Läsanvisning till Discrete matematics av Norman Biggs - 5B1118 Diskret matematik

Relevanta dokument
Algebra och kombinatorik 28/4 och 5/ Föreläsning 9 och 10

Grupper och RSA-kryptering

Läsanvisning till Discrete matematics av Norman Biggs - 5B1118 Diskret matematik

Lösning till tentamensskrivning på kursen Diskret Matematik, moment B, för D2 och F, SF1631 och SF1630, den 1 juni 2011 kl

Övningshäfte 6: 2. Alla formler är inte oberoende av varandra. Försök att härleda ett par av de formler du fann ur några av de övriga.

MINNESANTECKNINGAR FÖR DELTAGARNA I WORKSHOP GRUPPER

Abstrakt algebra för gymnasister

1. (3p) Ett RSA-krypto har parametrarna n = 77 och e = 37. Dekryptera meddelandet 3, dvs bestäm D(3). 60 = = =

SF2703 Algebra grundkurs Lösningsförslag med bedömningskriterier till tentamen Måndagen den 9 mars 2009

TILLÄMPADE DISKRETA STRUKTURER. Juliusz Brzezinski och Jan Stevens

DEL I. Matematiska Institutionen KTH

ALGEBRAISKA STRUKTURER. Juliusz Brzezinski

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik Sammanfattning, del II

Föreläsning 8 i kursen Ma III, #IX1305, HT 07. (Fjärde föreläsningen av Bo Åhlander)

Läsanvisning till Discrete matematics av Norman Biggs - 5B1118 Diskret matematik

Övningshäfte 3: Funktioner och relationer

Några satser ur talteorin

SF2703 Algebra grundkurs Lösningsförslag med bedömningskriterier till tentamen Fredagen den 5 juni 2009

1. (3p) Ett RSA-krypto har de offentliga nycklarna n = 33 och e = 7. Dekryptera meddelandet 5. a b c d e. a a b c d e

Algebra och kryptografi

Om relationer och algebraiska

Kinesiska restsatsen

Matematiska Institutionen KTH. Lösning till några övningar inför lappskrivning nummer 5, Diskret matematik för D2 och F, vt09.

Matematiska Institutionen KTH. Lösningar till några övningar inför lappskrivning nummer 7, Diskret matematik för D2 och F, vt08.

Lösning till tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE, CL2 och Media 1, SF1610 och 5B1118, onsdagen den 17 augusti 2011, kl

Tal och polynom. Johan Wild

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik II

Ändliga kroppar. Anna Boman. U.U.D.M. Project Report 2016:12. Department of Mathematics Uppsala University

Algebra och kryptografi Facit till udda uppgifter

Definitionsmängd, urbild, domän

KTHs Matematiska Cirkel. Gruppteori. Joakim Arnlind Andreas Enblom

Fakulteten för teknik och naturvetenskap. Johan Jonsson. Ändliga grupper. Finite groups. Matematik C-uppsats

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik Appendix, del II

EN KONCIS INTRODUKTION TILL GRUPPTEORI

Vi börjar med en viktig definition som inte finns i avsnitt 3.4 i [EG], den formella definitionen av kongruens modulo n:

Sats 2.1 (Kinesiska restsatsen) Låt n och m vara relativt prima heltal samt a och b två godtyckliga heltal. Då har ekvationssystemet

Efternamn förnamn pnr årskurs

Lösning av tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE och CMETE, SF1610, tisdagen den 27 maj 2014, kl

Om gruppers verkan på

EXAMENSARBETEN I MATEMATIK

I kursen i endimensionell analys är mängden av reella tal (eng. real number), R, fundamental.

Linjär Algebra M/TD Läsvecka 2

Relationer. 1. Relationer. UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Erik Melin. Specialkursen HT07 23 oktober 2007

Gruppteori. Ilyas Ahmed och Qusay Naji. 23 maj Tack till professor Dan Laksov I samarbete med Kungilga Tekniska Högskolan (KTH)

14 september, Föreläsning 5. Tillämpad linjär algebra

Lite additioner till Föreläsningsanteckningarna. 1 Tillägg till kapitel 1.

MA2047 Algebra och diskret matematik

Definition grupp. En grupp (G, ) är en mängd G med en binär operator : G G G som uppfyller följande vilkor:

Algebra och talteori MMGL31. Repetition. Idag. Föreläsning 9 VT FLS och primtalstestning. Carmichaeltal. Rabin-Miller test.

