组合与几何群论

群表示(生成元与关系)

可以把构造一个群想象成用原料加一张规则清单。原料是一组生成元——你可以任意地把这些符号相乘、取逆,得到所有约化字。规则就是关系:你规定成立的等式,例如『r 等于单位元』。表现正是这套记账方式:列出生成元,列出关系,而群就是这些字在『仅受这些关系和群公理约束、别无其他』之下所能构造出的一切。

形式上,表现 ⟨ S | R ⟩ 表示商群 F(S) / N,其中 F(S) 是生成集 S 上的自由群,N 是关系子集合 R 的正规闭包(包含 R 的最小正规子群)。当群 G 同构于此商群时,称 G 由 ⟨ S | R ⟩ 给出表现。若 S 与 R 都有限,则称该表现有限;具有有限表现的群称为有限表现群,这比有限生成是严格更强的条件。

表现灵活却暗藏陷阱。同一个群有无穷多个表现,两个看上去截然不同的表现却可能定义同构的群——事实上,判定两个有限表现是否给出同构群(同构问题)在一般情形下是算法不可解的,判定给定字是否等于单位元(字问题)亦然。所以表现是一种紧凑的描述,而非透明的描述:它指定一个群,却并不因此就揭示该群的性质。

二面体群 D_n 有表现 ⟨ r, s | r^n, s^2, (sr)^2 ⟩:一个 n 阶旋转 r,一个 2 阶反射 s,以及关系 srs = r^(-1)。这一行就刻画了正 n 边形的 2n 个对称。

两个生成元、三个关系子就描述了一整族对称群。

关系是等式 a = b;关系子是一个字 w(意为 w = 1)。两种写法可互换,因为 a = b 可改写为 ab^(-1) = 1。

又称
presentation of a group群的表现群的表現