Пусть в группе взята произвольная подгруппа . , .
Определение. Подгруппа группы называется нормальным делителем этой группы, если левостороннее разложение группы по подгруппе совпадает с правосторонним..
… | … | |||
Левостороннее разложение группы по подгруппе состоит из классов , , , …
Правостороннее – из классов , , , …
Отсюда видим, что определению нормального делителя можно придать такую форму:
Определение. Подгруппа группы называется нормальным делителем этой группы, если для любого .
Примеры
Из определения следует, что все подгруппы абелевой группы являются в ней нормальными делителями. Во всякой группе и единичная подгруппа, и сама группа будут нормальными делителями: оба разложения группы по единичной подгруппе совпадают с разложением группы на отдельные элементы, оба разложения группы по самой этой группе состоят из одного класса .
В примерах 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 §3 группы являются абелевыми, значит, каждая подгруппа является нормальным делителем. В примере 3.5 а левостороннее и правостороннее разложения группы по подгруппе не совпадают, следовательно, подгруппа нормальным делителем группы не является.
В примере 3.5 б знакопеременная подгруппа является нормальным делителем группы , так как левостороннее разложение группы по подгруппе совпадает с правосторонним.
Фактор-группы
Пусть дана группа и - ее нормальный делитель. Он разбивает группу на непересекающиеся левые (правые) смежные классы, причем левые и правые смежные классы можно не различать.
… | ||
, |
где .
Множество всех смежных классов группы по подгруппе обозначим .
Определим на этом множестве произведение классов.
Определение. Произведением классов и называется множество .
Теорема. Произведение любых двух смежных классов группы по подгруппе есть смежный класс, причем .
Из теоремы следует, что умножение есть алгебраическая операция на множестве , тогда можно доказать, что алгебра является группой.
Определение. Алгебра называется фактор-группой группы по нормальному делителю .
Примеры
4.4. Пусть аддитивная группа целых чисел, – подгруппа чисел, кратных 3, являющаяся нормальным делителем данной группы. Разобьем группу с помощью подгруппы на попарно непересекающиеся смежные классы.
…-1,2,5,8,11,… | |
…-2,1,4,7,10,… | |
…-3,0,3,6,9,… |
.
– фактор-группа группы по подгруппе .
Найдем, например, сумму классов и . По теореме о сумме классов в аддитивной фактор-группе
.
Аналогично находится сумма любых других классов фактор-группы .
Составим таблицу сложения классов.
Из таблицы видим, что операция сложения классов коммутативна. Нулевой элемент – класс . Противоположный элемент для каждого класса равен , , .
4.5 Пусть – мультипликативная группа корней 6-ой степени из 1, – подгруппа корней квадратных из 1, нормальный делитель данной группы.
В примере 3.5 построены попарно непересекающиеся смежные классы группы по подгруппе
.
фактор-группа группы по подгруппе .
Найдем произведение, например, классов и . По теореме о произведении классов в мультипликативной фактор-группе
, так как , то (по свойству 1 смежных классов). Следовательно, .
Таблица Кэли для фактор-группы
Н | |||
Из таблицы видим, что операция умножения классов коммутативна. Единичный элемент – класс . Обратный элемент для каждого класса равен
, , .
4.6. Пусть дана симметрическая группа 3-ей степени и ее подгруппа четных подстановок, являющаяся нормальным делителем данной группы (Пример 3.5 б).
В этом примере построены попарно непересекающиеся смежные классы группы по подгруппе :
– фактор-группа группы по подгруппе .
Найдем, например, произведение классов и . По теореме о произведении классов в мультипликативной фактор-группе
(Использовали таблицу Кэли примера 1.10).
Таблица умножения классов фактор-группы
× | ||
А3 | ||
Из таблицы видим, что операция умножения классов коммутативна. Единичный элемент – класс . Обратный элемент для каждого класса
, .