自同构群(group of automorphisms)是一种重要的几何变换群。是几何学分类的依据。自同构群一种特殊的群。指群自身的映射所构成的群。群G的所有自同构在映射的合成运算下构成的一个群,称为群G的自同构群,常记为Aut(G)。
概念
自同构群是一种重要的几何变换群。是几何学分类的依据。设S是给定的空间,U是S上的一个图形,若S到自身的一个变换g把U变到U自身,则称g是关于U的自同构变换,简称关于U的自同构。S上关于U的自同构变换的全体构成一个变换群,称它为关于U的自同构群。在变换中保持不变的这个图形U称为绝对形。例如,在射影平面上取一条直线作无穷远直线,则在射影平面上保持无穷远直线不变的自同构射影变换构成一个变换群,它是关于无穷远直线的自同构群,同时它也是二维
射影变换群的子群,即
仿射变换群。
群的定义
群是一种只有一个运算的、比较简单的代数结构;是可用来建立许多其他代数系统的一种基本结构。
设G为一个非空集合,a、b、c为它的任意元素。如果对G所定义的一种代数运算“·”(称为“乘法”,运算结果称为“乘积”)满足:
(1)封闭性,a·b∈G;
(2)结合律,即(a·b)c = a·(b·c);
(3)对G中任意元素a、b,在G中存在惟一的元素x,y,使得a·x= b,y·a=b,则称G对于所定义的运算“·”构成一个群。例如,所有不等于零的实数,关于通常的乘法构成一个群;时针转动(关于模12加法),构成一个群。
满足交换律的群,称为交换群。
群是数学最重要的概念之一,已渗透到现代数学的所有分支及其他学科中。凡是涉及对称,就存在群。例如,可以用研究图形在变换群下保持不变的性质,来定义各种几何学,即利用变换群对几何学进行分类。可以说,不了解群,就不可能理解现代数学。
1770年,
拉格朗日在讨论代数方程根之间的置换时,首先引入群的概念,而它的名称,是
伽罗华在1830年首先提出的。
变换群
一组变换,对变换的乘积构成的群。设G为M上的有限或无限个变换的集合,若满足下面两个条件:①集合G中任意两个变换的乘积仍属于G;②集合G中每一个变换必有其逆变换,而且这个逆变换也属于G,则称G为M上的一个变换群。
例如,平移变换可以构成一个群:平面上任意两个平移变换的积仍是平移变换;每个平移变换都有逆变换,这个逆变换就是按原变换相反方向的变换,所以仍是平移变换。
用变换群来研究对应的几何学的观点,是由德国数学家克莱茵首先提出来的.1872年,克莱茵在埃尔朗根大学的教授就职演讲中,提出题为《关于近代几何研究的比较》的论文,论述了变换群在几何中的主导作用。他把到当时为止已发现的所有的几何,统一在变换群的观点之下,明确地给出了几何的一种新定义,即把几何定义为在某个变换群之下研究图形不变性质与不变量的一门科学。这种观点突出了变换群在研讨几何中的地位,为用近代数学方法研究几何学开辟了道路,因此后来把它简称为《
埃尔朗根纲领》。
按照变换群的观点,几何学可以这样分类:研究
射影变换群、
仿射变换群、
相似变换群、
正交变换群下不变性质和不变量的几何学分别是
射影几何学、
仿射几何学、抛物几何学、欧氏几何学。正交变换群也称为运动群,欧氏几何学的主要内容就是研究运动群下不变性质和不变量的几何学。近代发展很快、应用越来越广的一门学科——拓扑学,就是研究拓扑变换下不变性质和不变量的几何学。
同构
两个数学系统(例如两个代数系统),当它们的元素及各自所定义的运算一一对应,并且运算结果也保持一一对应,则称这两个系统同构,记为≌。它们对于所定义的运算,具有相同的结构。例如,十进制数与二进制数是同构的。
建立同构关系的映射,称为同构映射。例如,当映射为一一映射,并且对应元素关于运算保持对应时,就是同构映射。
同构是数学中最重要的概念之一。在很多情况,一个难题往往可以化成另一个同构的、似乎与它不相关的、已经解决的问题,从而使原问题方便地得到解决。虽然数学发展得越来越复杂,但利用同构概念,不仅使数学得到简化,而且使数学变得越来越统一。表面上似乎不同,但本质上等价的结果,可以用统一的形式表达出来。例如,如果四色定理得到了证明,其他数学分支中与它同构的几十个假设,也同时得到了证明。
仿射变换群
简称仿射群。一类基本的变换群。即由仿射空间中全体仿射变换所构成的变换群。例如,平面上的全体仿射变换构成平面上的
仿射变换群,它是平面射影变换中以无穷远直线为绝对形的自同构群。空间中全体仿射变换构成空间的仿射变换群,它是空间射影变换中以无穷远平面为绝对形的自同构群。研究在仿射群下不变性质与不变量的几何称为仿射几何。