どうしても今年のうちに位数88の群を分類したいので、生配信で分類していく様を見守るコンテンツです。この記事内に位数88の群の(できれば最小の)生成系による表示をすべて与えたらクリアとなります。
この記事は 日曜数学 Advent Calendar 2023 の16日目の記事です。
https://www.youtube.com/watch?v=8IFOlqLk9-I
位数88の群$G$に対してSylowの定理を適用する。88の各約数に対する2および11を法とする剰余は以下の表の通り。
$\mod 2$ | $\mod 11$ | |
---|---|---|
1 | 1 | 1 |
2 | 0 | 2 |
4 | 0 | 4 |
8 | 0 | 8 |
11 | 1 | 0 |
22 | 0 | 0 |
44 | 0 | 0 |
88 | 0 | 0 |
したがって、$\Syl_2(G)$の重複度は1または11であり、$\Syl_{11}(G)$の重複度は1である。よって、$\Syl_{11}(G)\lhd G$が成り立ち、Schur-Zassenhausの定理より$G=\Syl_{11}(G)\rtimes\Syl_2(G)$と書ける。位数11の群の型は$C_{11}$に限るので、$G$の型は位数8の群$G_8$と群準同型写像$\gamma:G_8\to\Aut(C_{11})$を用いて$G\simeq C_{11}\rtimes_\gamma G_8$と表すことができる。今、$\Aut(C_{11})\simeq C_{10}$と$\#\Imm\gamma\cdot\#\Ker\gamma=8$から、$\Imm\gamma$は$C_1$もしくは$C_2$と同型である。
ここで、次のことを確認しておく。
$G_8$を位数8の群、$\gamma,\gamma':G_8\to \Aut(C_{11})$を像の位数が2の群準同型写像とする。このとき、次の2つは同値。
(1) $C_{11}\rtimes_\gamma G_8\simeq C_{11}\rtimes_{\gamma'} G_8$
(2) $\psi(\Ker\gamma)=\Ker\gamma'$なる$\psi\in\Aut(G_8)$が存在する。
$C_{11}\rtimes_\gamma G_8, C_{11}\rtimes_{\gamma'} G_8$上の演算をそれぞれ$\cdot_\gamma,\cdot_{\gamma'}$で表すことにする。
(1)→(2)
$\Phi:C_{11}\rtimes_\gamma G_8\to C_{11}\rtimes_{\gamma'} G_8;(g,h)\mapsto(\phi_1(g,h),\phi_2(g,h))$を群同型写像とする。
今、$C_{11}\lhd C_{11}\rtimes_\gamma G_8$から
\begin{align}
\phi_2(g,1)=1
\end{align}
が成り立つ。すると
\begin{align}
&\Phi(g,h)\\
&=\Phi((g,1)\cdot_{\gamma}(1,h))\\
&=\Phi(g,1)\cdot_{\gamma'}\Phi(1,h)\\
&=(\phi_1(g,1),1)\cdot_{\gamma'}(\phi_1(1,h),\phi_2(1,h))\\
&=(\phi_1(g,1)\phi_1(1,h),\phi_2(1,h))\\
\end{align}
より、射影$\pi:C_{11}\times G_8\to G_8;(g,h)\mapsto h$を用いれば、写像$\phi:G_8\to G_8;h\mapsto\pi(\Phi(1,h)) $は自己同型写像となる。
今、$h\in\Ker\gamma$とすると、任意の$g\in C_{11}$に対し\begin{align}
&(1,\phi(h))\cdot_{\gamma'}(g,1)\\
&=\Phi(1,h)\cdot_{\gamma'}\Phi(g',1)\\
&=\Phi((1,h)\cdot_{\gamma}(g',1))\\
&=\Phi((g',1)\cdot_{\gamma}(1,h))\\
&=\Phi(g',1)\cdot_{\gamma'}\Phi(1,h)\\
&=(g,1)\cdot_{\gamma'}(1,\phi(h))\\
\end{align}
より、$\phi(h)\in\Ker\gamma'.$ただし上記の計算中$\phi_1(g',1)=g$を満たす$C_{11}$の元として$g'$を導入した。
(2)→(1)
写像$\Psi:C_{11}\rtimes_\gamma G_8\to C_{11}\rtimes_{\gamma'} G_8;(g,h)\mapsto(g,\psi(h))$が群同型写像であることを示す。(単位元の一致、逆元の一致については割愛)
$g_1,g_2\in C_{11};h_1,h_2\in G_8$について
\begin{align}
&\Psi(g_1,h_1)\cdot_{\gamma'}\Psi(g_2,h_2)\\
&=(g_1,\psi(h_1))\cdot_{\gamma'}(g_2,\psi(h_2))\\
&=(g_1\gamma'_{\psi(h_1)}(g_2),\psi(h_1)\psi(h_2))\\
&=(g_1\gamma_{h_1}(g_2),\psi(h_1h_2))\\
&=\Psi(g_1\gamma_{h_1}(g_2),h_1h_2)\\
&=\Psi((g_1,h_1)\cdot_{\gamma}(g_2,h_2)).
