組合與幾何群論
增長函數
站在群的單位元處問:至多 n 步能到達多少個元素?走一步——數鄰居;走兩步——數能觸及的一切。這個隨半徑 n 變化的計數就是增長函數。它記錄群在你周圍『展開』得有多快:稀疏的群幾乎不增長,枝繁葉茂的自由群則爆炸式增長。
固定有限生成群 G 與有限對稱生成集 S。增長函數為 β_S(n) = |{ g 屬於 G : |g|_S ≤ n }|,即字度量中半徑 n 的閉球內元素個數。(有些作者採用球面計數變體,只數字長恰為 n 的元素。)此函數依賴於 S,但其漸近行為不依賴,這正是它作為不變量有用的原因。
稱兩個增長函數 f 與 g 等價,若各自都被另一個的線性重標度所控制:f(n) ≤ A g(Bn + C) + D,且對稱地成立。在此關係下,β_S 的等價類與生成集無關,且是擬等距不變量。這個等價類——群的增長型——正是在增長率條目中單獨刻畫的內容。
對 Z^2 配以標準生成元,半徑 n 的球是一個菱形,約含 2n^2 + 2n + 1 個格點,故 β(n) 像 n^2 那樣增長。對兩個生成元的自由群 F_2,β(n) = 1 + 4·(3^n − 1)/2,像 3^n 那樣增長。
Z^2 多項式增長(n^2);自由群 F_2 指數增長(3^n)。
又稱
另見