Algebra gyakorlat, 4. feladatsor, megoldásvázlatok

Hasonló dokumentumok
1. Szimmetriák. Háromszög-szimmetria. Rubin Zafir Kalcit aluminium-oxid: Al 2 O 3 kalcium-karbonát: CaCO 3

MM CSOPORTELMÉLET GYAKORLAT ( )

24. szakkör (Csoportelméleti alapfogalmak 3.)

Algebra gyakorlat, 2. feladatsor, megoldásvázlatok

Matematikatanárok Klubja

MM4122/2: CSOPORTELMÉLET GYAKORLAT ( ) 1. Ismétlés február 8.február Feladat. (2 pt. közösen megbeszéltük)

2. ELŐADÁS. Transzformációk Egyszerű alakzatok

16. tétel Egybevágósági transzformációk. Konvex sokszögek tulajdonságai, szimmetrikus sokszögek

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Geometria III.

Feladatok Házi feladat. Keszeg Attila

Lehet hogy igaz, de nem biztos. Biztosan igaz. Lehetetlen. A paralelogrammának van szimmetria-középpontja. b) A trapéznak két szimmetriatengelye van.

Egybevágósági transzformációk. A geometriai transzformációk olyan függvények, amelyek ponthoz pontot rendelnek hozzá.

Algebra gyakorlat, 3. feladatsor, megoldásvázlatok

5. házi feladat. AB, CD kitér élpárra történ tükrözések: Az ered transzformáció: mivel az origó xpont, így nincs szükség homogénkoordinátás

Csoporthatások. 1 Alapfogalmak 1 ALAPFOGALMAK. G csoport hatása az X halmazon egy olyan µ: G X X leképezés, amelyre teljesül

1. Részcsoportok (1) C + R + Q + Z +. (2) C R Q. (3) Q nem részcsoportja C + -nak, mert más a művelet!

Egy kis csoportos elmélet

Algebra es sz amelm elet 3 el oad as Permut aci ok Waldhauser Tam as 2014 oszi f el ev

Síkgeometria 12. évfolyam. Szögek, szögpárok és fajtáik

Permutációk véges halmazon (el adásvázlat, február 12.)

MBNK12: Permutációk (el adásvázlat, április 11.) Maróti Miklós

Geometria 1 összefoglalás o konvex szögek

Mozdony egy algebrista képerny jén

MTN714: BEVEZETÉS AZ ABSZTRAKT ALGEBRÁBA. 1. Csoportelméleti alapfogalmak

Add meg az összeadásban szereplő számok elnevezéseit!

(a b)(c d)(e f) = (a b)[(c d) (e f)] = = (a b)[e(cdf) f(cde)] = (abe)(cdf) (abf)(cde)

Geometria. a. Alapfogalmak: pont, egyenes, vonal, sík, tér (Az alapfogalamakat nem definiáljuk)

Matematika pótvizsga témakörök 9. V

EGYBEVÁGÓSÁGI TRANSZFORMÁCIÓK TENGELYES TÜKRÖZÉS

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

, D(-1; 1). A B csúcs koordinátáit az y = + -. A trapéz BD

Racionális számok: Azok a számok, amelyek felírhatók két egész szám hányadosaként ( p q

Láthatjuk, hogy az els szám a 19, amelyre pontosan 4 állítás teljesül, tehát ez lesz a legnagyobb. 1/5

Fejezetek az algebrából jegyzet másodéves Matematika BSc hallgatóknak

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

MBN412G: ALKALMAZOTT ALGEBRA GYAKORLAT ÁPRILIS 26.

A 2013/2014. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny MATEMATIKA II. KATEGÓRIA (GIMNÁZIUM)

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Algebra jegyzet másodéves Matematika BSc hallgatóknak. Horváth Gábor

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

1. Középpontos tükrözés, középpontos szimmetria 146/1. a) 0; 3; 8; A;B;C; D; E;H; I; M; O; T; U; V; W; X; Y;Z. b) 0; H; I; N; O; S; X; Z

Érettségi feladatok: Síkgeometria 1/6

Geometriai feladatok, 9. évfolyam

Matematika 6. osztály Osztályozó vizsga

Az Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny tanévi első fordulójának feladatmegoldásai

1. GONDOLKODÁSI MÓDSZEREK, HALMAZOK, KOMBINATORIKA, GRÁFOK

Középpontos hasonlóság szerkesztések

n =

A Kocka és ami mögötte van

Koordinátageometria. M veletek vektorokkal grakusan. Szent István Egyetem Gépészmérnöki Kar Matematika Tanszék 1

1. Legyen egy háromszög három oldalának a hossza a, b, c. Bizonyítsuk be, hogy Mikor állhat fenn egyenlőség? Kántor Sándorné, Debrecen

ÍRÁSBELI BELSŐ VIZSGA MATEMATIKA 8. évfolyam reál tagozat Az írásbeli vizsga gyakorlati és elméleti feladatai a következő témakörökből származnak.

