Matemáticas/Teoría de grupos/Homomorfismos

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Homomorfismos

Definición 1.10: Sean G y H dos grupos. Una aplicación f:G⟶H se llama homomorfismo de grupos (o simplemente homomorfismo) si Plantilla:Eqn para todo a , b de G.


Es claro que si f:G⟶H y g:H⟶K son homomorfismos entonces g∘f:G⟶K es un homomorfismo.


Teorema 1.11: Sean G y H dos grupos y f:G⟶H un homomorfismo. Se cumple que

  1. si 1G y 1H son las identidades de G y H, respectivamente, entonces f(1G)=1H;
  2. si a∈G entonces f(a−1)=f(a)−1.


Demostración: En efecto, pues f(1G)=f(1G⋅1G)=f(1G)f(1G), lo que implica f(1G)=1H. Además, f(a−1)f(a)=f(a−1a)=f(1G)=1H, luego f(a−1)=f(a)−1.
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Se dice que un homomorfismo es un monomorfismo, un epimorfismo o un isomorfismo si es, respectivamente, inyectivo, sobreyectivo o biyectivo. Un homomorfismo de un grupo G en sí mismo se dice un endomorfismo, mientras que un isomorfismo de un grupo G en sí mismo se dice un automorfismo.

Dos grupos G y H se dicen isomorfos si existe un isomorfismo entre ellos, hecho que representaremos por G≅H. Dos grupos que son isomorfos son, desde el punto de vista algebraico, indistinguibles, pues lo que vale para G respecto de su operación de grupo vale también para H respecto de su operación de grupo, y viceversa. Así, aunque desde el punto de vista conjuntista G y H sean dos conjuntos diferentes, desde el punto de vista algebraico G y H son el mismo objeto.

Sea G un grupo. Denotaremos por Aut G al conjunto de todos los automorfismos del grupo G. Puede probarse que AutG es a su vez un grupo tomando como operación la composición de aplicaciones.


Definición 1.12: Sean G y H dos grupos y sea f un homomorfismo entre ellos. El núcleo de f se define como el conjunto Plantilla:Eqn donde 1H es la identidad de H.


Teorema 1.13: Sean G y H dos grupos cualesquiera. La aplicación f:G⟶H es monomorfismo si y sólo si es homomorfismo y ker⁡f=1.


Demostración: Si f:G⟶H es un monomorfismo, entonces sólo puede existir un elemento a de G tal que f(a)=1H, y por el teorema 1.11, ese elemento es 1G, de modo que ker⁡f={1G}. Recíprocamente, si ker⁡f={1G} y f(a)=f(b), entonces 1H=f(a)f(b)−1=f(a)f(b−1)=f(ab−1), lo que implica ab−1∈ker⁡f, luego ab−1=1G y así a=b, por lo que f es inyectiva y con ello un monomorfismo.
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El teorema anterior resulta útil para probar que dos grupos son isomorfos, ya que para esto basta con mostrar que existe un epimorfismo f entre ellos cuyo núcleo es trivial (en cuyo caso f es también un monomorfismo y por tanto un isomorfismo).