Quellcodebibliothek Statistik Leitseite products/Sources/formale Sprachen/GAP/pkg/hap/www/SideLinks/About/   (Algebra von RWTH Aachen Version 4.15.1©)  Datei vom 19.6.2025 mit Größe 16 kB image not shown  

Quelle  aboutSpaceGroup.html   Sprache: HTML

 
 products/Sources/formale Sprachen/GAP/pkg/hap/www/SideLinks/About/aboutSpaceGroup.html


<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN">
<html>
<head>
  <meta http-equiv="content-type"
 content="text/html; charset=ISO-8859-1">
  <title>AboutHap</title>
</head>
<body
 style="color: rgb(0, 0, 153); background-color: rgb(204, 255, 255);"
 alink="#000066" link="#000066" vlink="#000066">
<br>
<table
 style="text-align: left; margin-left: auto; margin-right: auto; color: rgb(0, 0, 102);"
 border="0" cellpadding="20" cellspacing="10">
  <tbody>
    <tr align="center">
      <th style="vertical-align: top;">
      <table style="width: 100%; text-align: left;" cellpadding="2"
 cellspacing="2">
        <tbody>
          <tr>
            <td style="vertical-align: top;"><a
 href="aboutGraphsOfGroups.html"><small style="color: rgb(0, 0, 102);">Previous</small></a><br>
            </td>
            <td
 style="text-align: center; vertical-align: top; color: rgb(0, 0, 102);"><big><span
 style="font-weight: bold;">About HAP: Space groups and almost
crystallographic groups - an example of how to piece resolutions
together<br>
            </span></big></td>
            <td style="text-align: right; vertical-align: top;"><a
 href="aboutRosenbergerMonster.html"><small
 style="color: rgb(0, 0, 102);">next</small></a><br>
            </td>
          </tr>
        </tbody>
      </table>
      <br>
      </th>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 255);">The
first step in attempting to calculate the cohomology of a group G is to
decide on how best to represent the group. In some cases G will admit a
decomposition into subgroups and quotient groups where the various
component groups need to be represented differently. We try to
illustrate this
with a simple example.<br>
      <br>
Consider the tessellation of the plane <span style="font-weight: bold;">R</span><sup>2</sup>
by congruent equilateral triangles, and let G be the group of
isometries of the plane which preserve this tessellation.<br>
      <br>
      <div style="text-align: center;"><img alt="" src="crystal.jpg"
 style="width: 657px; height: 383px;"><br>
      </div>
      <br>
The group G is generated by two
translations S,T together with two reflections X,Y. By using the
embedding <span style="font-weight: bold;">R</span><sup>2</sup> → <span
 style="font-weight: bold;">R</span><sup>3  </sup>(u,v) → (u,v,1)
these affine
transformations can be represented as 3×3 matrices involving the
square root of 3. The following commands construct G.<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="background-color: rgb(255, 255, 204); vertical-align: top;">gap>
x:=Indeterminate(Rationals);;<br>
gap> p:=x^2-3;;<br>
gap> K:=AlgebraicExtension(Rationals,p);;<br>
gap> one:=One(K);;<br>
gap> rt3:=RootOfDefiningPolynomial(K);;<br>
      <br>
gap> reflectionX:=[[-1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]]*one;;<br>
gap> reflectionY:=[[1/2,rt3/2,0],[rt3/2,-1/2,0],[0,0,1]]*one;;<br>
gap> translationS:=[[1,0,2],[0,1,0],[0,0,1]]*one;;<br>
gap> translationT:=[[1,0,1],[0,1,rt3],[0,0,1]]*one;;<br>
      <br>
gap> G:=Group([reflectionX,reflectionY,translationS,translationT]);;<br>
gap> P:=Group([reflectionX,reflectionY]);;<br>
gap> N:=Group([translationS,translationT]);;<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="background-color: rgb(255, 255, 255); vertical-align: top;">The
linear isometries in G form a finite group P (called the <span
 style="font-style: italic;">point group</span>). The translations S
and T generate a free abelian group N. The general theory of space
groups tells us that N is normal in G and that the quotient G/N is
isomorphic to P.  The groups N and P are created above. The
following command shows that P is the symmetric group of degree 3.<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="background-color: rgb(255, 255, 204); vertical-align: top;">gap>
StructureDescription(P);<br>
"S3"<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="text-align: left; background-color: rgb(255, 255, 255); vertical-align: top;">We
can construct a ZP-resolution as
follows.<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 204);">gap>
RP:=ResolutionFiniteGroup(P,12);;<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 255);">Using
the fact that N is free abelian of rank 2 we construct a ZN-resolution
as follows.<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 204);">gap>
RN:=ResolutionAbelianGroup([0,0],12);;<br>
      <br>
gap> fpN:=RN!.group;;<br>
gap> fpNhomN:=GroupHomomorphismByImages(fpN,N,<br>
                               
