1.GRUPLAR Tanım 1.1. G boş olmayan bir küme ve , G de bir ikili işlem olsun. ( G , ) cebirsel yapısına aşağıdaki aksiyomları sağlıyorsa bir grup denir. 1) 2) 3) a, b, c G için a (b c) (a b) c (Birleşme özelliği) sağlanır. a G için a e e a a olacak şekilde e G a G için a a1 a1 a e olacak şekilde a 1 G ( denir) vardır. vardır. elemanına a nın tersi Not 1.2. 1) ( G , ) grubunun birim elemanı tektir. Gerçekten kabul edelim ki e ve iki birim eleman olsun. e birim eleman olduğundan a G için a e e a a ve özel olarak alınırsa bulunur. Aynı şekilde bir birim eleman olduğundan a G için ve özel olarak a e alınırsa bulunur. Böylece olur. 2) ( G , ) grubunun her g G elemanının tersi tektir. Kabul edelim ki g nin tersi g1 ve g 2 olsun. Bu halde g g1 g1 g e ve g g2 g2 g e eşitlikleri sağlanır. Böylece g1 g1 ( g g2 ) ( g1 g ) g2 e g2 g2 olur. Tanım 1.3. ( G , ) bir grup ve a, b G için a b b a değişme özelliği sağlanıyorsa G grubuna değişmeli grup veya Abel grubu denir. Tanım 1.4 ( G , ) grubu değişmeli değilse bu gruba değişmeli olmayan grup denir. Tanım 1.5. G sonlu bir küme ise ( G , ) grubuna bir sonlu grup denir ve eleman sayısına grubun mertebesi denir. G sonsuz bir grup ise ( G , ) grubuna bir sonsuz grup denir. ( G , ) grubunun mertebesini ile göstereceğiz. 1 Örnekler 1.6. 1) , * işlemine göre bir grup ve aşağıdaki gibidir. birim eleman ise grubunun işlem tablosu Tablodan anlaşıldığı gibi bu grup değişmelidir. 2) * işlemine göre bir grup ve birim eleman ise aşağıdaki gibidir. grubunun işlem tablosu Tablodan anlaşıldığı gibi bu grup değişmelidir. 3) }, * işlemine göre bir grup ve birim eleman ise grubunun işlem tablosu aşağıdaki gibi 4 değişik biçimdedir( İzomorfizma farkıyla dördüncü mertebeden sadece 2 tane grup olduğunu daha sonra göstereceğiz). 2 a) c) b) d) b) deki grubunda her elemanın karesi birim olan (Kleinin 4-lü grubu) bir değişmeli grup olduğu anlaşılır. 4) tamsayılar kümesi, bilinen toplama işlemine göre bir toplamsal gruptur. 5) Rasyonel sayılar kümesi ℚ ve ℝ reel sayılar kümesi, bilinen toplama işlemine göre bir toplamsal gruptur. 6) ℚ -{0} ve ℝ -{0} kümeleri, bilinen çarpma işlemine göre bir değişmeli çarpımsal gruptur. 7) G ={ 1, -1 } kümesi, çarpma işlemine göre mertebesi 2 olan bir değişmeli gruptur. 8) G ={1, -1, i, i } kümesi, çarpma işlemine göre mertebesi 4 olan bir değişmeli gruptur. 9 ) n birpozitif tamsayı ve ℝ reel sayılar kümesi olsun. Girdileri ℝ içinde olan lik matrisler kümesini ℝ ile gösterelim. Bu halde her n 1 için ℝ ℝ : ≠0 matrislerde çarpma işlemine göre bir gruptur. Matrislerde değişme özelliği olmadığından ℝ değişmeli olmayan bir gruptur. Bu gruba n. dereceden Genel Lineer grup denir. 10) Zn {0, 1, 2,..., n 1} olmak üzere işlemi altında ( Z n , ) bir değişmeli gruptur. Bu grubun birimi 0 dır. 3 11) ℝ reel sayılar kümesi olsun. x, y G için x y ( x y) / (1 xy) ℝ ile bir işlemi tanımlansın. (G, ) nın bir değişmeli grup olduğunu gösterelim. a) [( x y) / (1 xy)]2 1 x2 2 xy y 2 1 2 xy x 2 y 2 (1- x 2 )(1- y 2 ) 0 için x y G dir. Böylece b) x, y, z G için x ( y z) ( x y z xyz) / (1 xy xz yz) ( x y) z olduğundan x, y, z G için x ( y z) ( x y) z dir. c) d) 0 0 olduğundan 0 birim elemandır. 0 olduğundan x elemanının tersi x dir. e) x, y G için x y y x olduğundan (G, ) bir değişmeli gruptur. 12) Aşağıdaki kümelerin verilen işlemi altında bir grup oluşturmadığını gösterelim. a) a b max{a, b} işlemi altında ( Z , ) b) a b min{a, b} ile ( Z , ) c) a b a b ab ile ℝ Çözüm. a) 1, birim eleman fakat 2 a 1 olması max{2,a}=1 olmasını gerektirir. Bu çelişki oluşturur. b) Birim elemanı yoktur. e gibi birim elemanı olsaydı a Z için a e olurdu. e , Z nin en büyük elemanı olurdu. Bu çelişki oluşturur. c) 0 birim elemandır. 