群の中心

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代数学における テンプレート:Mvar の核心または中心(ちゅうしん、テンプレート:Langテンプレート:Math[note 1]テンプレート:Mvar の全ての元と可換となるような元全体の成す集合

Z(G)={zGzg=gz(gG)}

である。テンプレート:Mvar の中心は テンプレート:Mvar部分群であり、定義からアーベル群(可換群)である。部分群としては、常に正規であり、特性的であるが必ずしも完全特性的 テンプレート:Lang ではない。剰余群 テンプレート:Mathテンプレート:Mvar内部自己同型群同型である。

テンプレート:Mvar がアーベル群となることと テンプレート:Math となることとは同値である。これと正反対に、テンプレート:Math が自明(つまり単位元のみからなる)ならば群 テンプレート:Mvar中心を持たない テンプレート:Lang という。

中心に属する元はしばしば中心的 テンプレート:Lang であるといわれる。

部分群となること

テンプレート:Mvar の中心はつねに テンプレート:Mvar部分群となる。実際、

  1. テンプレート:Mathテンプレート:Mvar の単位元 テンプレート:Mvar を含む: テンプレート:Mvar の定義から任意の テンプレート:Math について テンプレート:Math ゆえ中心 テンプレート:Math の定義から テンプレート:Math である。
  2. テンプレート:Math は積について閉じている: テンプレート:Mvar がともに中心 テンプレート:Math の元ならば、任意の テンプレート:Math に対して
    テンプレート:Math
    ゆえに テンプレート:Mvarテンプレート:Math の元である。
  3. テンプレート:Math は逆元について閉じている:テンプレート:Mvar が中心 テンプレート:Math の元ならば テンプレート:Math で、これに左右からひとつずつ テンプレート:Math を掛けることにより テンプレート:Math が得られるから テンプレート:Math である。

共軛

テンプレート:Mvar から テンプレート:Mvar自己同型群 テンプレート:Math への写像 テンプレート:Mathテンプレート:Math で定める。ここで テンプレート:Math

ϕg(h)=ghg1

で与えられる テンプレート:Mvar の自己同型とする。写像 テンプレート:Mvar群準同型を与え、そのはちょうど G の中心 テンプレート:Math である。また、テンプレート:Mvar の像は テンプレート:Mvar内部自己同型群と呼ばれ、テンプレート:Math と書かれる。第一同型定理により

G/Z(G)Inn(G)

なる同型を得る。写像 テンプレート:Mvar余核テンプレート:Math外部自己同型群とよばれる群 テンプレート:Math で、これらの群は完全列

1Z(G)GAut(G)Out(G)1

を成す。

高次の中心

群をその中心で割るという操作から、昇核心列あるいは昇中心列 テンプレート:Lang と呼ばれる群の系列

G0:=GG1:=G0/Z(G0)G2:=G1/Z(G1)

が得られる。全射準同型 テンプレート:Math の核は テンプレート:Mvar テンプレート:Mvar-次の中心(二次の中心、三次の中心、など)と呼ばれ、Zi(G) で表される。具体的に、テンプレート:Math-次の中心は テンプレート:Mvar-次の中心の元を掛ける違いを除いて全ての元と可換となるような元の全体である。この定義の下では、テンプレート:Math-次の中心というのを自明な部分群として定めることができる。また、この定義は超限帰納法を用いて超限順序数にまで続けることができて、高次の中心全ての結びは超中心 テンプレート:Lang と呼ばれる[note 2]

部分群の昇鎖

1Z(G)Z2(G)

テンプレート:Mvar で停止する(つまり テンプレート:Math となる)必要十分条件テンプレート:Math が中心を持たないことである。

注記

テンプレート:Reflist

関連項目


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