HNN扩张

✍ dations ◷ 2025-09-11 00:12:22 #群论

数学上,HNN扩张(英语:HNN extension)是组合群论中的一个基本构造法。HNN扩张是三名数学家Graham Higman、Bernhard Neumann、Hanna Neumann在1949年的论文提出。给定一个群中两个同构子群及其间的群同构,这个构造法将这个群嵌入到另一个群中,令到所给定的群同构在新的群中成为共轭。

若为群,有展示 = 〈|〉,又若 α : → 是的两个子群间的群同构。设为不在中的新符号,定义

群∗α称为相对于α的HNN扩张。原本的群G称为∗α的基群,而子群和称为相伴子群。新的生成元称为稳定字.

由于群∗α包念了的所有生成元和关系元,所以将的生成元等同于∗α的生成元,便诱导出从到∗α的一个自然的群同态。Higman、Neumann、Neumann证明了这个群同态是群同构,因而是到∗α中的嵌入。从上可得出一个结论是一个群中两个同构的子群,必定在某个母群中是共轭子群。这个构造法的原来目的是要证明这个结论。

HNN扩张的一个基础性质是一条正规形的定理,称为Britton引理。设∗α如上,是在∗α中如下的一个乘积:

Britton引理可表述为:

Britton引理 若在∗α中 = 1,则

Britton引理用逆反命题可表述为:

Britton引理(另一形式)设满足以下其中一项

则在∗α中 ≠ 1。

HNN扩张的大多数基本性质,都可以从Britton引理得出。这些结果包括:

HNN扩张是Higman证明Higman嵌入定理的主要工具。这定理说任何有限生成递归展示群可嵌入到一个有限展示群中。Novikov-Boone定理指存在一个有限展示群,有算法不可判定(英语:algorithmically undecidable)的字问题,这定理的现代证明大多数都倚赖于HNN扩张。

HNN扩张和带共合的自由积两者都是讨论在树上作用的群的Bass–Serre理论的基本组件。

HNN扩张是群的图的基本群的初等例子。

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