Normalteiler
Bei den Normalteilern handelt es sich um spezielle
Untergruppen.
∀g∈G:gH=Hg
Sind diese beiden
Normalteiler die einzigen
Normalteiler einer
Gruppe, dann heißt die
Gruppe einfach.
Diese Definition ist dadurch gerechtfertigt, dass im Allgemeinen die Rechts- und
Linksnebenklassen nicht übereinstimmen müssen.
Sei
G=D3. Diese
Diedergruppe wird erzeugt von
a und
b mit folgenden Gesetzen
a3=b2=(ab)2=1.
H={1,b} ist eine
Untergruppe von
D3.
Es ist
aH={a,ab}=/{1,a2b}=Ha.
Bei der Suche nach einem Gegenbeispiel wurde bewusst eine nicht
abelsche Gruppe gewählt, den es gilt
Satz 5211D
Beweis
Wenn wir ein
x∈aH als
x=a∘h darstellen können, gilt auch
x=h∘a, womit
x∈Ha. Analog zeigt man
x∈Ha⟹x∈aH.
□
Satz 5329K
Beweis
Sei
H eine
Untergruppe von
G und
ind(G:H)=2. Dann gibt es mit
H genau eine weitere
Nebenklasse aH mit
a∈/H. Nach
Satz 5211B bilden die Links- und
Rechtsnebenklassen eine
Zerlegung. Es gilt aber
Ha=/H. Dann muss, weil es nur zwei
Nebenklassen gibt,
aH=Ha gelten und
H ist
Normalteiler.
□
Satz 5212A
Eine
Untergruppe H von
G ist genau dann
Normalteiler, wenn für jedes
h∈H und
g∈G gilt:
g∘h∘g−1∈H.
Beweis
"
⟹": Seien
g∈G und
h∈H beliebig. Dann ist
g∘h∈gH, wegen
gH=Hg gilt aber auch
g∘h∈Hg. Jetzt muss es aber ein
h1∈H geben mit:
g∘h=h1∘g, umgeformt:
g∘h∘g−1=h1, womit also
g∘h∘g−1∈H gilt. Da wir
g und
h beliebig gewählt hatten, gilt die Behauptung.
"
⇐": Sei jetzt
g∘h∘g−1∈H für beliebige
g∈G und
h∈H. Wir wollen zeigen, dass
gH=Hg gilt. Sei
x∈gH, dann gibt es ein
h∈H mit
x=g∘h, woraus
x∘g−1=g∘h∘g−1 folgt. Nach Voraussetzung ist die rechte Seite aber Element von
H, womit auch
x∘g−1∈H gilt. Es ist aber
x=x∘g−1∘g, womit aber
x∈Hg und
gH⊆Hg folgt. Die andere
Inklusion zeigt man wieder analog.
□
Die Logik ist die Hygiene, deren sich der Mathematiker bedient, um seine Gedanken gesund und kräftig zu erhalten.
Hermann Weyl
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