תתי חבורות

הגדרה: תהי G חבורה ו HG. H תהיה חבורה אם היא מקיימת את 4 תכונות החבורה ביחס לפעולה G.

קריטריון מקוצר

תהיה חבורה G ותהי HG אזי H תת חבורה של G אם ורק אם :

נוכיח את שתי הכיוונים, ראשית, נניח כי HG ולכן קיים eHH ניטרלי:

eHeG=eHeHeG=eHeHeG=eH

נרצה להוכיח גם את התנאי השני לקריטריון המקוצר
בהינתן a,bH נרצה להוכיח ש b1H . כיוון ש H חבורה אז יש לה הופכי כלשהו נסמנו b ויתקיים

bb=eH=eg=bb1bb=bb1b=b1

מסגירות החבורה מתקיים כפל של שני איברים בחבורה גם כן שייך לחבורה שזה מה שרצינו.

כעת, לכיוון השני, בהינתן ששתי הקריטריונים האלה מתקיים על HG נוכיח את ארבעת הקריטריונים

  1. eGH קיבלנו מקריטריון ולכן זהו האיבר הניטרלי של כל איברי H עם הפעולה של G .
  2. אסוציטיביות מתקיימת בגלל ששלושה איברים ב H הם גם שלושה איברים ב G .
  3. הופכי: עבור aH אנחנו יודעים ש eGH ולכן לפי התנאי השני של הקריטריון המקוצר
eGa1Ha1H
  1. סגירות: עבור a,bH אנחנו יודעים שגם ההופכי של b שייך ל H ולכן לפי קריטריון 2 :
a(b1)1HabH

דוגמאות לתתי חבורות

א) תת החבורה הטריוויאלית H={e}
ב) ביחס לשדה F נגדיר

SLn(F)={AGLn | det(A)=1}

כלומר חבורת כל המטריצות ההפיכות עם דטרמיננטה 1.
נוכיח את הטענה שהיא תת חבורה באמצעות הקריטריות המקוצר:
ראשית מהגדרה של דטרמיננטה אנחנו יודעים ש InSLn(F) כי הדטרמיננטה של מטריצת היחידה היא 1 , וזה איבר היחידה של חבורת המטריצות ההפיכות.
כעת, בהינתן A,BSLn(F) נרצה להוכיח ש

AB1SLn(F)

אם כן יתקיים

det(AB1)=det(A)det(B1)=det(A)1det(B)=111=1

ולכן לפי הקריטריון המקוצר זאת אכן תת חבורה.
תת חבורה זאת נקראת החבורה הליניארית המיוחדת מדרגה n

ג) nN:nZZ
טענה חשובה על תת החבורה הזאת היא ש mZnZn|m .
נוכיח אותה, בכיוון הראשון, אם n|m אז kn=m כעת נוכיח לפי הקריטריון המקוצר.
0nZ כלומר 0|n כפי שאפס מחלק כל מספר ולכן הוא גם מחלק את m.
יהי a,bmZ , אז יתקיים ש

a=k1m    b=k2m

מהגדרת החבורה. כמו כן כיוון שכבר הראנו ש 0 הינו בחבורה,
סך הכל יתקיים תחת פעולת החיבור:

a+b1=k1mk2m=(k1k2)m

ולכן הוא גם שייך לתת חבורה כדרוש.

: אם mZnZ אז הכיוון פשוט , יהי איבר mkmZ ובגלל שהוא תת חבורה של nZ אז

mknZm=ntn|m

ד) עבור חבורה G יתקיים ש Z(G)G תת חבורה אבלית. כלומר המרכז הוא תת חבורה.