阿贝尔群 也称为 交换群 可交换群 ,它是满足其元素的运算不依赖于它们的次序(交换律公理)的 。阿贝尔群推广了整数集合的加法运算。阿贝尔群以挪威数学家 尼尔斯·阿贝尔 命名。
阿贝尔群的概念是 抽象代数 的基本概念之一。其基本研究对象是 向量空间 。阿贝尔群的理论比其他非阿贝尔群简单。有限阿贝尔群已经被透底地研究了。无限阿贝尔群理论则是正在研究的领域。
阿贝尔群 的群运算符合 交换律 ,因此阿贝尔群也被称为 交换群 。它由自身的 集合 G 二元运算 * 构成。它除了满足一般的群公理,即运算的 结合律 G 单位元 、所有 G 的元素都有 逆元 之外,还满足 交换律 公理
如果 n 自然数 x 是使用加号的阿贝尔群 G 的一个元素,则 nx 可以定义为 x + x + ... + x n 个数相加)并且(− n x = −( nx )。以这种方式, G 变成在整数的环 Z 上的模。事实上,在 Z 上的模都可以被识别为阿贝尔群。
关于阿贝尔群(比如在 主理想整环 Z 上的 )的定理经常可以推广到在任意主理想整环上的模。典型的例子是有限生成阿贝尔群的分类是在主理想整环上的有限生成模的结构定理的特殊情况。在有限生成阿贝尔群的情况下,这个定理保证阿贝尔群可以分解为挠群和 自由阿贝尔群 的直和。前者可以被写为形如 Z / p k Z 对于素数 p 的有限多个群的直和,而后者是有限多个 Z 的复本的直和。
如果 f , g : G H 是在阿贝尔群之间的两个 群同态 ,则它们的和 f + g ,定义为( f + g )( x ) = f ( x ) + g ( x ),也是阿贝尔同态。(如果 H 是非阿贝尔群则这就不成立。)所有从 G H 的群同态的集合Hom( G , H )因此是自身方式下的阿贝尔群。
某种程度上类似于 向量空间 维度 ,所有阿贝尔群都有秩。它定义为群的 线性无关 元素的最大集合的 。整数集和 有理数 集和所有的有理数集的子群都有秩1。
  • 整数集和加法运算"+"是阿贝尔群,指示为( Z ,+),运算 +组合两个整数形成第三个整数,加法是符合结合律的,零是加法单位元,所有整数 n 都有加法逆元− n ,加法运算是符合交换律的因为对于任何两个整数 m n m + n = n + m
  • 所有循环群 G 是阿贝尔群,因为如果 x , y G 中,则 xy = a m a n = a m+n = a n+m = a n a m = yx 。因此整数集 Z 形成了在加法下的阿贝尔群,整数模以 n Z / n Z 也是。
  • 所有环都是关于它的加法运算的阿贝尔群。在交换环中的可逆元形成了阿贝尔乘法群。特别是实数集是在加法下的阿贝尔群,非零实数集在乘法下是阿贝尔群。
  • 所有阿贝尔群的子群都是正规子群,所以每个子群都引发商群。阿贝尔群的子群、商群和直和也是阿贝尔群。
矩阵 即使是可逆矩阵,一般不形成在乘法下的阿贝尔群,因为矩阵乘法一般是不可交换的。但是某些矩阵的群是在矩阵乘法下的阿贝尔群 - 一个例子是2x2 旋转矩阵 的群。
整数模以n的循环群 Z / n Z 是最常见的群的例子。已证实了任意有限阿贝尔群都同构于素数阶的有限循环群的直和,并且这些阶数是唯一确定的,形成了一个不变量(invariant)的完备系统。有限阿贝尔群的自同构群可以依据这些不变量来直接描述。有关理论最初发展自费迪南德·格奥尔格·弗罗贝尼乌斯和Ludwig Stickelberger在1879年的论文,后来被简化和推广到在 主理想整环 上的有限生成模,形成了 线性代数 的一个重要组成部分。
分类
有限阿贝尔群的基本定理 声称所有有限阿贝尔群 G 都可以表达为素幂(prime-power)阶的循环子群的直和。这是有限生成阿贝尔群的基本定理在 G 有零秩时的特殊情况。
mn 阶的循环群
的直和,当且仅当 m n 互素 的。可推出任何有限阿贝尔群 G 同构于如下形式的直和
以任何下列规范方式:
  • k 1 ,..., k u 是素数的幂
  • k 1 整除 k 2 ,它又整除 k 3 ,如此直到 k u
例如,
可以被表达为3阶和5阶的两个循环群的直和:
。对于任何15阶的阿贝尔群这也成立,导致了所有15阶阿贝尔群都是 同构 的的显著结论。
另一个例子,所有8阶段阿贝尔群都同构于要么
(整数0到7在模8加法下),
(奇数1到15在模16乘法下),要么
小于等于16阶的有限阿贝尔群可参见小群列表。
Griffith, Phillip A. Infinite Abelian group theory. Chicago Lectures in Mathematics. University of Chicago Press. 1970. Hillar, Christopher and Rhea, Darren (2007), Automorphisms of finite abelian groups. Amer. Math. Monthly 114, no. 10, 917-923 Szmielew, Wanda (1955) "Elementary properties of abelian groups," Fundamenta Mathematica 41: 203-71.