晉珺
(晉中學(xué)院 數(shù)學(xué)系, 山西 晉中 030619)
在有限群的表示理論中,研究特征標(biāo)的誘導(dǎo)過程是一個(gè)基本而重要的問題。但一般而言,該誘導(dǎo)過程是非常復(fù)雜的,缺乏某種唯一性,在應(yīng)用方面也難以控制。具體講,設(shè)G是一個(gè)有限群,給定其一個(gè)不可約復(fù)特征標(biāo)χ∈Irr(G),如果χ不是本原的,可從真子群的特征標(biāo)誘導(dǎo),即存在H 然而,Isaacs原核的定義是非常復(fù)雜的,本質(zhì)是借助Fπ-特征標(biāo)做逼近,后者的基礎(chǔ)是Gajendragadkar創(chuàng)立的 π-特殊的特征標(biāo)理論[2]。設(shè)G為π-可分群,其中π為若干素?cái)?shù)構(gòu)成的集合,如果χ∈Irr(G)的次數(shù)χ(1)為π-數(shù),且對(duì)任意次正規(guī)特征標(biāo)對(duì)(S,φ)??(G,χ),均有 φ 的行列式階ο(φ)為π-數(shù),則稱χ為π-特殊的特征標(biāo),簡稱為 Xπ-特征標(biāo),其全體記為 Xπ(G)。由于π-可分群G同時(shí)也是π′-可分的,可類似定義 π′-特殊的特征標(biāo)。如果 χ=αβ,其中 α 是 π-特殊的,而β是π′-特殊的,則稱χ是π-可分解的,簡稱為 Fπ-特征標(biāo),其全體記為 Fπ(G)。使用Fπ-特征標(biāo)的性質(zhì),Isaacs建立了一個(gè)逼近理論,即對(duì)每一個(gè)χ∈Irr(G)選取其下方的“極大的”Fπ-特征標(biāo),不斷重復(fù)該過程,最終得到一個(gè)子群 W 以及 Fπ-特征標(biāo) γ∈Fπ(W)使得 γG=χ。如此的特征標(biāo)對(duì)(W,γ)稱為χ的一個(gè)原核,精確到G-共軛是唯一的。特別地,當(dāng)原核特征標(biāo)γ是Xπ-特殊的,則稱χ為一個(gè)Bπ-特征標(biāo),全體記為Bπ(G)。上述相關(guān)的定義和構(gòu)造,細(xì)節(jié)可見Isaacs在2018年出版的最新專著[3]中的第2章和第4章,本文將在下一節(jié)簡述所需的概念和性質(zhì)。 值得指出的是,Bπ-特征標(biāo)的引入為群表示論開辟了一個(gè)新的研究方向,屬于當(dāng)今前沿?zé)狳c(diǎn)課題之一,取得了許多深刻和重要的成果。例如,Isaacs和Navarro定義了Bπ-特征標(biāo)的衛(wèi)星特征標(biāo)并給出了在McKay猜想中的應(yīng)用[4];Wheeler定義并且研究了原核的長度[5];Lewis根據(jù)正規(guī)列給出了一種新的原核構(gòu)造[6],并給出了原核的應(yīng)用[7],研究了商群的 Bπ-特征標(biāo)[8];Grittini使用原核技術(shù)研究了 p-長度問題[9];Rizo借助 Bπ-特征標(biāo)探討了 McKay對(duì)應(yīng)的整除性問題[10]并研究了相對(duì) p-塊[11];Navar?ro和 Sambale研究了冪零權(quán)問題[12];Chen和Yang 考察了 π-部分特征標(biāo)的次數(shù)問題[13];Gi?annelli和 Sambale探討了虧群的限制問題[14];Vallejo研究了特征標(biāo)對(duì)應(yīng)問題[15];關(guān)于 Bπ-特征標(biāo)在頂點(diǎn)理論中的應(yīng)用可見相關(guān)文獻(xiàn)[16]。 