Lösning till tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE och CMETE, m fl, SF1610, tisdagen den 2 juni 2015, kl

Block 1 - Mängder och tal

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

Block 1 - Mängder och tal

Tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE och CMETE, SF1610, onsdagen den 20 augusti 2014, kl

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 5

Lösningsförslag till övningsuppgifter, del II

Lösningsförslag till tentamensskrivning i SF1610 Diskret Matematik för CINTE 30 maj 2018, kl

Denna uppdelning är ovanlig i Sverige De hela talen (Både positiva och negativa) Irrationella tal (tal som ej går att skriva som bråk)

Lösningsförslag till Tentamen i 5B1118 Diskret matematik 5p 14 augusti, 2002

Föreläsningsanteckningar Linjär Algebra II Lärarlyftet

SJÄLVSTÄNDIGA ARBETEN I MATEMATIK

2MA105 Algebraiska strukturer I. Per-Anders Svensson

Lösningsförslag till Tentamen i 5B1118 Diskret matematik 5p 20 december, 2001

3. Bestäm med hjälpa av Euklides algoritm största gemensamma delaren till

Lösningsförslag till Tentamen i 5B1118 Diskret matematik 5p 11 april, 2002

Studiehandledning till linjär algebra Avsnitt 1

Mer om faktorisering

Vectorer, spannet av vektorer, lösningsmängd av ett ekvationssystem.

6. Matriser Definition av matriser 62 6 MATRISER. En matris är ett rektangulärt schema av tal: a 11 a 12 a 13 a 1n a 21 a 22 a 23 a 2n A =

Lösningsförslag till Tentamen i 5B1118 Diskret matematik 5p 22 augusti, 2001

Stora bilden av Linjära algebran. Vektorrum, linjära transformationer, matriser (sammanfattning av begrepp)

LMA033/LMA515. Fredrik Lindgren. 4 september 2013

Gaussiska heltal. Maja Wallén. U.U.D.M. Project Report 2014:38. Department of Mathematics Uppsala University

MULTIPLIKATION AV MATRISER, BASER I RUMMET SAMT FÖRSTA MÖTET MED MATRISINVERSER = = =

Algebraiska egenskaper hos R n i)u + v = v + U

Diofantiska ekvationer

Block 2 Algebra och Diskret Matematik A. Följder, strängar och tal. Referenser. Inledning. 1. Följder

TMV166/186 Linjär Algebra M/TD 2011/2012 Läsvecka 1. Omfattning. Innehåll Lay, kapitel , Linjära ekvationer i linjär algebra

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik II

Explorativ övning 9 RELATIONER OCH FUNKTIONER

Lösning till tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE och CMETE, SF1610 och 5B1118, tisdagen den 7 januari 2014, kl

Institutionen för matematik, KTH Mats Boij. Lösningsförslag till Tentamen i 5B1118 Diskret matematik 5p 20 december, 2000

15 september, Föreläsning 5. Tillämpad linjär algebra

Lösning till tentamensskrivning i Diskret Matematik, SF1610 och 5B1118, torsdagen den 21 oktober 2010, kl

Grundidén är att våra intuitiva rationella tal (bråk) alltid kan fås som lösningar till ekvationer av typen α ξ = β, där α och β är tal Z och α 0.

Lösningar till udda övningsuppgifter

Dagens teman. Mängdlära forts. Relationer och funktioner (AEE 1.2-3, AMII K1.2) Definition av de naturliga talen, Peanos axiom.

Kap. 8 Relationer och funktioner

Gausselimination fungerar alltid, till skillnad från mer speciella metoder.

Hela tal LCB 1999/2000

Låt n vara ett heltal som är 2 eller större. Om a och b är två heltal så säger vi att. a b (mod n)

Eftertryck förbjudes

Linjär algebra på några minuter

Övningshäfte 2: Induktion och rekursion

MATRISTEORI. Pelle Pettersson MATRISER. En matris är ett rektangulärt schema med tal, reella eller komplexa, vilka kallas matrisens

Relationer och funktioner

Hjalpmedel: Inga hjalpmedel ar tillatna pa tentamensskrivningen. 1. (3p) Los ekvationen 13x + 18 = 13 i ringen Z 64.

TMV166 Linjär algebra för M. Datorlaboration 2: Matrisalgebra och en mekanisk tillämpning

DEL I. Matematiska Institutionen KTH

INLEDNING TILL KOMMUTATIV ALGEBRA. J. Brzezinski

Transkript:

Läsanvisning till Discrete matematics av Norman Biggs - 5B1118 Diskret matematik Mats Boij 18 november 2001 13 Grupper Det trettonde kapitlet behandlar grupper. Att formulera abstrakta begrepp som grupper har visat sig mycket kraftfullt. Man kan på det viset se vad som gäller för en mycket stor mängd till synes olika begrepp. Permutationer och modulär aritmetik visar sig på det viset ha något gemensamt. Rekommenderade uppgifter lättare svårare 13.1 1 13.2 4 13.3 1 3 13.4 1 13.5 1 2 13.6 1 4 13.7 1,3 13.8 2 13.10 8 13.1 Gruppaxiomen Gruppbegreppet generaliserar flera av de saker vi sett tidigare. Mängden av alla permutationer under sammansättning bildar en grupp och heltalen under addition bildar en grupp, precis som heltalen modulo n under addition. Det definieras vad som menas med en binär operation på en mängd. Det är en regel som tar två element och ger tillbaka ett element. Exempel på binära operationer är addition, subtraktion och multiplikation av heltal, reella tal, eller något annat slags tal. Ett annat exempel är sammansättning av funktioner från en mängd till sig själv, speciellt permutationer. 1

