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■37708 / inTopicNo.1)  群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
  
□投稿者/ sosu 一般人(1回)-(2009/02/27(Fri) 11:09:34)
    群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?

    という問題です。
    Z_{p^2}の位数はp^2,Z_{p^3}の位数はp^3なのでZ_{p^2}(+)Z_{p^3}はZ_{p^5}と同型なのでZ_{p^2}(+)Z_{p^3}の位数はp^5ですね。
    それでp^2はp^5の約数になっているから確かに位数p^2の部分群が存在する。

    従って,Z_{p^2}とZ_p(+)Z_pがZ_{p^2}(+)Z_{p^3}の部分群になるのですよね。、、、という事で2個としてみたのですがどうも間違いらしいのです。

    どうやって求めればいいのでしょうか?
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■37709 / inTopicNo.2)  Re[1]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ サボテン 大御所(360回)-(2009/02/27(Fri) 12:52:49)
    2009/02/27(Fri) 12:53:16 編集(投稿者)

    pは素数ですか?
    以下素数として回答します。

    Z_{p^2}(+)Z_{p^3}はZ_{p^5}と同型ではありません。
    p^2とp^3は公約数を持つからです。

    Z_{p^2}の部分群:位数1 1個、位数p 1個、位数p^2 1個
    Z_{p^3}の部分群:位数1 1個、位数p 1個、位数p^2 1個、位数p^3 1個
    及び、
    p^2=1×p^2,p^2×1,p×pと因数分解できるので、
    Z_{p^2}(+)Z_{p^3}の位数p^2の部分群は3つです。




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■37710 / inTopicNo.3)  Re[2]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ sosu 一般人(2回)-(2009/02/27(Fri) 13:51:42)
    ありがとうございます。


    > pは素数ですか?

    さようです。失礼いたしました。


    > 以下素数として回答します。
    > Z_{p^2}(+)Z_{p^3}はZ_{p^5}と同型ではありません。

    一般にn=Πp_i^{r_i} (但し,p_iは素数,r_i∈N)と素因数分解される時,
    Z_nの部分群(アーベル群(?)全体の集合は{(+)[i=1..k]Z_{{p_i}^{r'_i}};1≦r'_i≦r_i,r'_1+r'_2+…+r'_k=r,1≦k≦r}となるのですよね。

    仮にZ_{p_1^{r'_1}(+)Z_{p_2^{r'_2}(+)…(+)Z_{p_k^{r'_k}という形に表されている時,
    最小公倍数LCM(p_1^{r'_1},p_2^{r'_2},…,p_k^{r'_k})がZ_{p_1^{r'_1}(+)Z_{p_2^{r'_2}(+)…(+)Z_{p_k^{r'_k}の位数になるのですよね。
    (間違ってましたらご指摘ください)


    > p^2とp^3は公約数を持つからです。

    なるほど。LCM(p^2,p^3)=p^5/p^2=p^3<p^5なので,位数が異なる。
    位数が等しい⇔同型である
    が成り立つのですよね。
    よってZ_{p^2}(+)Z_{p^3}の位数はp^3なのですね。 


    > Z_{p^2}の部分群:位数1 1個、位数p 1個、位数p^2 1個
    > Z_{p^3}の部分群:位数1 1個、位数p 1個、位数p^2 1個、位数p^3 1個
    > 及び、
    > p^2=1×p^2,p^2×1,p×pと因数分解できるので、
    > Z_{p^2}(+)Z_{p^3}の位数p^2の部分群は3つです。

    それら3つとはZ(+)Z_{p^2},Z_p(+)Z_p,Z_p(+)Zでしょうか?
    でもZの位数は無限ですよね。
    それと{0modp}(+)Z_{p^2},Z_p(+)Z_p,Z_{p^2}(+){0modp}でしょうか?
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■37711 / inTopicNo.4)  Re[3]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ サボテン 大御所(361回)-(2009/02/27(Fri) 15:13:55)
    2009/02/27(Fri) 15:14:51 編集(投稿者)

    >それら3つとはZ(+)Z_{p^2},Z_p(+)Z_p,Z_p(+)Zでしょうか?
    >でもZの位数は無限ですよね。
    >それと{0modp}(+)Z_{p^2},Z_p(+)Z_p,Z_{p^2}(+){0modp}でしょうか?