事實(shí)上,在上述提及的Bπ-特征標(biāo)及其原核的應(yīng)用中,一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)都涉及到大群G與正規(guī) 子 群 N?G 的 Bπ-特 征 標(biāo) χ∈Bπ(G)和ψ∈Bπ(N)的原核相互確定的問題。Isaacs解決了從正規(guī)子群上特征標(biāo)ψ的原核出發(fā)構(gòu)造其上方Bπ-特征標(biāo)χ的原核方式,具體結(jié)果如下(見Isaacs最新專著[3]中定理4.19)。 定理(Isaacs) 設(shè)G為π-可分群,N?G且G/N 為 π′-群 ,如 果 ψ∈Bπ(N),χ∈Bπ(G)滿 足(N,ψ)≤(G,χ),對(duì) 任 意 的 (W,γ)∈Nuc(ψ),記V=IG(W,γ),則γ在V上存在唯一的π-特殊擴(kuò)張 γ?,并且(V,γ?)∈Nuc(χ)。 本文的主要結(jié)果是給出了上述Isaacs定理的“反方向”命題,即從群G的Bπ-特征標(biāo)的原核出發(fā),構(gòu)造出其正規(guī)分量ψ∈Bπ(N)的原核,據(jù)此得到了Bπ-特征標(biāo)的原核與其正規(guī)分量的原核相互確定問題的完整解答。 定理A 設(shè)G為π-可分群,N?G并且G/N 為 π′-群,χ∈Bπ(G)且 (V,τ)為 χ的一個(gè)原核,則(W,γ)是χN某個(gè)不可約分量的原核,其中W=N∩V,γ=τW。 作為應(yīng)用,我們給出在商群為π′-群情形下,Bπ-特征標(biāo)在正規(guī)子群限制的不可約分量仍為Bπ-特征標(biāo)的一個(gè)簡化證明。 推論B 設(shè)G為π-可分群,N?G并且G/N 為 π′-群,χ∈Bπ(G),則 χ 在 N 上所有不可約分量均為Bπ-特征標(biāo)。 本文只考慮有限群上的復(fù)特征標(biāo),涉及到的群論術(shù)語和符號(hào),可參考Isaacs專著[17],特征標(biāo)方面的見其專著[18]。 本節(jié)我們給出相關(guān)的概念和需要用到的一些結(jié)果。 引 理1 設(shè) G為 π-可 分 群 ,N?G,χ∈Xπ(G),θ∈Xπ(N),那么 χN的每個(gè)不可約分量均為 Xπ-特征標(biāo)。若商群 G/N為 π′-群,則 χN不可約;θG存在Xπ-分量當(dāng)且僅當(dāng)θ為G-不變的,此時(shí)θG只有唯一的Xπ-分量。 若 θ∈Xπ(N)且 θG存在 Xπ-分量 ψ,則由上述結(jié)果可得ψN不可約,故ψN=θ,從而θ為G-不變的。 下面假設(shè) θ為G-不變的,顯然 θ(1)和 ο(θ)皆為π-數(shù),由Gallagher定理,可知θ在G上存在唯一的典范擴(kuò)張,記為ψ,下面證明ψ是π-特殊的,并且ψ是θG的唯一的Xπ-分量。首先我們證明后者,如果θG存在Xπ-分量α,則同樣可得αN=θ,即 α 是 θ在 G 上的一個(gè)擴(kuò)張,又 ο(α)為π-數(shù),從而α是θ在G上的典范擴(kuò)張,故α=ψ。 最后,證明ψ是π-特殊的,對(duì)|G|進(jìn)行歸納,考慮 Oπ(G),若 Oπ(G) 定義1 設(shè)G為π-可分群,S??G,φ∈Fπ(S),則稱(S,φ)為G的次正規(guī)π-可分解的特征標(biāo)對(duì),簡稱G的Fπ-對(duì)。G的所有Fπ-對(duì)在特征標(biāo)的偏序關(guān)系下的極大元稱為G的極大Fπ-對(duì),其全體記為 S?