Szabad csoport

A matematikában, a G csoport szabad csoport ha létezik egy S részhalmaza G-nek, hogy G minden eleme pontosan egyféleképpen írható fel S elemeinek és azok inverzeinek véges szorzataként. (Az egyféleképp úgy értendő, hogy a st^-1 = su^-1ut^-1 jellegű "bővítésektől" eltekintünk.)

Egy kapcsolódó, de másmilyen fogalom a szabad Abel-csoport.

Konstrukció

Az $F_{S}$ szabad csoport S generátorhalmazzal való létrehozásához tekintsük a következő algoritmust: Nevezzük szónak az S elemeibő és azok inverzeiből képzett szorzatokat. Például, ha S={a, b, c}, akkor az alábbi például egy szó:

$abc^{-1}ca^{-1}c\,$

Ha egy $s\in S$ elem közvetlenül az inverze mellett szerepel, akkor a szó leegyszerűsíthető az s, s^-1 pár elhagyásával:

$abc^{-1}ca^{-1}c\;\;\longrightarrow \;\;ab\,a^{-1}c$

Ha egy szó már nem egyszerűsíthető tovább, akkor redukáltnak nevezik. Az F_S szabad csoport ekkor definiálható az összes S-ből származtatott redukált szó összességeként.

Elemi tulajdonságok

A szabad csoportok néhány tulajdonsága a definícióból közvetlenül adódik:

• Minden G csoport valamely F(S) szabad csoport homomorf képe, ahol S a generátorhalmaz. A természetes $f:F(S)\to G$ leképezés epimorfizmus. Ebből következik az állítás.
• Ha S több, mint egy elemmel rendelkezik, akkor F(S) nem kommutatív, azaz nem Abel-csoport.
• Két F(S), F(T) szabad csoport akkor és csak akkor izomorf, ha S és T számossága megegyezik. Ezt a számosságot nevezik a szabad csoport rangjának is. Így tehát minden k számossághoz, az izomorfizmus erejéig, pontosan egy szabad csoport létezik.

Lásd még

• Csoport
• Generátorhalmaz
• Cayley-gráf