Кіріспе
Математикада, әсіресе топтар теориясында, p – жай сан болғанда, p-тобы – әрбір элементінің реті p-ның дәрежесіне тең болатын топ. Яғни, p-тобы G-дің әрбір g элементі үшін, g-нің pn көшірмесінің көбейтіндісі, n теріс емес бүтін сан және одан кем емес, бірлік элементке тең болады. Әр түрлі элементтердің реті p-ның әртүрлі дәрежелері болуы мүмкін. Абельдік p-топтары p-алғашқы немесе жай ғана алғашқы деп аталады. Шекті топ, егер оның реті (элементтерінің саны) p-ның дәрежесі болса, p-тобы болып табылады. G-нің шекті тобын қарастыратын болсақ, Сайлоу теоремалары G-нің ретін бөлетін әрбір p^n үшін G-де p^n реті бар кіші топтың бар екендігін кепілдейді. Кез келген шекті p-тобы нильпотентті болады. Осы мақаланың қалған бөлігі шекті p-топтарына арналған. Шексіз абельдік p-тобының мысалы үшін Пруфер тобын, ал шексіз қарапайым p-тобының мысалы үшін Тарски монстры тобын қараңыз.
In mathematics, specifically group theory, given a prime number p, a p group is a group in which the order of every element is a power of p. That is, for each element g of a p group G, there exists a nonnegative integer n such that the product of pn copies of g, and not fewer, is equal to the identity element. The orders of different elements may be different powers of p.
Abelian p groups are also called p primary or simply primary. A finite group is a p group if and only if its order (the number of its elements) is a power of p. Given a finite group G, the Sylow theorems guarantee the existence of a subgroup of G of order pn for every prime power pn that divides the order of G.
Every finite p group is nilpotent. The remainder of this article deals with finite p groups. For an example of an infinite abelian p group, see Prüfer group, and for an example of an infinite simple p group, see Tarski monster group.
Қасиеттері
Әрбір p-тобы кезеңді, өйткені анықтама бойынша әрбір элементтің шекті реті бар. Егер p - жай сан болса және G - pk реттік топ болса, онда G әр 1 ≤ m ≤ k үшін pm реттік қалыпты кіші топқа ие. Бұл Коши теоремасы мен топтар үшін сәйкестік теоремасын қолдану арқылы индукциямен шығарылады. Дәлелдің жоспасы былай: G-дің Z орталығы тривиалды емес болғандықтан (төменде қараңыз), Коши теоремасына сәйкес Z-дің p реттік H кіші тобы бар. G-де орталық болғандықтан, H G-де міндетті түрде қалыпты. Енді G/H-қа индукциялық гипотезаны қолдануға болады, ал нәтиже сәйкестік теоремасынан туындайды.
Басты емес орталық
Сынып теңдеуін қолданатын алғашқы стандартты нәтижелердің бірі – тривиалды емес шекті p-тобының орталығы тривиалды кіші топ бола алмайды. Бұл p-топтарындағы көптеген индуктивті әдістердің негізін құрайды. Мысалы, шекті p-тобының дұрыс H кіші тобының нормализаторы N, H-ны дұрыс қамтиды, себебі H = N болатын кез келген қарсы мысал үшін Z орталығы N-де, демек H-да да болады, бірақ содан кейін H/Z кіші мысалы пайда болады, оның G/Z нормализаторы N/Z = H/Z болады, бұл шексіз түсуге алып келеді. Салдарынан, әрбір шекті p-тобы нильпотентті болады. Басқа бағытта, шекті p-тобының кез келген қалыпты N кіші тобы орталықпен тривиалды емес қиылыстың болуын қамтамасыз етеді, бұл G тобының N-ге конъюгация арқылы әрекет етуі кезінде N элементтерін қарастыру арқылы дәлелдеуге болады. Кез келген орталық кіші топ қалыпты болғандықтан, шекті p-тобының кез келген минималды қалыпты кіші тобы орталық болып табылады және p ретіне ие. Шындығында, шекті p-тобының соклі – бұл орталықтың кіші тобы, p реті бар орталық элементтерінен тұрады. Егер G p-тобы болса, онда G/Z да солай болады, демек оның да тривиалды емес орталығы бар. G/Z орталығының G-дегі кері бейнесі екінші орталық деп аталады және осы топтар жоғарғы орталық қатарды бастайды. Сокль туралы бұрынғы түсініктемелерді жалпылағанда, pn реті бар шекті p-тобы 0 ≤ i ≤ n үшін pi реті бар қалыпты кіші топтарды қамтиды, ал pi реті бар кез келген қалыпты кіші топ i-ші орталықта Zi-ге кіреді. Егер қалыпты кіші топ Zi-ге кірмесе, онда оның Zi+1-мен қиылысының мөлшері кем дегенде pi+1-ге тең болады.