(G)。設(shè) χ∈Irr(G),如果(S,φ)≤(G,χ),則稱(S,φ)為(G,χ)或χ下方的Fπ-對(duì)。 下面是G的極大Fπ-對(duì)和Fπ-特征標(biāo)的幾個(gè)主要定理。 引理2 設(shè)G為π-可分群,(S,φ)為G的極大 Fπ-對(duì),M?G 且 G/M 為 π-群或 π′-群 ,令D=S∩M,δ為φD上一個(gè)不可約分量,則(D,δ)為M的一個(gè)極大Fπ-對(duì)。 證明 由M?G,得D?S且S/D?SM/M,故 S/D 為 π- 群 或 π′- 群 ,又 φ∈Fπ(S),故δ∈Fπ(D),從而(D,δ)為M的一個(gè)Fπ-對(duì)。 假設(shè)(D,δ)不是M的一個(gè)極大Fπ-對(duì),則根據(jù)文獻(xiàn)[3]中引理 4.6,存在 M 的一個(gè) Fπ-對(duì)(T,τ)滿 足 (D,δ)<(T,τ),D?T 且 T/D 為 單群,則 T/D 為 π-群或 π′-群。令 H= 定理1 設(shè)G為π-可分群,χ∈Irr(G),則 (1)存在 G 的一個(gè)極大 Fπ-對(duì) (S,φ)使得(S,φ)≤(G,χ); (2)如果(U,θ)為 G 的任意一個(gè) Fπ-對(duì),滿足 (U,θ)≤(G,χ),則存在 G 的一個(gè)極大 Fπ-對(duì)(S,φ)使得(U,θ)≤(S,φ)≤(G,χ); (3)(G,χ)的任意兩個(gè)極大Fπ-對(duì)均在G中共軛。 證明 因?yàn)槠椒驳?Fπ-對(duì)(1,11)≤(G,χ),說明(G,χ)下方總有 Fπ-對(duì),我們將證明(G,χ)下方的每個(gè)極大Fπ-對(duì)都是G的極大Fπ-對(duì),據(jù)此即得(1)和(2)。 設(shè)(S,φ)為(G,χ)下方的極大 Fπ-對(duì),假設(shè)(S,φ)不是 G的極大 Fπ-對(duì),由文獻(xiàn)[3]中引理4.6,存在 G 的 Fπ-對(duì) (T,τ)滿足 (S,φ)<(T,τ),S?T且T/S為單群,則T/S為π-群或π′-群,由于τ是π-可分的,故Irr(T|φ)的每一個(gè)不可約特征標(biāo)都是 π-可分的,取 μ∈Irr(T|φ)位于 χ 的下方 ,則 (T,μ)是 G 的 一 個(gè) Fπ-對(duì) 且 (S,φ)<(T,μ)≤(G,χ),這與(S,φ)的極大性矛盾。 下面證明(3)的結(jié)論,固定(G,χ)下方的極大 Fπ-對(duì) (S,φ),我們通過對(duì) |G|進(jìn)行歸納來證明下面的命題:若 (T,θ)是 (G,χ)下方的一個(gè)Fπ-對(duì),那么就存在 g∈G 使得 (T,θ)g≤(S,φ)。如果 T=G,則(T,θ)=(G,χ),可知 χ是 π-可分的,從而 (S,φ)=(G,χ)=(T,θ),對(duì)任意的 g∈G都 有 (T,θ)g≤(S,φ)。 下 面 假 設(shè) T 現(xiàn)在假設(shè) (S1,φ1)也是 (G,χ)下方的極大Fπ-對(duì),由上面結(jié)論,存在 g∈G 使得(S1,φ1)g≤(S,φ),由 (S1,φ1)g和 (S,φ) 的 極 大 性 ,得(S1,φ1)g=(S,φ)。 定理2 設(shè)G為π-可分群,(S,φ)為G的一個(gè)極大Fπ-對(duì),令T=IG(S,φ),那么特征標(biāo)的誘導(dǎo) 為雙射 ()G:Irr(T|φ) →Irr(G|φ) ,ξ?ξG。稱 為由(S,φ)定義的G的一個(gè)極大Fπ-對(duì)應(yīng)。 