Wichtige Beispiele für Gruppen
Jetzt, wo wir die Definition kennen, schauen wir uns konkrete Beispiele an. Diese Beispiele werden uns durch die gesamte Lineare Algebra begleiten.
Für jedes Beispiel verifizieren wir sorgfältig alle drei Gruppenaxiome.
Beispiel 1: – Die additiven Gruppe der ganzen Zahlen
Beispiel 1: – Die additiven Gruppe der ganzen Zahlen
Die ganzen Zahlen mit Addition bilden eine Gruppe:
Assoziativität: (bekannt aus der Schule)
Neutrales Element: Die , denn .
Inverses zu : Das Element , denn .
Diese Gruppe ist zudem abelsch, da für alle gilt.
Beispiel 2: – Rationale Zahlen ohne Null
Beispiel 2: – Rationale Zahlen ohne Null
Die rationalen Zahlen ohne die Null bilden mit Multiplikation eine Gruppe:
Assoziativität:
Neutrales Element: Die , denn .
Inverses zu : Der Kehrwert , denn .
Warum schließen wir die aus? Weil kein multiplikatives Inverses besitzt – es gibt kein mit .
Beispiel 3: Die Uhrengruppe
Beispiel 3: Die Uhrengruppe
Erinnern wir uns an die Uhr: Die Zahlen 0, 1, 2, ..., 11 bilden mit der zyklischen Addition eine Gruppe. Nach 12 sind wir wieder bei 0.
Allgemeiner: Für jede natürliche Zahl können wir die Zahlen betrachten und "zyklisch" addieren.
Neutrales Element: Die , denn .
Inverses zu : Die Zahl , denn .
Diese Gruppe hat genau Elemente.
Beispiel 4: – Die symmetrische Gruppe
Beispiel 4: – Die symmetrische Gruppe
Für eine Menge sei die Menge aller Bijektionen von nach . Mit der Komposition als Verknüpfung ist dies eine Gruppe:
Assoziativität: (folgt aus der Assoziativität der Abbildungskomposition)
Neutrales Element: Die Identitätsabbildung .
Inverses zu : Die Umkehrabbildung .
Für ist diese Gruppe nicht abelsch – die Reihenfolge der Hintereinanderausführung ist relevant.
Beispiel 5: Die triviale Gruppe
Beispiel 5: Die triviale Gruppe
Die kleinstmögliche Gruppe ist mit . Sie hat nur ein Element und erfüllt trivialerweise alle Axiome.
Zusammenfassung
und sind klassische Beispiele abelscher Gruppen
Die Uhrengruppe ist eine endliche zyklische Gruppe mit Elementen
Die symmetrische Gruppe mit Komposition ist i.A. nicht abelsch
Die Ordnung einer Gruppe ist die Anzahl ihrer Elemente
Übungen
In der 10-Uhrengruppe (mit Zahlen 0, 1, ..., 9): Was ist das Inverse von 7?
Wie viele Elemente hat ?
Zeige, dass mit der Subtraktion KEINE Gruppe bildet.