\end{align}
よって、$C_{11}\rtimes_\gamma G_8\simeq C_{11}\rtimes_{\gamma'} G_8.$
この補題から$C_{11}\rtimes_\gamma G_8$の型は、$G_8$の型および$\Ker\gamma$として$G_8$の指数1または2の部分群(下表では$N$)を同型写像で移り合う違いを除いて定めることで決定される。これらを列挙すると
$G_8$の型 | $G_8$の表示 | $N$の表示 | $N$の型 | $[G:N]$ | |
---|---|---|---|---|---|
I | $C_8$ | $\langle a\mid a^8\rangle$ | $\langle a\rangle$ | $C_8$ | 1 |
II | $C_8$ | $\langle a\mid a^8\rangle$ | $\langle a^2\rangle$ | $C_4$ | 2 |
III | $C_4\times C_2$ | $\langle a,b\mid a^4,b^2,a^{-1}bab\rangle$ | $\langle a,b\rangle$ | $C_4\times C_2$ | 1 |
IV | $C_4\times C_2$ | $\langle a,b\mid a^4,b^2,a^{-1}bab\rangle$ | $\langle a^2,b\rangle$ | $E_4$ | 2 |
V | $C_4\times C_2$ | $\langle a,b\mid a^4,b^2,a^{-1}bab\rangle$ | $\langle a\rangle$ | $C_4$ | 2 |
VI | $E_8$ | $\langle a,b,c\mid a^2,b^2,c^2,(ab)^2,(bc)^2,(ca)^2\rangle$ | $\langle a,b,c\rangle$ | $E_8$ | 1 |
VII | $E_8$ | $\langle a,b,c\mid a^2,b^2,c^2,(ab)^2,(bc)^2,(ca)^2\rangle$ | $\langle a,b\rangle$ | $E_4$ | 2 |
VIII | $D_8$ | $\langle a,b\mid a^4,b^2,(ab)^2\rangle$ | $\langle a,b\rangle$ | $D_8$ | 1 |
IX | $D_8$ | $\langle a,b\mid a^4,b^2,(ab)^2\rangle$ | $\langle a^2,b\rangle$ | $E_4$ | 2 |
X | $D_8$ | $\langle a,b\mid a^4,b^2,(ab)^2\rangle$ | $\langle a\rangle$ | $C_4$ | 2 |
XI | $Q_8$ | $\langle a,b\mid a^4,a^2b^2,a^{-1}bab\rangle$ | $\langle a,b\rangle$ | $Q_8$ | 1 |
XII | $Q_8$ | $\langle a,b\mid a^4,a^2b^2,a^{-1}bab\rangle$ | $\langle a\rangle$ | $C_4$ | 2 |
となる。
以上を踏まえて、位数88の群は以下の12種に分類される。
$G$の型 | $G$の表示 | $\Syl_2(G)$の型 | $\Ker\gamma$ |
---|---|---|---|
$C_{88}$ | $\langle a\mid a^{88}\rangle$ | $C_8$ | I |
$C_{11}\rtimes C_8$ | $\langle a,b\mid a^{11},b^{8},ab^{-1}ab\rangle$ | $C_8$ | II |
$C_{44}\times C_2$ | $\langle a,b\mid a^{44},b^2,a^{-1}bab\rangle$ | $C_4\times C_2$ | III |
$C_{22}\rtimes C_4$ | $\langle a,b\mid a^{22},b^4,ab^{-1}ab\rangle$ | $C_4\times C_2$ | IV |
$D_{22}\times C_4$ | $\langle a,b\mid a^{44},b^2,a^{23}bab\rangle$ | $C_4\times C_2$ | V |
$C_{22}\times E_4$ | $\langle a,b,c\mid a^{22},b^2,c^2,a^{-1}bab,a^{-1}cac,(bc)^2\rangle$ | $E_8$ | VI |
$D_{44}\times C_2$ | $\langle a,b,c\mid a^{22},b^2,c^2,(ab)^2,(bc)^2,a^{-1}cac\rangle$ | $E_8$ | VII |
$D_8\times C_{11}$ | $\langle a,b\mid a^{44},b^2,a^{21}bab\rangle$ | $D_8$ | VIII |
$C_{11}\rtimes D_8$ | $\langle a,b,c\mid a^{11},b^4,c^2,ab^{-1}ab,(bc)^2,a^{-1}cac\rangle$ | $D_8$ | IX |
$D_{88}$ | $\langle a,b\mid a^{44},b^2,(ab)^2\rangle$ | $D_8$ | X |
$Q_8\times C_{11}$ | $\langle a,b,c\mid a^4, c^{11},a^2b^2, a^{-1}bab,a^{-1}c^{-1}ac,b^{-1}c^{-1}bc\rangle$ | $Q_8$ | XI |
$Q_{88}$ | $\langle a,b\mid a^{22},a^{11}b^2,ab^{-1}ab\rangle$ | $Q_8$ | XI |
12月31日(日)の夜(時間未定)より、位数2024の群の分類をやります。そちらの記事も立てますのでよろしくお願いします。