組合與幾何群論
群表現(生成元與關係)
可以把建構一個群想像成用原料加一張規則清單。原料是一組生成元——你可以任意地把這些符號相乘、取逆,得到所有約化字。規則就是關係:你規定成立的等式,例如『r 等於單位元』。表現正是這套記帳方式:列出生成元,列出關係,而群就是這些字在『僅受這些關係和群公理約束、別無其他』之下所能建構出的一切。
形式上,表現 ⟨ S | R ⟩ 表示商群 F(S) / N,其中 F(S) 是生成集 S 上的自由群,N 是關係子集合 R 的正規閉包(包含 R 的最小正規子群)。當群 G 同構於此商群時,稱 G 由 ⟨ S | R ⟩ 給出表現。若 S 與 R 都有限,則稱該表現有限;具有有限表現的群稱為有限表現群,這比有限生成是嚴格更強的條件。
表現靈活卻暗藏陷阱。同一個群有無窮多個表現,兩個看上去截然不同的表現卻可能定義同構的群——事實上,判定兩個有限表現是否給出同構群(同構問題)在一般情形下是演算法不可解的,判定給定字是否等於單位元(字問題)亦然。所以表現是一種緊湊的描述,而非透明的描述:它指定一個群,卻並不因此就揭示該群的性質。
二面體群 D_n 有表現 ⟨ r, s | r^n, s^2, (sr)^2 ⟩:一個 n 階旋轉 r,一個 2 階反射 s,以及關係 srs = r^(-1)。這一行就刻畫了正 n 邊形的 2n 個對稱。
兩個生成元、三個關係子就描述了一整族對稱群。
關係是等式 a = b;關係子是一個字 w(意為 w = 1)。兩種寫法可互換,因為 a = b 可改寫為 ab^(-1) = 1。
又稱
另見