群论:同构 与 同态 (群同构 与 群同态)
0、前言
群论中的同态和同构来描述两个群之间的相似关系。
从中文上粗略看,同构好像指相同结构,同态好像不好说。
先上结论,从相似关系的程度来看:相同>同构>同态,即同态要求比同构更宽松,同构是一种特殊的同态。
1、单射、满射、双射
在了解同构和同态前,必须知道这双射这个概念。
单射、满射、双射是三种映射的特殊情况。
所谓映射就是非空集合X的元素x到非空集合Y的元素y的映射关系。
单射(injection):每一个x都有唯一的y与之对应;
满射(surjection):每一个y都必有至少一个x与之对应;
双射(又叫一一对应,bijection):每一个x都有y与之对应,每一个y都有x与之对应
一张图解释:
2. 同构(isomorphism)
同构的定义:
设有群和群,同构指G和H存在函数:,使得对于中所有和和中所有和,有,其中 , 。记作。
解释:同构指G的元素和H的元素存在一个双射,而且G和H上的二元运算也可以完全对应。
同构的两个群有点像:你在4S店中买车,面对两辆几乎完全一样的车。
仅仅满足双射是不够的,元素还必须整合在一起以相同的方式工作。若只满足双射,有可能出现以下场景:两辆车的零部件相同,一辆车已装配完毕,随时可以开走,而另一辆车则还处于一堆零件状态。
举例:
群和群是同构的。
H相当于复数旋转,复数旋转本质上就是旋转度数的模2pi加法。
clayey表如下:
根据clayey表颜色对应做映射,可知两群是同构的。
3. 同态 homomorphism
在前言中可知,同态相较于同构是更宽松的概念。
同构指‘相同的形式",要求两集合间存在双射,而同态并无双射的要求。
给出同态的定义:
设有群和群,同态指G和H存在函数:,使得对于中所有和,有,其中,。
解释:可见,同态并没有要求f是一个双射,是一个单射或者满射,单射时称为单同态,满射时称为满同态。
举例
群和群是同态的。
映射方法为:
所以,所以它们是同态的。
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