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準同型と同型 基本演習md b9f6ae6
exercise/math/abstract-algebra/homomorphisms-and-isomorphisms.exercise.n.md

準同型じゅんどうけいhomomorphism同型どうけいisomorphism 基本きほん演習えんしゅう

date2026-06-06document_iddoc_490066d11a4ecceed23c93e1b9ef9035description群準同型、環準同型、核、像、同型、第一同型定理を確認する基本演習。prerequisites[群準同型/ぐんじゅんどうけい]と[同型/どうけい] / [準同型/じゅんどうけい]の[基本/きほん] / [第一同型定理/だいいちどうけいていり]の[見取図/みとりず]type[問題/もんだい][演習/えんしゅう]content_typeexercisestatusactiverelateddata/lecture/math/abstract-algebra/group-homomorphisms-and-isomorphisms.lecture.n.md / data/lecture/math/abstract-algebra/homomorphism-basics.lecture.n.md / data/lecture/math/abstract-algebra/homomorphism-theorems-overview.lecture.n.md
mathabstract-algebrahomomorphismexercise

3順序じゅんじょじょう注意ちゅうい

問題もんだい1・2 は「群準同型ぐんじゅんどうけい同型どうけい」まででめる。問題もんだい4 は「準同型じゅんどうけい基本きほん」のあとに、問題もんだい3 は「第一同型定理だいいちどうけいていり見取みと」のあとあつかう。証明しょうめい演習えんしゅうでは、まえ導入どうにゅうした部分群判定法ぶぶんぐんはんていほう正規部分群せいきぶぶんぐん使つかう。

4問題もんだい1:群準同型ぐんじゅんどうけいgroup homomorphism確認かくにんする

φ:ZZ/5Zφ(k)=[k]さだめる。これは加法かほうadditionぐんgroup準同型じゅんどうけいhomomorphismか。

4.1解答かいとう

準同型じゅんどうけいhomomorphismである。任意にんい整数せいすう a,b について

φ(a+b)=[a+b]=[a]+[b]=φ(a)+φ(b)

だからである。

4.2解説かいせつ

準同型じゅんどうけいhomomorphismでは、演算えんざんoperationしてからうつすことと、うつしてから演算えんざんoperationすることが一致いっちするかをる。

5問題もんだい2:かくkernelもとめる

問題もんだい1の準同型じゅんどうけいhomomorphismかくkernelもとめよ。

5.1解答かいとう

かくkernel[0]おくられる整数全体せいすうぜんたいである。

kerφ=5Z

である。

5.2解説かいせつ

かくkernelつぶれる部分ぶぶんである。このれいでは、5 の倍数ばいすうが 0 の剰余類じょうよるいおくられる。

6問題もんだい3:第一同型定理だいいちどうけいていり使つか

直積集合ちょくせきしゅうごう Z/6Z×Z/4Z成分せいぶんごとの加法かほう

([a]6,[b]4)+([c]6,[d]4)=([a+c]6,[b+d]4)

れるとぐんになる。このぐんへの群準同型ぐんじゅんどうけい

ψ:ZZ/6Z×Z/4Z,k([k]6,[k]4)

かくぞうもとめ、第一同型定理だいいちどうけいていりあたえる同型どうけいべよ。

6.1解答かいとう

ψ(k)=([0]6,[0]4) となるのは 6 と 4 がともに kるときである。したがって

kerψ=lcm(6,4)Z=12Z.

ぞう([1]6,[1]4)生成せいせいする巡回部分群じゅんかいぶぶんぐんである。また、整数せいすう k, について

ψ(k)=ψ()6(k-)かつ4(k-)12(k-)

である。したがって ψ(0),,ψ(11)たがいにことなり、任意にんいψ(k) はそのいずれかにひとしいので、ぞうはちょうど 12 げんつ。よって第一同型定理だいいちどうけいていりから

Z/12Z([1]6,[1]4)[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"le\")")]Z/6Z×Z/4Z

る。

6.2解説かいせつ

終域しゅういきは 24 げんつが、ぞうはその半分はんぶんの 12 げんだけである。第一同型定理だいいちどうけいていりは、かくつぶしたぐん終域全体しゅういきぜんたいではなくぞう同型どうけいになることを具体的ぐたいてきしめす。

7問題もんだい4:環準同型かんじゅんどうけいかくぞう

写像しゃぞう

ev0:Z[x]Z,f(x)f(0)

環準同型かんじゅんどうけいであることをしめし、そのかくぞうもとめよ。

7.1解答かいとう

任意にんいf,gZ[x] について

ev0(f+g)=f(0)+g(0),ev0(fg)=f(0)g(0),ev0(1)=1

なので、ev0環準同型かんじゅんどうけいである。f(0)=0 であることは f定数項ていすうこうが 0 であることと同値どうちであり、そのとき f(x)=xq(x)ける。したがって

ker(ev0)=xZ[x]

である。また、任意にんいnZ定数多項式ていすうたこうしき nぞうなので、

Im(ev0)=Z

である。

7.2解説かいせつ

評価写像ひょうかしゃぞうは、多項式たこうしき演算えんざんあたい演算えんざんうつす。かく xZ[x] は 0 をこん多項式たこうしき全体ぜんたいであり、環準同型かんじゅんどうけいかくがイデアルになる具体例ぐたいれいである。

8証明しょうめい演習えんしゅうかくkernel単射たんしゃinjection関係かんけい

8.1問題もんだい

φ:GH群準同型ぐんじゅんどうけいgroup homomorphismとする。kerφ正規部分群せいきぶぶんぐんであること、また φ単射たんしゃinjectionであることと kerφ={eG}同値どうちであることを証明しょうめいせよ。

8.2解答かいとう

φ(eG)=eH なので eGkerφ であり、かくからではない。また、a,bkerφ なら

φ(ab-1)=φ(a)φ(b)-1=eH

なので ab-1kerφ であり、部分群判定法ぶぶんぐんはんていほうから部分群ぶぶんぐんである。さらに gGakerφたいして

φ(gag-1)=φ(g)φ(a)φ(g)-1=eH

なのでかくkernel正規せいきである。

φ単射たんしゃinjectiongkerφ なら、φ(g)=eH=φ(eG) から g=eG である。よって kerφ={eG} である。ぎゃくkerφ={eG} とし、φ(g1)=φ(g2) とする。このとき φ(g1g2-1)=eH なので g1g2-1=eG である。よって g1=g2 である。

8.3解説かいせつ

かくkernel準同型じゅんどうけいhomomorphismつぶれる部分ぶぶんである。かくkernel単位元たんいげんidentity elementだけなら、ことなるもとおなさきつぶれない。

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