آن رشته ها با این عملیات گروهی را با عنصر خنثی خالی تشکیل می دهد رشته ε: = "". (معمولاً علامت نقل قول کنار گذاشته می شود ؛ به همین دلیل علامت ε! الزامی است)
این یکی دیگر از گروههای بی ابلی نامتناهی است.
گروههای آزاد در توپولوژی جبری مهم هستند . گروه آزاد در دو مولد همچنین برای اثبات پارادوکس Banach -Tarski استفاده می شود .
مجموعه نگاشت ها [ ویرایش ]
مجموعه نگاشت ها از یک مجموعه به یک گروه [ ویرایش ]
اجازه دهید G یک گروه و S یک مجموعه غیر خالی باشد. مجموعه نگاشت های M ( S ، G ) خود یک گروه است. یعنی برای دو نگاشت f ، g از S به G ما fg را نگاشت ای تعریف می کنیم که ( fg ) ( x ) = f ( x ) g ( x ) برای هر x ∈ S و f −1 نگاشت ای باشد که f −1 ( x ) = f (x ) −1 .
نگاشت های f ، g و h را در M ( S ، G ) بگیرید. برای هر x در S ، f ( x ) و g ( x ) هر دو در G هستند ، و ( fg ) ( x ) نیز همینطور است . بنابراین ، fg نیز در M ( S ، G ) است ، یا M ( S ، G ) بسته است. برای (( fg ) ساعت ) (x ) = ( fg ) ( x ) h ( x ) = ( f ( x ) g ( x )) h ( x ) = f ( x ) ( g ( x ) h ( x )) = f ( x ) ( gh ) ( x ) = ( f ( gh )) ( x ) ، M ( S ، G ) تداعی کننده است. و نگاشت i وجود داردبه طوری که i ( x ) = e که e واحد عنصر G است . نگاشت i تمام توابع f را در M ( S ، G ) به گونه ای می سازد که اگر = fi = f ، یا i عنصر واحد M ( S ، G ) باشد. بنابراین ، M ( S ، G ) در واقع یک گروه است.
اگر G عوض شود ، ( fg ) ( x ) = f ( x ) g ( x ) = g ( x ) f ( x ) = ( gf ) ( x ) . بنابراین ، M ( S ، G ) نیز همینطور است .
گروه های خودریختی [ ویرایش ]
گروه های جایگزین [ ویرایش ]
فرض کنید G مجموعه نگاشت های مفاهیم یک مجموعه S بر روی خود باشد. سپس G یک گروه تحت ترکیب معمولی نگاشت ها تشکیل می دهد. این گروه گروه متقارن نامیده می شود و معمولاً نشان داده می شود{\ displaystyle \ operatorname {Sym} (S)}
، Σ S ، یا{\ displaystyle {\ mathfrak {S}} _ {S}}
به عنصر واحد G است نگاشت همانی از S . برای دو نگاشت f و g در G دو فاعلی هستند ، fg نیز فاعلی است. بنابراین ، G بسته است. ترکیب نگاشت ها تداعی کننده است. بنابراین G یک گروه است S ممکن است متناهی یا نامحدود باشد.
گروه های ماتریسی [ ویرایش ]
اگر n یک عدد صحیح مثبت باشد ، می توانیم مجموعه ای از همه n معکوس را با n ماتریس روی واقعی ها در نظر بگیریم . این یک گروه با ضرب ماتریس به عنوان عمل است. به آن گروه خطی عمومی ، GL ( n ) می گویند . هندسی، آن را حاوی تمام ترکیبات از چرخش، بازتاب، اتساع و تحولات انحراف N بعدی فضای اقلیدسی که رفع یک نقطه داده شده است ( منشاء ).
اگر خود را به ماتریس های با تعیین کننده 1 محدود کنیم ، گروه دیگری به دست می آوریم ، گروه خطی ویژه ، SL ( n ). از نظر هندسی ، این شامل همه عناصر GL ( n ) است که هم جهت و هم حجم جامدات مختلف هندسی را در فضای اقلیدسی حفظ می کند.
اگر در عوض خود را به ماتریس های متعامد محدود کنیم ، آنگاه به گروه متعامد O ( n ) می رسیم . از نظر هندسی ، این شامل همه ترکیبات چرخش و بازتاب است که مبدأ را ثابت می کند. اینها دگرگونی هایی هستند که طول و زاویه را حفظ می کنند.
در نهایت ، اگر هر دو محدودیت را اعمال کنیم ، گروه ویژه متعامد SO ( n ) را دریافت می کنیم که فقط شامل چرخش است.
این گروهها اولین نمونه های ما از گروههای نامتناهی غیر ابلی هستند. آنها همچنین به طور تصادفی گروه های دروغ هستند . در حقیقت ، اکثر گروه های مهم دروغ (اما نه همه) را می توان به صورت گروه های ماتریسی بیان کرد.
اگر این ایده به ماتریس هایی با اعداد مختلط به عنوان مدخل تعمیم داده شود ، گروه های دروغ مفید دیگری مانند گروه واحد U ( n ) بدست می آید. ما همچنین می توانیم ماتریس هایی با کواترنیون را به عنوان مدخل در نظر بگیریم . در این مورد ، هیچ مفهوم کاملاً مشخصی از یک تعیین کننده وجود ندارد (و بنابراین راه خوبی برای تعریف یک "حجم" کواترنیونی وجود ندارد) ، اما ما هنوز می توانیم گروهی شبیه به گروه متعامد ، گروه symplectic Sp ( n ) تعریف کنیم.
علاوه بر این ، می توان این ایده را به طور جبری با ماتریس ها در هر زمینه ای مورد بررسی قرار داد ، اما در این صورت گروه ها گروه های دروغگو نیستند.
به عنوان مثال ، ما گروههای خطی کلی را در زمینه های محدود داریم . نظریه پرداز گروه JL Alperin نوشته است که "نمونه معمولی گروه محدود این است{\ displaystyle GL (n ، q)}
، گروه خطی کلی n ابعاد بر روی میدان با عناصر q. دانش آموزی که با مثال های دیگر با موضوع آشنا می شود ، به طور کامل گمراه می شود. " [1]
منبع
https://en.wikipedia.org/wiki/Examples_of_groups#dihedral_group_of_order_8