集合(Set,文中记为S),是德国数学家康托儿提出的,源于古典数学问题研究。集合S中的元素,是平等的,没有结构的。用等价关系R可对集合进行划分。划分后,集合的元素不再平等,集合便具有了结构。离开等价关系来讨论集合的结构,是没有意义的。结构,使集合概念从古典数学范畴,切换到近代数学中。
群是定义在集合上的,并在集合上定义了某种保持性质的运算。集合上能够定义映射,群上当然也可以。在某个映射A的作用下,就有了等价关系,就有了划分集合的陪集。
陪集中有一个很独特……有他爸爸group的基因,就是也保持原来群的运算性质。这个陪集,是子群H。其它陪集,都是这个特殊陪集H的平移运算得到的。所有的陪集,构成所谓的商集合G/H。
群经过这种划分后,不再是一个平淡的、毫无差别的元素的集合了......群G的元素,立刻体现出了丰富的层次。这是具有重大数学意义的分类,也就是说不同的元素,有所区别了,这种区别被等价关系~定义的陪集所刻画了。商集,实现了类似降维的作用。但仅仅降维,是没多大意义的。我们希望降维后的新玩意儿,还带着原来群中我们最感兴趣的东西——运算的性质。这样的降维,既保留了我们感兴趣的东西,又使分析研究变得简单。
很可惜,不是群G所有的商集合,都能保持G的运算。应该注意的是,等价划分只与作用在群G上的映射A有关,能保持这种运算性质的映射,只能是态射!
你可能会说,不对啊!从群中挑出一些元素,构成规范子群/子群,没什么映射啊。Great!你隐含了一个态射/映射。
商集合保持了运算,有了群结构(指商集合继承了G的运算)后,变成商群,构造这个商集合的子群,是规范子群。这可是近世代数的命根子,使商群G/H真正实现了降维的作用。简单粗暴滴从集合S中找出一些元素,维数确实降低了,但找出的元素不具备原来集合的运算性质,降维就毫无意义了。
规范子群H刻画了G的一部分性质。可以说,规范子群的条件更严格,范围上是子群进一步的收缩。从群的中心定义: Z(G) = { a属于G | xa=ax,对任意x属于G } 来看,Z(G)也是规范子群,这里有一隐含的态射。
规范子群H与G上态射A的核是等价的。任何一个正规子群可以看成群到商群自然同态的核。反之,任何一个群同态的核, 都是正规子群。正规子群可以看成从同态核的性质中定义的。当群G可交换时,任何一个子群H,对G内任意的a,陪集aH都满足aH=Ha, 就是正规的。映射(或函数)的核这个概念……在泛函中也极其重要的东西,自然而然出来了。
当群是域上的向量空间V时,元素被赋线性结构(又是结构),正规子群也就被赋予线性结构,变成子空间。通过子空间线性映射f的核Kerf,构造商空间V/Kerf,从商空间V/Kerf到线性映射f的像空间Imf, 就是诱导映射,该诱导映射是同构映射,比同态更严格。
同构的逆映射是存在的,这在解释机器人运动学中有用途。从机器人关节空间到笛卡尔空间的正解、逆解在这个观点下,就很简单了……必可解。剩下的事儿,就是在f对应的自然同态的核的陪集(等价的,只是有些解让关节多浪费能量,有的让关节少浪费能量)中,找到一个适合的运动轨迹,即可。
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