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数学知识体系

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⌕2026/8/31
概念

群与子群

循环群与置换群是最基本的例子(凯莱定理:任何群都嵌入置换群),子群判定准则给出识别子结构的快速方法。

所属主题:抽象代数 ↗
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当前概念

群与子群抽象代数

01定义

群是一个集合配一种运算,满足封闭性、结合律、单位元与逆元四条公理——它是「对称」的完整代数化身。循环群与置换群是最基本的例子;凯莱定理断言任何群都嵌入某个置换群。
旋转 90° 正方形的对称全体:4 旋转 + 4 反射 构成 8 阶二面体群 D₄ 群 = 对称运算的集合:相继执行即群乘法
正方形的旋转对称构成循环群;全部对称构成二面体群 D₄

02核心要点

01

公理与例子

整数加法群 (Z,+)(\mathbb{Z},+)、非零有理数乘法群、nn 次旋转群 CnC_n、置换群 SnS_n——运算可以是加法、乘法或复合,公理一视同仁。

02

子群判定

非空子集 HH 是子群   ⟺  \iff 对运算与取逆封闭(一步判定法);拉格朗日定理:有限群的子群阶整除群阶。

03

凯莱定理

任何群 GG 同构于某个置换群的子群(左乘作用)——「群就是置换的抽象」,抽象与具体在此汇合。

03关键公式

∣H∣ ∣ ∣G∣(拉格朗日)|H|\ \big|\ |G|\quad(\text{拉格朗日})
G↪SG(凯莱)G\hookrightarrow S_G\quad(\text{凯莱})

04历史沿革

群概念由伽罗瓦 1830 年代在研究方程根置换时引入;凯莱 1854 年给出抽象定义;19 世纪末群论成为独立学科,20 世纪完成有限单群分类(2004,横跨万页)。

05应用与延伸

晶体学 230 空间群分类晶体结构;密码学的椭圆曲线群与迪菲-赫尔曼密钥交换;粒子物理的对称群决定守恒律与粒子谱。

06交互演示

循环群 C₆ 与子群:旋转与陪集旋转 k·60°;子群 H={0,2,4}(偶数步)及其陪集 1+H={1,3,5}

07相关概念