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书谈:魔方推群论/Visual Group Theory:我对群的论述

已有 3921 次阅读 2021-12-10 15:38 |个人分类:2021-视频|系统分类:科研笔记

魔方推群论-4-Li.png


   Visual Group Theory关于群的定义,没有提到恒等操作,直到第四章才提到恒等操作。对于魔方来说,恒等操作就是灵魂。

魔方推群论/Visual Group Theory:我对群的论述 vs §1.4 Rules of a group_哔哩哔哩_bilibili


本节贴出Visual Group Theory§1.4 Rules of a group,实际上是关于群的定义。左边从下到上滚动的是Visual Group Theory的原文,下边从右到左的文字,是我的论述,似乎更贴近群论,更贴近魔方。一般的群论教科书,对群的定义是:操作(对应的英文为operation,表示为T)的一个集合,满足以下四个条件就构成一个群:(1) 任意两个操作的积还是集合内的一个操作;(2) 集合内有一个恒等操作I;(3) 每一个操作T都有一个逆操作T-1,使得TT-1=I(4) 操作的乘法满足结合律。群的元素个数定义为群的阶,能把群其他所有元素推导出来的元素,称为该群的生成元。需要强调的是,那本英文书(Visual Group Theory)关于群的定义,缺少恒等元素(恒等操作),恒等操作(恒等元素)也称为单位操作(单位元素)。对于群的定义来说,没有恒等操作就等于缺少一条腿,因此,Visual Group Theory的作者也承认他的定义是有缺陷的(Definition 1.9 (group, unofficially));但是,对于魔方来说,群的定义没有恒等操作,等于缺少了灵魂。还需要强调的一点是,“集合内有一个恒等操作I”,这个I不是阿拉伯数字1,也不等价于1.如果硬要有个对应的物理图像的话,这里的I等于单位矩阵。在群的矩阵表示理论中,单位矩阵就是恒等操作,即恒等元素。例如,魔方操作F,就是1个生成元,因为F·F=FF=F2 F·F·F=F’F·F·F·F=IF·F·F·F·F =F.  因此,集合{F,F2,F’,I}构成1个群,因为它满足群的4个条件。F的逆是F’F2的逆是它自己本身(对于五魔方,这个结论不成立),I的逆永远是它自己。实际上,{I,F2}也构成了1个群,这个2阶群是那个4阶群的子群。

操作序列(RUR’U’)也是1个生成元,其生成的群为{ (RUR’U’), (RUR’U’)^2, (RUR’U’)^3, (RUR’U’)^4, (RUR’U’)^5, I},因为(RUR’U’)(RUR’U’)^5=I,因此,(RUR’U’)^5(RUR’U’)的逆操作。显然,(URU’R’) 也是(RUR’U’)的逆操作,因为(RUR’U’) ·(URU’R’)= RUR’(U’·U)RU’R’= RU(R’R)U’R’= R(UU’)R’= RR’=I,这里用到了结合律。由此可见,缺少了恒等操作I,魔方就缺少了灵魂,群就缺少了1条腿。




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