Autor Tema: ¿Existe una fórmula para calcular subgrupos no cíclicos?

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07 Marzo, 2023, 02:07 pm
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manooooh

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Hola!

Sabemos que si un grupo es cíclico, todos los subgrupos son cíclicos.

Los subgrupos cíclicos son aquellos que están generados por los elementos del subgrupo.

Un grupo es cíclico si existe al menos un elemento que genera a todo el grupo.

Ahora bien, sabemos que si el grupo NO es cíclico, habrán subgrupos cíclicos y subgrupos NO cíclicos.

Mi pregunta es si hay alguna manera de encontrar estos últimos con alguna fórmula o algoritmo, o si depende del grupo.

Una muy buena idea sería usar el teorema de Lagrange para saber cuál es el orden de los subgrupos. Por ejemplo, si el grupo tienen orden 8 los posibles subgrupos son de orden 1, 2, 4 y 8. El de orden 1 es el trivial que es cíclico, el de orden 8 es el impropio. Faltaría analizar los de orden 2 y 4. Pero los de orden 2 son de la forma \( \{e,a\} \) con \( a \) elemento involutivo (también son cíclicos cuando se vio lo que generaba cada elemento del grupo). Y los de orden 4 seguro uno es el neutro, y los otros se pueden ir tomando de a pares y ver si 1) operándolos da otro elemento, 2) es realmente un subgrupo.

Pero hacer este análisis es, como ven, bastante tedioso y no automático.

¿Hay alguna otra forma de hallar estos subgrupos no cíclicos?

Gracias!!
Saludos

07 Marzo, 2023, 04:47 pm
Respuesta #1

Luis Fuentes

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Hola

Sabemos que si un grupo es cíclico, todos los subgrupos son cíclicos.

Los subgrupos cíclicos son aquellos que están generados por los elementos del subgrupo.

Un grupo es cíclico si existe al menos un elemento que genera a todo el grupo.

Ahora bien, sabemos que si el grupo NO es cíclico, habrán subgrupos cíclicos y subgrupos NO cíclicos.

Mi pregunta es si hay alguna manera de encontrar estos últimos con alguna fórmula o algoritmo, o si depende del grupo.

Una muy buena idea sería usar el teorema de Lagrange para saber cuál es el orden de los subgrupos. Por ejemplo, si el grupo tienen orden 8 los posibles subgrupos son de orden 1, 2, 4 y 8. El de orden 1 es el trivial que es cíclico, el de orden 8 es el impropio. Faltaría analizar los de orden 2 y 4. Pero los de orden 2 son de la forma \( \{e,a\} \) con \( a \) elemento involutivo (también son cíclicos cuando se vio lo que generaba cada elemento del grupo). Y los de orden 4 seguro uno es el neutro, y los otros se pueden ir tomando de a pares y ver si 1) operándolos da otro elemento, 2) es realmente un subgrupo.

Pero hacer este análisis es, como ven, bastante tedioso y no automático.

¿Hay alguna otra forma de hallar estos subgrupos no cíclicos?

Es que depende fuertemente de exactamente qué información tengas sobre el grupo.

En principio lo más sistemático es tomar un elemento \( x \) y calcular el subgrupo cíclico que genera (sus potencias). Si es de orden no primo, a su vez tiene los subgrupos cíclicos conocidos.

Después vuelves a tomar otro elemento que no hay aparecido en el subgrupo anterior, y calculas el grupo cíclico que genera.

Y así sucesivamente...

Saludos.

P.D. Había leído mal la pregunta y pensé que te referías a buscar precisamente los subgrupos cíclicos.

07 Marzo, 2023, 05:32 pm
Respuesta #2

manooooh

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Hola, gracias por la respuesta!

Es que depende fuertemente de exactamente qué información tengas sobre el grupo.

Probablemente sea así como en casi cualquier cosa que hagamos con grupos, donde en general es una estructura donde no se conocen muchas fórmulas cerradas a día de hoy (es decir, métodos sistemáticos), ¿no?

En principio lo más sistemático es tomar un elemento \( x \) y calcular el subgrupo cíclico que genera (sus potencias). Si es de orden no primo, a su vez tiene los subgrupos cíclicos conocidos.

Después vuelves a tomar otro elemento que no hay aparecido en el subgrupo anterior, y calculas el grupo cíclico que genera.

Y así sucesivamente...

No entiendo. La forma que tenía es primero hallar todos los subgrupos cíclicos, es decir, tomar a un elemento y calcular sus potencias hasta dar con el elemento neutro. Así lo hago con todos los elementos. ¿Qué información nueva agregas a esto?

Saludos

07 Marzo, 2023, 06:15 pm
Respuesta #3

Luis Fuentes

  • el_manco
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Hola

No entiendo. La forma que tenía es primero hallar todos los subgrupos cíclicos, es decir, tomar a un elemento y calcular sus potencias hasta dar con el elemento neutro. Así lo hago con todos los elementos. ¿Qué información nueva agregas a esto?

Perdona; es que entendí justo al revés la pregunta. Pensé que sólo querías hallar los grupos cíclicos.

Básicamente quiere hallar todos los subgrupos. La cosa se complica.

Incluso para un grupo abeliano finito, que están perfectamente clasificados. Es un problema no trivial el estudiar y describir su retículo de subgrupos. Puedes leer sobre ello por aquí:

https://mathoverflow.net/questions/46115/subgroups-of-a-finite-abelian-group

Por otro lado para cierto tipo específico de subgrupos los de Sylow  (subgrupos de orden potencia máxima de un primo), hay toda una teoría para calcularlos, que no se si has estudiado.

Saludos.