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과학

케일리 정리 (군론)

케일리 정리 (군론)과학
영어
Cayley’s theorem for groups
유한군의 결론
위수 n인 군은 Sₙ의 부분군과 동형
기본 구성
왼쪽 곱셈에 의한 순열
핵심 조건
서로 다른 군 원소를 구분하는 대응
군론의 케일리 정리는 모든 군이 어떤 순열군과 동형으로 나타날 수 있다는 정리다. 특히 원소가 n개인 유한군은 n개 원소 집합의 대칭군 Sₙ의 부분군과 동형이다. 추상적인 군의 연산을 원소들의 자리 바꾸기로 표현할 수 있음을 뜻한다.

군 원소로 전체 집합 움직이기

G의 원소 g마다 L_g(x)=gx라는 함수를 정한다. g⁻¹을 왼쪽에서 곱하는 함수가 그 역함수이므로 L_g는 G의 순열이다. 따라서 군 원소를 자기 군의 원소들을 움직이는 변환으로 해석할 수 있다.

연산이 합성과 맞기

L_g를 L_h 뒤에 적용하면 g(hx)=(gh)x이므로 L_g∘L_h=L_gh다. 이 대응은 군의 곱을 함수 합성으로 보존한다. 또한 항등원에 적용해 L_g(e)=g를 얻으므로 다른 g가 같은 순열을 주지 않아 대응이 단사다.

세 원소의 순환 예

3을 법으로 더하는 군에서는 각 원소를 더하는 변환이 0, 1, 2를 순환시킨다. 0을 더하는 항등변환과 1 또는 2를 더하는 두 순환으로 이루어진 부분군을 S₃ 안에서 얻는다. 원래 군의 세 원소가 이 세 순열과 대응한다.

대칭군 전체와는 다름

위수가 n인 군이 Sₙ의 부분군으로 표현된다고 해서 Sₙ 전체와 동형인 것은 아니다. Sₙ에는 n!개의 원소가 있다. 또한 n개 대상 위의 표현을 만들 수 있다는 결론은 항상 그보다 적은 대상 위에서 표현할 수 없다는 최소성 주장도 아니다.

관련 문서

군 (수학) / 대칭군 / 순열 / 군 동형 / 군 작용 / 부분군