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互不同构的18,20阶群

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1. 互不同构的18阶群
1. 互不同构的18阶Abel群
设A为18阶的Abel群,则[pic]。
由Sylow定理可以确定A的Sylow子群阶数分别是:[pic]和[pic]。
从而得到A的初等因子有(2,3,3)和(2,9)。
所以18阶Abel群有两个:[pic]和[pic]。
(2,3,3)化为不变因子是(3,6),所以[pic]。
(2,9)化为不变因子是(18),所以[pic]。
从而确定互不同构的18阶Abel群有两个:[pic]和[pic]。

2. 互不同构的18阶非Abel群
设G为18阶非Abel群。
由Sylow定理可知,G必有9阶的Sylow-3子群,不妨记为S。
2.1 S是循环群:
则[pic],再取G中2阶元b [pic],则有[pic]。
设[pic],
则[pic],故[pic]。
由[pic]可解得[pic],即[pic]。
所以,[pic]。
2.2 S不是循环群:
则必有[pic],再取G中2阶元c[pic],则有[pic]。
设[pic]。则有:
[pic][pic]
[pic][pic]
所以可以得到如下的同余方程组:
[pic] 其中[pic]
而且,在解这个同余方程组的时候,应当注意到如下的事实:
即若方程组有一解为[pic],则还有对应的另一解[pic] 但是这两组解从本质上讲是一样的,这是因为只要交换下第一组解的a和b的位置,就能的到第二组解,所以,这两组解只算作一组解。从而我们可以得到如下7组方程组的解:
⑴[pic] 即 [pic]
⑵[pic] 即 [pic]
⑶[pic] 即 [pic]
⑷[pic] 即 [pic]
⑸[pic] 即 [pic]
⑹[pic] 即 [pic]
⑺[pic] 即 [pic]
下面再来探究这几组解的性质:
首先,因为G非Abel群,所以(2)不合条件,舍去。
对于(3):有[pic];
即在(1)中用[pic]代替a,用a代替b,可见(3)和(1)同构。
对于(4):有[pic];
即在(1)中用[pic]代替a,用[pic]代替b,可见(4)和(1)同构。
对于(5):有[pic];
即在(1)中用[pic]代替a,b保持不变,可见(5)和(1)同构。
对于(6):有[pic];
即在(1)中a保持不变,用[pic]代替b,可见(6)和(1)同构。
对于(7):可证明(7)与(1)不同构:
反证法:若(7)与(1)同构, 则存在(7)中的[pic],可以代替(1)中a的位置。 但[pic], 即在(1)中[pic],这与[pic]矛盾。 所以(7)与(1)不同构。
故剩余的是:[pic];
[pic]。

所以,互不同构的18阶非Abel群有:
[pic];
[pic];
[pic];

2. 互不同构的20阶群
1. 互不同构的20阶Abel群
设B为20阶的Abel群,则[pic],
由Sylow定理可以确定B的Sylow子群阶数分别是:[pic]和[pic]。
从而得到B的初等因子有(2,2,5)和(4,5),
所以20阶Abel群有两个:[pic]和[pic]。
(2,2,5)化为不变因子是(2,10),所以[pic];
(4,5)化为不变因子是(20),所以[pic];
从而确定互不同构的20阶Abel群有两个:[pic]和[pic]。

2. 互不同构的20阶非Abel群
设G为20阶非Abel群。
由Sylow定理可知,G必有5阶的Sylow-5子群和4阶的Sylow-2子群。
Sylow-5子群的个数满足:[pic],只有唯一解[pic],记这唯一的Sylow-5子群[pic]。
Sylow-2子群个数满足:[pic],则[pic]或[pic]。
当[pic]时,G是Abel群,所以,[pic]。
这时,G有5个相互共轭的4阶Sylow-2子群,不妨记其中一个为K。
2.1 K是循环群:
则[pic]。
设[pic],则[pic],
所以[pic],即[pic],i可取1,2,3,4。
⑴[pic],则G是Abel群,舍去。
⑵[pic],则[pic],此时[pic]。
⑶[pic],则[pic],此时[pic],与⑵同构。
⑷[pic],则[pic],此时[pic]。
2.2 K不是循环群:
则[pic]。
设[pic],
则有[pic],
所以[pic],即[pic]。i可取1,4;j可取1,4。
⑴[pic],则G是Abel群,舍去。
⑵[pic],则[pic],
此时[pic]。
⑶[pic],则显然与⑵同构。
⑷[pic],则[pic],
此时[pic],
所以与⑵同构。

所以,互不同构的20阶非Abel群有
[pic]
[pic]
[pic]

3. 结论
18阶Abel群:[pic],[pic];
18阶非Abel群:[pic]; [pic]; [pic]。
20阶Abel群:[pic],[pic];
20阶非Abel群:[pic]; [pic]; [pic]。

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