n≥3时,对称群Sn不存在2阶正规子群

近世代数问题
2025-06-21 22:37:38
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回答1:

事实上只有二次对称群有二阶正规子群,就是它本身。
假设n次对称群(n≥5)有二阶正规子群N,设为{e,a},则任意g∈Sn,
gN={g,ga}=Ng={g,ag},也就是ag=ga。下证这不可能。
不妨令置换a将i变为j:a(i)=j,1≤i,j≤n。
构造g∈Sn,g(i)=i,g(j)=k≠j。
则ag(i)=a(g(i))=a(i)=j,ga(i)=g(a(i))=g(j)=k,
也就是ag(i)≠ga(i),也就是ag≠ga,矛盾。

回答2:

可以应用对称群中的性质:型相同的两个置换共轭 来反证。
若存在{ (1), δ }由题易知,Any g ∈ Sn, 都有 g^{-1}δg=δ。
因为n>=3时,除了(1)以外的置换δ都至少有一个与之共轭的置换,即∃σ,g∈ Sn,s.t. g^{-1}δg=σ。 矛盾!