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当G是自由群时,∀x∈G都不是有限阶的,因此它生成的子群〈x〉是自由循环群.比较自由群与自由乘积的定义,不难看出
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命题A.9 如果G是自由群,A是自由生成元组,则
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6.用母元和关系表示一个群
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拓扑学中,常用母元和关系来表现一个群.在许多场合,这种方法有几何直观性,应用起来方便而自然.
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设X是一个非空集合.∀x∈X,可构造一个自由循环群Z(x)如下:Z(x)={xn|n∈Z},乘法为xn·xm=xn+m.
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规定自由群
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则X⊂F(X),并且是F(X)的一个自由生成元组.称F(X)是由X所生成的自由群.
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设R是F(X)的一组元素,[R]是由R生成的F(X)的正规子群(即包含R的最小正规子群),引进记号
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{X;R}∶=F(X)/[R],
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它是F(X)的一个商群.
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设G是一个群,X是G的一个生成元组.于是自由群F(X)的每个元素自然地决定G中有同一形式的元素,由此规定了从F(X)到G的一个满同态.因此G可看作F(X)的一个商群,记上述同态的核为N,则G=F(X)/N.如果F(X)的一个元素组R生成的正规子群就是N,则G={X;R}.把X与R一起称为G的一个表示,它们分别称为这个表示的母元组和关系组.当X与R都是有限集合时,就称X与R为G的一个有限表示.
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如果X是G的自由生成元组,则G=F(X),于是
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G={X;∅},
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或简单写成G={X}.
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下面再给出两个简单的例子.
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若G是以a和b为基的自由交换群,则
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G={a,b;aba-1b-1}.
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设x是n阶循环群Zn的生成元,则
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Zn={x;xn}.
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用母元和关系来看群的自由乘积,有很简单的表达形式.当两个群都用母元和关系来表示时,则它们的自由乘积的一个表示可用以下方式得到:把两个群的母元组作无交并,两个群的关系组也作无交并,分别得到自由乘积的表示中的母元组和关系组.以上结果的论证这里略去了.
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7.群的交换化
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设G为群,∀a,b∈G,记
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