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1.证明命题9.1

1.GH是同构映射,所以GH是同构的,ϕ1也是双射,GH是同构的ϕ1:HG也是同构.2.GH是双射,显然满足一一对应G=H3.同构,任取a,bG,ϕ(ab)=ϕ(a)ϕ(b)G是阿贝尔群,ϕ(ab)=ϕ(ba)=ϕ(b)ϕ(a)ϕ(a)ϕ(b)=ϕ(b)ϕ(a)H也是阿贝尔群.4.G是循环群,存在gG的生成元GG是同构,ϕ(g2)=ϕ(gg)=ϕ(g)ϕ(g)=ϕ(g)2ϕ(gn)同理,ϕ(g)H的生成元,H也是循环群5.这是一种双射,一一对应G的子集G对应于H的子集H,阶都是n封闭性:ϕ(a),ϕ(b)H,a,bG,abGϕ(ab)=ϕ(a)ϕ(b)ϕ(a)ϕ(b)G封闭性得证结合律:显然满足单位元:a,eG,ϕ(a),ϕ(e)H,ϕ(ea)=ϕ(a)=ϕ(a)ϕ(e)ϕ(e)是单位元逆元:a,a1G,ϕ(a),ϕ(a1)Hϕ(aa1)=ϕ(e)=ϕ(a)ϕ(a1)即存在逆元.1.\because G\rightarrow H是同构映射,所以G和H是同构的,\\ \because \phi^{-1}也是双射,且G和H是同构的\\ \therefore\phi^{-1}:H\rightarrow G也是同构.\\ 2.\because G\rightarrow H是双射,显然满足一一对应\\ \therefore |G|=|H|\\ 3.\because 同构,\therefore任取a,b\in G,有\phi(a\cdot b)=\phi(a)\circ\phi(b)\\ \because G是阿贝尔群,\therefore\phi(a\cdot b)=\phi(b\cdot a)=\phi(b)\circ\phi(a)\\ \therefore \phi(a)\circ\phi(b)=\phi(b)\circ\phi(a)\\ \therefore H也是阿贝尔群.\\ 4.\because G是循环群,\therefore 存在g是G的生成元\\ \because G\rightarrow G是同构,\\ \therefore\phi(g^2)=\phi(g\cdot g)=\phi(g)\circ\phi(g)=\phi(g)^2\\ \phi(g^n)同理,\therefore\exist \phi(g)为H的生成元,\\ \therefore H也是循环群\\ 5.\because 这是一种双射,一一对应\\ \therefore G的子集G'对应于H的子集H',阶都是n\\ 封闭性:\\设\phi(a),\phi(b)\in H,\\ \therefore a,b\in G,ab\in G\\ \because \phi(a\cdot b)=\phi(a)\circ\phi(b)\\ \therefore\phi(a)\circ\phi(b)\in G \\封闭性得证\\ 结合律:显然满足\\ 单位元:\\ \because a,e\in G,\therefore \phi(a),\phi(e)\in H,\\ \phi(e\cdot a)=\phi(a)=\phi(a)\circ\phi(e)\\ 即\phi(e)是单位元\\ 逆元:\\ \because a,a^{-1}\in G,\therefore \phi(a),\phi(a^{-1})\in H\\ \phi(a\cdot a^{-1})=\phi(e)=\phi(a)\circ\phi(a^{-1})\\ 即存在逆元.

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2.给出完整证明

设群G是一个无限阶的循环群,gG是生成元。定义ϕ:ZnGϕ:ngn,ϕ(m+n)=gm+n=gmgn=ϕ(m)ϕ(n).然后证明ϕ是双射:(1)单射:ga,gbG,总存在a,bZ,ga=gb,a=b,满足单射。(2)满射:对于gnG,总存在nZ使得ϕ(n)=gn,满足满射。设群G是一个无限阶的循环群,g\in G是生成元。\\ 定义\phi:Z_n\rightarrow G 为\phi:n\rightarrow g^n,\\ 则\phi(m+n)=g^{m+n}=g^mg^n=\phi(m)\phi(n).\\ 然后证明\phi是双射:\\ (1)单射:\forall g^a,g^b\in G,总存在a,b\in Z,\\ 若g^a=g^b,则a=b,满足单射。\\ (2)满射:对于\forall g^n\in G,总存在n\in Z\\ 使得\phi(n)=g^n,满足满射。