群论:同构 与 同态 (群同构 与 群同态)

article/2025/9/14 5:07:25

0、前言

群论中的同态和同构来描述两个群之间的相似关系

从中文上粗略看,同构好像指相同结构,同态好像不好说。

先上结论,从相似关系的程度来看:相同>同构>同态,即同态要求比同构更宽松,同构是一种特殊的同态。

1、单射、满射、双射

在了解同构和同态前,必须知道这双射这个概念。

单射、满射、双射是三种映射的特殊情况。

所谓映射就是非空集合X的元素x到非空集合Y的元素y的映射关系。

单射(injection):每一个x都有唯一的y与之对应;

满射(surjection):每一个y都必有至少一个x与之对应;

双射(又叫一一对应,bijection):每一个x都有y与之对应,每一个y都有x与之对应

一张图解释:

2. 同构(isomorphism)

同构的定义:

设有群(G,\circ )和群(H,\cdot),同构指G和H存在函数:f:G\to H,使得对于G中所有abH中所有AB,有f(a\circ b)=A\cdot B,其中 f(a)=Af(b)=B 。记作G\cong H

解释:同构指G的元素和H的元素存在一个双射,而且G和H上的二元运算也可以完全对应。

同构的两个群有点像:你在4S店中买车,面对两辆几乎完全一样的车。

仅仅满足双射是不够的,元素还必须整合在一起以相同的方式工作。若只满足双射,有可能出现以下场景:两辆车的零部件相同,一辆车已装配完毕,随时可以开走,而另一辆车则还处于一堆零件状态。

举例:

G(\mathbb{Z}/4\mathbb{Z},+)和群H(\{1,i,-1,i\},\times)是同构的。

H相当于复数旋转,复数旋转本质上就是旋转度数的模2pi加法。

clayey表如下:

根据clayey表颜色对应做映射,可知两群是同构的。 

3. 同态 homomorphism

在前言中可知,同态相较于同构是更宽松的概念。

同构指‘相同的形式",要求两集合间存在双射,而同态并无双射的要求。

给出同态的定义:

设有群(G,\circ )和群(H,\cdot),同态指G和H存在函数:f:G\to H,使得对于G中所有ab,有f(a\circ b)=A\cdot B,其中A=f(a)B=f(b)

解释:可见,同态并没有要求f是一个双射,是一个单射或者满射,单射时称为单同态,满射时称为满同态

举例

G=(\mathbb{R},+)和群G(\mathbb{R}^+,\times)是同态的。

 映射方法为:f(x)=e^x

所以f(x+y)=e^xe^y=f(x)f(y),所以它们是同态的。


http://chatgpt.dhexx.cn/article/yksx3KSO.shtml

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