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?/p>
?/p>
?/p>
4.1.
若群
G
的元?/p>
a
均可表示为某一元素
x
的幂,即
a
=
x
m
,则称这个群为循环群。若群的
元素交换律成立,?/p>
a
,
b
?/p>
G
满足
a
?/p>
b
=
b
?/p>
a
则称这个群为阿贝?/p>
(Abel)
群,试证明所有的循环群都是阿贝尔群?/p>
[
?/p>
].
设循环群
(
G
,
?/p>
)
的生成元?/p>
x
0
?/p>
G
?/p>
于是?/p>
对任何元?/p>
a
,
b
?/p>
G
?/p>
?/p>
m
?/p>
n
?/p>
N
?/p>
使得
a
=
x
0
m
,
b
=
x
0
n
,
从?/p>
a
?/p>
b
=
x
0
m
?/p>
x
0
n
=
x
0
m
+
n
(
指数?/p>
)
=
x
0
n
+
m
(
数的加法交换?/p>
)
=
x
0
n
?/p>
x
0
m
(
指数?/p>
)
=
b
?/p>
a
?/p>
?/p>
运算满足交换律;?/p>
(
G
,
?/p>
)
是交换群?/p>
4.2.
?/p>
x
是群
G
的一个元素,存在一个最小的正整?/p>
m
?/p>
?/p>
x
m
=
e
,则?/p>
m
?/p>
x
的阶?/p>
试证?/p>
C
={
e
,
x
,
x
2
,
?/p>
,
x
m
-1
}
?/p>
G
的一个子群?/p>
[
?/p>
].(1)
非空?/p>
C
:因?/p>
?/p>
e
?/p>
G
?/p>
(2)
包含?/p>
C
?/p>
G
:因?/p>
x
?/p>
G
,根据群
G
的封闭性,可知
x
2
,
?/p>
,
x
m
-1
,
(
x
m
=)
e
?/p>
G
,故
C
?/p>
G
?/p>
(3)
封闭?/p>
?/p>
a
,
b
?/p>
C
?/p>
a
?/p>
b
?/p>
C
?/p>
?/p>
a
,
b
?/p>
C
?/p>
?/p>
k
?/p>
l
?/p>
N
(0
?/p>
k
<
m
?/p>
0
?/p>
l
<
m
)
?/p>
?/p>
a
=
x
k
,
b
=
x
l
?/p>
从?/p>
a
?/p>
b
=
x
k
?/p>
x
l
=
x
(
k
+
l
) mod
m
?/p>
C
(
因为
0
?/p>
(
k
+
l
) mod
m
<
m
)
?/p>
(4)
有逆元
?/p>
a
?/p>
C
?/p>
a
-1
?/p>
C
?/p>
?/p>
a
?/p>
C
?/p>
?/p>
k
?/p>
N
(0
?/p>
k
<
m
)
,使
a
=
x
k
,
从?/p>
a
-1
=
x
m
-k
?/p>
C
(
因为
0
?/p>
m
-
k
<
m
)
?/p>
综合
(1) (2) (3) (4)
,可?/p>
(
C
,
?/p>
)
?/p>
(
G
,
?/p>
)
的一个子群?/p>
4.3.
?/p>
G
是阶?/p>
n
的有限群,则
G
的所有元素的阶都不超?/p>
n
?/p>
[
?/p>
].
对任一元素
x
?/p>
G
,设其阶?/p>
m
,并?/p>
C
={
e
,
x
,
x
2
,
?/p>
,
x
m
-1
}
,则由习?/p>
4.2.
可知
(
C
,
?/p>
)
?/p>
(
G
,
?/p>
)
的一个子群,故具有包含?/p>
C
?/p>
G
。因此有
m
= |
C
|
?/p>
|
G
| =
n
所以群
G
的所有元素的阶都不超?/p>
n
?/p>
4.4.
?/p>
G
是阶?/p>
n
的循环群,求?/p>
G
的母元素的数目,?/p>
G
的元素可以表示成
a
的幂?/p>
a
,
a
2
,
?/p>
,
a
n
的元?/p>
a
的数目?/p>
[
?/p>
].
?/p>
(
G
,
?/p>
)
是循环群?/p>
a
是其一个母元素
(
生成?/p>
)
?/p>
a
的阶?/p>
n
(
也是
G
的阶
)
,则
G
={
a
,
a
2
,
?/p>
,
a
n
(=
e
) }
?/p>
(1).
我们来证:对任何自然?/p>
r
?/p>
N
(0<
r
<
n
?/p>
(
r
,
n
) = 1)
,元?/p>
a
r
?/p>
G
都是
G
的一个母元素
(
生成?/p>
)
?/p>
为此,只需?/p>
a
r
的阶?/p>
n
即可?/p>
首先?/p>
?/p>
a
r
的阶?/p>
k
?/p>
因此?/p>
a
r
?/p>
k
= (
a
r
)
k
=
e
?/p>
由于
a
的阶?/p>
n
?/p>
故根据引?/p>
*
可得
n
|
r
?/p>
k
?/p>
已知
0<
r
<
n
?/p>
(
r
,
n
) = 1
,因此只能有
n
|
k
,所?/p>
n
?/p>
k
?/p>
其次?/p>
(
a
r
)
n
=
a
r
?/p>
n
(
指数?/p>
)
=
a
n
?/p>
r
(
数的加法交换?/p>
)
=(
a
n
)
r
(
指数?/p>
)
=
e
r
=
e
?/p>
因而,?/p>
k
是元?/p>
a
r
的阶,具有最小性,所?/p>
k
?/p>
n
?/p>