    後者です。3つの部分群は正確には
    {0 mod p^2}(+)Z_{p^2}, Z_p(+)Z_p, Z_{p^2}(+){0 mod p^3}に同型です。


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■37712 / inTopicNo.5)  Re[4]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ サボテン 大御所(362回)-(2009/02/27(Fri) 16:27:06)
    追記です。

    >位数が等しい⇔同型である

    に関してですが、
    位数が等しい→同型
    は一般的には成り立ちません。

    例えば、位数6の巡回群とS_3は位数が等しいですが、同型ではありません。
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■37714 / inTopicNo.6)  Re[5]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ sosu 一般人(3回)-(2009/02/28(Sat) 00:13:04)
    > 後者です。3つの部分群は正確には
    > {0 mod p^2}(+)Z_{p^2}, Z_p(+)Z_p, Z_{p^2}(+){0 mod p^3}に同型です。

    ありがとうございます。


    > 追記です。
    >>位数が等しい⇔同型である
    > に関してですが、
    > 位数が等しい→同型
    > は一般的には成り立ちません。
    > 例えば、位数6の巡回群とS_3は位数が等しいですが、同型ではありません。

    位数が同じでもどういった場合に同型になり,どういった場合に非同型になるのでしょうか?
    (すいません。ちょっと調べてみたのですがこれについての条件が見つけれませんでした)
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■37727 / inTopicNo.7)  Re[6]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ ぽけっと 一般人(1回)-(2009/03/02(Mon) 03:49:18)
    2009/03/02(Mon) 03:54:21 編集(投稿者)
    2009/03/02(Mon) 03:54:05 編集(投稿者)
    2009/03/02(Mon) 03:54:03 編集(投稿者)

    横から失礼します。

    > 位数が同じでもどういった場合に同型になり,どういった場合に非同型になるのでしょうか?

    ほとんどの場合は、位数が同じだからといって同型になるとは限りません。「位数」とは群の性質のごくごく一部であって、これが構造を決定するようなものでは(ほとんどの場合は)ありません。

    たまたま位数で構造が決まる場合は、素数位数の場合は自明として、位数がpq(p<qは共に素数で、pはq-1を割り切らない)とかける場合などがあります。
    これはSylowの定理から導けます。
    これら以外にも、位数のみで構造が決まってしまう場合もありますが、一般の位数が与えられたときに、すぐにそれを判定する簡単な公式はないと思います。
    (有限群の分類は終わっているので、あるにはあるのですが。)

    ここらへんは「有限群の分類」と深くかかわるので、有限群論(or Sylowの定理)を勉強すれば自ずと分かると思います。
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■37728 / inTopicNo.8)  Re[7]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ sosu 一般人(4回)-(2009/03/02(Mon) 21:58:58)
    > ここらへんは「有限群の分類」と深くかかわるので、有限群論(or Sylowの定理)を勉強すれば自ずと分かると思います。

    Sylowの定理は「pが素数でp^α||G|ならGは位数p^αの部分群を持つ」ですよね。
    色々と考え見ましたがどうしても見分け方が分かりません。どうすれば見分けられますでしょうか?

    すいません。是非,ご教示ください。m(_ _)m
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■37729 / inTopicNo.9)  Re[8]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ ぽけっと 一般人(2回)-(2009/03/03(Tue) 01:35:14)
    > Sylowの定理は「pが素数でp^α||G|ならGは位数p^αの部分群を持つ」ですよね。

    有限群Gと素数pに対して、|G|=(p^k)n(kは0以上の整数、nはpと互いに素な整数)としたとき、Gの位数p^kの部分群のことをp-Sylow部分群といいます。
    Sylowの定理は、
    「任意の有限群Gと、任意の素数pに対して、(1)Gはp-Sylow部分群を持ち、(2)それらはすべて共役で、(3)その個数hは「h≡1 (mod p) かつ h||G|」を満たす」
    というものです。

    Sylowの定理を用いた群の分類は、(有限)群論の基本でどの本にも書いてあるので、ここで説明するより本を見た方がはやいでしょう。

    たとえば、森田先生の「代数概論」などを見てみてください。
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■37731 / inTopicNo.10)  Re[9]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ sosu 一般人(5回)-(2009/03/03(Tue) 13:00:24)
    ありがとうございます。

    >森田先生の「代数概論」

    p46を拝見したのですがこれといった記述は見当たりませんでした。
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■37734 / inTopicNo.11)  Re[10]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ sosu 一般人(6回)-(2009/03/04(Wed) 00:25:14)
    たとえば

