组合与几何群论
群的端
在群的凯莱图中走向无穷并问:你能朝多少种本质不同的方向逃逸?在直线上你可以走两个方向,左或右——两个端。在平面网格上所有遥远的区域都从外侧连通——只有一个端。端数所计的,是在删去任一巨大但有限的部分后、看剩下什么时,仍存在的通往无穷的连通『道路』数目。
精确地说,有限生成群 G 的端数,是对其凯莱图所有有限子集 K,取 K 的补集中无限连通分支数目的上确界——这一量与生成集无关,且在拟等距下不变。Hopf 的一个卓越定理(经 Freudenthal 细化)表明答案总是 0、1、2 或无穷:没有群恰有三个端。
每个取值都有结构含义。零端意味着群有限。两端意味着群几乎为无限循环(几乎为 Z)。无穷多个端,由斯托林斯著名的分裂定理,意味着该群沿某个有限子群非平凡地分裂为合并自由积或 HNN 扩张——几何迫使代数分解。单端是一般的、『在无穷处连通』的情形,包括 Z^2、曲面群以及人们遇到的大多数群。
Z 有两个端(左与右)。Z^2 有一个端(网格在任何有限方框外都连通)。自由群 F_2 有无穷多个端——随着你删去越来越大的球,它的凯莱树裂成越来越多的碎片。
端数:Z 为 2,Z^2 为 1,自由群为无穷多——绝不会恰为 3。
斯托林斯定理通过沿有限子群的分裂刻画多于一个端的群;它支撑着『上同调维数为 1 的有限生成群是自由群』这一证明。
另见