对于集合 G,若 \forall x,y\in G,x*y\in G,则称 G 对于二元运算 * 封闭,或 * 是 G 上的二元运算。
称满足以下条件的集合 G 和 G 上的二元运算 * 构成一个群:
注意 * 是 G上的二元运算,因此你可能还需要验证封闭性。
我们发现这套符号系统很像乘法,因此可以沿用类似乘法的方式,记幺元为 1,记 a*b 为 ab,记 k 个 a 连乘为 a^k。
若群 G 内仅有有限个元素,则称 G 为有限群。若群 G 内有无限个元素,则称 G 为无限群。称有限群 G 中元素的个数为 G 的阶,记作 |G|。
我们参考子集和真子集的定义。对于群 G,若集合 H\subseteq G,且 H 符合群的定义,则称 H 为 G 的子群,记作 H\le G(其实严格的定义不是这样的)。特别地,当 H\ne G 时,称 H 为 G 的真子群,记作 H<G。我不知道为什么要用 < 号,可能是为了区分群本身作为集合时的子集。只要记住这里没有序关系就行了。
对于 G 的子群 H 和元素 a\in G,定义 H 的(左)陪集aH=\{ah:h\in H\}。
根据 G 的封闭性可得,aH\subseteq G。
当 a\notin H 时,aH 不是群,因为没有幺元。
直观理解一下:我们从 H 外面选一个元素 a,和 H 内的所有元素乘一遍,肯定会得到一个大小为 |H| 的集合,记作 aH。首先我们发现,H 和 aH 没有交集。如果我们在 H 和 aH 之外再选一个 a',则 H,aH,a'H 也两两不相交。换句话说,我们可以把 G 划成一族大小为 |H| 的集合。于是就有我们的拉格朗日定理:
\forall G,H<G,\exist k\in Z,k|H|=|G|
对于群 G 的任意子群 H,|H| 整除 |G|。
对于一个群 G,若 \exist a\in G,\forall b\in G,\exist k\in\mathbf{Z},b=a^k,则称 G 为循环群。直观来看就是,群 G 中的每一个元素都可以表示为 a 的 k 次幂。称 a 为 G 的生成元,记为 G=\left<a\right>。当然,一个循环群内可能有多个元素可以作为它的生成元。
称 |\left<a\right>| 为元素 a 的阶。显然有 a^{|\left<a\right>|}=e。
对于正整数 m\ge2,所有小于 m 且与 m 互素的整数对于模 m 意义下的乘法构成一个群,其大小为 \phi(m)。