Zestaw 5.

Zadanie 5.1 Niech G b ¾

edzie podgrup ¾

a S8 generowan ¾

a przez permutacje (123) (45) i (78). Wówczas G jako podgrupa grupy permutacji S8 dzia÷

a na zbiór X = f1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8g poprzez lewe dzia÷anie

: G

X ! X;

( ; x) = (x):

Wyznaczyć wszystkie orbity tego dzia÷

ania oraz stabilizatory wszystkich elementów zbioru X.

Zadanie 5.2 Weźmy dowoln ¾

a liczb ¾

e naturaln ¾

a n i rozwa·

zmy dzia÷

anie

: O(n)

Rn ! Rn;

(A; x) 7! Ax

grupy ortogonalnej O(n) na Rn. Wyznaczyć orbity tego dzia÷ania oraz grup ¾

e izotropii wektora e1

z bazy standardowej przestrzeni wektorowej Rn.

Zadanie 5.3 Niech

: G

X ! X b ¾

edzie lewym dzia÷

aniem grupy G na zbiorze X. Dla dowolnego punktu x 2 X pokazać, ·

ze stabilizator punktu x jest normaln ¾

a podgrup ¾

a grupy G wtedy i tylko

wtedy, gdy wszystkie punkty z orbity punktu x maj ¾

a takie same stabilizatory.

Zadanie 5.4 Rozwa·

zmy dzia÷

anie T : O(1)

Sn ! Sn grupy O(1) = f 1; 1g na n-wymiarow ¾

a sfer ¾

e

Sn zde…niowane w ten sposób, ·

ze

T (a; x) = ax

dla dowolnych a 2 O(1), x 2 Sn. Niech

: Sn ! Sn=O(1); x 7! O(1)x

b ¾

edzie rzutowaniem. Przestrzeni ¾

a rzutow ¾

a w Rn+1 nazywamy przestrzeń orbit Sn=O(1) dzia÷ania T razem z najbogatsz ¾

a topologi ¾

a, w której rzutowanie

jest odwzorowaniem ci ¾

ag÷

ym (topologi ¾

a

ilorazow ¾

a wyznaczon ¾

a przez

), tj. podzbiór U

Sn=O(1) jest otwarty w topologii ilorazowej wtedy i tylko wtedy, gdy

1[U] jest otwarty w Sn, gdzie w Sn mamy topologi ¾

e indukowan ¾

a z Rn+1.

Przestrzeń rzutow ¾

a w Rn+1 oznaczamy symbolem RP n.

De…niujemy dzia÷

anie

: R

(Rn+1 n f0g) ! Rn+1 n f0g ;

(a; x) 7! ax:

Orbit ¾

e wyznaczon ¾

a przez x = (x1; : : : ; xn+1) 2 Rn+1nf0g b ¾

edziemy oznaczać symbolem [x1; : : : ; xn+1].

W przestrzeni orbit P = (Rn+1 n f0g)=R tego dzia÷ania wprowadzamy topologi¾

e ilorazow ¾

a wzgl ¾

edem

rzutowania

: Rn+1 n f0g ! P; (x1; : : : ; xn+1) 7 ! [x1; : : : ; xn+1] : (a) Opisać orbity dzia÷

ań T i

oraz stabilizatory ka·

zdego punktu wzgl ¾

edem tych dzia÷

ań.

(b) Pokazać, ·

ze odwzorowanie

jest otwarte i domkni ¾

ete.

(c) Wykazać, ·

ze przestrzenie topologiczne RP n i P s ¾

a homeomor…czne. Homeomor…zmem jest odwzorowanie

x

x

: P ! RP n;

([x1; : : : ; xn]) =

;

;

jjxjj

jjxjj

x = (x1; : : : ; xn+1) 2 Rn+1 n f0g. Pokazać najpierw poprawność de…nicji tego odwzorowania, tj.

niezale·

zność od wyboru reprezentantów.

(d) Obrazem

jSn jest P. Wywnioskować st ¾

ad, ·

ze P jest zwart ¾

a i spójn ¾

a przestrzeni ¾

a topolog-

iczn ¾

a.

(e) Dla dowolnego k 2 f1; : : : ; n + 1g de…niujemy Uk =

[ (x1; : : : ; xn+1) 2 Rn+1 : xk 6= 0

= f[x1; : : : ; xn+1] 2 P : xk 6= 0g

oraz odwzorowanie

x

x

x

x

x

{

1

2

k 1

k+1

n+1

k : Uk ! Rn;

{k([x1; : : : ; xn+1]) =

;

; : : : ;

;

; : : : ;

:

xk xk

xk

xk

xk

Pokazać, ·

ze

n+1

[ Uk = P

k=1

oraz f{k : k 2 f1; : : : ; n + 1gg jest rodzin ¾

a takich homeomor…zmów, ·

ze {k { 1 jest dyfeomor…zmem

p

klasy C1 dla wszystkich p; k 2 f1; : : : ; n + 1g.

(f ) Dla ka·

zdego m 2 P istnieje jego takie spójne otoczenie (zbiór otwarty) U

P, ·

ze (

jSn) 1[U]

jest sum ¾

a dwóch otwartych roz÷¾

acznych podzbiorów dyfeomor…cznych z U .

Zadanie 5.5 Niech

: G

X ! X,

: G

Y ! Y b ¾

ed ¾

a lewymi dzia÷

aniami grupy G odpowiednio

na zbiór X i zbiór Y . Pokazać, ·

ze odwzorowanie

( ; ) : G

(X

Y ) ! X

Y;

(g; (x; y)) 7 ! ( (g; x); (g; y)) jest lewym dzia÷

aniem grupy G na X

Y . Dzia÷

anie to nazywamy diagonalnym dzia÷

aniem grupy

G na iloczyn kartezjański X

Y . Wykazać, ·

ze stabilizatorem elementu (x; y) 2 X

Y jest cz ¾

eść

wspólna stabilizatora Stab (x) punktu x wzgl ¾

edem dzia÷

ania

oraz stabilizatora Stab (y) punktu y wzgl ¾

edem dzia÷

ania

. Podać przyk÷

ad dzia÷

ań tranzytywnych

: G

X ! X,

: G

Y ! Y ,

których dzia÷

anie diagonalne nie jest tranzytywne.

Zadanie 5.6 Niech fe1; e2; e3g b ¾

edzie kanoniczn ¾

a baz ¾

a przestrzeni wektorowej C3. De…niujemy odwzorowanie T : S3

C3 ! C3 w ten sposób, ·

ze

T ( ; (z1; z2; z3)) = z1e (1) + z2e (2) + z3e (3)

=

z (1); z (2); z (3)

dla wszystkich

2 S3, (z1; z2; z3) 2 C3. Pokazać, ·

ze T jest dzia÷

aniem grupy permutacji S3 na C3.

Wykazać, ·

ze podprzestrzeń wektorowa

V = (z1; z2; z3) 2 C3 : z1 + z2 + z3 = 0

przestrzeni C3 jest niezmiennicza ze wzgl¾

edu na reprezentacj ¾

e e

T : S3 ! Aut(C3)

S(C3) odpowiada-

j ¾

acej dzia÷

aniu T , tj. e

T ( )[V ]

V dla ka·

zdego

2 S3. Wyznacz orbity punktów e1; e2; e3; (i; 1; 0).

Czy dzia÷

anie T jest tranzytywne? Czy T jest wierne?

Pokazać, ·

ze

tr( e

T ( )) = jfj 2 f1; 2; 3g :

(j) = jgj

dla ka·

zdej permutacji

2 S3.

2