Кіріспе

Топ теориясындағы операция. Математикада, әсіресе топ теориясында, жартылай тура көбейтінді түсінігі тікелей көбейтіндінің жалпыламасы болып табылады. Жартылай тура көбейтіндінің екі тығыз байланысты түсінігі бар: ішкі жартылай тура көбейтінді – бұл топты екі кіші топтан құрудың ерекше жолы, олардың бірі қалыпты кіші топ болып табылады. Сыртқы жартылай тура көбейтінді – бұл екі берілген топтан жиынтық ретінде Картезиан көбейтіндісін және белгілі бір көбейту операциясын пайдаланып жаңа топ құрудың тәсілі. Тікелей көбейтінділер сияқты, ішкі және сыртқы жартылай тура көбейтінділер арасында табиғи эквиваленттілік бар, және екеуі де әдетте жартылай тура көбейтінді деп аталады. Шектеулі топтар үшін Шур-Зассенхаус теоремасы жартылай тура көбейтінді ретінде жіктеудің болуы үшін жеткілікті шартты қамтамасыз етеді (бұл бөлінетін кеңейтім деп те аталады).

Диэдрлік топ

2n элементі бар диэдрлік топ, циклдік топтардың жартылай тура көбейтіндісіне изоморфты және . Мұндағы бірлік емес элемент, элементтерді кері аудару арқылы -ға әрекет етеді; бұл -ның абельдік екендігіне байланысты автоморфизм болып табылады. Бұл топтың ұсынысы:

Ұзындығы жазықтықтағы изометриялар тобы

Ұшақтың барлық қатаң қозғалыстарының (изометриялардың) Евклид тобы (x және y арасындағы Евклид қашықтығы f(x) және f(y) арасындағы қашықтыққа тең болатын бейнелеулер, барлық x және y үшін) аудармаларды сипаттайтын абельдік топтың және бастапқы нүктені өзгеріссіз қалдыратын айналулар мен көрістірулерді сипаттайтын 2 × 2 ортогональды матрицалардың O(2) тобының жартылай тура көбейтіндісіне изоморфты. Алдымен аударма қолданып, содан кейін айналу немесе көрістіру жасау, айналу немесе көрістіруді бірінші қолданып, содан кейін айналған немесе көрістірілген аударма векторымен аударма жасаумен бірдей нәтиже береді (яғни, бастапқы аударманың конъюгатын қолдану). Бұл аудармалар тобының Евклид тобының нормальды кіші тобы екенін, Евклид тобының аудармалар тобы мен O(2) тобының жартылай тура көбейтіндісі екенін, ал сәйкес гомоморфизм матрицалық көбейту арқылы беріледі: .

Ортогональды топ O ((n)

Барлық ортогональды нақты n × n матрицалардың (интуитивті түрде n өлшемді кеңістіктің барлық айналулары мен шағылысуларының жиынтығы, түпнүсқаны өзгеріссіз қалтыратындар) ортогональды тобы O(n) SO(n) тобының жартылай тура көбелісіне изоморфты (детерминанты 1-ге тең барлық ортогональды матрицалардан тұрады, интуитивті түрде n өлшемді кеңістіктің айналулары) және егер бізді матрицалардың көбейту тобы ретінде қарастырсақ, онда R – n өлшемді кеңістіктің түпнұсқаны өзгеріссіз қалтыратын шағылысуы (яғни, детерминанты –1-ге тең ортогональды матрица, инволюцияны көрсетеді), онда барлық H ∈ және N ∈ SO(n) үшін беріледі. Бұл тривиальды емес жағдайда (H сәйкестік матрицасы емес) φ(H) операциясы шағылысу арқылы конъюгацияланады (үш өлшемді кеңістікте айналу осі мен айналу бағыты олардың «көленесімен» алмастырылады).

