组合与几何群论

合并自由积

取两个群,把它们粘起来——但只沿着一块共有的部分。设想两个各自独立的世界,恰好都含有某个公共子群的相同副本;你把这些副本等同起来,其余一切则自由混合。合并自由积就是包含二者的最经济的群,它在公共部分上保持一致,对其余部分之间不再强加任何巧合。

给定群 A、B 以及公共子群 C,连同单射 C 到 A 与 C 到 B,合并自由积 A *_C B 是普通自由积 A * B 对『将每个 c 属于 C 的两个像等同起来』这些关系的商。它正是群范畴中 A 与 B 沿 C 的推出,由泛性质刻画:同态 A *_C B 到 G 对应于来自 A 与来自 B、且在 C 上一致的一对同态。

其结构由一条正规形定理(施赖埃尔)控制:为 C 在 A 与 B 中各选陪集代表,A *_C B 的每个元素都有唯一表达式:c 乘以来自 A 与 B 的非平凡代表的交错乘积。一个关键推论是 A 与 B 都嵌入 A *_C B(这些映射是单射),所以合并积确实包含两个因子。当 C 平凡时,这便回到普通自由积 A * B。

SL(2, Z) 同构于 Z/4Z *_{Z/2Z} Z/6Z:两个有限循环群沿其公共的 2 阶中心子群合并。等价地,PSL(2, Z) 是普通自由积 Z/2Z * Z/3Z。

SL(2, Z) 是两个有限循环群沿 2 阶子群的合并积。

由范坎彭定理,若一空间是两个开集之并、其交连通,则其基本群是各片基本群沿交集基本群的合并积——这正是同一构造的拓扑面貌。

又称
free product with amalgamation带合并的自由积帶合併的自由積