Кіріспе

Топтар теориясындағы жіктеу теоремасы. Математикада Фейт-Томпсон теоремасы, немесе тақ реттік теоремасы, әрбір шекті топтың тақ реті болса, ол шешілетін болады деп мәлімдейді. Бұл теорема дәлелденді .

Тарих

кез келген Абельдік емес шекті қарапайым топтардың жұп реті бар деп болжады. Шекті қарапайым топтарды жіктеудің негізі ретінде қарапайым топтардың инволюцияларының орталықтандырғыштарын пайдалану ұсынылды, өйткені Брауэр–Фоулер теоремасы инволюцияның берілген орталықтандырғышы бар шекті қарапайым топтардың саны шектеулі екенін көрсетеді. Біркелкі реттік топтың инволюциясы болмайды, сондықтан Брауэрдің бағдарламасын іске асыру үшін алдымен циклдік емес шекті қарапайым топтардың біркелкі реттік болатынын көрсету қажет. Бұл тақ реттік топтардың шешілетінін көрсетумен тең, және Фейт пен Томпсон оны дәлелдеді. Бернсайдтың болжамына шабуылды CA топтарын зерттеген бастады; бұл топтарда әрбір тривиалды емес элементтің орталықтандырғышы Абельдік болады. Ол өзінің алғашқы мақаласында барлық тақ реттік CA топтары шешілетінін көрсетті. (Ол кейін барлық қарапайым CA топтарын, және жалпы алғанда, кез келген инволюцияның орталықтандырғышы 2 Sylow подтобы бар барлық қарапайым топтарды жіктеді, соның нәтижесінде Лай типіндегі қарапайым топтардың бірінші кездеспеген отбасын тапты, қазір олар Сузуки топтары деп аталады.) Сузукидің жұмысын CN топтарының отбасына дейін кеңейтті; бұл топтарда әрбір тривиальді емес элементтің орталықтандырғышы Нильпотент болады. Олар әрбір CN тобының тақ ретімен шешілетінін көрсетті. Олардың дәлелі Сузукидің дәлеліне ұқсас. Ол шамамен 17 беттен тұрды, сол кезде топтар теориясындағы дәлел үшін өте ұзын деп есептелді. Фейт–Томпсон теоремасын осы процестің келесі қадамы ретінде қарастыруға болады: олар әрбір дұрыс подтобы шешілетін тақ реттік циклдік емес қарапайым топтың жоқ екенін көрсетеді. Бұл әрбір тақ реттік шекті топтың шешілетінін дәлелдейді, себебі ең кішкентай қарсы мысал әрбір дұрыс подтобы шешілетін қарапайым топ болуы керек. Дәлелдеу CA теоремасы мен CN теоремасы сияқты жалпы жоспарды ұстанса да, егжей-тегжейлілігі әлдеқайда күрделі. Соңғы мақала 255 беттен тұрады.

Дәлелдің маңызы

Фейт-Томпсон теоремасы инволюциялардың орталықтандырғыштарын қолдану арқылы шекті қарапайым топтарды жіктеу мүмкін екенін көрсетті, себебі әрбір абелдік емес қарапайым топта инволюция болады. Олар дәлелдеулерінде енгізген көптеген әдістер, әсіресе жергілікті талдау идеясы, жіктеуде пайдаланылатын құралдарға дамыды. Дәлелдің ең революциялық жағы, мүмкін, оның ұзындығы болды: Фейт-Томпсон жұмысына дейін топтар теориясындағы көптеген аргументтер бірнеше беттен аспайтын, көбісін бір күнде оқуға болатын. Топтар теориясын зерттеушілер мұндай ұзақ аргументтердің жұмыс істей алатынын түсінгеннен кейін, бірнеше жүз беттен тұратын мақалалар жарық көруге бастады. Олардың кейбіреулері тіпті Фейт-Томпсон жұмысын да арттырып кетті; Майкл Ашбахер мен Стивен Д. Смиттың квазижұқа топтар туралы мақаласы 1221 беттен құралды.

