Умножение перестановок, обратная перестановка, группа перестановок — различия между версиями

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
(Источники и литература)
(Пример)
Строка 26: Строка 26:
 
==Пример==
 
==Пример==
  
<tex dpi="130"> a = {{1, 2, 3, 4, 5, 6} \choose {2, 5, 6, 3, 1, 4}},
+
<tex> \varphi(1)=\begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 \\ 2 & 5 & 6 & 3 & 1 & 1 \end{bmatrix} </tex> 
b = {{1, 2, 3, 4, 5, 6} \choose {4, 1, 3, 6, 5, 2}} </tex>
+
   
 +
<tex> \varphi(2)=\begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 \\ 4 & 1 & 3 & 6 & 5 & 2 \end{bmatrix} </tex>
  
<tex dpi="130"> {{1, 2, 3, 4, 5, 6} \choose {2, 5, 6, 3, 1, 4}} \circ {{1, 2, 3, 4, 5, 6} \choose {4, 1, 3, 6, 5, 2}} =  
+
<tex> (\varphi(1) \circ \varphi(2))_i=</tex>
      {{4, 1, 3, 6, 5, 2} \choose {3, 2, 6, 4, 1, 5}} \circ {{1, 2, 3, 4, 5, 6} \choose {4, 1, 3, 6, 5, 2}} =
+
<tex> \begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 \\ 2 & 5 & 6 & 3 & 1 & 4 \end{bmatrix} \circ</tex> 
      {{1, 2, 3, 4, 5, 6} \choose {3, 2, 6, 4, 1, 5}}
+
<tex> \begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 \\ 4 & 1 & 3 & 6 & 5 & 2 \end{bmatrix} =  
</tex>
+
\begin{bmatrix} 4 & 1 & 3 & 6 & 5 & 2 \\ 3 & 2 & 6 & 4 & 1 & 5 \end{bmatrix} \circ
 +
\begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 \\ 4 & 1 & 3 & 6 & 5 & 2 \end{bmatrix} =</tex>
 +
<tex>\begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 \\ 3 & 2 & 6 & 4 & 1 & 5 \end{bmatrix}</tex>
  
 
=Обратная перестановка=
 
=Обратная перестановка=

Версия 04:39, 3 декабря 2011

Умножение перестановок

Определение:
Умножением (композицией) перестановок называется перестановка, получающаяся по следующему правилу: [math] (a \circ b)_i = a_{b_i} [/math]


Утверждение:
Умножение перестановок ассоциативно: [math] (a \circ (b \circ c))_i = ((a \circ b) \circ c)_i [/math]
[math]\triangleright[/math]

Доказывается простым раскрытием скобок.

  1. [math] (a \circ (b \circ c))_i = a_{(b \circ c)_i} = a_{b_{c_i}} [/math]
  2. [math] ((a \circ b) \circ c)_i = (a \circ b)_{c_i} = a_{b_{c_i}} [/math]
[math]\triangleleft[/math]

Пример

[math] \varphi(1)=\begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 \\ 2 & 5 & 6 & 3 & 1 & 1 \end{bmatrix} [/math]

[math] \varphi(2)=\begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 \\ 4 & 1 & 3 & 6 & 5 & 2 \end{bmatrix} [/math]

[math] (\varphi(1) \circ \varphi(2))_i=[/math] [math] \begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 \\ 2 & 5 & 6 & 3 & 1 & 4 \end{bmatrix} \circ[/math] [math] \begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 \\ 4 & 1 & 3 & 6 & 5 & 2 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 4 & 1 & 3 & 6 & 5 & 2 \\ 3 & 2 & 6 & 4 & 1 & 5 \end{bmatrix} \circ \begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 \\ 4 & 1 & 3 & 6 & 5 & 2 \end{bmatrix} =[/math] [math]\begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 \\ 3 & 2 & 6 & 4 & 1 & 5 \end{bmatrix}[/math]

Обратная перестановка

Определение:
Обратной перестановкой [math] a^{-1} [/math] к перестановке [math] a [/math] называется такая перестановка, что: [math] (a^{-1} \circ a)_i = (a \circ a^{-1})_i = i [/math]


При представлении перестановки в виде циклов обратную перестановку можно легко получить, инвертировав все ребра в циклах.

[math] a = (1, 3, 2), (4, 5) \Rightarrow a^{-1} = (1, 2, 3), (4, 5) [/math]


Определение:
Перестановка, равная своей обратной, называется инволюцией: [math] a_i = a^{-1}_i \Rightarrow (a \circ a ^{-1})_i = (a \circ a)_i = a_{a_i} = i [/math]


Утверждение:
Число инволюций можно посчитать, используя рекуррентную формулу: [math] a(n) = a(n-1) + (n-1)a(n-2),\ где a(0) = 1,\ a(1) = 1,\ n\gt 1.[/math]
[math]\triangleright[/math]

Доказательство:

Рассмотрим n-ый элемент перестановки. Возможны два случая, где он может находиться:

  1. n-ый элемент стоит на своём месте. Тогда оставшиеся [math]n-1[/math] элемент должны представлять собой инволюцию длины [math]n-1[/math], значит число таких перестановок равно [math]a (n-1)[/math]
  2. n-ый элемент стоит на некотором месте [math] k \ne \neq n [/math]. Тогда, чтобы перестановка была инволюцией, элемент k должен стоять на месте n. При этом остальные [math]n-2[/math] элемента также должны образовывать инволюцию длины [math]n-2[/math]. Получаем, что для фиксированного k существует [math]a (n-2)[/math] инволюций, но так как элемент k можно выбрать [math]n-1[/math] способом, то получается [math] (n-1) a (n-2) [/math] инволюций.
Таким образом, получаем формулу [math] a(n) = a(n-1) + (n-1)a(n-2)[/math]
[math]\triangleleft[/math]

Группа перестановок

Определение:
Пусть [math] M [/math] - множество, [math] M = \{ x, y, z, ... \} [/math], и на этом множестве задана бинарная операция [math] \circ [/math], такая, что [math] \forall x, y \in M: x \circ y = z \in M [/math].

Тогда группой называется алгебраическая структура, удовлетворяющая следующим свойствам:

  1. [math] (g_1 \circ g_2) \circ g_3 = g_1 \circ (g_2 \circ g_3) [/math] - ассоциативность соответствующей бинарной операции.
  2. Существование нейтрального элемента [math] e [/math] относительно [math] \circ [/math]: [math] \forall g \in M: g \circ e = e \circ g = g [/math]
  3. Существование обратного элемента [math] g^{-1} [/math] : [math] \forall g \in M: \exists g^{-1} \in M: g \circ g^{-1} = g^{-1} \circ g = e [/math]


Утверждение:
Множество перестановок с [math] n [/math] элементами с операцией умножения является группой (часто группу перестановок называют симметрической, и обозначают [math] S_n [/math]).
[math]\triangleright[/math]
Свойства 1 и 3 доказаны выше, а в качестве нейтрального элемента можно брать тождественную перестановку ([math] \pi_i = i [/math]).
[math]\triangleleft[/math]

Мощность множества симметрических групп: [math]\mid S_n \mid = n![/math]


Теорема Кэли утверждает, что любая конечная группа изоморфна подгруппе соответствующей группе перестановок.

Источники и литература

  • [1] - инволюция (Wikipedia, the free encyclopedia)
  • Александров П.С. Лекции по аналитической геометрии, Стр.768, издательство "Наука", 1968 г.