Кіріспе

Шекті сандағы элементтерге негізделген математикалық топ. Абстрактік алгебрада, шекті топ – негізгі жиыны шекті болатын топ. Шекті топтар математикалық немесе физикалық объектілердің симметриясын қарастырғанда жиі кездеседі, егер бұл объектілер құрылымды сақтайтын тек шекті сандағы түрлендірулерге ғана ие болса. Шекті топтардың маңызды мысалдарына циклдық топтар және орналастыру топтары жатады. Шекті топтарды зерттеу 19 ғасырда пайда болғаннан бері топтар теориясының негізгі бөлігі болып табылады. Зерттеудің маңызды салаларының бірі – жіктеу: шекті жай топтардың (тривиалды емес нормальды кіші топтары жоқ топтардың) жіктелуі 2004 жылы аяқталды.

Тарих

ХХ ғасырда математиктер шекті топтар теориясының кейбір аспектілерін жан-жақты зерттеді, әсіресе шекті топтардың жергілікті теориясы және шешілетін және нөлдік топтар теориясы. Осының нәтижесінде шекті қарапайым топтардың толық жіктелуіне қол жеткізілді, яғни барлық шекті топтарды құруға болатын барлық қарапайым топтар қазір белгілі. ХХ ғасырдың екінші жартысында Шевалье және Штайнберг сияқты математиктер классикалық топтардың шекті аналогтары және басқа да байланысты топтар туралы білімімізді кеңейтті. Мұндай топтардың бірі – шекті өрістердегі жалпы сызықтық топтар отбасы. Математикалық немесе физикалық объектілердің симметриясын қарастырғанда шекті топтар жиі кездеседі, егер бұл объектілер құрылымды сақтайтын трансформациялардың шекті санын ғана қабылдаса. «Үзіліссіз симметриямен» айналысатын деп қарастырылатын Ли топтарының теориясы, байланысты Вейль топтарының күшті әсеріне тап болады. Бұл – шекті өлшемді Евклид кеңістігінде әрекет ететін көрістірулер арқылы құрылатын шекті топтар. Осылайша, шекті топтардың қасиеттері теориялық физика және химия сияқты салаларда маңызды рөл атқара алады.

Пермутация топтары

Sₙ симметриялық тобы — n символдардың шекті жиынындағы элементтері осы n символдардың барлық мүмкін орналасуларынан тұратын топ, ал топтық амалы — осы орналасулардың композициясы, олар символдар жиынынан өзіне бір-бірге сәйкес функциялар ретінде қарастырылады. n символдар жиынының n! (n факториал) мүмкін орналасуы болғандықтан, Sₙ симметриялық тобының реті (элементтер саны) n! болады.

Циклдік топтар

Циклдік топ Zn – барлық элементтері белгілі бір элементтің дәрежелерінен тұратын топ, мұндағы e – бейтарап элемент. Бұл топты бірліктің комплекс түбірлері арқылы көрсетуге болады. a элементін бірліктің түпнұсқа түбіріне сәйкестендіру осы екі топтың арасында изоморфизмді анықтайды. Мұны кез келген шекті циклдік топ үшін жасауға болады.

Түпкіленген Абель топтары

Абельдік топ, сондай-ақ коммутативтік топ деп те аталады, мұнда топ операциясы екі топ элементіне қолданылған кезде нәтиже олардың ретіне тәуелді болмайды (коммутативтілік аксиомасы). Олар Нильс Хенрик Абельдің құрметіне аталған. Кез келген шекті абельдік топ жай санның дәрежесіндегі шекті циклдік топтардың тікелей қосындысына изоморфты болады, ал бұл реттер бірегей түрде анықталады және инварианттардың толық жүйесін құрайды. Шекті абельдік топтың автоморфизм тобы осы инварианттар арқылы тікелей сипатталады. Теория алғаш рет 1879 жылы Георг Фробениус пен Людвиг Стикльбергердің еңбегінде жасалған, кейіннен ол қарапайымдалды және негізгі идеалдық домендегі шекті туынды модульдерге жалпыландырылды, бұл сызықтық алгебраның маңызды бөлігін құрайды.

