Кіріспе

Математикада қарапайым топ — тривиалды топ пен өзінен басқа қалыпты кіші топтары жоқ, тривиалды емес топ. Қарапайым емес топты екі кіші топқа бөлуге болады, атап айтқанда, тривиалды емес қалыпты кіші топқа және сәйкес үлестік топқа. Бұл процесс қайталануы мүмкін, ал шекті топтар үшін Джордан-Хёльдер теоремасы бойынша ақырында бірегей анықталған қарапайым топтарға жетеді. 2004 жылы аяқталған шекті қарапайым топтардың толық жіктелуі математика тарихындағы маңызды жетістік болып табылады.

Түпкілікті қарапайым топтар

Модуль 3 конгруэнттік сыныптардың циклдік тобы (модульдік арифметиканы қараңыз) қарапайым. Егер топтың кіші тобы болса, оның реті (элементтер саны) топтың ретіне, яғни 3-ке бөлінуі керек. 3 – жай сан болғандықтан, оның жалғыз бөлгіштері 1 және 3, сондықтан кіші топ немесе бос топқа тең, немесе тривиальды топ болады. Екінші жағынан, топ қарапайым емес. 0, 4 және 8 модуль 12 конгруэнттік сыныптарының жиыны 3-реттік кіші топ болып табылады, және ол қалыпты кіші топ болып табылады, себебі абельдік топтың кез келген кіші тобы қалыпты болады. Сол сияқты, бүтін сандардың қосымша тобы қарапайым емес; жұп сандар жиыны – тривиальды емес қалыпты кіші топ. Кез келген абельдік топтар үшін осыған ұқсас ойлауды қолдануға болады, соның нәтижесінде жалғыз қарапайым абельдік топтар – жай реттік циклдік топтар екендігі анықталады. Нонабельдік қарапайым топтарды жіктеу әлдеқайда қиын. Ең кіші нонабельдік қарапайым топ – 60-қадамды алмастыру тобы, және 60-қадамды әрбір қарапайым топ оған изоморфты. Екінші ең кіші нонабельдік қарапайым топ – 168-қадамды проективті арнайы сызықтық топ PSL(2,7), және 168-қадамды әрбір қарапайым топ PSL(2,7)-ге изоморфты.

Шексіз қарапайым топтар

Шексіз ауыспалы топ, яғни бүтін сандардың шекті қолдауға ие тіпті пермутациялар тобы қарапайым. Бұл топты стандартты ендірулерге қатысты шекті қарапайым топтардың өсу одағы ретінде жазуға болады. Шексіз қарапайым топтардың тағы бір мысалдары мына түрде беріледі, мұнда – шексіз өріс және . Шексіз қарапайым топтарды шекті түрде құру әлдеқайда қиын. Бірінші дәлелдеме нақты емес; ол Грэхам Хигманға тиесілі және Хигман тобының қарапайым бөлшектерінен тұрады. Нақты мысалдар, аяқты түрде берілуі мүмкін, шексіз Томпсон топтарын және Бёргер мен Мозес құраған аяқты түрде берілген торсиясыз шексіз қарапайым топтарды қамтиды.

Жіктеу

Жалпы (шексіз) қарапайым топтарға қатысты әзірге ешқандай жіктеме белгілі емес, және мұндай жіктеме күтілмейді. Бұның бір себебі – кез келген жеткілікті үлкен жай сан сипаттамасы үшін сабақтасқан Тарски монстрлар тобының көптігінің болуы, олардың әрқайсысы қарапайым және кіші топтары ретінде тек сол сипаттаманың циклі тобын ғана қамтиды.

Шекті қарапайым топтардың құрылымы

Фейт пен Томпсонның әйгілі теоремасы бойынша, тақ реттік кез келген топ шешіледі. Сондықтан, егер ол жай реттік циклдік топ болмаса, кез келген шекті қарапайым топтың реттігі жұп болады. Шрайер болжамы кез келген шекті қарапайым топтың сыртқы автоморфизмдер тобының шешілетінін күтеді. Бұл классификация теоремасын қолдану арқылы дәлелдеуге болады.

Түпкілікті қарапайым топтардың тарихы

Түпкілікті қарапайым топтар тарихында екі бағыт бар: 1820 жылдары Галуаның жұмысынан бастап 1981 жылы Монстрдің құрылысына дейін нақты қарапайым топтар мен топтар отбасыларын ашу және құру; және осы тізімнің толық екенін дәлелдеу, ол 19 ғасырда басталды, ең маңыздысы 1955 жылдан 1983 жылға дейін (жеңіс алғаш рет жарияланған кезде) жүрді, бірақ тек 2004 жылы толыққанды аяқталды деген жалпы келісімге келді. 2018 жылға қарай оның жариялануы 12 монографиядан тұратын серия ретінде жоспарланды, оның оныншысы 2023 жылы жарық көрді. Қарапайым топтардың 19 ғасырдағы тарихына қатысты мақаланы қараңыз.