Жартылай сызықтық түрлендірулер

V векторлық кеңістігіндегі V өрісі бойынша жартылай сызықты түрлендірулер тобы, көбінесе ΓL(V деп белгіленеді, GL(V) сызықтық тобының (ΓL(V-тің нормальды подтобы) және өрістің автоморфизм тобының жартылай тура көбейтіндісіне изоморфты.

Кристаллографиялық топтар

Кристаллографияда кристаллдың кеңістіктік тобы, нүктелік топ пен трансляциялық топтың жартылай тура көбейтіндісі ретінде бөлінеді, егер және тек қана кеңістіктік топ симморфты болса. Симморфты емес кеңістіктік топтардың нүктелік топтары тіпті кеңістіктік топтың ішкі жиынтығы ретінде де қамтылмайды, бұл олардың талдауын күрделендіретін негізгі себеп болып табылады.

Үлгі емес

Әрине, ешқандай қарапайым топты жартылай тікелей көбейтінді ретінде көрсету мүмкін емес (өйткені оларда тривиалды емес нормалды кіші топтар жоқ), бірақ тривиалды емес нормалды кіші топты қамтитын, дегенмен жартылай тікелей көбейтінді ретінде көрсетуге болмайтын топтардың бірнеше жалпы қарсы мысалдары бар. Әр топты арқылы бөлінетін кеңейту ретінде көрсетуге болмаса да, мұндай топты жалпы ендіру теоремасы бойынша венок көбейтіндісіне ендіруге болады.

Z4

Циклдік топ қарапайым топ емес, себебі ол 2-ретті кіші топқа ие, атап айтқанда, кіші топ болып табылады және олардың фактортобы , сондықтан кеңейтім бар. Егер кеңейтім бөлінетін болса, онда топ -ке изоморфты болар еді.

Q8

Сегіз квартернийдің тобы, мұндағы және , - бұл тривиальді емес қалыпты кіші топтары бар, бірақ бөлшектік емес топтың тағы бір мысалы. Мысалы, мен туындаған кіші топ изоморфты және қалыпты. Бұл, келесі гипотетикалық топтардың толық тізбегінде бөлшектік кеңейту болуы керек дегенді білдіреді: , бірақ мұндай толық тізбек жоқ. Бұл, коэффициенттерімен топтың бірінші когомологиялық тобын есептеу арқылы көрсетілуі мүмкін, сонда болады және осы кеңейтулердегі екі топ – және диэдралық топ. Бірақ, осы топтардың ешқайсысы -мен изоморфты болмағандықтан, квартерний тобы бөлшектік емес. Мұндай изоморфизмдердің болмауы, тривиалды кеңейту абельдік болса, ал абельдік емес екенін, сондай-ақ жалғыз қалыпты кіші топтар және екенін, бірақ үш кіші топ изоморфты екенін ескеру арқылы тексерілуі мүмкін.

Қасиеттері

Егер G – нормальды қосалқы топ N және қосалқы топ H-тың жартылай тура көбейтіндісі болса, және N мен H екеуі де шекті болса, онда G реті N және H реттерінің көбейтіндісіне тең. Бұл факт N мен H-тың сыртқы жартылай тура көбейтіндісінің ретімен G-ның ретінің бірдей болуынан туындайды, оның негізгі жиыны N × H Картезиялық көбейтіндісі болып табылады.

Тікелей өнімдермен байланыс

Егер G – N нормалды кіші топтың және H кіші топтың жартылай тура көбейтіндісі болса. Егер H G-де де нормалды болса, немесе баламалы түрде, егер N-де H ядросы болатын G → N гомоморфизмі болса, онда G – N және H-нің тікелей көбейтіндісі болады. Екі топтың – N және H – тікелей көбейтіндісін, H-дегі барлық h үшін, N және H-нің жартылай тура көбейтіндісі деп қарастыруға болады. Атап айтқанда, тікелей көбейтіндіде факторлардың реті маңызды емес, себебі N × H, H × N-ге изоморфты. Бұл жартылай тура көбейтінділерге қатысты емес, өйткені екі фактор әртүрлі рөл атқарады. Сонымен қатар, тривиальды емес гомоморфизм арқылы алынған (нақты) жартылай тура көбейтіндінің нәтижесі, факторлық топтар абельдік болса да, ешқашан абельдік топ болмайды.