證明 只需證明誘導(dǎo)定義了一個(gè)從Irr(T|φ)到Irr(G|φ)的單射即可。因?yàn)槿绻撜T導(dǎo)為單射則必為滿射。事實(shí)上若χ∈Irr(G|φ),則存在ψ∈Irr(T|φ)在 χ的下方,于是由 ψG不可約,可得 ψG=χ。 對(duì)|G|進(jìn)行歸納,若S=G,則T=G,顯然成立。下設(shè)S 取 θ∈Irr(M)在 φ 上方,記 I=IG(θ),若有g(shù)∈G 使得 θg也在 φ 上方,即(S,φ)≤(M,θg),由(S,φ)≤(M,θ)和M?G,可得(S,φ)g≤(M,θg),此時(shí) (S,φ)與 (S,φ)g都屬于 S?(M)。由本節(jié)定理 1的(3)可得,存在 m∈M,使得 (S,φ)gm=(S,φ),則 gm∈T,從 而 g∈MT,特 別 地 ,I?MT,進(jìn)而有IMT(θ)=I。 令 ψ∈Irr(MT|φ),取 θ∈Irr(M)在 φ 的上方且在 ψ的下方,因?yàn)?M?MT,IMT(θ)=I,由Clifford對(duì)應(yīng)知存在 α∈Irr(I|θ)使得 ψ=αMT,則有ψG=αG。因?yàn)镸?G,由Clifford對(duì)應(yīng)知αG不可約,故ψG不可約,說明誘導(dǎo)定義了從Irr(MT|φ)到 Irr(G)的一個(gè)映射。 下面證明此映射為單射,記ψG=χ,其中ψ∈Irr(MT|φ)且 θ在 φ 的 上 方 。 假 設(shè) 存 在η∈Irr(MT|φ),使得 ηG=χ。因?yàn)?ψ 在 θ上方,故χ在θ上方,因此ηM的所有不可約分量與θ在G中共軛。由于η在φ上方,因此ηM中至少有一個(gè)分量在φ上方,假設(shè)θg在φ的上方η的下方,則有g(shù)∈MT。又η在θg上方,則η在θ上方,由Clifford 對(duì)應(yīng)存在 β∈Irr(I|θ)使得 η=βMT,因此βG=ηG=ψG=αG,由 Clifford對(duì)應(yīng)為單射得 α=β,從而η=βMT=αMT=ψ。 若 MT=G,記 D=T∩M,則 D?T 且NM(S,φ)=D。因?yàn)?(S,φ)∈S?(M),由歸納假設(shè),誘導(dǎo)定義了從Irr(D|φ)到Irr(M)的單射。設(shè) μ∈Irr(D|φ),記 θ=μM,則 θ不 可 約 且 μ 為Irr(D|φ)中唯一可誘導(dǎo)θ的特征標(biāo)。因?yàn)門穩(wěn)定D和φ,由μ的唯一性得θ在T中的穩(wěn)定子必穩(wěn)定μ。由文獻(xiàn)[3]中引理2.11(b)得誘導(dǎo)定義了從 Irr(T|μ)到 Irr(G|θ)的單射。 令 ψ∈Irr(T|φ),則 ψ 位于某個(gè) μ∈Irr(D|φ)上方,其中 μ∈Irr(D|φ),由上面結(jié)論知,χ=ψG不可約且在μM上方。為了完成證明,我們假設(shè)χ=ηG,其中 η∈Irr(T|φ),下證 ψ=η。類似于 ψ的情形,存在某個(gè) ν∈Irr(D|φ)在 η 下方,νM不可約且在ηG=χ的下方。因?yàn)棣植豢杉s,μM與νM在G中共軛,又G=MT,則存在t∈T,使得νM=(μM)t=(μt)M,而 ν和 μt都屬于 Irr(D|φ),由于從Irr(D|φ)到Irr(M)的誘導(dǎo)映射為單射,所以ν=μt。因?yàn)镈?T,得η在μ上方,又η在ν上方,而從 Irr(T|μ)到 Irr(G)的誘導(dǎo)為單射,從而η=ψ。 