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千葉大学 融合理工学府 数学情報科学専攻 数学・情報数理学コース 2017年8月実施 専門 B1

Author​

祭音Myyura (co-authored with GPT 6 Astra)

Description​

F3=Z/3Z\mathbb F_3=\mathbb Z/3\mathbb Z 上の群 GL2(F3)GL_2(\mathbb F_3) と G=SL2(F3)G=SL_2(\mathbb F_3) を考える。

(1) 両群の位数を求めよ。以下

S=(−1111),T=(01−10),U=(1101)S=\begin{pmatrix}-1&1\\1&1\end{pmatrix},\quad T=\begin{pmatrix}0&1\\-1&0\end{pmatrix},\quad U=\begin{pmatrix}1&1\\0&1\end{pmatrix}

とする。(2) ⟨S,T⟩\langle S,T\rangle の位数を求めよ。(3) G=⟨S,T,U⟩G=\langle S,T,U\rangle を示せ。(4) Sylow 33 部分群の個数を求めよ。(5) 交換子群 D(G)D(G) を求めよ。

题目描述​

考虑 F3\mathbb F_3 上的二阶一般线性群和特殊线性群 GG。(1) 求两群的阶。令 S,T,US,T,U 为上列矩阵。(2) 求 ⟨S,T⟩\langle S,T\rangle 的阶。(3) 证明三矩阵生成 GG。(4) 求 Sylow 33 子群个数。(5) 求交换子群。

Kai​

(1) 第1列は非零ベクトルから 88 通り、第2列はその張る直線の外から 66 通り選べる。行列式写像は F3×\mathbb F_3^\times への全射だから

∣GL2(F3)∣=48,∣G∣=24.|GL_2(\mathbb F_3)|=48,\qquad |G|=24.

(2) S2=T2=−I, TS=−STS^2=T^2=-I,\ TS=-ST より

Q:=⟨S,T⟩={±I,±S,±T,±ST}Q:=\langle S,T\rangle=\{\pm I,\pm S,\pm T,\pm ST\}

であり、これらは相異なる。したがって ∣Q∣=8|Q|=8。

(3) UU の位数は 33 である。⟨Q,U⟩\langle Q,U\rangle の位数は 88 と 33 の公倍数であり 2424 の約数なので、2424 である。

(4) Sylow の定理より個数は 11 または 44。TUT−1TUT^{-1} は非自明な下三角行列であり ⟨U⟩\langle U\rangle に属さないので、⟨U⟩\langle U\rangle は正規でない。よって個数は 44。

(5) 直接計算により USU−1=−TUSU^{-1}=-T, UTU−1=STUTU^{-1}=ST。したがって QQ は GG の正規部分群で、G/QG/Q は位数 33 の可換群である。ゆえに D(G)⊂QD(G)\subset Q。

交換子を [A,B]=ABA−1B−1[A,B]=ABA^{-1}B^{-1} とすると

[U,S]=−ST,[U,T]=S.[U,S]=-ST,\qquad [U,T]=S.

これらは QQ を生成するため Q⊂D(G)Q\subset D(G)。したがって D(G)=Q\boxed{D(G)=Q}。