例1:找出S3中所有不能和(123)交换的元。
解:因为 (123)(1) = (1)(123) = (123),(123)(132) = (132)(123) = (1),所以(1)、(132)和(123)均可以交换;
而(12)(123) = (23),(123)(12) = (13),故 (12)(123) ≠ (123)(12),因此(12)和(123)不可交换;
同理,(13),(23)也与(123)不可交换。
因此,S3中所有不能和(123)交换的元有(12),(13),(23)。
定理9:Sn中每一个元都可以写为(12),(13),...,(1n)这n-1个2-循环置换中若干个的乘积。
【++证明补充:定理6(见上一篇文章):两个不相交的循环置换的乘积可交换。++】
证:设A = {1,2,...,n},Sn是n次对称群。
σ = (r1r2...rn),r = (t1t2...tl)是Sn中不相交的循环置换,即:
{r1,r2,...,rk} ∩ {t1,t2,...,tl} = ∅,将σ和r视为映射,证σr = rσ------
对任意i∈A,
①若i∈{r1,r2,...,rk},则i∉{t1,t2,...,tl},
σ(i) = rm,则rm∉{t1,t2,...,tl},从而:
(σ o r)(i) = σ(r(i)) = σ(i) = rm,(r o σ)(i) = r(σ(i)) = r(rm) = rm,
因此 (σ o r)(i) = (r o σ)(i) = rm,即σr = rσ;
②若i∈{t1,t2,...,tl},即i∉{r1,r2,...,rk},
令 r(i) = tn∉{r1,r2,...,rk},从而:
(σ o r)(i) = σ(r(i)) = σ(tn) = tn,(r o σ)(i) = r(σ(i)) = r(i) = tn,
因此(σ o r)(i) = (r o σ)(i) = tn,即σr = rσ;
③若i∉{t1,t2,...,tl,r1,r2,...,rk},则σ(i) = i = r(i),从而:
(σ o r)(i) = σ(r(i)) = σ(i) = i,(r o σ)(i) = r(σ(i)) = r(i) = i,
因此(σ o r)(i) = (r o σ)(i) = i,即σr = rσ。
综上所述,不管是哪种情况,都有σr = rσ,由此得证两个不相交的循环置换的乘积可交换。
例2:证明,一个k-循环置换的阶为k。
证:设σ = (i1i2...ik)是Sn上的一个k-循环,因为:
σ(i1) = i2,σ(i2) = σ(σ(i1)) = σ(i1)^2 = i3,σ(i3) = σ(σ(i2)) = σ(i1)^3 = i4,......,σ(i1)^(k-1) = ik,σ(i1)^k = σ(ik) = i1,
因此σ(i1)^k = i1,但σ(i1)^l ≠ i1(0<l<k),
类似地,对于任意j∈{2,3,k-1,k},都有σ(ij)^k = ij,且σ(ij)^l ≠ ij(l<k),
由此得σ^k = (1),也就是|σ| = k。
例3:证明,Sn中每一个元都可写为(12),(13),......,(1n)中若干个的乘积。
证:设σ是Sn中任一k-循环,
(1)若1在σ中出现,则:
σ = (1 i1 i2 ...... ik-1) = (1 ik-1)(1 ik-2)......(1 i1);
(2)若1没在σ中出现,则:
σ = (i1 i2 ...... ik) = (1 i1)(1 i1 i2 ...... ik) = (1 i1)(1 ik)(1 ik-1)......(1 i1)
综上,Sn中每一个元都可写为(12),(13),......,(1n)中若干个的乘积,命题得证。
(待续......)