Дәлелді қайта қарау

Көптеген математиктер Feit–Thompson дәлелінің кейбір бөліктерін жеңілдетті. Дегенмен, барлық осы жақсартулар белгілі бір мағынада локальды; дәлелдің жалпы құрылымы сол күйінде қалды, бірақ дәлелдердің кейбір егжей-тегжейлері оңайлатылды. Жеңілдетілген дәлелдеме екі кітапта жарияланды: , ол кейіпкерлер теориясынан басқа барлық нәрсені қамтиды, және , ол кейіпкерлер теориясын қамтиды. Бұл түзетілген дәлелдеме әлі де өте қиын және бастапқы дәлелдемеден ұзын, бірақ оңайырақ стильде жазылған. Coq дәлелдеу жүйесімен тексерілген толық ресми дәлелдеме 2012 жылдың қыркүйегінде Жорж Гонтье және Microsoft Research және Inria зерттеушілері жариялады.

Дәлелдің тұжырымдамасы

Фейт-Томпсон теоремасын тікелей сипаттаудың орнына Судзукидің CA теоремасын сипаттау оңайырақ, содан кейін CN теоремасы мен тақ реттік теорема үшін қажетті кеңейтулерге түсініктеме беруге болады. Дәлелді үш қадамға бөлуге болады. G-ді тақ ретті, абелдік емес (минималды) қарапайым топ деп аламыз, ол CA шартын қанағаттандырады. Тақ реттік туралы мақаланың толыққанды түсіндіруі үшін қараңыз немесе немесе .

1-қадам: G тобының құрылымының жергілікті талдауы

Бұл CA жағдайында оңай, себебі "a, b-мен коммутациялайды" қатынасы бірдей емес элементтерде эквиваленттік қатынас болып табылады. Сондықтан элементтер эквиваленттік сыныптарға жіктеледі, әрбір сынып максималды абельдік кіші топтың бірдей емес элементтерінің жиынынан тұрады. Осы максималды абельдік кіші топтардың нормализаторлары G-дің максималды бөгде кіші топтары болып табылады. Бұл нормализаторлар – Фробеньес топтары, олардың сипаттамалық теориясы жеткілікті түрде түсінікті және сипаттамалық индукцияға қатысты манипуляцияларға ыңғайлы. Сонымен қатар, |G| абсолюттік мәнінің жай бөлгіштерінің жиыны, |G| максималды абельдік кіші топтарының әртүрлі конъюгациялық сыныптарының ретін бөлетін жай сандарға сәйкес бөлінеді. |G| абсолюттік мәнінің жай бөлгіштерін белгілі бір Холл кіші топтарының конъюгациялық сыныптарына сәйкес бөлу үлгісі (Холл кіші тобы – оның реті мен индексі өзара жай сандар) G-дің максималды кіші топтарына (конъюгацияға дейін) қатысты Feit–Hall–Thompson CN теоремасының және Feit–Thompson тақ реттік теоремасының дәлелдерінде қайталанады. Әрбір максималды M кіші тобында белгілі бір нильпотентті Mσ Холл кіші тобы болады, оның нормализаторы M-де орналасқан, ал оның реті σ(M) жиынын құрайтын белгілі бір жай сандарға бөлінеді. Екі максималды кіші топтар σ(M) жиындары бірдей болса ғана конъюгациялық болады, ал егер олар конъюгациялық болмаса, онда σ(M) жиындары бөлек болады. G-нің ретін бөлетін әрбір жай сан кейбір σ(M) жиынында кездеседі. Сондықтан G-нің ретін бөлетін жай сандар максималды кіші топтардың конъюгациялық сыныптарына сәйкес эквиваленттік сыныптарға жіктеледі. CN жағдайындағы дәлелдеу CA жағдайына қарағанда әлдеқайда қиын: басты қосымша мәселе – екі әртүрлі Sylow кіші топтарының өзара қиылысы бірлікке тең екенін дәлелдеу. Тақ реттік теореманың дәлелдеуінің бұл бөлігі 100-ден астам журнал беттерін алады. Маңызды қадам – Томпсонның бірегейлік теоремасын дәлелдеу, онда кемінде 3 қалыпты дәрежедегі абельдік кіші топтар бірегей максималды кіші топқа кіреді, яғни Sylow p кіші топтарының қалыпты дәрежесі ең көп 2-ге тең жай сандар p жеке қарастырылуы керек. Кейін Бендер Бендер әдісін қолдана отырып, бірегейлік теоремасын дәлелдеуді жеңілдетті. CN жағдайында алынған максималды M кіші топтары әлі де Фробеньес топтары болса, тақ реттік теоремасын дәлелдеуде кездесетін максималды кіші топтар енді бұл құрылымға ие болмауы керек, ал олардың құрылымын және өзара әрекеттесуін талдау I, II, III, IV, V типтері деп аталатын максималды кіші топтардың 5 мүмкін түрін береді. I типтегі кіші топтар "Фробеньес типінде" болады, бұл Фробеньес тобының сәл жалпылауы, және шын мәнінде дәлелдеуде кейіннен Фробеньес топтары болып табылады. Олардың құрылымы MFU, мұнда MF ең үлкен нормальді нильпотентті Холл кіші тобы, ал U кіші тобы U0 кіші тобымен бірдей экспонентаға ие, сондықтан MFU0 ядролық MF-пен Фробеньес тобы болады. II, III, IV, V типтері – МФУW1 құрылымы бар 3 қадамдық топтар, мұнда МФУ – M кіші тобының туынды кіші тобы. II, III, IV және V типтеріне жіктелу U кіші тобының құрылымына және енуіне байланысты: II тип: U тривиалды емес абельдік және оның нормализаторы M-де орналаспаған. III тип: U тривиалды емес абельдік және оның нормализаторы M-де орналасқан. IV тип: U абельдік емес. V тип: U тривиалды. Екі сыныптан басқа барлық максималды кіші топтар I типті, бірақ сонымен қатар екі қосымша сынып болуы мүмкін, бірі II типті, екіншісі II, III, IV немесе V типті.

