组合与几何群论

HNN 扩张

假设一个群含有两个抽象同构、但位置不同的子群——好比一个结构的左右两半彼此镜像。HNN 扩张添加一个新元素,即『稳定字母』,它唯一的职责是把一个子群共轭到另一个之上,从而在更大的群中把那个同构具体实现为一个内自同构。它是合并积的自粘接对应物,而合并积粘接的是两个不同的群。

设 G 是群,H 与 K 是其两个子群,φ : H 到 K 是同构。HNN 扩张为 G*_φ = ⟨ G, t | t^(-1) h t = φ(h) 对所有 h 属于 H ⟩,其中 t 是新生成元(稳定字母)。布里顿引理给出正规形:约化字 g_0 t^(e_1) g_1 … t^(e_n) g_n 若无『夹挤』(既无子字 t^(-1) g t 其中 g 属于 H,也无 t g t^(-1) 其中 g 属于 K),则表示非平凡元素。特别地,G 嵌入 G*_φ。

希格曼、B. H. 诺伊曼与 H. 诺伊曼于 1949 年引入这一构造,用以证明每个可数群都嵌入某个 2 生成元群中。HNN 扩张在字问题不可解性(Novikov–Boone)中居于核心,正因为它们能由温顺的群造出狂野的群。它与合并积一道,是 Bass–Serre 理论据以重构所有作用于树的群的两种运算。

鲍姆斯拉格–索利塔群 BS(m, n) = ⟨ a, t | t^(-1) a^m t = a^n ⟩ 是 Z 的 HNN 扩张,取 H = mZ,K = nZ,φ 乘以 n/m。BS(1, 2) 可解,却以朴素的方式而言并不『剩余有限友好』,说明 HNN 扩张如何制造出奇异行为。

鲍姆斯拉格–索利塔群 BS(m, n) 是 HNN 扩张的典范例子。

从拓扑上看,HNN 扩张是这样一个空间的基本群:在 G 所对应的空间上接一个柱面 S^1 × [0,1],把两端沿表示 H 与 K 的环路粘合。

又称
Higman-Neumann-Neumann extension希格曼–诺伊曼–诺伊曼扩张希格曼–諾伊曼–諾伊曼擴張