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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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프라티니 부분군
개요
정의군론에서, 군 G의 프라티니 부분군 Φ(G)는 G의 모든 극대 부분군들의 교집합이다.
기호Φ(G)
성질
특징프라티니 부분군은 군의 모든 비생성 원소들의 집합이라는 특징이 있다.
비생성 원소군 G의 원소 g가 비생성 원소라는 것은 G의 부분집합 S에 대해 ⟨S, g⟩ = G이면 항상 ⟨S⟩ = G임을 의미한다.
가해군유한 가해군 G의 프라티니 부분군 Φ(G)는 멱영군이다.
멱영군군 G가 유한 멱영군일 필요충분조건은 G′ ⊆ Φ(G)이다. 여기서 G′는 G의 교환자 부분군이다.
프라티니 정리만약 G가 유한군이고 N이 G의 정규 부분군이며 N ⊆ Φ(G)이면, G가 멱영군일 필요충분조건은 G/N이 멱영군인 것이다.
극대 부분군군 G의 프라티니 부분군은 G의 모든 극대 부분군들의 교집합이다.
예시
자명군자명군의 프라티니 부분군은 자명군이다.
순환군p를 소수라고 하자. 순환군 Cp의 프라티니 부분군은 자명군이다.
준순환군준순환군 Cp∞의 프라티니 부분군은 자명군이다.
대칭군3차 대칭군 S3의 프라티니 부분군은 자명군이다.
교대군3차 교대군 A3의 프라티니 부분군은 자명군이다.
콰테니언 군콰테니언 군 Q8의 프라티니 부분군은 {1, −1}이다.
이면체군8차 이면체군 Dih4의 프라티니 부분군은 {1, a2}이다. 여기서 a는 회전을 나타낸다.

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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