위키득계정 ↗
과학

라그랑주 정리 (군론)

라그랑주 정리 (군론)과학
영어
Lagrange’s theorem in group theory
조건
G는 유한군, H는 G의 부분군
공식
|G|=[G:H]|H|
결론
|H|는 |G|의 약수
군론의 라그랑주 정리는 유한군의 부분군 크기가 원래 군의 크기를 나눈다는 정리다. 부분군 H에 대해 |G|=[G:H]|H|이며 [G:H]는 H의 왼쪽 잉여류 개수인 지수다. 군의 원소가 생성하는 순환부분군에도 적용된다.

잉여류로 나누기

H의 왼쪽 잉여류 gH는 H의 모든 원소에 g를 왼쪽에서 곱해 얻는다. 각 잉여류는 H와 같은 수의 원소를 가지며 서로 다른 잉여류끼리는 겹치지 않는다. 이들이 G 전체를 나누므로 군의 크기는 잉여류 개수와 부분군 크기의 곱이다.

정삼각형의 대칭 예

정삼각형의 회전과 반사를 합친 대칭군에는 원소가 6개 있다. 그중 회전들만 모으면 원소가 3개인 부분군이 된다. 이 부분군의 지수는 2이므로 6=2×3이다. 단순히 대칭 세 개를 임의로 골랐다는 이유로 부분군이 되는 것은 아니다.

원소의 위수에 적용

한 원소 a를 반복해서 곱해 얻는 순환부분군의 크기는 a의 위수다. 따라서 유한군에서 원소의 위수도 군 크기의 약수다. 예를 들어 원소가 10개인 군에는 위수가 3인 원소가 있을 수 없다. 이는 특정 원소를 직접 계산하기 전에 가능한 위수를 제한한다.

역방향은 일반적으로 성립하지 않음

군 크기의 약수라는 조건은 부분군 크기의 필요조건이다. 하지만 모든 약수마다 그 크기의 부분군이 반드시 존재한다는 결론은 일반적인 유한군에서 나오지 않는다. 또한 이 정리는 부분군 H가 정규부분군이어야 한다고 요구하지 않으며, 잉여류를 세는 일과 몫군의 연산을 정의하는 일은 구분해야 한다.

관련 문서

군 (수학) / 군 작용 / 궤도-안정자 정리 / 약수 / 순열 / 집합의 분할