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Add meg az összeadásban szereplő számok elnevezéseit!

Geometria 1, normálszint

Matematika levelezős verseny általános iskolásoknak II. forduló megoldásai

1. tétel - Gráfok alapfogalmai

A GEOMETRIA TÉMAKÖR FELOSZTÁSA. Síkgeometria Térgeometria Geometriai mérések Geometriai transzformációk Trigonometria Koordináta-geometria

Pótvizsga matematika 7. osztály (Iskola honlapján is megtalálható!) Tételek

54. Mit nevezünk rombusznak? A rombusz olyan négyszög,

DISZKRÉT MATEMATIKA: STRUKTÚRÁK Előadáson mutatott példa: Bércesné Novák Ágnes

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA ( SZAKKÖZÉPISKOLA ) Javítási-értékelési útmutató

Gyakorló feladatok javítóvizsgára szakközépiskola matematika 9. évfolyam

Programozási nyelvek 2. előadás

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Síkgeometria

Matematika osztályozó vizsga témakörei 9. évfolyam II. félév:

LINEÁRIS ALGEBRA (A, B, C) tematika (BSc) I. éves nappali programtervező informatikus hallgatóknak évi tanév I. félév

1. Mit nevezünk egész számok-nak? Válaszd ki a következő számok közül az egész számokat: 3 ; 3,1 ; 1,2 ; -2 ; -0,7 ; 0 ; 1500

1. Mit nevezünk egész számok-nak? Válaszd ki a következő számok közül az egész számokat: 3 ; 3,1 ; 1,2 ; -2 ; -0,7 ; 0 ; 1500

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Vektoralgebra feladatlap 2018 január 20.

Geometriai transzformációk

HASONLÓSÁGGAL KAPCSOLATOS FELADATOK. 5 cm 3 cm. 2,4 cm

XI. PANGEA Matematika Verseny I. forduló 8. évfolyam

1. megold s: A keresett háromjegyű szám egyik számjegye a 3-as, a két ismeretlen számjegyet jelölje a és b. A feltétel szerint

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Lineáris algebra zárthelyi dolgozat javítókulcs, Informatika I márc.11. A csoport

Analitikus geometria c. gyakorlat

Síkgeometria. Ponthalmazok

Geometria 1 normál szint

5. előadás. Skaláris szorzás

Feladatok a májusi emelt szintű matematika érettségi példáihoz Hraskó András

XX. Nemzetközi Magyar Matematika Verseny

Matematika felső tagozat

Csoportelméleti feladatok feldolgozása

Gyakorló feladatok a geometria témazáró dolgozathoz

MATEMATIKA KOMPETENCIATERÜLET A

1. Az ábrán látható táblázat minden kis négyzete 1 cm oldalhosszúságú. A kis négyzetek határvonalait akarjuk lefedni. Meg lehet-e ezt tenni

EÖTVÖS LORÁND SZAKKÖZÉP- ÉS SZAKISKOLA TANÍTÁST SEGÍTŐ OKTATÁSI ANYAGOK MÉRÉS TANTÁRGY

1. Mellékosztály, Lagrange tétele

3. feladat Hány olyan nél kisebb pozitív egész szám van, amelyben a számjegyek összege 2?