Lie типті топтар

Ли типіндегі топтар тобы – рационал мәндері k өрісіндегі редуктивті сызықтық алгебралық топ G-нің G(k) тобына тығыз байланысты топ. Ли типіндегі шекті топтар, батыс емес шекті қарапайым топтардың көп бөлігін құрайды. Арнайы жағдайларға классикалық топтар, Шевалли топтары, Штайнберг топтары және Сузуки-Ри топтары жатады. Ли типіндегі шекті топтар математикада циклдік, симметриялық және ауыспалы топтардан кейін қарастырылған алғашқы топтардың бірі болды, алғашқы шекті өрістердегі проективті арнайы сызықтық топтар, PSL(2, p) 1830 жылдары Эварист Галуамен құрылды. Ли типті шекті топтарды жүйелі зерттеу Камилл Джорданның теоремасымен басталды, бұл проективті арнайы сызықтық топ PSL(2, q) q ≠ 2, 3 үшін қарапайым екенін көрсетеді. Бұл теорема жоғары өлшемді проективті топтарға жалпыланады және шекті қарапайым топтардың маңызды шексіз отбасы PSL(n, q) береді. Басқа классикалық топтарды 20-ғасырдың басында Леонард Диксон зерттеді. 1950 жылдары Клод Шевалье тиісті қайта құрудан кейін жартылай қарапайым Ли топтары туралы көптеген теоремалар k кездейсоқ өрісте алгебралық топтарға аналогтарын мойындайтынын, бұл қазір Шевалье топтары деп аталатын құрылымға әкелетінін түсінді. Сонымен қатар, компактті қарапайым Ли топтары жағдайындағыдай, сәйкес топтар абстрактіл топтар ретінде қарапайым болып шықты (Титстің қарапайымдық теоремасы). 19-шы ғасырдан бастап басқа шекті қарапайым топтардың бар екендігі белгілі болғанмен (мысалы, Матье топтары), біртіндеп барлық шекті қарапайым топтарды Шевальдің құрылымының тиісті кеңейтулерімен, циклдік және ауыспалы топтармен бірге есептеуге болады деген сенім қалыптасты. Сонымен қатар, ерекшеліктер, спорадикалық топтар, Ли типіндегі шекті топтармен көптеген қасиеттерді бөліседі, әсіресе, олардың геометриясы негізінде Титс мағынасында құрастырылуы және сипатталуы мүмкін. Бұл сенім қазір теоремаға айналды – шекті қарапайым топтарды жіктеу. Шекті қарапайым топтар тізімін тексеру шекті өріс бойынша Lie типті топтарға циклдік топтардан, кезектесті топтардан, Титс тобынан және 26 спорадикалық қарапайым топтардан басқа барлық шекті қарапайым топтар кіретінін көрсетеді.

Лагранж теоремасы

Кез келген шекті топ G үшін, G-нің кез келген H кіші тобының реті (элементтер саны) G-нің ретін бөледі. Бұл теорема Жозеф Луи Лагранж атымен аталады.

Силоу теоремалары

Бұл Лагранж теоремасының толық емес кері теоремасын ұсынады, G тобында белгілі бір реттің қанша подтобы бар екені туралы мәлімет береді.

Кейли теоремасы

Кейли теоремасы, Артур Кейлидің құрметіне аталған, кез келген G тобы G-нің өзінде әрекет ететін симметриялық топтың кіші тобына изоморфты екенін көрсетеді. Бұл G тобының өзінің элементтеріндегі әрекетінің мысалы ретінде түсіндірілуі мүмкін.

Бернсайд теоремасы

Бернсайд теоремасы топтар теориясында былай глайды: егер G – pq реттік шекті топ болса, мұнда p және q – жай сандар, ал a және b – теріс емес бүтін сандар болса, онда G шешімді. Осыдан әрбір Абельдік емес шекті қарапайым топтың реті кем дегенде үш түрлі жай санға бөлінеді.

ФактТомпсон теоремасы

Фейт-Томпсон теоремасы немесе тақ реттік теоремасы, әрбір шекті тақ реттік топтың шешілетін екенін көрсетеді. Оны дәлелдегендер:

Берілген реттік топтардың саны

n оң бүтін санды ескере отырып, n реттік топтардың қанша изоморфизм түрін анықтау оңай шаруа емес. Бастапқы реттік кез келген топ циклдік болып табылады, себебі Лагранж теоремасы оның бірдей емес элементтері арқылы туындаған циклдік кіші тобының бүкіл топқа тең екенін көрсетеді. Егер n – жай санның квадраты болса, онда n реттік топтың дәл екі изоморфизм түрі бар, олардың екеуі де абельдік. Егер n – жай санның жоғары дәрежесі болса, онда Грэм Хигман мен Чарльз Симстің нәтижелері n реттік топтардың изоморфизм түрлерінің саны үшін асимптотикалық тұрғыдан дұрыс бағалаулар береді, ал дәреже өскен сайын саны өте жылдам өседі. n-нің жай санға жіктелуіне байланысты, n реттік топтардың құрылымына белгілі бір шектеулер қойылуы мүмкін, мысалы, Силов теоремалары сияқты нәтижелердің салдарынан. Мысалы, егер q < p және p – 1 саны q-ға бөлінбесе, онда pq реттік кез келген топ циклдік болады. Қажетті және жеткілікті шарт үшін циклдік санға қараңыз. Егер n квадратсыз болса, онда n реттік кез келген топ шешіледі. Топ белгілерін пайдаланып дәлелденген Бернсайд теоремасы, n саны үштен кем жай санға бөлінсе, кез келген n реттік топ шешіледі, яғни егер 1=n = paqb болса, онда p және q – жай сандар, ал a және b – теріс емес бүтін сандар. Ұзақ және күрделі дәлелі бар Фейт-Томпсон теоремасы бойынша, егер n тақ болса, онда n реттік кез келген топ шешіледі. Кез келген оң бүтін n үшін, n реттік топтардың көпшілігі шешіледі. Мұны кез келген нақты рет үшін көру әдетте қиын емес (мысалы, изоморфизмге дейін бір шешілмейтін топ және 60 реттік 12 шешілетін топ бар), бірақ барлық реттер үшін бұл дәлелдеу шекті қарапайым топтардың жіктелуін пайдаланады. Кез келген оң бүтін n үшін, n реттік ең көп дегенде екі қарапайым топ бар, және n реттік екі изоморфты емес қарапайым топ бар, мұндай n сандары шексіз көп.