Syklinen ryhmä

Syklinen ryhmä on yhden alkion virittämä ryhmä.^[1] On siis olemassa ryhmän ${\displaystyle G}$ alkio ${\displaystyle a}$, jonka kokonaislukupotensseina saadaan kaikki ryhmän alkiot. Siis jokaista ryhmän ${\displaystyle G}$ alkiota ${\displaystyle g}$ kohti on olemassa sellainen kokonaisluku ${\displaystyle k}$, että ${\displaystyle a^{k}=g.\ }$ Tällöin merkitään

${\displaystyle G=\langle a\rangle =\left\{a^{n}\ |\ n\in \mathbb {Z} \right\}.\ }$^[2]

Ei-triviaaleja syklisiä ryhmiä löytyy aliryhminä kaikista ei-triviaaleista ryhmistä. Sykliset ryhmät ovat rakenteeltaan hyvin suoraviivaisia, ja esimerkiksi syklisen ryhmän aliryhmiin liittyvä rakenne tunnetaan täysin. Äärellisten ryhmien teoriassa syklisten ryhmien voidaan ajatella olevan Abelin ryhmien rakennuspalikoita suorien tulojen kautta ja ratkeavien ryhmien perusosasia kompositioketjun tekijöinä.

Syklinen ryhmä voi koostua joko n:stä alkiosta ${\displaystyle C_{n}=\langle c\rangle =\left\{1,c,...,c^{n-1}\right\}}$, tai se voi olla ääretön ryhmä ${\displaystyle C_{\infty }=\langle c\rangle =\left\{c^{m}|\ m\in \mathbb {Z} \right\}}$.

Kertalukua ${\displaystyle n}$ olevan syklisen ryhmän konstruointi

Olkoon ${\displaystyle X\ }$ mielivaltainen ${\displaystyle n}$ alkiota sisältävä joukko, missä n on mielivaltainen positiivinen kokonaisluku. Numeroidaan joukon alkiot

${\displaystyle X=\left\{x_{0},x_{1},x_{2},\ldots ,x_{n-1}\right\}}$

ja asetetaan joukolle ${\displaystyle X\ }$ binäärinen operaatio ${\displaystyle *\ }$ seuraavasti:

${\displaystyle x_{k}*x_{l}=x_{k+l},\ }$ mikäli ${\displaystyle k+l\leq n-1}$ ja

${\displaystyle x_{k}*x_{l}=x_{k+l-n},\ }$ mikäli ${\displaystyle k+l>n-1\ }$

kaikilla kokonaisluvuilla ${\displaystyle 0\leq k,l\leq n-1.\ }$ Kokonaislukujen laskutoimitusten nojalla pari ${\displaystyle (X,*)\ }$ toteuttaa ryhmän aksioomat. Tällöin alkio ${\displaystyle x_{0}\ }$ on ryhmän neutraalialkio, alkion ${\displaystyle x_{k},1\leq k\leq n-1\ }$ käänteisalkio on alkio ${\displaystyle x_{l},\ }$ missä ${\displaystyle l=n-k.\ }$ Lisäksi alkio ${\displaystyle x_{1}\ }$ virittää ryhmän ${\displaystyle X.\ }$

Syklisten ryhmien ominaisuuksia

• Sykliset ryhmät ovat kommutatiivisia, ts. Abelin ryhmiä.
• Kaikki syklisen ryhmän aliryhmät ja tekijäryhmät ovat syklisiä.
• Kaksi äärellistä syklistä ryhmää ovat keskenään isomorfisia, jos ja vain jos niiden kertaluvut ovat samat. Erityisesti siis kaikki kertalukua ${\displaystyle n}$ olevat äärelliset sykliset ryhmät ovat keskenään isomorfisia.
• Jos ryhmän kertaluku on alkuluku, niin ryhmä on välttämättä syklinen.
• Äärellinen syklinen ryhmä on yksinkertainen, jos ja vain jos sen kertaluku on alkuluku. Itse asiassa ryhmät, joiden kertaluku on alkuluku, ovat ainoat äärelliset yksinkertaiset ratkeavat ryhmät.

Olkoon jatkossa ${\displaystyle C_{n}=\langle c\rangle }$ kertalukua ${\displaystyle n}$ oleva syklinen ryhmä.

• Jokaista kertaluvun ${\displaystyle n}$ jakajaa ${\displaystyle k}$ kohti on olemassa täsmälleen yksi ryhmän ${\displaystyle C_{n}\ }$ kertalukua ${\displaystyle k}$ oleva aliryhmä. Jos ${\displaystyle n=km}$, missä ${\displaystyle m}$ on positiivinen kokonaisluku, niin tämä kertalukua ${\displaystyle k}$ oleva aliryhmä on ${\displaystyle \langle c^{m}\rangle .}$
• Jokaista kertaluvun ${\displaystyle n}$ jakajaa ${\displaystyle k}$ kohti on olemassa täsmälleen yksi ryhmän ${\displaystyle C_{n}\ }$ kertalukua ${\displaystyle k}$ oleva tekijäryhmä.
• Ryhmän ${\displaystyle C_{n}\ }$ automorfismien ryhmä on isomorfinen ryhmän ${\displaystyle \mathbb {Z} _{n}^{*}}$ kanssa.

Katso myös

• Primitiivinen alkio

Lähteet

1. Thompson, Jan & Martinsson, Thomas: Matematiikan käsikirja, s. 367–368. Helsinki: Tammi, 1994. ISBN 951-31-0471-0
2. Häsä, Jokke & Rämö, Johanna: Johdatus abstraktiin algebraan, s. 123. Helsinki: Gaudeamus, 2015. ISBN 978-952-495-361-0