Exercicis de grups, homomorfismes i accions

La relació òrbita-estabilitzador.

$|Gx| = \frac{|G|}{|G_x|} = \frac{24}{6} = 4$

D'on surt. És el teorema de Lagrange aplicat a l'estabilitzador: els elements del grup que porten el punt a un mateix lloc formen una classe lateral de l'estabilitzador, i totes les classes tenen la mateixa mida.

Una conseqüència immediata: la mida de qualsevol òrbita divideix l'ordre del grup. Si en un problema et surt una òrbita de mida que no divideix l'ordre, hi ha un error segur.

El cas extrem: si l'estabilitzador és trivial, l'òrbita té tants elements com el grup; si l'estabilitzador és tot el grup, l'òrbita és un sol punt (el punt és fix).

El raonament. Sumar $4$ un total de $k$ vegades dona $4k$, i volem el menor $k$ positiu que faci aquest producte múltiple de $12$. Això passa exactament quan

$k = \frac{n}{\gcd(a,n)} = \frac{12}{4} = 3$

Comprovació de Lagrange. L'ordre de l'element ha de dividir l'ordre del grup, que és $12$. I efectivament $3$ divideix $12$. Si el teu resultat no complís aquesta condició, seria erroni segur.

Quan l'element genera tot el grup. Això passa exactament quan el màxim comú divisor val $1$, és a dir quan $4$ i $12$ són coprimers. Aquí no ho són, de manera que $4$ no genera tot el grup: només un subgrup de $3$ elements.

El criteri. Un element genera tot el grup cíclic si i només si el seu índex és coprimer amb l'ordre del grup. (Si no ho fos, l'ordre de l'element seria un divisor propi i només generaria un subgrup.)

El recompte és la funció d'Euler:

$\varphi(32) = 16$

Com es calcula. Factoritzant $32$ i aplicant la fórmula multiplicativa: per a cada primer $p$ que divideix $32$, es multiplica per $(1-1/p)$.

Per què importa. El nombre de generadors mesura de quantes maneres diferents pots «veure» el mateix grup cíclic com a generat per un element. I el mateix número apareix al teorema d'Euler de la teoria de nombres, perquè és l'ordre del grup d'unitats.

La relació òrbita-estabilitzador.

$|Gx| = \frac{|G|}{|G_x|} = \frac{10}{1} = 10$

D'on surt. És el teorema de Lagrange aplicat a l'estabilitzador: els elements del grup que porten el punt a un mateix lloc formen una classe lateral de l'estabilitzador, i totes les classes tenen la mateixa mida.

Una conseqüència immediata: la mida de qualsevol òrbita divideix l'ordre del grup. Si en un problema et surt una òrbita de mida que no divideix l'ordre, hi ha un error segur.

El cas extrem: si l'estabilitzador és trivial, l'òrbita té tants elements com el grup; si l'estabilitzador és tot el grup, l'òrbita és un sol punt (el punt és fix).

El raonament. Sumar $6$ un total de $k$ vegades dona $6k$, i volem el menor $k$ positiu que faci aquest producte múltiple de $12$. Això passa exactament quan

$k = \frac{n}{\gcd(a,n)} = \frac{12}{6} = 2$

Comprovació de Lagrange. L'ordre de l'element ha de dividir l'ordre del grup, que és $12$. I efectivament $2$ divideix $12$. Si el teu resultat no complís aquesta condició, seria erroni segur.

Quan l'element genera tot el grup. Això passa exactament quan el màxim comú divisor val $1$, és a dir quan $6$ i $12$ són coprimers. Aquí no ho són, de manera que $6$ no genera tot el grup: només un subgrup de $2$ elements.

El criteri. Un element genera tot el grup cíclic si i només si el seu índex és coprimer amb l'ordre del grup. (Si no ho fos, l'ordre de l'element seria un divisor propi i només generaria un subgrup.)

El recompte és la funció d'Euler:

$\varphi(40) = 16$

Com es calcula. Factoritzant $40$ i aplicant la fórmula multiplicativa: per a cada primer $p$ que divideix $40$, es multiplica per $(1-1/p)$.

Per què importa. El nombre de generadors mesura de quantes maneres diferents pots «veure» el mateix grup cíclic com a generat per un element. I el mateix número apareix al teorema d'Euler de la teoria de nombres, perquè és l'ordre del grup d'unitats.

La relació òrbita-estabilitzador.

$|Gx| = \frac{|G|}{|G_x|} = \frac{10}{2} = 5$

D'on surt. És el teorema de Lagrange aplicat a l'estabilitzador: els elements del grup que porten el punt a un mateix lloc formen una classe lateral de l'estabilitzador, i totes les classes tenen la mateixa mida.

Una conseqüència immediata: la mida de qualsevol òrbita divideix l'ordre del grup. Si en un problema et surt una òrbita de mida que no divideix l'ordre, hi ha un error segur.

El cas extrem: si l'estabilitzador és trivial, l'òrbita té tants elements com el grup; si l'estabilitzador és tot el grup, l'òrbita és un sol punt (el punt és fix).

El raonament. Sumar $1$ un total de $k$ vegades dona $k \cdot 1$, i volem el menor $k$ positiu que faci aquest producte múltiple de $15$. Això passa exactament quan

$k = \frac{n}{\gcd(a,n)} = \frac{15}{1} = 15$

Comprovació de Lagrange. L'ordre de l'element ha de dividir l'ordre del grup, que és $15$. I efectivament $15$ divideix $15$. Si el teu resultat no complís aquesta condició, seria erroni segur.

Quan l'element genera tot el grup. Això passa exactament quan el màxim comú divisor val $1$, és a dir quan $1$ i $15$ són coprimers. Aquí ho són, de manera que $1$ és un generador.

El criteri. Un element genera tot el grup cíclic si i només si el seu índex és coprimer amb l'ordre del grup. (Si no ho fos, l'ordre de l'element seria un divisor propi i només generaria un subgrup.)

El recompte és la funció d'Euler:

$\varphi(100) = 40$

Com es calcula. Factoritzant $100$ i aplicant la fórmula multiplicativa: per a cada primer $p$ que divideix $100$, es multiplica per $(1-1/p)$.

Per què importa. El nombre de generadors mesura de quantes maneres diferents pots «veure» el mateix grup cíclic com a generat per un element. I el mateix número apareix al teorema d'Euler de la teoria de nombres, perquè és l'ordre del grup d'unitats.

La relació òrbita-estabilitzador.

$|Gx| = \frac{|G|}{|G_x|} = \frac{20}{1} = 20$

D'on surt. És el teorema de Lagrange aplicat a l'estabilitzador: els elements del grup que porten el punt a un mateix lloc formen una classe lateral de l'estabilitzador, i totes les classes tenen la mateixa mida.

Una conseqüència immediata: la mida de qualsevol òrbita divideix l'ordre del grup. Si en un problema et surt una òrbita de mida que no divideix l'ordre, hi ha un error segur.

El cas extrem: si l'estabilitzador és trivial, l'òrbita té tants elements com el grup; si l'estabilitzador és tot el grup, l'òrbita és un sol punt (el punt és fix).