高等群论

单群

单群是群论中不可分割的原子。一个群是单的,若你无法用任何商把它拆开:除了两个平凡正规子群外,它没有可供坍缩的正规子群。正如每个整数都分解为素数,每个有限群都经由合成列由单群组装而成,故单群是整个有限理论不可约的构件。

形式地,群 G 是单的,若它非平凡且其唯一的正规子群是 {1} 与 G 本身。交换单群恰是素数阶的循环群 Z/pZ——容易列举。非交换单群则丰富得多:最小的是阶为 60 的交错群 A_5,且交错群 A_n 对所有 n ≥ 5 都单。

有限单群分类定理,历经数千页期刊论文完成,断言每个有限单群要么是素数阶循环群、交错群 A_n(n ≥ 5)、李型群,要么是 26 个散在群之一(最大者为魔群,阶约 8 x 10^53)。它是二十世纪数学的丰碑成就之一。一个警示:单性是说群没有真商,而非说它小或结构平凡——单群可以极其庞大而精致。

A_5,即五个符号的偶置换群,阶为 60,是最小的非交换单群。正是它的单性使 S_5 不可解,从而使一般五次多项式不能用根式求解。A_5 之后下一个非交换单群是阶为 168 的 PSL(2, 7)。

A_5:最小的非交换单群。