Unit 03 · Groups
群:四條公理,一個都不能少
群不是「一堆元素」,是「一個集合+一個運算+四條規則」。考試先寫定義,再舉例。
G1
Closure
$a,b\in G\Rightarrow ab\in G$。
G2
Associativity
$(ab)c=a(bc)$。
G3
Identity
存在 $e$,使 $ea=ae=a$。
G4
Inverse
每個 $a$ 有 $a^{-1}$,$aa^{-1}=e$。
Abelian:群,且對所有 $a,b$ 有 $ab=ba$。交換律是「額外」的,不是群公理。
編號陷阱:Fraleigh 課本用 $\mathcal{G}_1$–$\mathcal{G}_3$(結合、單位、逆元;封閉含在二元運算);講義用 G1–G4(封閉、結合、單位、逆元)。答題時先把公理寫出來,不要只寫編號。
經典例子 · 考試要能隨手舉例
$(\mathbb{Z},+)$ 無限、Abelian
$(\mathbb{Z}_n,+)$ $n$ 階、Abelian
$\mathbb{Z}_n^\times$ $\phi(n)$ 階、Abelian
$GL(n,\mathbb{R})$ 無限、非 Abelian($n\ge2$)
$S_n$ $n!$ 階、非 Abelian($n\ge3$)
$D_n$ $2n$ 階、非 Abelian($n\ge3$)
Klein $V$ $4$ 階、Abelian 但非循環
同構:雙射 $\phi:G\to G'$ 滿足 $\phi(ab)=\phi(a)\phi(b)$;同構的群有相同的群論性質。
這頁用四根柱子記 G1–G4。特別提醒課本與講義的公理編號不同,考試若只寫 G1 可能對不上。例子表要能隨口說出階數與是否交換。