Számelmélet, műveletek, egyenletek, algebrai kifejezések, egyéb

Analitikus térgeometria

Egyenes mert nincs se kezdő se végpontja

Számítógépes geometria

MATEMATIKA TANMENET SZAKKÖZÉPISKOLA 9.A, 9.D. OSZTÁLY HETI 4 ÓRA 37 HÉT ÖSSZ: 148 ÓRA

4. Vektoralgebra (megoldások)

2. Síkmértani szerkesztések

Megoldások. Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma)

Geometriai alapfogalmak

Átírás:

Algebra gyakorlat, 4. feladatsor, megoldásvázlatok 0. Ha G egy véges csoport, akkor nyilván csak véges sok részcsoportja van. Legyen most G végtelen. Ha van végtelen rend g G elem, akkor g (Z, +), aminek végtelen sok részcsoportja van: minden pozitív egész n-re g n egy, a korábbiaktól eltér részcsoport. Ha minden elem rendje véges, akkor legyen g G tetsz leges, és legyen H = g. Legyen most g 2 G \ H tetsz leges, és legyen H 2 = g 2. Majd legyen g 3 G \ (H H 2 ) tetsz leges, és legyen H 3 = g 3, stb. Mivel G végtelen, az összes H i elemszáma viszont véges, ezért ez az eljárás végtelen sokáig folytatható. Most H, H 2, H 3, stb., mind különböz részcsoportok, hiszen az egyes g, g 2, g 3, stb., elemeket úgy választottuk.. a) Az orbitok az origó körüli körök. Az origo stabilizátora az egész G, egy P O stabilizátora kételem, ami az identitáson kívül az OP egyenesre való tükrözést tartalmazza. b) Az orbitok az x tengellyel párhuzamos egyenesek, bármely pont stabilizátora { id }. c) Legyen a szabályos n-szög A... A n, és legyen G az A n -et xáló D n -beli elemek. Ekkor G mindössze kételem : az identitáson kívül a másik elem az A n -en és a sokszög középpontján átmen egyenesre való tükrözés. Az orbitok az { A n } és az { A k, A n k } alakú halmazok ( k n/2). Ha n páros, akkor speciálisan { A n/2 } egy másik egyelem orbit. Minden pont stabilizátora az { id }, kivéve A n -et és páros n esetlén A n/2 -t, ezeknek G a stabilizátora. d) Legyen a kocka ABCDP QRS, ahol az alsó lap ABCD, a fels lap pedig a csúcsok ugyanilyen sorrendjében P QRS. A G csoport hatelem (a kocka 48 elem szimmetriacsoportjában egy pont orbitja 8 elem, tehát a stabilizátor 48/8 = = 6 elem ). Az orbitok { A }, { B, D, P }, { C, Q, S }, { R }. Az A és R csúcsok stabilizátora G, a többi pont stabilizátora kételem, ahol az identitás mellett a másik elem egy alkalmas síkra tükrözés (a B és S pontoknál ez az ABRS sík, a C és P pontoknál ez az ACRP sík, a D és Q pontoknál ez az ADQR sík). 2. a) Legyen X a Γ csúcsainak halmaza. Belátjuk, hogy Aut Γ S X. Zártság: ha két permutáció élt élbe visz, akkor nyilván a kompozíciójuk is. Ugyanez igaz a nemélekre is. Hasonlóan, ha egy permutáció élt élbe visz, akkor az inverze nem-élt nem-élbe, és viszont. Végül, az identitás biztosan automorzmusa Γ-nak, így Aut Γ valóban részcsoportja S X -nek. b) Legyen G ezen gráf automorzmus-csoportja. Ekkor G() = {, 2, 3, 4, 5, 6 }, hiszen például az (23456) ciklus többszöri alkalmazásával eljuttatható mindenhova. Legyen H = G, ekkor az orbit-stabilizátor tétel szerint G : H = 6. Vegyük észre, hogy H(4) = { 4 }, hiszen a 4 az egyetlen csúcs, ami az -gyel nincs összekötve. Továbbá H(2) = { 2,3,5,6 }, például a (2356) ciklus többszöri alkalmazásával a 2 átvihet ezekbe a pontokba, a 4-be pedig nem mehet H(4) = 4 miatt. Legyen K = H 2 = G,2, ekkor az orbit-stabilizátor tétel szerint H : K = 4. Vegyük észre, hogy K(5) = { 5 }, hiszen az 5 az egyetlen csúcs, ami a 2-vel nincs összekötve. Továbbá K(3) = { 3,6 }, például a (36) ciklussal a 3 átvihet 6-ba, a többi pontba pedig nem, hiszen azok már xen maradnak K mentén. Az orbit-stabilizátor tétel miatt K : K 3 = 2. Továbbá K 3 már minden pontot xál, vagyis K 3 = { id }. Ebb l K = 2, H = 2 4 = 8, G = 2 4 6 = 48.