定理3 設(shè)G為π-可分群,(S,φ)為G的一個(gè)極大 Fπ-對(duì),如果 S 證明 因?yàn)镾是G的真正規(guī)子群,故存在U??G滿足使得S?U且U/S為單群,則U/S為π-群或π′-群,由對(duì)稱性,不妨假設(shè)U/S為π-群。如果 φπ′為 U-不變的,則每個(gè) θ∈Irr(U|φ)均為Fπ-特征標(biāo),此時(shí)(U,θ)亦是G的一個(gè)Fπ-對(duì),這與(S,φ)的極大性矛盾,故U不屬于IG(S,φπ′)。 令 N=NG(S), 則 IG(S,φπ′)?N, 因 為U/S??N/S且U/S為π-群,故U/S?Oπ(N/S),所以 Oπ(N/S)?IG(S,φπ′)/S?N/S, 從而 |N:IG(S,φπ′)|不是 π′-數(shù),特別地,IG(S,φπ′)為N的真子群,又 IG(S,φ)=IG(S,φπ)∩IG(S,φπ′),表明IG(S,φ)也是N的真子群。 現(xiàn)在介紹Isaacs定義的特征標(biāo)原核的概念,設(shè) G 為 π-可分群,χ∈Irr(G),由上述定理 1選取 (S,φ)∈S?(G) 滿 足 (S,φ)≤(G,χ),令 T=IG(S,φ),由定理 2 存在唯一的 ξ∈ Irr(T|φ)使得χ=ξG,這樣得到的 (T,ξ)是共軛唯一的,稱為(G,χ)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)誘導(dǎo)對(duì)。 如果χ是π-可分解的特征標(biāo),那么S=G,從而(T,ξ)=(G,χ);如果 χ 不是 π-可分解的特征標(biāo),那么S 以下是原核的簡單性質(zhì): 引 理 3 設(shè) G 為 π-可 分 群 ,χ∈Irr(G),(W,γ)∈Nuc(χ),則以下成立: (1) (W,γ)是共軛唯一的; (2) χ∈Fπ(G)當(dāng)且僅當(dāng)(W,γ)=(G,χ); (3) 如 果 (S,φ)≤(G,χ)為 G 的 一 個(gè) 極 大Fπ-對(duì),那么 (S,φ)經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓曹椞鎿Q后有(S,φ)≤(W,γ); (4) γG=χ且 γ∈Fπ(W),特別地 IG(W,γ)=W; (5) 如果 (T,ξ)為 (G,χ)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)誘導(dǎo)對(duì),則 Nuc(ξ)?Nuc(χ)。 證明 當(dāng)χ∈Fπ(G),那么(G,χ)就是G的在χ下方唯一的極大Fπ-對(duì),此時(shí)χ有唯一的原核(W,γ)即為(G,χ),從而 χ的原核在 G 中共軛唯一,反之若(W,γ)=(G,χ),那么原核 γ 是 π-可分的,故 χ=γ也是 π-可分的,(2)得證?,F(xiàn)在假設(shè)χ?Fπ(G),對(duì)|G|進(jìn)行歸納。 由原核的構(gòu)造過程可知,第一步需要選擇G 的在 χ下方的一個(gè)極大 Fπ-對(duì)(S,φ),令 T=IG(S,φ),得到(G,χ)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)誘導(dǎo)對(duì) (T,ξ),所以ξ的原核也是χ的原核,(5)得證,此時(shí)T 下面是需要用到的Bπ-特征標(biāo)的一個(gè)性質(zhì)和著名的Clifford定理。 引 理 4 設(shè) G 為 π-可 分 群 ,χ∈Bπ(G),(N,θ)≤(G,χ) 為 G 的 一 個(gè) Fπ- 對(duì) ,則θ∈Xπ(N)。 