1 b 0 olması 1=0 olmasını gerektirdiğinden 1 in tersi yoktur. 13 ) için iki grup olsun. ile tanımlanan . işlemine göre gruptur. Bu gruba Şimdi grup aksiyomlarının sağlandığını gösterelim. ile nin direkt çarpımı denir. i) için olduğundan kapalılık özelliği sağlanır. ii) için 4 Dolayısıyla iii) de olur. sırasıyla nin birim elemanı iseler işlemine göre birimdir. Gerçekten, için olur. iv) ve 14) deki herhangi bir eleman nin o işlemine göre tersi Herhangi bir 2 için nin nin tersi, olmak üzere ( nin işlemine göre tersi ) dir. ile aralarında asal olan elemanlarının oluşturduğu kümeyi ile gösterelim. Yani olmak üzere işlemi tanımlansın. ( olsun. kümesi için ) bir gruptur. Gerçekten, için = 1 olması = 1 olmasını gerektirdiğinden dir. ii) işlemi üzerinde birleşme özelliğine sahip olduğu açıktır. iii) ve her için = olduğundan ( , ) nın birim elemanıdır. iv) ise ile aralarında asal olduğundan = 1 olacak şekilde . = 0 olduğundan tersinirdir. Ayrıca için olduğundan < > değişmeli bir gruptur. i) Önerme 1.7. ( Kısaltma Özelliği) (G, ) bir grup ise a,b,c G için aşağıdaki ifadeler sağlanır. i) a b a c b c ii) a c b c a b İspat: i) a b a c a1 (a b) a 1 (a c) (a 1 a) b (a 1 a) c bc ii) a c b c (a c) c1 (b c) c 1 a (c c 1 ) b (c c 1 ) a e be 5 ab Tanım 1.8. olmak üzere olmak üzere bir pozitif tam sayı ve bir grup olsun. olarak tanımlanır. Teorem 1.9. Bir grubunda aşağıdaki gibi alınan herhangi bir n ( ) li çarpımda aşağıdaki kural geçerlidir : (*) . olur. İspat. olsun. Şu halde olup ( * ) eşitliğini ( ** ) olarak ifade edebiliriz. Şimdi k yı sabit tutalım ve ( ** ) eşitliğinin her olduğunu tümevarımla gösterelim. için Tanım 1.8 den için doğru eşitliği vardır. ve iddia için doğru olsun. Yani olsun. Tanım 1.8 den elde edilir ve böylece den eşitliği elde edilir. Birleşme özelliğinden ve Tanım 1.8 den olduğundan eşitliğini ederiz. Böylece ispat tamamlanmış olur. 6 Önerme 1.10. ≠ bir küme ve , de bir ikili işlem olsun. işlemi, kapalılık ve birleşme aksiyomları ile aşağıdaki aksiyomları sağlasın: A) olmak şartıyla (sol birim) ve B) de alınan herhangi bir a elemanı için olmak şartıyla bir ( nın sol tersi ) bulunabilsin. Bu takdirde kapalılık, birleşme, A), B) koşulları grup aksiyomlarına denktirler. İspat. işlemi üzerinde kapalılık ve birleşme aksiyomlarını sağladığını kabul edelim. Ayrıca A) ve B) özellikleri varsa ( ) nın bir grup olacağını gösterelim : olur. Şu halde elde ederiz. Böylece dir. Şimdi sol birimin de işlemine göre birim olduğunu yani için eşitliğini gösterelim. B) den için olacak şekilde Böylece elde ederiz. Tersine, , bir grup ise A) ve B) özellikleri sağlanır. vardır. Not 1.11. grubunda işlemi yerine genellikle “ toplama” veya “çapma” işaretleri kullanılır. İşlem ise, gruba toplamsal grup denir. Bu durumda yerine, yazılır. Toplamsal grubun etkisiz elemanı 0G ile ve bir elemanının tersi – ile gösterilir. İşlem ise, gruba çarpımsal grup denir. Bu durumda yerine veya ab yazılır. Çarpımsal grubun etkisiz elemanı veya ( veya sadece e ) ile gösterilir. Bir nin tersi ile gösterilir. Şimdi çarpımsal bir grupta bir elemanın kuvvetini tanımlayalım. Tanım 1.12. bir çarpımsal grup ve olsun. için 7 0 0 0 ile tanımlanır. Önerme 1.13. i) ii) iii) bir çarpımsal grup ve olsun. için, değişmeli bir grup ise İspat: i) olduğunu, üzerinden tümevarım uygulayarak ispatlayalım. için olduğu tanımdan kolayca görülür. için kabul edip için eşitliği ispatlayalım: ii) için için eşitliği ispatlayalım : iii) İspatı özelliğinden n elde ederiz. Şimdi olur. Eşitliğin n için doğru olduğunu kabul edip üzerinden tümevarımla yapalım. için birleşme ve değişme için eşitliğin doğru olduğunu kabul edelim. Yani, olsun. Son eşitlin her iki yanını ile çarparsak elde ederiz. Birleşme ve değişme özelliğini kullanarak, eşitliğini elde ederiz. Böylece ispatı tamamlamış oluruz. 