2 c) Els megoldás: A gráf éppen egy szabályos oktaéder élhálója, így automorzmusainak csoportja könnyen láthatóan izomorf az oktaéder szimmetriacsoportjával. Utóbbi szimmetriacsoport pedig a kockáéval izomorf, mert duális testek: a kocka lapközéppontjai éppen egy szabályos oktaédert határoznak meg, és fordítva: egy oktaéder élközéppontjai éppen egy szabályos kockát alkotnak. Második megoldás: Ez a csoport éppen a kocka szimmetriacsoportjával izomorf. Írjunk ugyanis egy kocka lapjaira -t l 6-ig a számokat úgy, hogy a szemközti lapok különbsége 3 legyen. Most két lap pontosan akkor szomszédos, ha a feladatbeli gráfban a ráírt számok között megy él. A kockának minden szimmetriája tehát megadja a gráf egy automorzmusát, különböz szimmetriákhoz különböz automorzmus tartozik. Ez valójában egy homomorzmus a kocka szimmetriacsoportjából a gráf automorzmusainak csoportjába. Mivel ugyanannyi a két csoport elemszáma, ezért ez egy izomorzmust ad meg a két csoport között. 3.. megoldás: ( 9 Összesen 2) = 36 lehet ség van két mez t kiválasztani. Ha az egyik mez a középpont (8 lehet ség), ezek közül 4-4 azonos, melyek egymásba forgathatók (attól függ en, hogy élen vagy sarokban van-e a másik mez ). 2 olyan lehet ség van, ahol mindkét mez egymással szemközti sarok, ezek egymásba tükrözhet k. 4 olyan lehet ség van, ahol a két mez szomszédos sarok, ezek egymásba forgathatók. Szintén 2 olyan lehet ség van, ahol mindkét mez egymással szemközti élen van, ezek egymásba tükrözhet k, valamint 4 olyan lehet ség van, ahol a két mez szomszédos élen van, ezek egymásba forgathatók. 8 olyan lehet ség van, ahol a két mez szomszédos sarokél mez, ezek mind egymásba forgathatók vagy tükrözhet k. Végül 8 olyan lehet ség van, ahol az egyik mez élen van, a másik sarokban, de nem szomszédos a két mez, ezek szintén szintén mind egymásba forgathatók vagy tükrözhet k. Összesen tehát nyolc különböz nek tekintett konguráció van. 2. megoldás: ( 9 Összesen 2) = 36 lehet ség van két mez t kiválasztani, legyen ezen kongurációk halmaza X. Tehát X = ( 9 2). Tekintsük a 3 3-as négyzet G = D4 szimmetriacsoportját, és vizsgáljuk, hogy az egyes elemek hova viszik a lehetséges kongurációkat. A szokásos módon megállapíthatunk orbitokat. Egy orbiton belül az elemek átvihet k egymásba, és így nem tekintjük ket különböz nek. A kérdés tehát a különböz orbitok száma. Az ötlet, hogy minden x X-re adjuk össze -et, ezzel G(x) éppen az orbitok számát kapjuk. De akkor az orbit-stabilizátor tétel miatt orbitok száma = = g G,g(x)=x G(x) = = g G,g(x)=x G G(x) = G x = = xpontok átlagos száma. Tehát a xpontok átlagos számának meghatározásával megkapjuk a különböz orbitok számát. Az identitásnak mind a 36 konguráció xpontja. Egy 90 -os forgatásnak egyik konguráció sem xpontja. A középpontos tükrözésnek 4 xpontja van. Végül egy szimmetriatengelyre való tükrözésnek 6 konguráció lesz xpontja. Az átlagos xpontszám (és így az orbitok száma) tehát 8 (36 + 0 + 0 + 4 + 6 + 6 + 6 + 6) = 64 = 8. 8

