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과학

대칭군

대칭군과학
영어
Symmetric group
표기
Sₙ
원소
n원소 집합의 모든 순열
위수
n!
대칭군 Sₙ은 n개 원소로 이루어진 집합의 모든 순열을 함수의 합성으로 결합한 군이다. 군의 원소는 자리 바꾸기라는 변환 자체이며, 유한한 경우 원소 수는 n!이다.

배열을 변환으로 보기

집합의 원소들을 겹치지 않게 다른 위치로 보내는 전단사 함수가 순열이다. 대칭군에서는 두 순열을 연달아 적용한 합성이 군의 연산이다. 항등순열은 모든 원소를 그대로 두고 역순열은 각 이동을 되돌린다.

세 원소의 대칭군

세 원소에는 항등순열 하나, 두 원소를 맞바꾸는 순열 세 개, 세 원소를 한 바퀴 순환시키는 순열 두 개가 있다. 따라서 S₃의 크기는 6이다. 정삼각형 꼭짓점에 대한 전체 대칭도 이 여섯 순열로 나타낼 수 있다.

합성의 순서

1과 2를 맞바꾸는 변환과 2와 3을 맞바꾸는 변환을 생각하자. 전자를 먼저 적용하면 1은 최종적으로 3으로 가고, 후자를 먼저 적용하면 1은 2로 간다. 따라서 S₃은 가환군이 아니다. 순열을 곱할 때 왼쪽과 오른쪽 중 어느 쪽을 먼저 적용하는지 관례도 확인해야 한다.

순열군과의 관계

순열 몇 개를 모아 합성과 역원에 대해 닫힌 부분군을 만들 수 있지만 그것이 모든 순열을 포함하는 것은 아니다. 대칭군은 해당 집합의 순열을 전부 포함한다. 케일리 정리에 따르면 원소가 n개인 모든 유한군은 Sₙ의 어떤 부분군과 동형으로 나타낼 수 있다.

관련 문서

순열 / 함수의 합성 / 군 (수학) / 부분군 / 가환군 / 팩토리얼