    Z_96とZ_{2^5}(+)Z_3は双方とも最大位数96の元(1mod96と(1mod2^5,1mod3))を持つので同型なのですね。
    一方,Z_{2^4}(+)Z_2(+)Z_3は位数96の元を持たないので非同型なのですね。
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■37736 / inTopicNo.12)  Re[11]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ サボテン 大御所(364回)-(2009/03/04(Wed) 11:30:18)
    >Z_96とZ_{2^5}(+)Z_3は双方とも最大位数96の元(1mod96と(1mod2^5,1mod3))を持
    >つので同型なのですね。

    この場合はZ_96とZ_{2^5}(+)Z_3は同型ですが、
    2つの群が最大位数が等しい元を持つからと言って、
    必ずしも同型にはならないので、ご注意ください。

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■37737 / inTopicNo.13)  Re[12]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ sosu 一般人(7回)-(2009/03/04(Wed) 13:30:13)
    > この場合はZ_96とZ_{2^5}(+)Z_3は同型ですが、
    > 2つの群が最大位数が等しい元を持つからと言って、
    > 必ずしも同型にはならないので、ご注意ください。

    えー,それならどうすればいいのでしょうか?

    「m=n_1n_2…n_kでgcd(n_i,n_j)=1(i≠j)ならZ_mとZ_{n_1}(+)Z_{n_2}(+)…(+)Z_{n_k}は同型」
    が使えるかと思ったのですがgcd(2^5,3)=1でうまくいってます。
    でも
    Z_4(+)Z_15はZ_6(+)Z_10では
    gcd(4,15)=1だがgcd(6,10)=2≠1だからどうなるのでしょうか?
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■37738 / inTopicNo.14)  Re[13]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ サボテン 大御所(366回)-(2009/03/04(Wed) 13:57:51)
    今一度有限群論を勉強されてはいかがでしょうか?
    この掲示板で個別対応するよりも、ご自身で本を読まれた方が
    身につくと思いますよ。
    イメージが掴めれば、どのような場合に同型になるかが分かってくると
    思います。
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■37739 / inTopicNo.15)  Re[13]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ ぽけっと 一般人(3回)-(2009/03/04(Wed) 14:16:10)
    2009/03/06(Fri) 21:14:02 編集(投稿者)

    僕もサボテンさんと同意見です

    あと、「代数概論」には載ってなかったと仰っていますが、代数概論に載っているのは有限群の分類に、Sylowの定理をどう使うか、ということです。
    ちなみに、アーベル群の分類は、中国式剰余定理と構造定理で簡単ですので、アーベル群まで来ればもう「分類できた」と考えます。

    しかし、あなたはアーベル群の分類もまだうまくできないようなので、その方法を説明してきました。

    使うのは、先ほども言ったとおり「構造定理」と「中国式剰余定理」です。
    特に、同型かの判定は「中国式剰余定理」を使えばいいでしょう。

    たとえば、最後の質問である
    Z_4(+)Z_15とZ_6(+)Z_10に関しては、次のように考えます。
    中国式剰余定理より
    Z_6(+)Z_10=Z_2(+)Z_2(+)Z_15
    なので、明らかにZ_4(+)Z_15と同型じゃありません。
    厳密にいいたければ、位数4の元があるかないか、の議論になりますが、これを見た瞬間に同型か判定できないのは少し勉強不足(or やり方がまずい)だと思います。

    持っている代数の本で復習をすれば慣れてくると思うので、頑張ってください。。
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■37778 / inTopicNo.16)  Re[10]: 群Z_{p^2}(+)Z_{p^3}は位数p^2の部分群をいくつ持つか?
□投稿者/ sosu 一般人(8回)-(2009/03/09(Mon) 07:59:37)
    ありがとうございます。
    分かってきました。

    Z_12だとZ_12,Z_{2^2}(+)Z_3,Z_2(+)Z_2(+)Z_3が同型なので一応,Z_12の部分群とも言える(真の不部分群ではないが)。
    更に,部分群だから同型である必要は無く,埋め込みでもいいので
    0乗の場合も考えられる事ができて,
    Z_12(+)Z_{3^0},Z_{2^2}(+)Z_{3^0},Z_{2^0}(+)Z_2(+)Z_3,Z_{2^0}(+)Z_{2^0}(+)Z_3,Z_{2^0}(+)Z_{2^0}(+)Z_{3^0},
    も考えられるわけですね。最後のは単位群なのですね。
解決済み!
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