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feat(algebra1): aggiunge alcuni risultati interessanti su Aut(H×K) e H×{e}
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bigezioni). \bigskip
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\begin{example}[$\Aut(S_3) \cong S_3$]
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\begin{example}[$\Aut(S_3) \cong S_3$] %TODO: aggiungere Aut(Z_2 * Z_2) ~ S_3
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Si osserva che $Z(S_3)$ deve essere obbligatoriamente
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banale\footnote{
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In generale $Z(S_n)$ è banale per $n \geq 3$.
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@@ -173,4 +173,69 @@
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tra i due insiemi, e quindi $\Aut(S_3) = \Inn(S_3)$. Si
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conclude dunque che $\Aut(S_3) \cong S_3$.
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\end{example}
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Si illustrano adesso dei risultati molto interessanti sui gruppi di automorfismi
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dei prodotti diretti, a partire dalla:
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\begin{proposition}
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Siano $H$ e $K$ due gruppi finiti di cardinalità coprime tra loro. Allora
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$H \times \{e\}$ e $\{e\} \times K$ sono caratteristici in $H \times K$.
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\end{proposition}
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\begin{proof}
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Sia $\varphi \in \Aut(H \times K)$. Si deve dimostrare che se
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$\varphi(h, e) = (h', k')$, allora $k' = e$. Chiaramente
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$\ord(h, e) = \ord(h) \mid \abs{H}$. Allo stesso tempo
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$\ord(h', k') = \mcm(\ord(h'), \ord(k'))$. In particolare, dal momento
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che $\MCD(\abs{H}, \abs{K}) = 1$, $\ord(h', k') = \ord(h') \ord(k')$.
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Dacché $\varphi$ è un automorfismo, $\ord(h', k') = \ord(h, e) = \ord(h)$, e
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quindi $\ord(h') \ord(k') = \ord(h)$. Allora $\ord(k')$ deve dividere
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$\abs{H}$, e quindi può valere soltanto $1$, essendo $\abs{H}$ e
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$\abs{K}$ coprimi. Pertanto $k' = e$, e quindi $H \times \{e\}$ è caratteristico
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in $H \times K$. Analogamente si dimostra la tesi per $\{e\} \times K$.
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\end{proof}
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\begin{proposition}
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Siano $H$ e $K$ due gruppi con $H \times \{e\}$ e $\{e\} \times K$ caratteristici
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in $H \times K$. Allora $\Aut(H \times K) \cong \Aut(H) \times \Aut(K)$.
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\end{proposition}
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\begin{proof}
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Nel corso della dimostrazione, se $\varphi \in \Aut(H \times K)$, si
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denota con $\varphi_H = \iota_{H \xhookrightarrow{} H \times \{e\}}\inv \circ \restr{\varphi}{H \times \{e\}} \circ \iota_{H \xhookrightarrow{} H \times \{e\}}$ la proiezione di $\varphi$ su
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$H$ a partire da $H$, e analogamente si fa lo stesso con $\varphi_K$. Tale
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notazione è ben definita dal momento che $\varphi$ può sempre essere ristretta
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ad $H \times \{e\}$ (infatti è un sottogruppo caratteristico). \medskip
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Sia allora
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$\alpha : \Aut(H \times K) \to \Aut(H) \times \Aut(K)$ tale per cui
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$\varphi \xmapsto{\alpha} (\varphi_H, \varphi_K)$. La mappa è ben
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definita dal momento che $\varphi_H$ e $\varphi_K$ sono due automorfismi
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di $\Aut(H)$ e $\Aut(K)$. Analogamente si definisce la mappa
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$\beta : \Aut(H) \times \Aut(K) \to \Aut(H \times K)$ tale per cui
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$(\varphi_H, \varphi_K) \xmapsto{\beta} [(h, k) \mapsto (\varphi_H(h), \varphi_K(k))]$.
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\medskip
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Si verifica facilmente che $\alpha$ è un omomorfismo di gruppi, che
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$\alpha \circ \beta = \Id_{\Aut(H) \times \Aut(K)}$ e che
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$\beta \circ \alpha = \Id_{\Aut(H \times K)}$, da cui segue la tesi.
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%TODO: scrivere le verifiche
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\end{proof}
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Allo stesso modo si verifica che se $\alpha$ è un isomorfismo, allora
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$H \times \{e\}$ e $\{e\} \times K$ sono caratteristici in $H \times K$. \medskip
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A partire dal precedente risultato, si dimostra facilmente che se $\MCD(m, n) = 1$,
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allora:
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\[ \Aut(\ZZ \quot m \ZZ \times \ZZ \quot n \ZZ) \cong \Aut(\ZZ \quot m \ZZ) \times \Aut(\ZZ \quot n \ZZ), \]
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e quindi, ricordando che $\ZZ \quot m \ZZ \times \ZZ \quot n \ZZ \cong \ZZ \quot mn \ZZ$
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per il Teorema cinese del resto e che $\Aut(\ZZ \quot m \ZZ) \cong (\ZZ \quot m \ZZ)^*$,
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vale che:
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\[ (\ZZ \quot m \ZZ)^* \times (\ZZ \quot n \ZZ)^* \cong (\ZZ \quot mn \ZZ)^* \]
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%TODO: aggiungere dimostrazione Aut(Z/nZ) ~ (Z/nZ)*
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\end{document}
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