Aritmetica 2014/2015 Esercizi svolti in classe 13 Novembre 1 Notazioni 1. Se G `e un gruppo indichiamo che un suo sottoinsieme G0 `e un suo sottogruppo come G > G0 . 2 Esercizi svolti in classe 1. Sia G un gruppo con 2 elementi. Provare che G `e abeliano. Abbiamo che G = {e, a}. Quindi aa = e o aa = a. Nel secondo caso, per la concellazione avremmo a = e, assurdo. Quindi aa = e, e abbiamo a−1 = a. Quindi sia a che e commutano con tutti gli elementi di G, e G `e abeliano. 2. Sia G un gruppo con 3 elementi. Provare che G `e abeliano. Sia G = {e, a, b}. Vogliamo dimostrare che ∀ x, y ∈ G, xy = yx. Dato che ee = e, ae = ea = a e eb = be = b rimane da dimostrare che ab = ba. Per la chiusura dell’operazione, ab ∈ G. Quindi una di queste tre uguaglianze deve deve sussistere ab = a. Ma allora per la legge di cancellazione sinistra (moltiplicando ambedue i membri a sinistra per a−1 ) abbiamo a−1 ab = a−1 a ⇐⇒ b = e ma questo vorrebbe dire che G ha solo due elementi, assurdo. ab = b. Analogamente, avremmo a = e, assurdo. ab = e. Quindi questo caso e’ verificato. Ma allora a = b−1 e a, b commutano perche’ commutano b, b−1 . 3. Sia G un gruppo e valga ∀ x, y ∈ G (ab)2 = a2 b2 . Allora G `e abeliano. Ho che ∀ a, b ∈ G (ab)2 = a2 b2 abab = aabb cancellazione dx e sx ba = ab 1 e questa `e la definizione di gruppo abeliano. 4. Dimostrare che Z2 × Z2 6= Z4 . In Z4 esiste un elemento di ordine 4, dato che 1, 2 · 1, 3 · 1, 4 · 1 = 0 in Z4 . Vediamo che nessun elemento di Z2 × Z2 ha ordine 4. ` l’identit`a, l’unico elemento di ordine 1. • o((0, 0)) = 1. E • o((1, 1)) = 2 dato che 2(1, 1) = (0, 0). • o((0, 1)) = 2 dato che 2(0, 1) = (0, 0). • o((1, 0)) = 2 dato che 2(1, 0) = (0, 0). 5. Sia G un gruppo finito. Dimostrare che esiste N ∈ N tale che ∀ a ∈ G aN = e. Sia a ∈ G; per la chiusura dell’operazione abbiamo che tutti gli elementi a1 , a2 , . . . , ar , . . . appartengono a G. Dato che G `e finito, ∃ n > r ∈ N tali che an = ar . Per la legge di cancellazione, an−r = e. Sia |G| = k. Abbiamo quindi dimostrato che ∀ ai ∈ G∃ ni ∈ N tale che ani i = e. Qk L’intero cercato `e N = i=1 Ni . Se volessimo il pi` u piccolo N possibile, per ogni a ∈ G nel ragionamenti di sopra dovremmo prendere i pi` u piccoli n, r tali che.... L’esistenza di questi n, r ci `e garantita dal fatto che N `e ben ordinato. 6. Sia G un gruppo e S ⊂ G un insieme finito chiuso rispetto all’operazione. Allora S `e un sottogruppo di G. Dobbiamo provare che e ∈ S e ∀ a ∈ G a−1 ∈ S. Sia S = {a1 , . . . , as } e a ∈ S. Consideriamo l’insieme S 0 = {aa1 , . . . , aas } Dato che S `e chiuso rispetto all’operazione, S 0 ⊂ S. Gli elementi {aa1 , . . . , aas } sono tutti distinti, dato che aai = aaj ⇐⇒ ai = aj per la legge di cancellazione in G. Abbiamo quindi S = S 0 e • Dato che a ∈ S 0 , ∃ ak ∈ S 0 tale che aak = a. Per la legge di cancellazione di G abbiamo ak = e ∈ S 0 = S. • Dato che e ∈ S 0 , ∃ at ∈ S 0 tale che aat = e, e quindi a−1 = at ∈ S 0 = S. 7. Sia G un gruppo ed esista n ∈ N, n > 2 tale che • (ab)n = an bn . • (ab)n+1 = an+1 bn+1 . • (ab)n+2 = an+2 bn+2 . 