Тіршілік ету

Жалпы алғанда, топтарда жартылай тура өнімдердің болуы үшін белгілі бір сипаттама (яғни қажетті және жеткілікті шарт) жоқ. Дегенмен, кейбір жеткілікті шарттар белгілі, олар белгілі бір жағдайларда оның болуын кепілдендіреді. Шектеулі топтар үшін, Шур-Зассенхаус теоремасы қалыпты кіші топтың реті, бөлімдік топтың ретімен өзара жай болған жағдайда жартылай тура өнімнің болуын кепілдейді. Мысалы, Шур-Зассенхаус теоремасы 6-ретті топтар арасында жартылай тура өнімнің бар екенін көрсетеді; мұндай екі өнім бар, олардың бірі тікелей өнім, ал екіншісі диэдрлік топ. Алайда, Шур-Зассенхаус теоремасы 4-ретті немесе 8-ретті топтар туралы ештеңе айтпайды.

Жалпылау

Топтар теориясы аясында жартылай тура өнімдер құрылымын одан әрі дамытуға болады. Топтардың Zappa–Szép көбейтіндісі – ішкі нұсқасында ешбір кіші топтың қалыпты екенін талап етпейтін жалпылау. Сақиналар теориясында сақиналардың қиылысқан көбейтіндісі деген конструкция да бар. Бұл, топтардың жартылай тура көбейтіндісі үшін топтық сақинадан табиғи жолмен құрылады. Сақиналық теориялық тәсілді Ли алгебраларының жартылай тікелей қосындысына одан әрі жалпылауға болады. Геометрия үшін, топологиялық кеңістіктегі топтық әрекеттер үшін де қиылысқан өнім бар; алайда, бұл, тіпті топ абельдік болса да, көбінесе коммутативті емес. Мұндай жағдайда, жартылай тура өнім – топтық әрекеттің орбиталар кеңістігі болып табылады. Осы тәсілді Ален Конн дәстүрлі топологиялық әдістерге балама ретінде қолдады; мысалы, коммутативті емес геометрия. Жартылай тура өнім – категориялар теориясындағы Гротендик құрылымының ерекше жағдайы. Атап айтқанда, H-тың әрекеті (топтық немесе тіпті моноидтық құрылымды сақтай отырып), H-қа байланысты топтық кеңістікке (бір ғана * объексісі және H эндоморфизмдері бар) категориялар категориясына дейінгі функтормен тең. Осы функтордың Гротендик құрылымы, жартылай тура өнімге (байланысты топтық кеңістікке) эквиваленті болады.

Топтық

Басқа бір жалпылау – групоидтар үшін. Бұл топологияда орын алады, себебі егер G тобы X кеңістігінде әрекет етсе, ол кеңістіктің негізгі групоидына да әсер етеді. Жартылай тура көбейтінді орбиталық кеңістік X/G-нің негізгі групоидын табуға қатысты. Толық мәліметтер үшін төменде сілтеме келтірілген кітаптың 11-тарауына, сондай-ақ ncatlab-тағы жартылай тура көбейтінді туралы мәліметтерге көңіл бөліңіз.

Абельдік санаттар

Тривиальды емес жартылай тікелей көбейтінділер Абельдік санаттарда, мысалы модульдер санатында кездеспейді. Мұндай жағдайда, бөлу леммасы әрбір жартылай тікелей көбейтіндінің тікелей көбейтінді болатынын көрсетеді. Демек, жартылай тікелей көбейтінділердің болуы санаттың Абельдік еместігін көрсетеді.