有限群中同构子群的自同构映射存在性问题
有限群中同构子群的自同构映射存在性问题
嘿,这个问题问得相当到位!答案是不一定——也就是说,有限群里两个同构的子群,未必存在群的自同构把其中一个映到另一个。我给你举个经典的例子帮你理解:
拿4元对称群$G = S_4$来说,它里面有两种同构的子群,都是克莱因四元群(阶为4的阿贝尔群,每个非单位元的阶都是2):
- 第一个子群$H$是$S_4$的正规子群,由所有双对换生成:$H = {e, (12)(34), (13)(24), (14)(23)}$,它在$S_4$里是正规的,因为共轭作用下双对换还是双对换。
- 第二个子群$H'$是由两个不相交的对换生成的,比如$H' = {e, (12), (34), (12)(34)}$,这个子群不是正规的——你试着用$(13)$共轭作用在$(12)$上,得到$(32)$,这个元素不在$H'$里,所以$H'$不满足正规子群的条件。
群的自同构有个核心性质:它会把正规子群映射成正规子群。所以如果存在$S_4$的自同构把$H$映到$H'$,那$H'$也必须是正规子群,但我们刚才已经确认$H'$不是正规的,这就产生了矛盾。因此,虽然$H$和$H'$同构,但不存在$S_4$的自同构能实现这个映射。
这里还可以补充个小知识点:这种同构但无法通过群自同构互映的子群,我们称之为“不共轭”的同构子群。在有限群里,共轭子群一定是同构的,但反过来,同构子群未必共轭——这也正是这个问题的核心所在。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Ceren Sahin