If G is a p group, then so is G/Z, and so it too has a non trivial center. The preimage in G of the center of G/Z is called the second center and these groups begin the upper central series. Generalizing the earlier comments about the socle, a finite p group with order pn contains normal subgroups of order pi with 0 ≤ i ≤ n, and any normal subgroup of order pi is contained in the ith center Zi. If a normal subgroup is not contained in Zi, then its intersection with Zi+1 has size at least pi+1.
Автоморфизмдер
P топтарының автоморфизм топтары жақсы зерттелген. Дәл сол сияқты, әрбір шекті p тобының тривиальды емес центрі болады, сондықтан ішкі автоморфизм тобы – топтың дұрыс бөлігі болып табылады, сондай-ақ әрбір шекті p тобының тривиальды емес сыртқы автоморфизм тобы бар. G-нің кез келген автоморфизмі G/Φ(G)-де автоморфизмді тудырады, мұнда Φ(G) – G-нің Фраттини подтобы. G/Φ(G) бөлігі – элементарлы абелдік топ, ал оның автоморфизм тобы – жалпы сызықтық топ, сондықтан жақсы түсініледі. Бернсайд G-нің автоморфизм тобынан осы жалпы сызықтық топқа жүзеге асырылатын бейнелеуді зерттеді және осы бейнелеудің ядросы p тобы екенін көрсетті.
Мысалдар
p топтары бірдей реттік болғанымен міндетті түрде изоморфты емес; мысалы, циклдік топ C4 және Клейн төрт тобы V4 екеуі де 4-реттік 2 топтар, бірақ олар изоморфты емес. Сондай-ақ, p тобының абельдік болуы да міндетті емес; 8-реттік Dih4 диэдрлік тобы абельдік емес 2 топ болып табылады. Дегенмен, p² реттік кез келген топ абельдік болады. Диэдрлік топтар кватерниондық топтар мен жартылай диэдрлік топтарға қатысты өте ұқсас та, өте ұқсамайтын да болуы мүмкін. Диэдрлік, жартылай диэдрлік және кватерниондық топтар бірге 2 топтардың максималды класын құрайды, яғни 2n+1 реттік және n нильпотенттік класты топтар.
Қалталы гүлдестелер
P реттік циклдік топтардың итерациялық венок көбейтінділері p-топтарының өте маңызды мысалдары болып табылады. P реттік циклдік топты W(1) деп белгілейміз, ал W(n) мен W(1) венок көбейтіндісін W(n+1) деп белгілейміз. W(n) симметриялық топтың Sym(pn) Sylow p-ішкі тобы болып табылады. Жалпы сызықтық топтың GL(n,Q) максималды p-ішкі топтары әртүрлі W(n) көбейтінділерінің тікелей көбейтіндісі болып табылады. Оның реті pk-қа тең, мұнда k = (pn − 1) / (p − 1). Оның нильпотенттілік класы pn−1, ал төменгі орталық қатар, жоғарғы орталық қатар, төменгі p-дәрежелі орталық қатар және жоғарғы p-дәрежелі орталық қатар тең. Ол p реттік элементтері арқылы туындайды, бірақ оның дәрежесі pn. Екінші осындай топ, W(2), сондай-ақ максималды кластың p-тобы болып табылады, өйткені оның реті pp+1 және нильпотенттілік класы p, бірақ ол тұрақты p-тобы емес. P^p реттік топтар әрқашан тұрақты топтар болғандықтан, бұл сондай-ақ осындай ең кішкентай мысал болып табылады.
