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프라티니 부분군

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1. 개요

프라티니 부분군은 군 G의 부분군으로, 두 가지 방법으로 정의된다. 첫 번째 정의는 G의 모든 극대 진부분군의 교집합으로, 두 번째는 G의 모든 비생성원의 집합으로 정의된다. 프라티니 부분군은 항상 G의 특성 부분군이자 정규 부분군이며, 유한군일 경우 멱영군이다. 유한군 G와 H에 대해, Φ(G×H) = Φ(G)×Φ(H)가 성립하며, 유한 p-군 G의 경우, Φ(G) = Gp[G,G]이다. 조반니 프라티니가 1885년에 프라티니 부분군을 처음 도입했다.

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2. 정의

G프라티니 부분군 \operatorname\Phi(G)G의 모든 극대 진부분군들의 교집합 또는 G의 '''비생성원'''(非生成元, non-generating element영어)들의 집합으로 정의된다.

여기서 비생성원 a\in G는 다음 조건을 만족하는 원소이다.


  • G를 생성하는 부분 집합 S\subseteq G에 대하여, a\in S라면, S\setminus \{a\} 역시 G를 생성한다.


만약 G가 극대 진부분군을 갖지 않으면, 프라티니 부분군은 G 전체가 된다.

2. 1. 극대 진부분군을 이용한 정의

G의 부분군들의 족 \operatorname{Sub}(G)는 부분 집합 관계에 따라 완비 격자를 이룬다. \operatorname{Sub}(G) \setminus \{G\}의 극대 원소들의 집합, 즉 G의 모든 극대 진부분군들의 집합을 \max(\operatorname{Sub}(G) \setminus \{G\})라고 한다. G의 프라티니 부분군 \operatorname\Phi(G)G의 모든 극대 진부분군들의 교집합으로 정의된다: \textstyle\bigcap\max(\operatorname{Sub}(G)\setminus\{G\}). 만약 G가 극대 진부분군을 갖지 않으면, 프라티니 부분군은 G 전체가 된다 (\textstyle\bigcap\varnothing = G).

2. 2. 비생성원을 이용한 정의

G의 원소 a가 다음 조건을 만족시킨다면 '''비생성원'''이라고 한다.

  • 만약 부분 집합 S\subseteq GG를 생성하며, a\in S라면, S\setminus \{a\} 역시 G를 생성한다.


G의 프라티니 부분군 \operatorname\Phi(G)G의 모든 비생성원들의 집합이다.

3. 성질


  • G의 프라티니 부분군 \Phi(G)G의 모든 비생성원의 집합과 같다. G의 비생성원은 생성집합에서 제거할 수 있는 원소이다. 즉, G의 원소 a가 있을 때, Xa를 포함하는 G의 생성집합이면 X \setminus \{a\}G의 생성집합이다.
  • \Phi(G)는 항상 G특성 부분군이며, 특히 항상 G정규 부분군이다.
  • G유한군이면, \Phi(G)멱영군이다.
  • G가 유한 ''p''-군이면, \Phi(G)=G^p [G,G]이다. 따라서 프라티니 부분군은 몫군 G/N이 기본 아벨 군이 되는 가장 작은 (포함 관계에 대해) 정규 부분군 N이다. 즉, 차수 p순환군의 직합과 동형이다. 또한, 몫군 G/\Phi(G)(G의 ''프라티니 몫''이라고도 함)의 차수가 p^k이면, kG의 최소 생성자 수(즉, G의 생성집합의 최소 기수)이다. 특히, 유한 p-군은 프라티니 몫이 순환군(차수가 p)일 때와 그 때만 순환군이다. 유한 p-군은 프라티니 부분군이 자명군 \Phi(G)=\{e\}일 때와 그 때만 기본 아벨 군이다.
  • HK가 유한군이면, \Phi(H\times K)=\Phi(H) \times \Phi(K)이다.
  • 유한군 G의 정규 부분군 N에 대해, Φ(''G''/''N'') ≥ Φ(''G'')''N''/''N''가 성립한다.
  • 유한군 G의 정규 부분군 N멱영일 필요충분조건은 ''N'' ′ ⊆ Φ(''G'')가 성립하는 것이다.

4. 예

크기 8의 정이면체군 \operatorname{Dih}(4)의 프라티니 부분군은 {F, Ⅎ}이다. (여기서 F, Ⅎ는 회전 변환)

초특별군의 프라티니 부분군은 그 중심과 일치하며, 소수 크기의 순환군이다.

유리수체의 덧셈군 (\mathbb Q,+)은 극대 진부분군을 갖지 않으며, 따라서 그 프라티니 부분군은 \mathbb Q 전체이다.

자명군은 극대 진부분군을 갖지 않으며, 그 진부분군은 자명군이다.


  • '''Z'''(p)를 프뤼퍼 군으로 하면, Φ('''Z'''(p)) = '''Z'''(p)이다.
  • ''G''를 위수 ''pn''인 원소 ''x''로 생성되는 순환군으로 하면, Φ(''G'') = ⟨ ''xp'' ⟩|영어이다.

5. 역사

프라티니 (1900년대 촬영 사진)


이탈리아의 수학자 조반니 프라티니(Giovanni Frattiniit| 1852~1925)가 1885년에 프라티니 부분군을 도입하였다.[3] 프라티니는 이 논문에서 프라티니 부분군의 두 가지 정의(극대 진부분군의 교집합, 비생성원들의 집합)가 서로 동치임을 증명하였다.

참조

[1] 논문 Intorno alla generazione dei gruppi di operazioni http://www.advgroupt[...]
[2] 문서 Frattini
[3] 저널



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