Инвариантная подгруппа

В абстрактной алгебре нормальная подгруппа — это особый класс подгрупп, у которых левый и правый смежные классы совпадают. Они особенно важны потому, что позволяют строить факторгруппу по заданной группе.

Определения

Подгруппа N группы G называется нормальной, если она инвариантна относительно сопряжений, то есть для любого элемента n из N и любого g из G, элемент gng ^{− 1} лежит в N:

$N \triangleleft G\, \iff\, \forall\, n\in N, g\in G \,$ $gng^{-1}\in{N}$

Следующие условия нормальности подгруппы эквивалентны:

1. Для любого g из G, $gNg^{-1} \sube N$.
2. Для любого g из G, gNg ^{− 1} = N.
3. Множества левых и правых смежных классов N в G совпадают.
4. Для любого g из G, gN = Ng.

Условие (1) логически слабее, чем (2), а условие (3) логически слабее, чем (4). Поэтому условия (1) и (3) часто используются при доказательстве нормальности подгруппы, а условия (2) и (4) используются для доказательства следствий нормальности.

Примеры

• {e} и G — всегда нормальные подгруппы G. Они называются тривиальными. Если других нормальных подгрупп нет, то группа G называется простой.

• Центр группы — нормальная подгруппа.

• Коммутант группы — нормальная подгруппа.

• Любая характеристическая подгруппа нормальна, так как сопряжение — это всегда автоморфизм.

• Все подгруппы N абелевой группы G нормальны, так как gN = Ng. Неабелева группа, у которой любая подгруппа нормальна, называется гамильтоновой.

• Группа параллельных переносов в пространстве любой размерности — нормальная подгруппа евклидовой группы; например, в трёхмерном пространстве поворот, сдвиг и поворот в обратную сторону приводит к простому сдвигу.

• В группе кубика Рубика, подгруппа, состоящая из операций, действующих только на угловые элементы, нормальна, так как никакое сопряжённое преобразование не заставит такую операцию действовать на краевой, а не угловой элемент. Напротив, подгруппа, состоящая лишь из поворотов верхней грани, не нормальна, так как сопряжения позволяют переместить части верхней грани вниз.

Свойства

• Нормальность сохраняется при сюрьективных гомоморфизмах и взятии обратных образов.
• Нормальность сохраняется при построении прямого произведения.
• Нормальная подгруппа нормальной подгруппы не обязана быть нормальной в группе, то есть нормальность не транзитивна. Однако характеристическая подгруппа нормальной подгруппы нормальна.
• Каждая подгруппа индекса 2 нормальна. Если p — наименьший простой делитель порядка G, то любая подгруппа индекса p нормальна.
• Если N — нормальная подгруппа в G, то на множестве левых (правых) смежных классов G / N можно ввести групповую структуру по правилу

(g₁N)(g₂N) = (g₁g₂)N

Полученное множество называется факторгруппой G по N.

• N нормальна тогда и только тогда, когда она тривиально действует на левых смежных классах G / N.

Исторические факты

Эварист Галуа первым понял важность нормальных подгрупп.

Ссылки

• Винберг Э. Б. Курс алгебры — М.:Издательство «Факториал Пресс», 2002, ISBN 5-88688-060-7