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在同构意义下,写出所有类型的四阶群以及它们的运算规则。

发布于 2024-05-06 10:18:50

在群论中,四阶群(即群的阶为4)的数量是有限的,因为群的阶限制了它的可能结构。四阶群可以是阿贝尔群(交换群),也可以是非阿贝尔群(非交换群)。在同构意义下,意味着我们只考虑那些不是同构的群,即它们的群结构是不同的。

四阶群的类型如下:

  1. 平凡群:只有一个元素,即群的单位元,所有运算都等于这个单位元。

  2. Z_2 × Z_2:这是一个阿贝尔群,由两个Z_2群的直积构成,其中Z_2是模2的加法群。这个群有四个元素,可以表示为{(0,0), (0,1), (1,0), (1,1)},其中加法运算是逐元素的模2加法。

  3. Z_4:这也是一个阿贝尔群,由模4的加法群构成。这个群有四个元素,可以表示为{0, 1, 2, 3},加法运算是模4的加法。

  4. 非阿贝尔群:四阶群中的非阿贝尔群实际上是不存在的。因为根据群论中的一个定理,所有四阶群都是阿贝尔群。这个定理的证明基于以下事实:任何群的阶数如果是p^n的形式,其中p是一个素数,那么这个群要么是循环群,要么是阿贝尔群。由于4是2^2,所以四阶群要么是循环的,要么是由两个Z_2群的直积构成的,两者都是阿贝尔群。

因此,在同构意义下,所有四阶群都是阿贝尔群,它们的运算规则要么是模2加法,要么是模4加法。具体来说:

  • 对于Z_2 × Z_2,运算规则是逐元素的模2加法,即(a, b) + (c, d) = (a + c mod 2, b + d mod 2)。

  • 对于Z_4,运算规则是模4加法,即a + b mod 4。

这些就是所有类型的四阶群以及它们的运算规则。

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