4. Egy elem hatása a Cayley hatás mentén a Cayley táblázat megfelel sora adja meg. Ha a Klein csoport elemei e, a, b, c, akkor az egyes elemeknek megfelel permutációk: e id, a (ea)(bc), b (eb)(ac), c (ec)(ab). 5. A 48 elem Abel csoportokat úgy kapjuk, hogy felbontjuk 48-t az összes lehetséges módon prímhatványok szorzatára. Ezek a felbontások 6 3 = 8 2 3 = 4 4 3 = = 4 2 2 3 = 2 2 2 2 3, a megfelel nemizomorf Abel csoportok pedig (Z 6, +) (Z 3, +), (Z 8, +) (Z 2, +) (Z 3, +), (Z 4, +) (Z 4, +) (Z 3, +), (Z 4, +) (Z 2, +) (Z 2, +) (Z 3, +), (Z 2, +) (Z 2, +) (Z 2, +) (Z 2, +) (Z 3, +). Hasonlóan, a 49 elem (nemizomorf) Abel csoportok (Z 49, +), (Z 7, +) (Z 7, +), az 50 rend (nemizomorf) Abel csoportok pedig (Z 25, +) (Z 2, +), (Z 5, +) (Z 5, +) (Z 2, +). 6. a) A h ghg nyilván bijektív H és ghg között, és homomorzmus, hiszen gh g gh 2 g = gh h 2 g. b) Most G y = { g G g (y) = y } = { g G g (g(x)) = g(x) } = = { g G g g(x) = g(x) } = { g G g g g(x) = x } = = { g G g g g H } = { g G g ghg } = ghg. c) H, mert az egységelem nyilván felcserélhet minden G-beli elemmel. Továbbá H zárt a szorzásra, mert ha a, b H, akkor (ab)x = a(bx) = a(xb) = (ax)b = (xa)b = x(ab). Továbbá ha ax = xa, akkor jobbról és balról a -zel szorozva xa = a x adódik, vagyis H az inverzképzésre is zárt. Továbbá { g G g y = yg } = { g G g gxg = gxg g ) } = { g G g g gx = xg g g } = = { g G g g g H } = { g G g ghg } = ghg. 7. Megszámoljuk azon (g, x) G X párokat, melyekre g(x) = x. Legyen T = { (g, x) G X g(x) = x }. 3 Ekkor T / G = g G,g(x)=x.

4 Itt,g(x)=x éppen g xpontjainak a száma, így T / G éppen a xpontok átlagos száma. Másrészt, az összegzést megcserélve és használva az orbit-stabilizátor tételt: T / G = = G x = G G(x) = G(x). g G,g(x)=x Mivel X éppen az orbitok egyesítése, így a jobboldalon mindegyik G(x) orbitra éppen G(x) -szer kell összeadni -t, vagyis a jobboldalon éppen az orbitok száma áll. G(x) 8. Használjuk a 7. feladatot. Összesen ( 9 4) = 26 féle konguráció van 4 mez kiválasztására. Az identitás mind a 26 kongurációt helyben hagyja. Egy 90 -os forgatás két kongurációt hagy helyben, a középpontos tükrözésnek 6, míg a tengelyes tükrözéseknek 2 xpontja van. Az átlagos xpontszám (és így az orbitok száma) tehát 8 (26 + 2 + 2 + 6 + 2 + 2 + 2 + 2) = 84 = 23. 8 9. Legyen X egy halmaz, és tekintsük az S X szimmetrikus csoportot! Legyen g, h S X, x, y X, ahol az S X az X-en ható szimmetrikus csoport (az összes X X bijekciók halmaza). Ha h az x-et y-ba viszi, akkor a ghg a g(x)-et g(y)-ba viszi. Ennek bizonyítása egy sor, a függvénykompozíció denícióját és asszociatív tulajdonságát használva: ghg (g(x)) = gh(g g(x)) = g(h(x)) = g(y). Mit is jelent ez? Ha g egy permutációja az X halmaznak, akkor elképzelhetjük, hogy átfestjük az X elemeit, ahol az átfestést a g elem adja meg. Gondoljunk például arra az egyszer titkosírásra, melynek során ugyanúgy a latin ABC-t használjuk, de pl. minden,a' bet helyett,x'-et, minden,b' helyett,f'-et írunk, stb. Ezt a titkosírást adja meg a g permutáció. Ekkor, ha h permutálja az ABC elemeit, akkor utána a kevert ghg ugyanezt a permutációt adja meg, azzal a különbséggel, hogy a permutcáióban lev elemeket titkosítjuk-átfestjük a g permutáció segítségével. Ennek alapján sokszor könny látni, hogy elemek egy csoportban konjugáltak. Például a D 4 diéder csoportban a két átlóra tükrözés konjugált: ha ugyanis t az AC átlóra tükrözés az ABCD négyzetben és f egy forgatás, akkor ftf az f(a)f(c) = BD átlóra tükrözés az f(a)f(b)f(c)f(d) négyzetben, ami az eredeti ABCD négyzet, csak átfestettük a csúcsokat f-fel. Ehhez a gondolatmenethez nem kellett kiszámolnunk az ftf elemet D 4 -ben, mindössze a konjugálás geometriai jelentését használtuk. Ugyanez történik, amikor hasonló mátrixokról beszélünk: két mátrix akkor hasonló, ha egyiket felírva egy új bázisban éppen a másik mátrixot kapjuk. Egy ilyen bázistranszformáció éppen egy, a bázistranszformációt megadó mátrixszal való konjugálást jelent, és így a hasonló mátrixok éppen a konjugált osztályokat adják meg a mátrixok körében. 0. A gyakorlatban igen egyszer egy olyan permutációt találni, amely átkonjugálja h -et h 2 -be: írjuk egymás alá h -et és h 2 -t úgy, hogy az azonos hosszú ciklusok egymás alá esnek, majd töröljük le a zárójeleket, és tegyük az egészet egy zárójelbe. Ez a permutáció h -et h 2 -be konjugálja. Például: h = (324)(576) S 7 és h 2 = (246)(573) S 7, akkor ( h h 2 ) = ( ) (324)(576) g = (573)(246) ( ) 3 2 4 5 7 6 = (52)(374). 5 7 3 2 4 6