2-қадам: G-дің сипаты туралы теория

Егер X – CA тобының G максималды абельдік A-ішкі тобының нормализаторы H-ның азайтылмайтын сипаты болса және оның ядросында A-ны қамтымайтын болса, онда біз X-ті G-нің Y сипатына индукциялай аламыз, ол міндетті түрде азайтылмайтын болмайды. G-нің белгілі құрылымынан, Y-нің G-нің бірлік элементінен басқа барлық элементтеріндегі сипат мәндерін табу оңай. Бұл дегеніміз, егер X1 және X2 – H-ның екі осындай азайтылмайтын сипаты болса және Y1 және Y2 – сәйкес индукцияланған сипаттар болса, онда Y1 – Y2 толық анықталады, ал оның нормасын есептеу G-нің екі азайтылмайтын сипатының айырмашылығы екенін көрсетеді (бұл сипаттар кейде H-ға қатысты G-нің ерекше сипаттары деп аталады). Санау аргументі G-нің әрбір тривиалды емес азайтылмайтын сипаты G-нің кейбір максималды абельдік ішкі тобының нормализаторына байланысты ерекше сипат ретінде дәл бір рет пайда болатынын көрсетеді. Ұқсас аргумент (бірақ абельдік Холл ішкі топтарын нильпотентті Холл ішкі топтарымен алмастыру) CN теоремасын дәлелдеуде қолданылады. Алайда, тақ реттік теоремасын дәлелдеуде G-нің сипаттарын ішкі топтардың сипаттарынан құрастыруға қатысты аргументтер әлдеқайда нәзік, және сипаттар индукциясының орнына сипаттар сақиналары арасындағы Дад изометриясы қолданылады, себебі максималды ішкі топтар күрделі құрылымға ие және олар аз түсінікті жолмен орналастырылған. Ерекше сипаттар теориясы Дад изометриясын кеңейту үшін сипаттардың үйлесімді жиынтығы теориясымен ауыстырылады. Бұл теория, шамамен айтқанда, Дад изометриясы қатысатын топтардың белгілі бір нақты құрылымы болмаса кеңейтілуі мүмкін дейді. Дейд, Сибли және Питерфалвиге байланысты сипаттар теориясының оңайлатылған нұсқасын сипаттады.

Қауіпсіздікті қолдану

G тобының ретінің тақ екендігі дәлелдеуде бірнеше жерде пайдаланылады, мысалы: Hall-Higman теоремасы тақ реттік топтар үшін нақтырақ. Тақ реттік топтар үшін барлық негізгі емес белгілер кешенді жұптар түрінде келеді. p-топтарына қатысты бірнеше нәтижелер тек тақ p жай сандары үшін ғана дұрыс. Егер тақ реттік топта 3-ші дәрежедегі элементарлық абелдік кіші топтар болмаса, онда оның туынды тобы нильпотент болады. (Бұл тікелей S4 симметриялық тобы үшін орындалмайды, себебі оның реті жұп.) Белгілер теориясын қолданатын бірнеше аргументтер кіші жай сандар үшін, әсіресе 2 жай саны үшін сәтсіз аяқталады.