Automorf. di $G$ con $G$ t.c. $o(a)=2\quad\foralla\inG-{id}$

Messaggioda Steven » 08/04/2010, 00:39

Ciao a tutti.
Direi che è arrivato il momento di prendere un po' confidenza con questa sezione. :)

Volevo un parere su questa questione. Un esercizio mi chiedeva:
Mostrare che ogni gruppo finito con più di due elementi possiede automorfismi non banali.

Ecco, è oggi che l'ho letto quindi non è che ci abbia pensato molto.
In maniera "manuale" avevo fatto qualche caso, e mi è nata la domanda: nel caso in cui il gruppo \( \displaystyle G \) sia tale che ogni suo elemento ha ordine \( \displaystyle 2 \) , come è fatto tale automorfismo non banale?
Di un gruppo siffatto sappiamo che è abeliano, e che l'ordine è potenza di due. Poi ricorrendo ai p-gruppi penso si arrivi a qualcosa di più, ma non penso l'esercizio lo richieda.

A questo dubbio ci sono arrivato perchè ho voluto costruire a mano gli automorfismi nei vari casi.
Ricorrendo al coniugio, quindi prendendo \( \displaystyle g\inG \) fuori dal centro, e ponendo
\( \displaystyle \phi(x)=g^{-1}xg \) ho un automorfismo, ma diventa quello banale nel caso di abelianità.
Nel tal caso, l'automorfismo potrebbe essere
\( \displaystyle \phi(g)=g^{-1} \) .
Infatti iniettività e suriettività sono banali, e vale
\( \displaystyle \phi(ab)=b^{-1}a^{-1}=\phi(b)\phi(a)=\phi(a)\phi(b) \) avendo usato l'abelianità.

Nel caso che domando, notate che anche questo automorfismo scade in quello banale. Un hint per esibire questo automorfismo nel caso specifico?
Suppongo che in realtà questo spezzettamento di casi si evita, ed esiste un filo logico più globale, che magari ho anche fatto in passato ma ora non ricordo.

Osservazioni e contributi di vari tipo sono ben accette.
Buona giornata! :wink:
Steven
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Messaggioda Martino » 08/04/2010, 08:25

Direi che è arrivato il momento di prendere un po' confidenza con questa sezione. :)
Ben trovato :D

La nozione attorno a cui stai levitando in questi tuoi dubbi è quella di \( \displaystyle GL(n,q) \) :D (gruppo generale lineare - general linear group).

Un gruppo in cui ogni elemento diverso da 1 ha ordine 2, come hai osservato, è abeliano, e per il teorema di struttura dei gruppi abeliani finitamente generati esso è del tipo \( \displaystyle {C_2}^n \) per qualche \( \displaystyle n \geq 1 \) (dove \( \displaystyle C_2 \) è il gruppo ciclico di ordine 2).

Se \( \displaystyle q \) è una potenza di un numero primo e \( \displaystyle n \geq 1 \) definiamo \( \displaystyle GL(n,q) \) come il gruppo delle matrici invertibili \( \displaystyle n \times n \) a coefficienti in \( \displaystyle \mathbb{F}_q \) (il campo con q elementi). Esso naturalmente è un gruppo. E' facile vedere che se q è un numero primo p allora \( \displaystyle GL(n,p) \cong \text{Aut}({C_p}^n) \) (il motivo sostanziale è che ogni automorfismo di \( \displaystyle {C_p}^n = {\mathbb{F}_p}^n \) è \( \displaystyle \mathbb{F}_p \) -lineare).

Ne segue che \( \displaystyle \text{Aut}({C_2}^n) \cong GL(n,2) \) . Si tratta di un gruppo di ordine \( \displaystyle (2^n-1)(2^n-2)...(2^n-2^{n-1}) \) .
Per esempio \( \displaystyle \text{Aut}({C_2}^3) \cong GL(3,2) \) è un gruppo di ordine 168, e si dimostra essere semplice non abeliano.