Жалпыланған диэдрлік топтар
P = 2 және n = 2 болғанда, W(n) – 8 реттік диэдрлік топ, сондықтан белгілі бір мағынада W(n) барлық p жай сандары үшін n = 2 болғанда диэдрлік топтың аналогын береді. Дегенмен, n-нің мәні жоғарылағанда, бұл аналогия нашарлайды. 2n реттік диэдрлік топтарды жақын түрде еліктейтін басқа топтар тобы бар, бірақ оны құру үшін қосымша шаралар қажет. ζ – комплекс сандардағы біртінші p-ші түбірі болсын, Z[ζ] – одан туындаған циклотомдық бүтін сандар сақинасы, ал P – 1 – ζ арқылы туындаған жай идеал. G – z элементімен құрылған p реттік циклдік топ болсын. Z[ζ] және G-нің жартылай тікелей көбейтіндісін E(p) түрінде құрастырамыз, мұнда z, ζ-ға көбейту арқылы әрекет етеді. Pn-нің дәрежелері E(p)-нің нормальды кіші топтары болып табылады, ал мысал топтары E(p,n) = E(p) / Pn түрінде беріледі. E(p,n)-нің реті pn+1-ге тең және нөлдік потенция класы n-ге тең, сондықтан бұл p-топтың максималды класы. P = 2 болғанда, E(2,n) – 2n реттік диэдрлік топ. P тақ болғанда, W(2) және E(p,p) екеуі де максималды кластың және pp+1 реттік иррационалдық топтары болып табылады, бірақ олар изоморфты емес.
Біртұтас үшбұрышты матрицалар топтары
Жалпы сызықтық топтардың Силоу қосалқы топтары тағы бір маңызды мысалдар отбасы болып табылады. V – өлшемі n болатын {e1, e2, ..., en} базисі бар векторлық кеңістік болсын. 1 ≤ i ≤ n үшін Vi-ді {ei, ei+1, ..., en} арқылы құрылған векторлық кеңістік деп анықтаймыз, ал i > n болғанда Vi = 0 деп анықтаймыз. Әр 1 ≤ m ≤ n үшін V-тің әр Vi-ді Vi+m-ге жіберетін кері сызықты түрлендірулер жиыны Aut(V)-тің Um кіші тобын құрайды. Егер V – Z/pZ үстіндегі векторлық кеңістік болса, онда U1 – Aut(V) = GL(n, p)-нің Силоу p кіші тобы, ал оның төменгі орталық қатарының мүшелері – Um. Матрицалар түрінде, Um – диагоналінде 1-дері және алғашқы m-1 супердиагоналінде 0-дері бар жоғарғы үшбұрышты матрицалар. U1 тобының реті pn(n-1)/2-ге тең, нильпотенттік класы n, ал көрсеткіші pk, мұнда k – n-нің p негізіндегі логарифмінен кем емес ең кіші бүтін сан.
Жіктеу
0 ≤ n ≤ 4 үшін рn реттік топтар топтар теориясының тарихының басында жіктелді, ал қазіргі жұмыстар бұл жіктелімдерді p7 ретті бөлетін топтарға кеңейтті, бірақ мұндай топтардың отбасыларының саны өте жылдам өсіп, осы бағыттағы одан әрі жіктелімдерді адам санасы түсінуге қиын деп санайды. Мысалы, Маршалл Холл кіші және Джеймс К. Сениор 1964 жылы n ≤ 6 үшін 2n реттік топтарды жіктеді. Филип Холл топтарды ретімен жіктеудің орнына, үлкен бөлінді және кіші топтарға негізделген отбасыларға шекті p топтарын біріктіретін топтардың изоклинизмі ұғымын пайдалануды ұсынды. Толыққандай басқа әдіс шекті p топтарын олардың кокласы бойынша жіктейді, яғни олардың композициялық ұзындығы мен нильпотенттік класы арасындағы айырмашылық бойынша. Фиксирленген кокласқа ие барлық шекті p топтарының жиынтығын шекті про p топтарының өзгерулері ретінде сипаттайтын коклас гипотезалары бар. Коклас гипотезалары 1980-ші жылдары Ли алгебраларымен және қуатты p топтарымен байланысты әдістерді қолдана отырып дәлелденді. Коклас теоремаларының соңғы дәлелдемелері А. Шалевке және тәуелсіз түрде К. Р. Лидхам Гринге, екеуі де 1994 жылы тиесілі. Олар шекті p топтарының жіктелуін мойындайды, бұл жіктелу шекті параметрленген ұсынылымдармен сипатталатын (шексіз көп) мүшелері бар шекті коклас ағаштарынан тұратын бағытталған коклас графтарында жүзеге асырылады. P5 реттік кез келген топ метабелиялық болып табылады.
