Álgebra abstrata/Grupos

De testwiki
Ir para a navegação Ir para a procura


Grupo

Seja um monóide (G,⋅,1). Um elemento u de M é dito inversível se existe um v em M, tal que, u⋅v=1. Chamamos v de inverso de u e escrevemos v=u−1. No caso em que a operação binária ⋅ for representada pelo símbolo de soma, +, representa-se o inverso por v=−u.

Um grupo G ( ou seja, (G,⋅,1) ) é um monóide que têm todos os seus elementos inversíveis.

Grupo também pode ser definido como um triplo (M,⋅,1) na qual M é um conjunto não-vazio, ⋅ é uma composição binária associativa em M, 1 é um elemento unidade de M tal que 1⋅a=a=a⋅1 para todo a em M e para todo u, existe um v tal que u⋅v=1.

Em resumo, seja (G,⋅,1). G é um grupo multiplicativo com unidade 1 quando:

∃1∈Gtalque1⋅g=g⋅1=g∀g∈G (existe unidade)
g1,g2∈G⟹g1⋅g2∈G (fechado para multiplicação)
∀g∈G∃g−1talqueg⋅g−1=g−1⋅g=1 (todo elemento possui inverso)
g1.g2,g3∈G⟹g1⋅(g2⋅g3)=(g1⋅g2)⋅g3 (composição binária associativa)

Subgrupo

Um submonóide de um monóide (em particular, um grupo), é um sub-grupo se é um grupo.

Seja M um grupo e G um subconjunto de M. G é um sub-grupo de M se: (i) 1 está em G, (ii) G é fechado sobre o produto em M (iii)

Nota-se que para todo grupo (″G″,″⋅″,″1″), se M é um subconjunto de G, ⋅ é fechada em M e existe um elemento 1' de M tal que (″M″,″⋅″,″1‴) seja um grupo, então 1 = 1' . Esta propriedade não vale para monóides, conforme exercício abaixo:

Exercício: Sejam S e T conjuntos de forma que S é um subconjunto próprio de T. Mostre que:

  1. (P(S),∩,S) e (P(T),∩,T) são monóides
  2. P(S) é um subconjunto de P(T)
  3. a operação de interseção em P(T), quando aplicada a elementos de P(S), retorna um elemento de P(S) (fechamento)
  4. as identidades nos dois monóides são diferentes

Grupo Comutativo (Abeliano)

Um grupo é dito comutativo se dado dois elementos do grupo, a operação p entre eles de ambos os lados são iguais, i é, seja u,v∈(G,⋅,1), onde u⋅v=v⋅u.

Grupo de transformação

Seja U(M) o conjunto dos elementos inversíveis do monóide M. Assim se u⋅v=1, u,v estão em U(M), Como 1⋅1=1, 1 está em U(M). U(M) é um submonóide de M. Nós podemos chamar U(M) de grupo dos elementos invertíveis de M, ou de grupo das unidades de M.

Exemplo: Se M=(ℤ,⋅,1),U(M)=1,−1, se M=(ℕ,⋅,1),U(M)=1

Seja M(S) um monóide de transformação de um conjunto não vazio. U(M(S)) é o grupo dos elementos inversíveis de M(S). Vejamos o elemento dado no começo dessa página. M(S)={1S=(1212),α=(1221),β=(1211),γ=(1222)},∘1Sαβγ1S1Sαβγαα1Sγββββββγγγγγ

vemos que 1Seα são inversíveis e fechado para a composição, assim U(M(S)) = {1S,α}. U(M(S)) é chamado de grupo de transformação (de S).


Def. Um subgrupo de um U(M(S)) (grupo simétrico de S) se chamará grupo de transformação. Um grupo G de transformação de um conjunto D é um grupo de transformação se, e somente se, consiste de aplicações bijetivas (i é,possui aplicações inversas) e G têm as propriedades de fechamento:

1=1S∈G
α∘β∈G,seα,β∈G
α−1∈G,seα∈G
α∘(β∘γ)=(α∘β)∘γ,seα,β,γ∈G

Teoria de Grupo

Acima consideramos que todas as transformações de U(M(S)) são bijetivas, agora vamos provar esse fato.

Teorema 1: Uma transformação de U(M(S)) é injetiva se, e somente se têm inverso à direita. É sobrejetiva se, e somente se, têm inverso à esquerda.

i) Se α têm inverso à direita β, assim β∘α=1S e t,t′∈S,α(t)=α(t′) implica que:
t=1S(t)=(β∘α)(t)=β∘(α(t))=β∘(α(t′))=(β∘α)(t′)=1S(t′)=t′
logo t,t′∈S,α(t)=α(t′)⟹t=t′
ii)Se α têm inverso à esquerda γ, assim u∈S,α∘γ=1S temos que:
u=1S(u)=(α∘γ)(u)=α(γ(u))=γ(v)∈S,v∈S

Corolário 1: Uma transformação de U(M(S)) é bijetiva se, e somente se têm inverso à direita e à esquerda. E se houver ambos, ambos serão iguais.

Seja t∈S,s=1S(s)=β(α(s))=α(γ(s)),
Como β(α(γ(s)))=(β∘(α∘γ))(s)=(β∘α∘γ)(s)=(β(α)∘γ)(s)
Logo β(s)=β(α(γ(s)))=(β(α)∘γ)(s)=γ(s)

Corolário 2: Uma transformação de U(M(S)) é bijetiva se, e somente se têm inverso à direita e à esquerda. E se houver ambos, ambos serão iguais.

Seja t∈S,s=1S(s)=β(α(s))=α(γ(s)),
Como β(α(γ(s)))=(β∘(α∘γ))(s)=(β∘α∘γ)(s)=(β(α)∘γ)(s)
Logo β(s)=β(α(γ(s)))=(β(α)∘γ)(s)=γ(s)

Como (α∘β∘α)(s)=α(s), temos que a inversa da inversa de uma transformação é ela própria.

Teorema 2: O conjunto de todas as bijeções de um espaço qualquer S sobre S é um grupo de transformações

Teorema 3: Seja t,u∈G(S,⋅,1),Set⋅a=u;b⋅t=u, então a=t−1⋅u,b=u⋅t−1

Teoria de Subgrupo

Seja T um subconjunto de um grupo S. Se T é um subgrupo de S, então T é fechado pro operador de S e todo elemento tem inversa em T

Predefinição:AutoCat