अंतत: एबेलियन समूह

अमूर्त बीजगणित में, एक एबेलियन समूह $(G,+)$ परिमित रूप से उत्पन्न कहा जाता है यदि बहुत से तत्व मौजूद हैं $x_{1},\dots ,x_{s}$ में $G$ ऐसा है कि हर $x$ में $G$ रूप में लिखा जा सकता है $x=n_{1}x_{1}+n_{2}x_{2}+\cdots +n_{s}x_{s}$ कुछ पूर्णांकों के लिए $n_{1},\dots ,n_{s}$. इस मामले में, हम कहते हैं कि सेट $\{x_{1},\dots ,x_{s}\}$ के एक समूह का जनरेटिंग सेट है $G$ या वो $x_{1},\dots ,x_{s}$ बनाना $G$.

प्रत्येक परिमित एबेलियन समूह सूक्ष्म रूप से उत्पन्न होता है। सूक्ष्म रूप से उत्पन्न एबेलियन समूहों को पूरी तरह से वर्गीकृत किया जा सकता है।

उदाहरण

• पूर्णांक, $\left(\mathbb {Z} ,+\right)$, एक अंतिम रूप से उत्पन्न एबेलियन समूह हैं।
• मॉड्यूलर अंकगणित | पूर्णांक मॉडुलो $n$, $\left(\mathbb {Z} /n\mathbb {Z} ,+\right)$, एक परिमित (इसलिए परिमित रूप से उत्पन्न) एबेलियन समूह हैं।
• परिमित रूप से कई परिमित रूप से उत्पन्न एबेलियन समूहों का कोई भी प्रत्यक्ष योग फिर से एक परिमित रूप से उत्पन्न एबेलियन समूह है।
• प्रत्येक जालक (समूह) एक परिमित रूप से उत्पन्न मुक्त आबेली समूह बनाता है।

कोई अन्य उदाहरण नहीं हैं (समरूपता तक)। विशेष रूप से, समूह $\left(\mathbb {Q} ,+\right)$ परिमेय संख्याओं का पूर्ण रूप से उत्पन्न नहीं होता है: अगर $x_{1},\ldots ,x_{n}$ परिमेय संख्याएँ हैं, एक प्राकृतिक संख्या चुनें $k$ सभी denominators के लिए coprime; तब $1/k$ द्वारा उत्पन्न नहीं किया जा सकता $x_{1},\ldots ,x_{n}$. समूह $\left(\mathbb {Q} ^{*},\cdot \right)$ गैर-शून्य परिमेय संख्याओं की संख्या भी अंतिम रूप से उत्पन्न नहीं होती है। अतिरिक्त के तहत वास्तविक संख्याओं के समूह $\left(\mathbb {R} ,+\right)$ और गुणन के अंतर्गत शून्येतर वास्तविक संख्याएँ $\left(\mathbb {R} ^{*},\cdot \right)$ भी पूर्ण रूप से उत्पन्न नहीं होते हैं।

वर्गीकरण

परिमित रूप से उत्पन्न एबेलियन समूहों के मौलिक प्रमेय को दो तरह से कहा जा सकता है, परिमित एबेलियन समूहों के मौलिक प्रमेय के दो रूपों को सामान्य करते हुए|'परिमित' एबेलियन समूहों के मौलिक प्रमेय। प्रमेय, दोनों रूपों में, बदले में एक प्रमुख आदर्श डोमेन पर सूक्ष्म रूप से उत्पन्न मॉड्यूल के लिए संरचना प्रमेय को सामान्यीकृत करता है, जो आगे के सामान्यीकरणों को स्वीकार करता है।

प्राथमिक अपघटन

प्राथमिक अपघटन सूत्रीकरण बताता है कि प्रत्येक सूक्ष्म रूप से उत्पन्न एबेलियन समूह G, प्राथमिक चक्रीय समूहों और अनंत चक्रीय समूहों के प्रत्यक्ष योग के लिए समरूप है। एक प्राथमिक चक्रीय समूह वह है जिसका समूह का क्रम एक अभाज्य संख्या की शक्ति है। अर्थात्, हर अंतिम रूप से उत्पन्न एबेलियन समूह फॉर्म के एक समूह के लिए आइसोमोर्फिक है

$\mathbb {Z} ^{n}\oplus \mathbb {Z} _{q_{1}}\oplus \cdots \oplus \mathbb {Z} _{q_{t}},$

जहाँ n ≥ 0 एक एबेलियन समूह की कोटि है, और संख्याएँ q हैं₁, ..., क्यू_t अभाज्य संख्याओं की (जरूरी नहीं कि अलग-अलग) घातें हों। विशेष रूप से, G परिमित है यदि और केवल यदि n = 0. n, q के मान₁, ..., क्यू_t (सूचकांकों को पुनर्व्यवस्थित करने तक) जी द्वारा विशिष्ट रूप से निर्धारित किया जाता है, अर्थात, इस तरह के अपघटन के रूप में जी का प्रतिनिधित्व करने का एक और केवल एक तरीका है।