P3 дейін
Тривиалдық топ – бір реттік жалғыз топ, ал циклдік топ Cp – p реттік жалғыз топ. p² реттік екі топ бар, екеуі де абельдік, атап айтқанда Cp² және Cp × Cp. Мысалы, циклдік топ C4 және Клейн төрт тобы V4, яғни C2 × C2, екеуі де 4 реттік 2 топ. p³ реттік үш абельдік топ бар, атап айтқанда Cp³, Cp² × Cp және Cp × Cp × Cp. Сонымен қатар, екі абельдік емес топ бар. p ≠ 2 үшін, бірі Cp × Cp пен Cp-нің жартылай тікелей көбейтіндісі, ал екіншісі Cp² пен Cp-нің жартылай тікелей көбейтіндісі. Біріншісін басқаша сипаттауға болады: p элементі бар шекті өрістегі жоғары үшбұрышты матрицалар тобы UT(3, p), сонымен қатар p модулі бойынша Хайзенберг тобы деп аталады. p = 2 үшін жоғарыда аталған екі жартылай тікелей көбейтінді де 8 реттік диэдрлі топ Dih4-ке изоморфты. 8 реттік басқа абельдік емес топ – Q8 квартерниондық тобы.
For p = 2, both the semi direct products mentioned above are isomorphic to the dihedral group Dih4 of order 8. The other non abelian group of order 8 is the quaternion group Q8.
Топтар арасында
Пн реттік топтардың изоморфизм кластарының саны , және олардың арасында екі қадамды нилпотентті кластар басым. Осы жылдам өсуге байланысты, халық арасында барлық шекті топтар 2-топтар болады деген болжам бар: n-ден төмен реттік топтардың изоморфизм кластары арасындағы 2-топтардың үлесі n шексіздікке ұмтылғанда 1-ге жуықтайды деп есептеледі. Мысалы, 49 910 529 484 түрлі топтың ішінде, ең көп дегенде 2000 реттік топтардың , немесе 99%-дан астамы 1024 реттік 2-топтар болып табылады.
Топ ішінде
Кез келген шекті топтың реті p-ге бөлінсе, онда оның құрамында тривиальді емес p-топ болады, атап айтқанда, Cauchy теоремасы бойынша алынған p-реттік элементпен құрылған p-реттік циклдік топ. Шындығында, ол мүмкін ең жоғары ретті p-тобын қамтиды: егер p, m-ді бөлмесе, онда G-де Sylow p-кіші тобы деп аталатын реті p^a болатын P кіші тобы бар. Бұл кіші топ бірегей болуы міндетті емес, бірақ осы реттің кез келген кіші топтары конъюгат болады, ал G-нің кез келген p-кіші тобы Sylow p-кіші тобына кіреді. Бұл және басқа да қасиеттер Sylow теоремаларында дәлелденген.
Топтың құрылымына қолдану
p топтары топтардың құрылымын түсінуде және шекті қарапайым топтарды жіктеуде маңызды құралдар болып табылады. p топтары кіші топтар ретінде де, бөлу топтары ретінде де кездеседі. Кіші топтар ретінде, берілген p үшін Sylow p кіші топтары P (ең үлкен p кіші тобы бірегей емес, бірақ олардың бәрі серіктес) және p өзегі (ең үлкен бірегей нормальді p кіші тобы) және тағы басқалары бар. Бөлу топтары ретінде, ең үлкен p топтық бөлігі – G-нің p қалдық кіші тобына бөлінуі болып табылады. Бұл топтар өзара байланысты (әртүрлі жай сандар үшін), ошақтық кіші топ теоремасы сияқты маңызды қасиеттерге ие және топтың құрылымының көптеген аспектілерін анықтауға мүмкіндік береді.
Жергілікті бақылау
Шекті топтың құрылымының көп бөлігі оның аталатын жергілікті кіші топтарының құрылымында, біртөлшемді емес p кіші топтарының нормализаторларында сақталады. Шекті топтың ірі элементарлық абельдік кіші топтары Фейт-Томпсон теоремасының дәлелінде қолданылған топқа бақылауды жүзеге асырады. Элементарлық абельдік топтардың белгілі бір орталық кеңейтулері, экстраспециалдық топтар деп аталады, симплектикалық векторлық кеңістіктерде әрекет ететін топтардың құрылымын сипаттауға көмектеседі. Ричард Брауэр Sylow 2 кіші топтары 4-ші реттік екі циклдік топтың тікелей қосындысы болатын барлық топтарды жіктеді, ал Джон Уолтер, Даниэль Горенштейн, Хельмут Бендер, Мичио Сузуки, Джордж Глауберман және басқалар Sylow 2 кіші топтары абельдік, диэдрлік, жартылай диэдрлік немесе кватерниондық болатын жай топтарды жіктеді.