2 Dimostrare che G `e abeliano. Per ogni a, b ∈ G abbiamo (ab)n+1 = an+1 bn+1 (ab) ab = an+1 bn+1 n usando la cancellazione dx e sx n b a = (ab)n+2 (ab) n+1 abn = an+2 bn+2 ab = an+2 bn+2 usando la cancellazione dx e sx n+1 b a = abn+1 bbn a = abn b dato che bn a = abn babn = abn b babn = abbn usando la cancellazione dx ba = ab e quindi la tesi 8. Sia S un insieme chiuso rispetto ad una operazione e tale che esista l’identit` a destra e per ogni elemento un inverso destro. Ovvero • ∃ e ∈ S tale che ∀ a ∈ S ae = a. • ∀ a ∈ S exists y(a) ∈ S tale che ay(a) = e. Allora S `e un gruppo, ovvero e `e anche neutro sinistro e per ogni a ∈ S, y(a) `e inverso sinistro. Innanzitutto, y(a) ∈ S =⇒ ∃ y(y(a)) ∈ S tale che y(a)y(y(a)) = e. • Dimostro che ∀ a ∈ S y(a)a = e y(a)a = y(a)a y(a)a = y(a)ae y(a)a = y(a)ay(a)y(y(a)) y(a)a = y(a)(ay(a))y(y(a)) y(a)a = y(a)(e)y(y(a)) y(a)a = y(a)y(y(a)) y(a)a = e e quindi ∀ a ∈ S y(a) `e anche inverso sx. 3 • Voglio dimostare che ∀ a ∈ S ea = a. ∀ a ∈ S ea = (ay(a))a = a(y(a)a) = ae = a 9. Sia G gruppo e G, G0 < G. Allora G ∩ G0 < G. • Esistenza neutro. G < G =⇒ e ∈ G e G < G =⇒ e ∈ G. Quindi e ∈ G ∩ G0 . • Chiusura rispetto all’operazione. Siano a, b ∈ G ∩ G0 . Dato che G, G0 sono sottogruppi, ab ∈ G, G0 . Quindi ab ∈ G ∩ G0 . • Inverso. Sia x ∈ G ∩ G0 . Dato che x ∈ G, esiste x−1 . Dato che G, G0 < G, x−1 ∈ G, G0 =⇒ x−1 ∈ G ∩ G0 . Ripetiamo la dimostrazione usando il criterio semplificato per testare se un insieme `e un sottogruppo: basta vedere che ∀ x, y ∈ G ∩ G0 xy −1 ∈ G ∩ G0 . Abbiamo x, y ∈ G; dato che y ∈ G, y −1 ∈ G. Dato che G `e chiuso rispetto all’operazione, xy −1 ∈ G. Analogamente, xy −1 ∈ G0 , e quindi la tesi. 10. Sia G gruppo e G, G0 < G. Allora G ∪ G0 < G ⇐⇒ G ⊂ G0 ∨ G0 ⊂ G. Se G ⊂ G0 , abbiamo G ∪ G0 = G, e quindi G ∪ G0 `e sottogruppo di G. Analogo procedimento e conclusione se G0 ⊂ G. Supponiamo che G ( G0 ∨ G0 ( G, facciamo vedere che G ∪ G0 non `e un sottogruppo di G. Abbiamo che G ( G0 =⇒ ∃ a ∈ G − G0 e G0 ( G =⇒ ∃ b ∈ G0 − G. Dato che a ∈ G e b ∈ G0 abbiamo a, b ∈ G ∪ G0 . Supponiamo per assurdo che G ∪ G0 sia un sottogruppo di G. Per la chiusura dell’operazione, ∃ c ∈ G ∪ G0 t.c. ab = c ∈ G ∪ G0 . Dobbiamo avere c ∈ G o c ∈ G0 . • Se c ∈ G, dato che a ∈ G =⇒ a−1 ∈ G, ab = c =⇒ a−1 ab = a−1 c =⇒ b = a−1 c ∈ G assurdo. • Se c ∈ G0 si ragiona analogamente e si conclude a ∈ G0 , assurdo. Quindi se G ∪ G0 `e un sottogruppo di G deve essere G = G0 o G0 = G 3 Esercizi proposti 1. Sia G un gruppo con 4 elementi. Provare che G `e abeliano. 2. Sia G un gruppo con 5 elementi. Provare che G `e abeliano. 3. Sia G guppo e S ⊂ G. Dimostrare che S < G ⇐⇒ ∀ x, y ∈ S xy −1 ∈ S 4. Dimostrare che S4 non `e abeliano. 5. Dimostrare che ∀ n > 2 Sn non `e abeliano. 4 6. Sia G un gruppo ed esista n ∈ N, n > 2 tale che • (ab)n = an bn . • (ab)n+1 = an+1 bn+1 . Dimostrare che non necessariamente G `e abeliano. 5
© Copyright 2024 Paperzz