8 için Not 1.14. için doğrudur. olduğundan Önerme 1.13, = Tanım 1.15. ( ,+) bir grup ve olsun. için 0 0 0 0 ile tanımlanır. Önerme 1.16. ( ,+) bir grup ve i) ii) iii) için olsun. İspat. Önerme 1.13 deki ispat teknikleriyle yapabiliriz. Sorular 1) G bir grup olmak üzere aşağıdaki eşitlikleri gösteriniz. (a) birim eleman olmak üzere . (b) olmak üzere . (c) için . 2) Aşağıdaki kümelerin verilen işlem altında bir grup olup olmadığını belirleyiniz. (a) tamsayılar kümesi ve olmak üzere , (b) ℝ reel sayılar kümesi ve olmak üzere ℝ , (c) ℝ pozitif reel sayılar kümesi olmak üzere (ℝ , ). 3) ℝ reel sayılar olmak üzere ℝ = işlemi altında ℝ 4) ℝ inceleyiniz., ℝ olmak üzere nın bir grup olduğunu gösteriniz. ve olmak üzere nin bir grup olup olmadığını 9 5) ℚ ≠0 işlemine göre bir gruptur. Gösteriniz. ≠0 kümesi kompleks sayılardaki çarpma 6) ℝ reel sayılar olmak üzere ℝ ℝ ℝ olsun. ℝ ℝ dönüşümünü tanımlayalım. ℝ = işlemi altında bir grup olduğunu gösteriniz. 7) ℚ rasyonel sayılar kümesi olmak üzere ℚ ile ℝ kümesinin bileşke bir grup mudur ? 8) Aşağıdaki kümelerin verilen işlem altında bir grup olup olmadığını belirleyiniz. (a) Matrislerde toplama işlemine göre lik reel matrislerin kümesi (b) Matrislerde çarpma işlemine göre lik reel matrislerin kümesi (c) lik reel değerli köşegen matrislerin kümesi 9) ℝ ℝ kümesinin matris çarpımına göre bir grup oluşturduğunu gösteriniz. kümesinin matris çarpımına göre bir grup oluşturduğunu 10) 0 gösteriniz. Ayrıca deki her elemanın mertebesinin sonsuz olduğunu görünüz. ℝ grubunda 11) elemanının varsa tersini bulunuz. 12) kümesinin birlikte bir değişmeli grup olduğunu gösteriniz. ikili işlemi ile 13) kümesinin şeklinde tanımlanan * işleme göre bir grup olup olmadığını inceleyiniz. 14) boş olmayan bir küme in tüm alt kümelerinin ailesi (kuvvet kümesi) olmak üzere aşağıda verilen ikili işlemlere göre in bir grup olup olmadığını belirleyiniz. olsun. (a) (b) (c) 15) bir grup ve olduğunu gösteriniz. olsun. ve ise 10 16) G bir grup olmak üzere gösteriniz. 17) Bir G grubunda 18) için ise ise, G grubunun değişmeli olduğunu olduğunu gösteriniz. olması için gerek ve yeter koşul bir grup ve olsun. olmasıdır, gösteriniz. 19) Eleman sayısı çift olan bir grupta, tersi kendisine eşit olan birimden farklı bir eleman var olduğunu ispatlayınız. 20) ℚ ℚ değişmeli grup olduğunu gösteriniz. olmak üzere 21 ) bir grup ve olsun. Şu halde, G içinde bir tek çözümü olduğunu ispatlayınız. 22) olmak üzere ℚ ve ℚ ve nin denklemlerinin 0 ) kümesinin çarpım altında bir grup olduğunu gösteriniz. ( 23) Aşağıdaki ifadeler doğru/ yanlış mıdır? Doğru ise ispatlayınız, yanlış ise nedenini bir örnekle açıklayınız. (a) Bir grupta birden fazla birim eleman bulunabilir. (b) sonlu bir grup, olsun. olacak şekilde bir vardır. (c) grup ise denklemi de tek türlü çözüme sahiptir. (d) bir grup ve olsun. ise dir. (e) bir grup ve olsun. dir. (f) grubu iki elemanlı ise Abel grubudur. (g) bir grup ve olsun. dir. (h) Bir grupta her lineer denklemin çözümü vardır. KAYNAKLAR [1] D.S.Malik, John.N.Mordeson, M.K.Sen, Abstract algebra, Mc Graw –Hill International Editions,1997. [2] Fethi Çallıalp, Örneklerle Soyut Cebir, Birsen Yayınevi, 2011. [3] Göksel Ağargün, Erol Balkanay, Nilgün Aygör, Soyut Cebir, 2000. [4] Joseph A.Gallian, Contemporary Abstract Algebra,1992. [5] John B. Fraleigh, A First Course in Abstract Algebra. [6] Thomas W. Hungerford, Algebra,Springer. 11