證明 因?yàn)?N,θ)≤(G,χ)為 G 的一個(gè)Fπ-對(duì),由本節(jié)定理 1(2)可知,存在 (S,φ)∈S?(G)滿 足 (N,θ)≤(S,φ)≤(G,χ),再 由 本 節(jié) 引 理 3(3),存在 χ的原核(W,γ)滿足(S,φ)≤(W,γ),已 知 χ∈Bπ(G),故 γ 是 π-特 殊 的 ,顯 然N??W,由本節(jié)引理1可得,θ∈Xπ(N)。 定理4 設(shè)G為π-可分群,N?G并且G/N為π′-群,χ∈Bπ(G)且(V,τ)為χ的一個(gè)原核,則(W,γ)是χN某個(gè)不可約分量的原核,其中W=N∩V,γ=τW。 證明 因?yàn)棣譃锽π-特征標(biāo),故其原核特征標(biāo)τ∈Xπ(V)。又因?yàn)?/p> 故V/W為π′-群,從而由引理1可得γ=τW不可約,且γ∈Xπ(W)。根據(jù)原核的構(gòu)造過程,可以選取(S,φ)為χ下方的一個(gè)極大的次正規(guī)Fπ-對(duì),使得 其 中 I=IG(S,φ),ξ∈Irr(I)滿 足 (V,τ)也 是(I,ξ)的一個(gè)原核,則 ξ∈Bπ(I)。 根 據(jù) 引 理 4 可 知 φ∈Xπ(S)。 下 令S1=N∩S,因?yàn)?/p> 故S/S1為π′-群。再次使用引理1,可以推出φ1=φS∈Xπ(S1),并且 φ 為 φ1在 S 上唯一的 π-特殊擴(kuò)張。因?yàn)?(S,φ)∈S?(G),由引理 2 可知(S1,φ1)∈S?(N),由于 (S1,φ1)≤(V,τ),但 γ=τW是不可約的,迫使(S1,φ1)≤(W,γ)。 令 J=IN(S1,φ1),J1=IG(S1,φ1),下 面 我 們證明J1=I,由I正規(guī)化S∩N=S1且固定φ不動(dòng),從而固定 φ1不動(dòng),所以 I≤J1。令 K= 故 I/J亦為 π′-群。 設(shè) (W,γ)≤(J,η)≤(G,χ),如 此 選 擇 η,則(S1,φ1)在 η 下 方 ,從 而 ψ=ηN∈Irr(N),迫 使(N,ψ)≤(G,χ),相關(guān)子群和特征標(biāo)如圖1所示。 現(xiàn)在對(duì)|G|歸納,若I=G,根據(jù)定理3,(S,φ)=(G,χ),從而 (W,γ)=(N,ψ),(W,γ)為 ψ的原核。若I 利用上述定理可證明推論B。 推論1 設(shè)G為π-可分群,N?G并且G/N為 π′-群,χ∈Bπ(G),則 χ在 N 上所有不可約分量均為Bπ-特征標(biāo)。 證明 令(V,τ)為χ的一個(gè)原核,W=N∩V,γ=τW,根據(jù)上述定理,則(W,γ)是χN某個(gè)不可約分量ψ的原核 ,已 知 χ∈Bπ(G),所 以τ∈Xπ(V),由 于 W?V,故 γ∈Xπ(W),從 而ψ∈Bπ(N),由引理5,可知χ在N上所有不可約分量均為Bπ-特征標(biāo)。 作者衷心感謝山西大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院王蕾博士的悉心修改。1 原核和Bπ-特征標(biāo)
,則H??G,又D?S,得D?H,此時(shí)δ為φD和τD的一個(gè)共同的不可約分量,由文獻(xiàn)[3]中引理4.4,可得Irr(H|δ)中的每一個(gè)不可約特征標(biāo)都是π-可分的,從中選取一個(gè)不可約特征標(biāo)θ位于 φ 的上方,則 θ∈Fπ(H),故(H,θ)為 G 的一個(gè)極大Fπ-對(duì)且(S,φ)≤(H,θ),由(S,φ)的極大性得S=H,故T?H=S,則T?S∩M=D,這與D2 主要結(jié)果及證明
3 致謝