以模6加法群(Z6,+)认识循环群及其特点

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以模6加法群(Z6,+)认识循环群及其特点

2024-03-27 15:42| 来源: 网络整理| 查看: 265

 刚开始接触循环群不容易理解,不妨以模6加法群入手,来认识循环群的特点。

首先,循环群,顾名思义,cycle group即带有循环的意思。怎么个循环法呢?

我们看中的元素{0,1,2,3,4,5}。取其中的元素1,不停地对自身进行模6加法,即对本身进行幂运算。

可得:

1^1=1

1^2=1+1=2

1^3=1+1+1=3

1^4=1+1+1+1=4

1^5=1+1+1+1+1=5

1^6=1+1+1+1+1+1=0(模6加法意义下)

1^7=1+1+1+1+1+1+1=1(模6加法意义下)

……

如上对1不断幂运算,可见两个现象:

1、可以遍历所有的元素,也可以说,我们仅用元素1就能生成所有的元素,这就是循环群里的生成元的概念。

2、幂运算的结果就是123450123450123450这样不断的循环,这就是循环群名字由来。

现在有了感性认识,可以对循环群用准确的数学语言定义,就是:

若存在a∈G使得G=,则称G是循环群,称a为G的生成元。

现在,我们继续思考,如果对其它元素进行不断的幂运算呢,会出现什么结果?

经过不断的幂运算,我们发现

元素0形成的结果只有0,可写成,结果集合为{0},

元素2、4形成的结果是一样的,结果集合为{0,2,4},

元素3形成的结果集合为{0,3},

元素1、5形成的结果为{0,1,2,3,4,5},

可见,不同的元素,有的形成的结果不同,有的却相同。我们可以按照他们生成的结果来将他们划分为不同的群体。

对于元素1、5,他们都能生成所有元素,所以他们两个元素不仅证明了这个群是循环群,还说明他们都是循环群的生成元。

他们生成了{0,1,2,3,4,5}这个子群(或者说群本身,也叫平凡子群)并且他们都是6阶元素,所谓6阶,就是a^6=e=0(幺元,或称单位元,这个群的单位元是0)。6阶也是这个群的阶数。

对于元素2、4,他们生成了子群{0,2,4},他们都是3阶元素。

对于元素3,生成了子群{0,3},他是2阶元素。

对于元素0,生成了子群{0},他是1阶元素。

通过对上面的观察,我们又看出一些规律,就是:

1、n阶元素生成的子群中具有n个元素

2、一个n阶群,他具有p个不同类型的生成子群,p是n的正因子个数,比如本例中6的正因子有1,2,3,6共四个。

3、一个n阶群,他的生成元个数是与小于n且与n互为素数的个数。本例中,小于6且与6互素的数是1、5,共两个,所以这个群的生成元就正好2个。

以上规律均可证明,有兴趣可以自己进行证明,深入学习。



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