極大部分群

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数学では、極大部分群きょくだいぶぶんぐん: maximal subgroupという用語は、代数学の異なる領域において微妙に異なる意味合いで用いられる。

群論においては、 G極大部分群 H は、H真部分群として含む真部分群 K が存在しないような真部分群のことである[1][2]。換言すれば、H は、G に等しくない G の部分群のなす半順序集合極大元である。極大部分群は、G原始置換表現との直接的な結びつきから興味の対象となる。また、有限群の研究のためにも盛んに研究されている: 例えば、極大部分群の共通部分であるフラッティーニ部分群を参照。

半群論においては、半群 S の極大部分群とは、 S の部分群(すなわち、部分半群であって、半群演算によって群をなすもの)であり、他の S の部分群に真部分集合として包含されないもののことである。ここで、極大部分群が真部分集合であるという条件が課されていないことに注意せよ: もし S が実際には群であったとすると、その唯一の(半群論の意味での)極大部分群は S それ自身になる。半群の部分群、とくに極大部分群を考察することにより、しばしば半群論において群論的なテクニックを用いることができる[要出典]。半群の冪等元と、その半群の極大部分群の間には 1 対 1 の対応がある: 各冪等元は、それぞれ別個の極大部分群の単位元となる。

極大部分群の存在

有限群の任意の真部分群は、極大部分群のいずれかに含まれる。なぜならば、有限群の真部分群全体は包含関係のもとに有限半順序集合をなすからである。しかしながら、プリューファー群のような、極大部分群を含まない無限アーベル群は存在する。

極大正規部分群

同様に、群 G の正規部分群 N は、N < G であり、かつ N < K < Gとなる正規部分群が存在しないとき、 G の極大正規部分群 proper normal subgroup(または極大正規真部分群 maximal proper normal subgroup)と呼ばれる。以下の定理が知られている:

定理: 群 G の正規部分群 N は、商群 G/N単純群であるとき、またそのときに限り極大正規部分群となる。

ハッセ図

下記のハッセ図は、対称群 S4の部分群、二面体群 D4、及び巡回群 C2 三つの直積である C23のなす部分群の束英語版を示している。
極大部分群はハッセ図の辺により、群そのもの(ハッセ図の最上部)に直接つながっている。

S4 の極大部分群は A4、3 個の D4 および 4 個の S3 である。(S₄の部分群英語版と比較せよ)
D4 の極大部分群は C4 と 2 個のC22である。
C23 の極大部分群は 7 個のC22である。

参考文献

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