In parole povere, un generico automorfismo di \( \displaystyle {C_2}^n \) è identificabile ad una matrice \( \displaystyle n \times n \) invertibile a coefficienti nel campo con 2 elementi (esattamente come un automorfismo \( \displaystyle \mathbb{R} \) -lineare di \( \displaystyle \mathbb{R}^n \) è identificabile ad una matrice reale invertibile \( \displaystyle n \times n \) , una volta scelta una base).
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Messaggioda Steven » 08/04/2010, 23:25

Ciao Martino, grazie per la risposta e il benvenuto. :wink:

Ironia della sorte oggi, durante la lunga esercitazione, il prof ha proposto proprio questo problema.
L'iter è stato lo stesso mio (ironizzando, il prof, sul fatto che il 90% delle persone dimentica la possibilità che l'automorfismo che manda all'inverso può essere banale, fallendo l'esercizio). :)

Ecco, ovviamente il procedimento usato è stato questo da te scritto.
Tuttavia io lo scorso anno non ho seguito come sai a Roma e non mi ritrovo la nozione di \( \displaystyle \mathbb{F}_p \) -lineare.
Nella dimostrazione, leggo tra gli appunti veloci che ho preso, trovo anche il concetto di \( \displaystyle \mathbb{Z} \) e \( \displaystyle \mathbb{Z}_2 \) modulo, e si verifica (qua facile) che il gruppo ha una struttura di spazio vettoriale su \( \displaystyle \mathbb{Z}_2 \) .
Però purtroppo, come ti dicevo, ignoro questi concetti. Cercando brevemente, forse con la chiave sbagliata, non ho trovato. Puoi passarmi magari un link?

Seconda cosa.
L'isomorfismo con lo spazio delle matrici invertibili ci prova l'esistenza di questi automorfismi. Mi chiedevo come risalire dalla matrice all'automorfismo, se lo si volesse esibire esplicitamente.
Mettiamoci ad esempio nel tuo caso (passami la notazione additiva)
\( \displaystyle \mathbb{Z}_2\times\mathbb{Z}_2\times\mathbb{Z}_2 \) con ben 167 automorfismi non banali.
Ecco, ad esempio la matrice a coefficienti in \( \displaystyle \mathbb{Z}_2 \)

\( \displaystyle \begin{bmatrix} 0 & 1 & 0 \\ 1 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 1
\end{bmatrix}$ \)
che legge individua?

Scusa le lacune.
Grazie mille per il tempo, buona giornata. :wink:
Steven
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Messaggioda Martino » 09/04/2010, 10:18

Steven ha scritto:Tuttavia io lo scorso anno non ho seguito come sai a Roma e non mi ritrovo la nozione di \( \displaystyle \mathbb{F}_p \) -lineare.
Nella dimostrazione, leggo tra gli appunti veloci che ho preso, trovo anche il concetto di \( \displaystyle \mathbb{Z} \) e \( \displaystyle \mathbb{Z}_2 \) modulo, e si verifica (qua facile) che il gruppo ha una struttura di spazio vettoriale su \( \displaystyle \mathbb{Z}_2 \) .
Però purtroppo, come ti dicevo, ignoro questi concetti. Cercando brevemente, forse con la chiave sbagliata, non ho trovato. Puoi passarmi magari un link?
Si tratta della stessa $k$-linearità che si studia in algebra lineare, dove $k$ è un qualche campo. Credo che tu abbia seguito un corso di algebra lineare. Magari sei abituato a farla su campi come $RR$ o $CC$. Ma anche \( \displaystyle \mathbb{F}_q \) è un campo, e tu puoi considerare uno spazio $n$-dimensionale $V$ su questo campo e considerare gli omomorfismi (le applicazioni lineari) invertibili $V to V$, e avanti. Dimmi se sono stato poco chiaro.

Mettiamoci ad esempio nel tuo caso (passami la notazione additiva)
\( \displaystyle \mathbb{Z}_2\times\mathbb{Z}_2\times\mathbb{Z}_2 \) con ben 167 automorfismi non banali.
Ecco, ad esempio la matrice a coefficienti in \( \displaystyle \mathbb{Z}_2 \)

\( \displaystyle \begin{bmatrix} 0 & 1 & 0 \\ 1 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 1
\end{bmatrix}$ \)
che legge individua?
E' semplice algebra lineare.
Leggendola in base canonica, si tratta della funzione che manda $v=((a),(b),(c))$ nella moltiplicazione della tua matrice per v, cioè $((b),(a+b),(b+c))$.
Ultima modifica di Martino il 10/04/2010, 23:14, modificato 1 volta in totale.
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Messaggioda Steven » 10/04/2010, 15:25

Perfetto Martino, è tutto chiaro.
Non avevo colto di essere in un caso particolare dell'algebra lineare, per questioni di terminologia: non avevo mai sentito usare l'espressione $K$ lineare.
Ora torna ovviamente tutto.

Dunque grazie per la pazienza e la rinfrescata di memoria.
Un saluto, buon weekend! :wink:
Steven
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Messaggioda Martino » 10/04/2010, 18:14

Ciao, altrettanto :D
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