Av de fyra gruppaxiomen som benämns G1, G2, G3 och G4 kan det första ibland uteslutas eftersom det kan anses vara en del av definitionen av vad en binär operation är. Det andra axiomet, associativiteten säger att vi kan utelämna parenteser när vi upprepar gruppoperationen, med andra ord kan vi definiera sammansättning av en hel följd element. Det tredje säger att det finns ett element, e, som är neutralt för gruppoperationen. Detta element kallas identitetselementet, och man kan visa att det bara finns ett sådant element i en grupp. Ibland kan man även säga enhetselement (eng. unit). Det fjärde axiomet säger att alla element i gruppen är inverterbara, dvs för a kan vi hitta a 1 så att a a 1 = e och a 1 a = e. Ordningen för en grupp är antalet element i gruppen. Detta skall inte blandas ihop med begreppet multiplikativ ordning, eller ordningen av ett gruppelement som betyder den minsta positiva potens av ett element som ger identitetselementet. Om gruppen är oändlig sägs den ha oändlig ordning. group grupp binary operation binär operation closure slutenhet associativity associativitet identity identitet inverse invers order orning infinite order oändlig ordning 13.2 Exempel på grupper Symmetriska gruppen S n har vi stött på tidigare. Det är mängden av permutationer av en mängd med n element och gruppoperationen är sammansättning. Ordningen av S n är n!. En annat exempel på grupper är symmetrigrupper för geometriska objekt. Det är stelkroppsrotationer som återför objektet på sig självt. Ett objekt som inte har någon symmetri har en trivial symmetrigrupp, dvs bara identitetselementet. I avnittet introduceras triangelgruppen G som är symmetrigruppen för en liksidig triangel. Den visar sig ha ordning sex. Det andra exemplet använder sig av matriser. Eftersom matriser introduceras först i Matematik II kan det vara lika bra att hoppa över detta exempel. Annars kan man glömma bort matrisnotationen och bara tänka sig par av element i Z 3, (a, b), där a 0. Multiplikationen ges av (a, b) (c, d) = (ac, ad + b). Det visar sig att detta ger en grupp av ordning 6 med identitetselement (1, 0). 2

symmetric group symmetriska gruppen symmetries symmetrier equilateral triangle liksidig triangel group table grupptabell matrix matris 13.3 Grundläggande algebra i grupper Avsnittet bahendlar några grundläggande räkneregler i grupper. Det första som nämns är att man ofta inte skriver ut gruppoperationen som utan använder multiplikativ notation istället. Sats 13.3.1 säger att vi alltid kan använda kancellering i grupper, både till vänster och till höger. I grupper är det viktigt att skilja på höger och vänster, eftersom de i allmänhet inte är kommutativa, dvs det är inte alltid sant att ab = ba. Om ab = ba för alla a och b i en grupp kallas gruppen abelsk eller kommutativ. En annan viktig observation är att grupptabellen alltid är en latinsk kvadrat, dvs varje symbol förekommer precis en gång i varje rad och varje kolonn. Däremot är det inte sant att alla latinska kvadrater är grupptabeller. De flesta latinska kvadrater har inte den associativa egenskapen som krävs för att det skall vara en grupptabell. Sats 13.3.2 säger att vi alltid har en unik lösning till ekvationer som ax = b där a och b är givna element i en grupp. Här konstateras också att gruppens identitetselement är entydigt bestämt, dvs det finns bara ett sådant, och även inversen till ett element är entydigt bestämd. Observera att detta inte ingår bland gruppaxiomen, utan är en följd av dem. abstract algebra abstrakt algebra commute kommuterar commutative kommutative abelian abelsk latin square latinsk kvadrat 13.4 Ordningen av ett gruppelement Här definieras ordningen av ett gruppelement. Det handlar om att ta potenser av element. Förr eller senare kommer man att komma till identitetselementet, i alla fall om gruppen är ändlig. Den minsta positiva potensen som ger identitetselementet kallas elementets ordning och skrivs o(x) för ett element x. Sats 13.4 säger att det följer att alla andra potenser som är lika med enhetelementet är multipler av ordningen, dvs x m = e medför att m är delbart med o(x). 3

