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Übung zur Vorlesung Einführung in die Algebra

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Academic year: 2022

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Übung zur Vorlesung

Einführung in die Algebra

Prof. Dr. J. H. Bruinier

Stephan Ehlen

Sommersemester 2009 Übungsblatt 2

Aufgabe G2.1 Abelsche Gruppen

Es seiGeine endliche abelsche Gruppe. Zeigen Sie, dass dann gilt Y

g∈G

g2=1.

Aufgabe G2.2 Prüfen der Gruppenaxiome

Wir definieren eine Verknüpfung: (−1, 1) ×(−1, 1) → (−1, 1)durch rs:= r+s

1+rs fürr,s∈ (−1, 1),

unter Benutzung der Addition und Multiplikation inR. Zeigen Sie, dass tatsächlichrs∈ (−1, 1)gilt.

Ist( (−1, 1),◦, 0)eine Gruppe?

Aufgabe G2.3 Charakterisierungen von Untergruppen Es seiGeine Gruppe undHGeine Teilmenge.

(a) Zeigen Sie, dassHgenau dann eine Untergruppe vonGist, wenn das neutrale Element1inHenthalten ist und

∀x,yH: x y−1H (1)

(b) Zeigen Sie, dassHgenau dann eine Untergruppe vonGist, wennH6=;und (1) gilt.

Aufgabe G2.4 Eigenschaften von Gruppenhomomorphismen

SeienG,HGruppen undϕ:GHein Gruppenhomomorphismus. Zeigen Sie:

(a) ϕist genau dann injektiv, wennker(ϕ) ={1G}ist.

(b) ϕist genau dann surjektiv, wenn im(ϕ) =Hist.

(c) ϕist genau dann ein Isomorphismus, wennϕbijektiv ist.

Aufgabe G2.5 Allgemeine Potenzen

Es sei(G,◦, 1)eine Gruppe undgG. Rekursiv definieren wir Potenzen vongviag0:=1sowie gn:=gn−1g, g−n:=g−(n−1)g1= (g1)n

für allen∈N.

(a) Machen Sie sich klar, dassgngm=gn+mfür allen,m∈N0.

(b) Machen Sie sich klar, dassgngn=1und somitgn= (gn)1, für allen∈N. (c) Nun zeigen Sie, dassgngm=gn+mfür allen,m∈Z(Fallunterscheidung !)

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Aufgabe H2.1 Abelsche Gruppen

(a) Es seiGeine Gruppe. Für allegGgelteg2=1. Zeigen Sie, dassGabelsch ist.

(b) Es seiGeine zyklische Gruppe. Zeigen Sie, dassGabelsch ist.

(c) Es seien(G,·, 1)und(H,+, 0)Gruppen.Hsei außerdem abelsch. Es seiHom(G,H)die Menge der Gruppenhomo- morphismen vonGnachH. Wir definieren die Summe vonf,g∈Hom(G,H)als

(f +g)(x) =f(x) +g(x). Zeigen Sie, dassHom(G,H)so zu einer abelschen Gruppe wird.

Funktioniert dies auch, wennHnicht abelsch ist?

Aufgabe H2.2 Verschiedenes zu Gruppen Es seiGeine Gruppe.

(a) Zeigen Sie: Sinda,b,cElemente vonGmita b=ac, so istb=c.

(b) Es seixein Element vonGderart, dassxn=1für einn∈N. Zeigen Sie, dass es dann einm∈Ngibt mitxm=x1. (c) Gsei endlich. Zeigen Sie, dass es zu jedemxGeinn∈Nmitxn=1gibt.

(d) Gsei abelsch. Zeigen Sie, dass

tor(G):={x∈G:(∃n∈N)xn=1}

eine Untergruppe vonGist (genannt die “Torsionsuntergruppe”).

(e) Zeigen Sie durch ein Beispiel, dasstor(G)keine Untergruppe vonGsein muss, wennGnicht abelsch ist.

Aufgabe H2.3 Gruppenautomorphismen

SeiGeine Gruppe undAut(G)bezeichne die Menge der Automorphismen vonG.

(a) Zeigen Sie, dassAut(G)mit der Komposition◦von Abbildungen eine Gruppe bildet.

(b) Zeigen Sie, dass für jedesaGdie Abbildung

ϕa:GG, g7→a g a1

inAut(G)enthalten ist. Die Abbildung ist ein sogenannterinnerer AutomorphismusvonG. (c) Zeigen Sie, dass die Abbildung

ψ:G→Aut(G), g7→ϕg, ein Gruppenhomomorphismus ist.

Aufgabe H2.4 Gruppenisomorphismen (a) Zeigen Sie, dass die Exponentialfunktion

exp :R→R>0 einen Isomorphismus der Gruppen(R,+)und(R>0,·)definiert.

(b) Kann es auch einen Gruppenisomorphismus zwischen der additiven Gruppe(Q,+)und der multiplikativen Gruppe

(Q>0,·)geben?

Hinweis:Die Hausaufgaben sind die mit dem Buchstaben “H” gekenzeichneten Aufgaben. Aufgaben, die mit einem gekennzeichnet sind, sind freiwillige Zusatzaufgaben. Die bearbeiteten Aufgaben werden am 12. bzw. 13.5. zu Beginn der Übungen abgegeben.Bitte versehen Sie jedes Blatt mit Ihrem Namen.

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