इस कथन का प्रमाण परिमित आबेली समूह के लिए आधार प्रमेय का उपयोग करता है: प्रत्येक परिमित आबेली समूह प्राथमिक चक्रीय समूहों का प्रत्यक्ष योग है। G के मरोड़ वाले उपसमूह को tG के रूप में निरूपित करें। फिर, G/tG एक मरोड़-मुक्त आबेली समूह है और इस प्रकार यह मुक्त आबेली है। tG, G का प्रत्यक्ष योग है, जिसका अर्थ है कि G सेंट का एक उपसमूह F मौजूद है। $G=tG\oplus F$, कहाँ $F\cong G/tG$. तब, F भी मुक्त आबेली है। चूँकि tG परिमित रूप से उत्पन्न होता है और tG के प्रत्येक अवयव की परिमित कोटि होती है, tG परिमित होता है। परिमित एबेलियन समूह के आधार प्रमेय द्वारा, tG को प्राथमिक चक्रीय समूहों के प्रत्यक्ष योग के रूप में लिखा जा सकता है।

अपरिवर्तनीय कारक अपघटन

हम किसी भी अंतिम रूप से उत्पन्न एबेलियन समूह जी को फॉर्म के प्रत्यक्ष योग के रूप में भी लिख सकते हैं

$\mathbb {Z} ^{n}\oplus \mathbb {Z} _{k_{1}}\oplus \cdots \oplus \mathbb {Z} _{k_{u}},$

जहां के₁ भाजक कश्मीर₂, जो k को विभाजित करता है₃ और इसी तरह k तक_u. फिर से, रैंक n और अपरिवर्तनीय कारक k₁, ..., क_u जी द्वारा विशिष्ट रूप से निर्धारित किया जाता है (यहां एक अद्वितीय क्रम के साथ)। रैंक और अपरिवर्तनीय कारकों का क्रम समूह को समरूपता तक निर्धारित करता है।

समानता

ये बयान चीनी शेष प्रमेय के परिणामस्वरूप समान हैं, जिसका अर्थ है $\mathbb {Z} _{jk}\cong \mathbb {Z} _{j}\oplus \mathbb {Z} _{k}$ यदि और केवल यदि j और k सहअभाज्य हैं।

इतिहास

मौलिक प्रमेय का इतिहास और श्रेय इस तथ्य से जटिल है कि यह सिद्ध हो गया था जब समूह सिद्धांत अच्छी तरह से स्थापित नहीं था, और इस प्रकार शुरुआती रूप, जबकि अनिवार्य रूप से आधुनिक परिणाम और प्रमाण, अक्सर एक विशिष्ट मामले के लिए बताए जाते हैं। संक्षेप में, परिमित मामले का एक प्रारंभिक रूप में सिद्ध हुआ था (Gauss 1801)में परिमित मामला सिद्ध हुआ था (Kronecker 1870), और समूह-सैद्धांतिक शब्दों में कहा गया है (Frobenius & Stickelberger 1878). अंतिम रूप से प्रस्तुत समूह मामला स्मिथ सामान्य रूप से हल किया जाता है, और इसलिए इसे अक्सर श्रेय दिया जाता है (Smith 1861),हालांकि इसके बजाय कभी-कभी पूरी तरह से उत्पन्न मामले को श्रेय दिया जाता है (Poincaré 1900); विवरण का पालन करें।

समूह सिद्धांतकार लेज़्लो फुच्स कहते हैं:

As far as the fundamental theorem on finite abelian groups is concerned, it is not clear how far back in time one needs to go to trace its origin. ... it took a long time to formulate and prove the fundamental theorem in its present form ...

में लियोपोल्ड क्रोनकर द्वारा परिमित एबेलियन समूहों के लिए मौलिक प्रमेय सिद्ध किया गया था (Kronecker 1870), एक समूह-सैद्धांतिक प्रमाण का उपयोग करके, हालांकि इसे समूह-सैद्धांतिक शब्दों में बताए बिना; क्रोनकर के प्रमाण की एक आधुनिक प्रस्तुति में दी गई है (Stillwell 2012), 5.2.2 क्रोनकर की प्रमेय, 176–177। इसने कार्ल फ्रेडरिक गॉस के अंकगणितीय शोध (1801) के पहले के परिणाम को सामान्यीकृत किया, जिसने द्विघात रूपों को वर्गीकृत किया; क्रोनकर ने गॉस के इस परिणाम का हवाला दिया। प्रमेय को 1878 में फर्डिनेंड जॉर्ज फ्रोबेनियस और लुडविग स्टिकेलबर्गर द्वारा समूहों की भाषा में कहा और सिद्ध किया गया था। 1882 में क्रोनकर के छात्र यूजीन नेट द्वारा एक अन्य समूह-सैद्धांतिक सूत्रीकरण दिया गया था। में हेनरी जॉन स्टीफन स्मिथ द्वारा अंतिम रूप से प्रस्तुत समूह एबेलियन समूहों के लिए मौलिक प्रमेय सिद्ध किया गया था (Smith 1861),पूर्णांक मैट्रिसेस के रूप में एबेलियन समूहों की परिमित प्रस्तुतियों के अनुरूप है (यह एक प्रमुख आदर्श डोमेन पर सूक्ष्मता से प्रस्तुत मॉड्यूल के लिए सामान्य है), और स्मिथ सामान्य रूप से प्रस्तुत किए गए एबेलियन समूहों को वर्गीकृत करने के अनुरूप है।