. Egy elem hatása a Cayley hatás mentén a Cayley táblázat megfelel sora adja meg. Ha (Z n, +) elemeit az {, 2,..., n } halmaz elemeivel azonosítjuk, akkor a k elem hatása a (23... n) k permutáció. Speciálisan n = 2-re az elemeknek megfelel permutációk: (2), 2 id; n = 3-ra az elemeknek megfelel permutációk: (23), 2 (32), 3 id; n = 4-re az elemeknek megfelel permutációk: (234), 2 (3)(24), 3 (432), 4 id. A Z 8 csoport izomorf a Klein csoporttal, az elemeknek megfelel permutációk: id, 3 (3)(57), 5 (5)(37), 7 (7)(35). A D 3 csoport minden elemének hatása leolvasható a Cayley táblázatból. Legyen ABC egy szabályos háromszög. Jelölje f i az ABC középpontja körüli i 20 -os forgatást, T A, T B és T c a megfelel csúcsokon átmen oldalfelez -mer leges egyenesekre való tükrözést. Ekkor D 3 = { f 0, f, f 2, T A, T B, T C }. A Cayley táblázatból leolvashatók az egyes elemek hatásai: D 4 f 0 f f 2 T A T B T C f 0 f 0 f f 2 T A T B T C f f f 2 f 0 T B T C T A f 2 f 2 f 0 f T C T A T B T A T A T C T B f 0 f 2 f T B T B T A T C f f 0 f 2 T C T C T B T A f 2 f f 0 Ennek alapján a permutációk f 0 id, T A (f 0 T A ) (f T C ) (f 2 T B ), f (f 0 f f 2 ) (T A T B T C ), T B (f 0 T B ) (f T A ) (f 2 T C ), f 2 (f 0 f 2 f ) (T A T C T B ), T C (f 0 T C ) (f T B ) (f 2 T A ). Végül D 4 minden elemének hatása is leolvasható a Cayley táblázatából. Legyen ABCD egy négyzet. Jelölje f i az ABCD középpontja körüli i 90 -os forgatást, T AB és T AD a két oldalfelez pontot összeköt egyenesre való tükrözést, végül T AC és T BD a két átlóra való tükrözést. Ekkor D 4 = { f 0, f, f 2, f 3, T AB, T BD, T AD, T AC }. A Cayley táblázatból leolvashatók az egyes elemek hatásai: D 4 f 0 f f 2 f 3 T AB T BD T AD T AC f 0 f 0 f f 2 f 3 T AB T BD T AD T AC f f f 2 f 3 f 0 T AC T AB T BD T AD f 2 f 2 f 3 f 0 f T AD T AC T AB T BD f 3 f 3 f 0 f f 2 T BD T AD T AC T AB T AB T AB T BD T AD T AC f 0 f f 2 f 3 T BD T BD T AD T AC T AB f 3 f 0 f f 2 T AD T AD T AC T AB T BD f 2 f 3 f 0 f T AC T AC T AB T BD T AD f f 2 f 3 f 0 Ennek alapján a permutációk f 0 id, f (f 0 f f 2 f 3 ) (T AC T AD T BD T AB ), f 2 (f 0 f 2 ) (f f 3 ) (T AC T BD ) (T AD T AB ), f 3 (f 3 f 2 f f 0 ) (T AB T BD T AD T AC ), T AB (f 0 T AB ) (f T BD ) (f 2 T AD ) (f 3 T AC ), T BD (f 0 T BD ) (f T AD ) (f 2 T AC ) (f 3 T AB ), T AD (f 0 T AD ) (f T AC ) (f 2 T AB ) (f 3 T BD ), T AC (f 0 T AC ) (f T AB ) (f 2 T BD ) (f 3 T AD ). 5

