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Álgebra/Teoría de grupos/Subgrupos normales

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Álgebra/Teoría de grupos/Subgrupos normales Subgrupos normales Si

es un grupo y

sucede cuando

es un subgrupo de

que cumplen esto mismo sin

sea abeliano. En esta sección vamos a caracterizar tales subgrupos.

Definición 1.29: Sea

de

, aunque claramente esto sí

es abeliano. En realidad existen subgrupos de un grupo

necesidad de que

para todo

, no es cierto en general que

un grupo y

un subgrupo de

. Se dice que

. Este hecho lo representaremos por

Equivalentemente tenemos que

Tenemos pues que si

es normal en

si

.

si y sólo si

, entonces las relaciones de congruencia izquierda y derecha módulo

luego cualquiera de ellas da lugar al mismo conjunto cociente

coinciden,

. Vamos a probar ahora que este conjunto

cociente puede ser dotado de una estructura de grupo. Teorema 1.30: Sea

un grupo y

. Entonces

es un grupo, llamado grupo cociente de

por

, con la operación de grupo dada por

Demostración: Para comenzar, debemos probar que la operación en sentido, es decir, que si

con

y

y

como

,

, entonces

(pues

), así es que

,

,

y

entonces

. Hemos probado que la operación definida en

tiene sentido. Esta operación es asociativa. La identidad de

Si

, pero

luego

, lo que prueba que . Con esto queda probado que

tiene

. Esto es así, pues

y

también

dada por

es

, y el inverso de todo

de

es

es un grupo.

es un homomorfismo de grupos, entonces

. En efecto, pues si

y

, entonces

luego y así tener que

lo que demuestra que

, así que

para todo , luego para todo

de

de

, luego podemos cambiar

se tiene

, completando la prueba de que

Teorema 1.31: El núcleo de todo homomorfismo de grupos Recíprocamente, todo subgrupo normal de un grupo

por

.

es un subgrupo normal del dominio de

es el núcleo de cierto homomorfismo cuyo dominio es

Demostración: La primera parte del teorema ya ha sido probada. Si

es un subgrupo normal de

. .

, la aplicación

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es claramente un epimorfismo, y es llamado proyección canónica. Puesto que si y sólo si

Sea

, tenemos que

un grupo y

, i.e.

.

, y defínanse los conjuntos

Llamaremos normalizador de

al conjunto

Este conjunto es en realidad un grupo, pues es fácil ver que si entonces también

, y que además

Si

, entonces claramente

es un subgrupo de

cual

si y sólo si

y

(i.e. si

y

)

. . Más aún,

es el mayor subgrupo de

en el

es normal. En otras palabras,

Ahora bien, podemos definir un conjunto cuyas exigencias sean aún más fuertes que las que definen a un grupo normalizador. Para ser precisos, si es un grupo podemos definir un subgrupo cuyos elementos sean aquellos que conmuten con todos los elementos de un subconjunto lo denotaremos por

de

. A este conjunto se le llama centralizador de

,y

. Así pues,

Notar que 1. 2.

; equivale a decir que

es abeliano.

Ahora vamos a enunciar un teorema que tiene consecuencias importantes. Teorema 1.32 (Teorema fundamental de homomorfismos): Sea un

subgrupo

normal

de

tal

tal que (1)

que

.

, donde

es un epimorfismo si y sólo si

un homomorfismo de grupos y

Entonces

existe

un

único

homomorfismo

es la proyección canónica. Además:

lo es;

(2) (3)

es un monomorfismo si y sólo si

Demostración: Vamos a demostrar que el homomorfismo

es la aplicación dada por

Primeramente observamos que esta aplicación está bien definida, pues si como

, también

, luego

puesto que está completamente determinada por

. Es fácil ver que

,y

es un homomorfismo, y

, es el único homomorfismo que cumple

evidente. (2) y sólo si

, entonces

. es el subgrupo trivial de

, es decir, si y sólo si

. (1) es

es un monomorfismo si .

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El teorema fundamntal de homomorfismos puede enunciarse también de la manera así: si homomorfismo de grupos y

un subgrupo normal de

homomorfismo

tal que

es un

, entonces existe un único

que da lugar al diagrama conmutativo siguiente:

Teorema 1.33 (Primer teorema de isomorfía): Si

es un homomorfismo de grupos, entonces

. Demostración: El teorema anterior nos da un homomorfismo epimorfismo si en lugar de

entre

tomamos simplemente

y

, que se convierte en

, pero por (3) del teorema anterior

es también

un monomorfismo, luego termina siendo un isomorfismo. Teorema 1.34 (Segundo teorema de isomorfía): Si subgrupo cualquiera de

, entonces

es un subgrupo normal de un grupo

es normal en

y

y

es un

.

Demostración: La aplicación

es un epimorfismo, y como

, el primer

teorema de isomorfía nos da un isomorfismo

.

Teorema 1.34 (Tercer teorema de isomorfía): Si , entonces

y

son dos subgrupos normales en un grupo

, con

.

Demostración: Sea

la proyección canónica. Tal aplicación es un epimorfismo de grupos, y

por el teorema 1.31,

, luego

epimorfismo

, pero

, luego

, así es que, de acuerdo con el teorema 1.32, existe un si y sólo si

, lo cual sucede si y sólo si

, así es que, por el primer teorema de isomorfía, existe un isomorfismo entre y

.

Fuentes y contribuyentes del artículo

Fuentes y contribuyentes del artículo Álgebra/Teoría de grupos/Subgrupos normales  Fuente: http://es.wikibooks.org/w/index.php?oldid=89092  Contribuyentes: -

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