powers potenser order ording infinite order oändlig ording 13.5 Isomorfi av grupper Isomorfi är ett viktigt begrepp inte bara för grupper. Det kommer att komma upp när det gäller både ringar i kapitel 15 och grafer i kapitel 10. Att två abstrakt definierade objekt är isomorfa betyder att de egentligen är exakt likadana. Det enda som skiljer dem är namnen på elementen. När vi skall beskriva detta matematiskt blir det i form av en bijektion, f som dessutom bevarar gruppstrukturen, dvs uppfyller f(a b) = f(a) f(b) för alla a och b i G. En sådan bijektion kallas isomorfi av grupper. Exemplet på isomorfi som ges i avsnittet bygger på de två exemplen från avsnitt 13.2. Det skulle också gå att byta ut matrisexemplet mot symmetriska gruppen S 3, eftersom den ocskå är isomorf med triangelgruppen. isomorphism isomorfi isomorfic isomorfa 13.6 Cykliska grupper Den första och viktigaste byggstenen när det gäller att konstruera grupper är de cykliska grupperna. Vi har stött på dem som de additiva grupperna Z n, men också genom cykliska permutationer. Om vi tar en cyklisk permutation av n element och dess potenser får vi en cyklisk grupp av ordning n. Ett viktigt begrepp som kommer in är generator. Ett element a är en generator till en cyklisk grupp om gruppen består av alla potenser av a. När vi pratar om potenser i grupper är det bra att komma ihåg att gruppoperationen inte alltid är multiplikation. Om gruppoperationen är addition motsvarar potenser multipler. När vi sedan skall bygga upp något med de cykliska grupperna använder vi först direkt produkt. Det betyder att vi bildar en ny grupp G H från två grupper G och H genom att ta produktmängden och använda gruppoperationerna oberoende av varandra på de olika komponenterna. Exemplet visar vad som händer när vi bildar produkter av några olika cykliska grupper. Ibland visar det sig att resultatet blir en cyklisk grupp, ibland inte. Sats 13.6 talar om att vi kan få en isomorfi mellan en cyklisk grupp och en produkt av två cykliska grupper om ordningarna för faktorerna är relativt prima. 4

cyclic cyklisk generate generera infinite cyclic group oändlig cyklisk grupp direct product direkt produkt 13.7 Delgrupper När vi ska gå närmare in på strukturen hos grupper stöter vi på begreppet delgrupp. Det är en delmängd av en grupp som dessutom bildar en grupp med samma gruppoperation som den ursprungliga gruppen. Sats 13.7 talar om att det finns två kriterier som tillsammans bildar nödvädniga och tillräckliga villkor för när en delmängd av en grupp skall vara en delgrupp. Det ena är att delmängden skall vara sluten under gruppoperationen, det andra är att den skall vara sluten under invers. Om gruppen är ändlig räcker det första för att det skall vara en delgrupp, eftersom inversen av ett element då alltid är en potens av samma element. Varje gång vi tar ett element a i en grupp så får vi en cyklisk delgrupp som genereras av a genom att ta mängden av potenser av a. Observera att vi även måste ta med de negativa potenserna om a har oändlig ordning. Ordningen av den delgrupp som genereras av a är lika med ordningen av a. subgroup delgrupp, undergrupp sufficient conditions tillräckliga villkor centre center cyclic subgroup cyklisk delgrupp 13.8 Sidoklasser och Lagranges sats Lagranges sats visar styrkan i gruppbegreppet genom att det ger ett väldigt klart krav på ordningen för delgrupper i grupper. Från Lagranges sats följer sedan exempelvis Eulers sats. Lagranges sats (Sats 13.8.2) säger att ordningen för en delgrupp måste dela gruppens ordning. Idén med beviset är att bilda en partition av gruppen i delar som alla är lika stora som delgruppen. Delarna i denna partition kallas sidoklasser och är i sig ett nyttigt begrepp. Eftersom gruppoperationen inte alltid är kommutativ skiljer vi på höger- och vänstersidoklasser. Sats 13.4.3 är em följdsats, eller ett korollarium, till Lagranges sats, och den säger att gruppelementens orgningar måste dela gruppens ordning och att därmed a G = e, för alla a i en ändlig grupp G. Det är detta som direkt ger Eulers sats när vi ser på gruppen av inverterbara element i Z n som är en grupp av ordning φ(n). Sats 13.4.4 är en annan följdsats som säger att det för varje primtal p bara finns en grupp upp till isomorfi, nämligen C p. Alla grupper av ordning p är alltså cykliska. 5

Det sista exemplet, med delgrupperna till den alternerande gruppen A 4, visar att man kan ordna upp delgrupperna i ett lattice. coset sidoklass left coset vänstersidoklass right coset högersidoklass Lagrange s Theorem Lagranges sats distinct distinkta, olika index index lattice lattice, gitter 6