6 2. Ha pontosan két szimmetriája van a négyszögnek, akkor az identitáson kívül a másik elem rendje 2. Ez a csúcsokon (AB) vagy (AB)(CD) alakú ciklusfelbontást eredményez. Az (AB) csak a CD-re, mint átlóra való tükrözés lehet, ekkor a négyszög olyan deltoid, ami nem rombusz. Az (AB)(CD) ciklusfelbontásnál két esetet különböztethetünk meg. Az els, ha szemközti csúcsok cserél dnek, vagyis a négyszög paralelogramma, ami se nem rombusz, se nem téglalap. A második esetben szomszédos csúcsok cserél dnek, amikor a négyszög egy szimmetrikus trapéz, ami nem téglalap. A rombusznak (ami nem négyzet) négy szimmetriája van (identitás, két átlóra tükrözés, középpontos tükrözés), amik egy Klein csoportot alkotnak. A téglalapnak, ami nem négyzet, szintén négy szimmetriája van (identitás, két oldalfelez mer legesre való tükrözés, középpontos tükrözés), amik egy Klein csoportot alkotnak. A négyzetnek 8 szimmetriája van, a szimmetriacsoport D 4. Végül egy általános négyszögnek (ami a fentiek egyike sem) az identitás az egyetlen szimmetriája. 3. a) Tekintsük a tér azon egybevágóságait, melyek a tetraédert helyben hagyják. Egy ilyen egybevágóság permutálja a tetraéder négy csúcsát, és különböz egybevágóság különböz képpen permutálja a négy csúcsot. Tehát a tetraéder szimmetriái izomorfak S 4 egy részcsoportjával. Vegyük észre, hogy az (2) transzpozíció el áll, mint egy szimmetria: tekintsük az 2 élfelez ponton és a 34 élen átmen síkra való tükrözést. Hasonlóan el áll a többi öt transzpozíció is, melyek az II. feladatsor 4b feladata alapján generálják S 4 -et. b) Tekintsük a 4-es csúcson és az 23 háromszög középpontján átmen tengely körüli 20 -os forgatást. Ez éppen az (23) ciklust adja meg. Tekintsük továbbá az 2 és 34 élek felez pontjait összeköt egyenes körüli 80 -os forgatást, ami az (2)(34) permutációját adja a négy csúcsnak. Ez a két permutáció A 4 -et generálja, így a forgatások tartalmazzák A 4 -et részként. Más elem S 4 -ben azonban már nem állhat el forgatásként, hiszen akkor a forgatások generálnák a tetraéder teljes szimmetriacsoportját (S 4 -et), ami lehetetlen, hiszen a forgatások nem fordítják meg az irányítást, míg a síkra tükrözések igen. 4. a) A kockának már megállapítottuk, hogy 48 szimmetriája van. Egy általános téglatestnek 8 szimmetriája lesz, míg egy általános négyzetalapú hasábnak 6. b) 8 szimmetriája lesz, a szimmetriacsoport izomorf D 4 -gyel. c) 2 szimmetriája lesz, a csoport izomorf D 3 (Z 2, +)-szal. 5. Az oktaéder szimmetriacsoportja izomorf a kocka szimmetriacsoportjával. Ezt legkönnyebben úgy lehet látni, hogy a kocka lapközéppontjai egy oktaédert határoznak meg. A kocka minden szimmetriája nyilván meg rzi ezt az oktaédert is, és bármilyen egybevágóság, ami meg rzi ezt az oktaédert, az a kockának is szimmetriája. (Egyébként egy, az eredeti kockához hasonló kockát az oktaéderb l úgy kaphatunk, ha az élfelez pontokat kötjük össze.) Természetesen az Orbit-stabilizátor tétel alkalmazásával is megoldható a feladat.