抽象代數:群、環與域
循環群
循環群是一種能從單個元素出發、靠對它反覆施加運算就完全生成出來的群。想像鐘面上的小時:從「走一步」開始不斷重複,最終會走遍每一個小時,然後繞回起點。一個起始動作就足以到達整個結構。
形式地說,若存在一個元素 g(稱為生成元),使得 G 的每個元素都是某整數 n 的冪 g^n(在加法記號下則是倍數 n·g),則群 G 是循環的。有限循環群與模 n 加法下的整數完全一樣;唯一的無限循環群是加法下的整數,由 1 生成。
每個循環群都自動是阿貝爾群,因為同一元素的冪總可交換(g^m · g^n = g^(m+n) = g^n · g^m)。反之不成立:許多阿貝爾群並不是循環的。循環群是最簡單的非平凡群,也是理解一切有限阿貝爾群的基本構件。
模 4 加法下的整數 {0, 1, 2, 3} 是循環群,生成元為 1:1,1+1 = 2,1+1+1 = 3,1+1+1+1 = 0。反覆使用一個元素就走遍一切並回到單位元 0。
ℤ/4ℤ 由單個元素 1 生成。
生成元不必唯一。在模 5 加法下的整數中,1 和 2 都能生成整個群,而在模 6 加法下只有 1 和 5 能。能生成整個群的元素,恰好就是那些階等於群的大小的元素。
另見