Құрылыс

Қарапайым топтар кем дегенде Галуа теориясының бастапқы кезеңдерінен бері зерттеле бастады, онда Эварист Галуа бес немесе одан көп нүктедегі ауыспалы топтардың қарапайым (сонымен қатар шешілмейтін) екенін түсінді, және ол 1831 жылы дәлелдеді, бұл бесінші дәрежелі теңдеуді радикалдар арқылы шеше алмайтынының себебі болды. Галуа сондай-ақ, біріншілік өріс үстіндегі жазықтықтың проекциялық арнайы сызықтық тобын, PSL(2,p) құрастырды және p-нің 2-ге немесе 3-қа тең болмаған жағдайда, олар қарапайым екенін атап өтті. Бұл оның Шевальеге жазған соңғы хатында қамтылған, және бұл шекті қарапайым топтардың келесі мысалы болды. Келесі жаңалықтарды 1870 жылы Камилл Джордан жасады. Джордан, шекті өрістің жай сандық ретінде қарапайым матрицалық топтардың 4 отбасын тапты, олар қазір классикалық топтар деп белгілі. Шамамен сол уақытта Матье топтары деп аталатын бес топтан тұратын отбасы да қарапайым екені көрсетілді, оны алғаш рет Эмиль Леонард Матье 1861 және 1873 жылдары сипаттады. Бұл бес топ шексіз көп мүмкіндіктерді қамтамаған әдістермен құрылғандықтан, Уильям Бернсайд 1897 жылғы оқулығында оларды "спорадикалық" деп атады. Кейіннен Джорданның классикалық топтар туралы нәтижелері Вильгельм Киллингтің күрделі қарапайым Ли алгебраларын жіктегеннен кейін Леонард Диксонмен кездейсоқ шекті өрістерге жалпыланды. Диксон сондай-ақ G2 және E6 типті ерекше топтарды құрастырды, бірақ F4, E7 немесе E8 типті емес. 1950-ші жылдары Ли типті топтар бойынша жұмыс жалғасты, Клод Шевальли 1955 жылғы мақаласында классикалық топтар мен ерекше типті топтардың біртекті құрылысын ұсынды. Бұл, Шевальли құрылымын "бұрып" алынған белгілі бір топтарды (проективті унитарлық топтарды) қамтамады. Ли типіндегі қалған топтарды Штайнберг, Титс және Герциг (олар 3D4(q) және 2E6(q) топтарын) және Сузуки мен Ри (Сузуки-Ри топтары) жасады. Бұл топтар (Ли типті топтар, циклдік топтар, ауыспалы топтар және бес ерекше Матье тобымен бірге) толық тізім деп есептелді, бірақ Матье жұмысынан кейін шамамен бір ғасырлық үзілістен кейін 1964 жылы бірінші Янко тобы ашылды, ал қалған 20 спорадикалық топтар 1965-1975 жылдары ашылды немесе болжалды, және 1981 жылы Роберт Грисс Бернд Фишердің "Монстр тобын" құрастырғанын жариялады. Монстр – 808,017,424,794,512,875,886,459,904,961,710,757,005,754,368,000,000,000 ретімен ең үлкен спорадикалық қарапайым топ. Монстр 196,884 өлшемді Грис алгебрасында адал 196,883 өлшемді бейнелеуге ие, яғни Монстрдың әрбір элементін 196,883 × 196,883 матрица түрінде көрсетуге болады.

Жіктеу

Толық жіктеу әдетте 1962–63 жылдардағы Фейт–Томпсон теоремасымен басталды, көбінесе 1983 жылға дейін созылды, бірақ 2004 жылы ғана аяқталды. 1981 жылы Монстр құрылысынан кейін көп ұзамай, 10 000 беттен астам көлемдегі дәлел ұсынылды, онда топтар теориясымен айналысатындар барлық шекті жай топтарды сәтті тізімдегендіктерін көрсетті, ал 1983 жылы Дэниел Горенштейн жеңіс жариялады. Бұл шартты болды – кейінірек, әсіресе квазижұқа топтарды жіктеуде, кейбір кемшіліктер табылды, олар 2004 жылы 1300 беттік квазижұқа топтар жіктемесімен ауыстырылды, қазір ол толық деп мойындалды.

Қарапайымдыққа қатысты сынақтар

Сайлоу сынағы: n – жай сан емес оң бүтін сан болсын, ал p – n-нің жай бөлгіші болсын. Егер 1 – p модулі бойынша 1-ге сәйкес келетін n-нің жалғыз бөлгіші болса, онда n ретіндегі қарапайым топ болмайды. Дәлелдеме: Егер n – жай санның дәрежесі болса, онда n ретіндегі топтың тривиальды емес центрі болады, демек, ол қарапайым емес. Егер n – жай санның дәрежесі болмаса, онда әрбір Сайлоу кіші тобы дұрыс болады, және Сайлоудың үшінші теоремасы бойынша, n ретіндегі топтың Сайлоу p кіші топтарының саны p модулі бойынша 1-ге тең және n-ді бөледі. 1 – мұндай жалғыз сан болғандықтан, Сайлоу p кіші тобы бірегей, демек, ол нормальды. Бұл өзіндік, бірлікке тең емес кіші топ болғандықтан, топ қарапайым емес. Бернсайд: Абельдік емес шекті қарапайым топтың реті кем дегенде үш түрлі жай санға бөлінеді. Бұл Бернсайд теоремасынан шығады.

Оқулық

2007 жылғы алдын ала жарияланым.