अंतिम रूप से उत्पन्न एबेलियन समूहों के लिए मौलिक प्रमेय को हेनरी पॉइनकेयर द्वारा सिद्ध किया गया था (Poincaré 1900), एक मैट्रिक्स प्रमाण का उपयोग करते हुए (जो प्रमुख आदर्श डोमेन के लिए सामान्यीकरण करता है)। यह कंप्यूटिंग के संदर्भ में किया गया था एक कॉम्प्लेक्स की होमोलॉजी (गणित), विशेष रूप से कॉम्प्लेक्स के एक आयाम की बेट्टी संख्या और मरोड़ गुणांक (टोपोलॉजी), जहां बेट्टी संख्या मुक्त भाग के रैंक से मेल खाती है, और मरोड़ गुणांक मरोड़ वाले हिस्से के अनुरूप है।

एमी नोथेर द्वारा क्रोनेकर के प्रमाण को अंतिम रूप से उत्पन्न एबेलियन समूहों के लिए सामान्यीकृत किया गया था (Noether 1926).

परिणाम

मौलिक प्रमेय अलग तरीके से कहा गया है कि एक अंतिम रूप से उत्पन्न एबेलियन समूह एक एबेलियन समूह के परिमित रैंक के मुक्त एबेलियन समूह और एक परिमित एबेलियन समूह का प्रत्यक्ष योग है, जिनमें से प्रत्येक समरूपता के लिए अद्वितीय है। परिमित एबेलियन समूह जी का मरोड़ उपसमूह है। जी की रैंक को जी के मरोड़ मुक्त भाग के रैंक के रूप में परिभाषित किया गया है; उपरोक्त सूत्रों में यह केवल n संख्या है।

मौलिक प्रमेय का एक परिणाम यह है कि हर अंतिम रूप से उत्पन्न मरोड़-मुक्त एबेलियन समूह मुक्त एबेलियन है। यहाँ अंतिम रूप से उत्पन्न स्थिति आवश्यक है: $\mathbb {Q}$ मरोड़ मुक्त है लेकिन मुक्त एबेलियन नहीं है।

एक अंतिम रूप से उत्पन्न एबेलियन समूह का प्रत्येक उपसमूह और कारक समूह फिर से सूक्ष्म रूप से उत्पन्न एबेलियन होता है। अंतिम रूप से उत्पन्न एबेलियन समूह, समूह होमोमोर्फिज्म के साथ मिलकर एक एबेलियन श्रेणी बनाते हैं जो कि एबेलियन समूहों की श्रेणी की एक उपश्रेणी#Types_of_subcategories है।

गैर-अंतिम रूप से उत्पन्न एबेलियन समूह

ध्यान दें कि परिमित रैंक का प्रत्येक एबेलियन समूह अंतिम रूप से उत्पन्न नहीं होता है; रैंक 1 समूह $\mathbb {Q}$ एक प्रति उदाहरण है, और रैंक -0 समूह की अनंत सेट प्रतियों के प्रत्यक्ष योग द्वारा दिया गया है $\mathbb {Z} _{2}$ एक और है।

यह भी देखें

• जॉर्डन-होल्डर प्रमेय में रचना श्रृंखला एक गैर-अबेलियन सामान्यीकरण है।

संदर्भ

• Smith, Henry J. Stephen (1861). "On systems of linear indeterminate equations and congruences". Phil. Trans. R. Soc. Lond. 151 (1): 293–326. doi:10.1098/rstl.1861.0016. JSTOR 108738. S2CID 110730515. Reprinted (pp. 367–409) in The Collected Mathematical Papers of Henry John Stephen Smith, Vol. I, edited by J. W. L. Glaisher. Oxford: Clarendon Press (1894), xcv+603 pp.
• Silverman, Joseph H.; Tate, John Torrence (1992). Rational points on elliptic curves. Undergraduate Texts in Mathematics. Springer. ISBN 978-0-387-97825-3.
• de la Harpe, Pierre (2000). Topics in geometric group theory. Chicago lectures in mathematics. University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-31721-2.