GeneratorsOfGroup(fpN),[translationS,translationT]);;<br>
      <br>
gap> RN!.group:=N;;<br>
gap> RN!.elts:=List(RN!.elts,x->Image(fpNhomN,x));;<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 255);">We
construct a homomorphism G→P, together with a section P→G,  as
follows.<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 204);">gap>
################################<br>
gap> GhomPfn:=function(MM)<br>
> local M,i,j;<br>
> M:=[];<br>
> for i in [1..3] do M[i]:=[];<br>
> for j in [1..3] do<br>
> M[i][j]:=MM[i][j];<br>
> od;<br>
> od;<br>
> M[1][3]:=0*one;<br>
> M[2][3]:=0*one;<br>
> return M;<br>
> end;;<br>
gap> ################################<br>
      <br>
gap> GhomP:=GroupHomomorphismByFunction(G,P,GhomPfn);<br>
gap> PmapG:=function(MM); return MM; end;<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 255);">We
can now combine the ZP-resolution and ZN-resolution into a free
ZG-resolution as follows. <br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 204);">gap>
RG:=ResolutionExtension(GhomP,RN,RP,"Don't Test Finiteness", PmapG);;<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 255);">The
following commands show that H<sub>1</sub>(G,Z)=Z<sub>2</sub>, H<sub>2</sub>(G,Z)=Z<sub>2</sub>,
H<sub>3</sub>(G,Z)=Z<sub>3</sub>+Z<sub>3</sub>+Z<sub>6</sub>,  H<sub>4</sub>(G,Z)=Z<sub>2
      </sub>and suggest that the homology is periodic with period 4. </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 204);">gap>
TRG:=TensorWithIntegers(RG);;<br>
gap> for n in [1..11] do<br>
> Print("The homology in dimension ",n," is ",Homology(TRG,n),"\n");<br>
> od;<br>
The homology in dimension 1 is [ 2 ]<br>
The homology in dimension 2 is [ 2 ]<br>
The homology in dimension 3 is [ 3, 3, 6 ]<br>
The homology in dimension 4 is [ 2 ]<br>
The homology in dimension 5 is [ 2 ]<br>
The homology in dimension 6 is [ 2 ]<br>
The homology in dimension 7 is [ 3, 3, 6 ]<br>
The homology in dimension 8 is [ 2 ]<br>
The homology in dimension 9 is [ 2 ]<br>
The homology in dimension 10 is [ 2 ]<br>
The homology in dimension 11 is [ 3, 3, 6]<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 255);"><span
 style="font-weight: bold;"></span><span style="font-weight: bold;"></span><span
 style="font-family: helvetica,arial,sans-serif;"></span>The following
command shows however that the resolution RG is not periodic with
period 4.<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 204);">gap>
List([1..11],n->RG!.dimension(n));<br>
[ 4, 8, 12, 16, 21, 28, 36, 44, 52, 60, 68 ]<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 255);">The
following command yields the presentation <br>
      <br>
      <div style="text-align: center;"><s, t, a, y | a<sup>3</sup> =
y<sup>2</sup> = (ay)<sup>2</sup> = sat<sup>-1</sup>sa<sup>-1</sup> =
tasa<sup>-1</sup> = (sy)<sup>2</sup> = tyt<sup>-1</sup>sy, tst<sup>-1</sup>s<sup>-1</sup>
><br>
      <br>
      <div style="text-align: left;">for the infinite group G.<br>
      </div>
      </div>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 204);">gap>
PresentationOfResolution(RG);<br>
rec( freeGroup := <free group on the generators [ f1, f2, f3, f4
]>,<br>
  relators := [ f4^2, f3^3, f3*f4*f3*f4, f1*f3*f2^-1*f1*f3^-1,<br>
      f2*f3*f1*f3^-1, f1*f4*f1*f4,
f2*f4*f2^-1*f1*f4, f2*f1*f2^-1*f1^-1 ] )<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 255);">A
periodic ZG-resolution can be obtained by replacing the above
ZP-resolution by a periodic one. The following additional commands
construct such a periodic ZG-resolution.<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 204);">gap>
F:=FreeGroup(2);;<br>
gap> relators:=[ F.1^2, F.1*F.2*F.1^-1*F.2^-2 ];;<br>
gap> RP:=ResolutionSmallFpGroup(F/relators,12);;<br>
gap> hom:=GroupHomomorphismByImagesNC(RP!.group,P,<br>
              
        GeneratorsOfGroup(RP!.group),
[reflectionX,reflectionX*reflectionY]);;<br>
      <br>
gap> Order(Kernel(hom));<br>
1<br>
gap> Order(Image(hom));<br>
6<br>
gap> # So hom is an isomorphism.<br>
      <br>
gap> RP!.group:=P;;<br>
gap> RP!.elts:=List(RP!.elts,x->Image(hom,x));;<br>
      <br>
gap>
RG:=ResolutionExtension(GhomP,RN,RP,"Don't Test Finiteness", PmapG);;<br>
      <br>
gap> List([1..11],n->RG!.dimension(n));<br>
[ 4, 7, 7, 5, 5, 7, 7, 5, 5, 7, 7 ]<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 255);">The
above techniques can be applied to any <span
 style="font-style: italic;">almost crystallographic</span> group G
(that is, a nilpotent-by-finite group G with no non-trivial finite
normal subgroups).
Such groups can be produced using the Cryst and AClib packages. <br>
      <br>
The function <span style="font-family: helvetica,arial,sans-serif;">ResolutionAlmostCrystalGroup(G,n)</span>
allows one to construct the resolution directly if G is an almost
crystallographic pcp group. For example, the following commands compute
the ranks of the mod 2 cohomology of a 2-dimensional space group with
point group equal to the cyclic group of order 4. <br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 204);">gap>
G:=SpaceGroup(2,10);;<br>
gap> StructureDescription(PointGroup(G));<br>
"C4"<br>
      <br>
gap> G:=Image(IsomorphismPcpGroup(G));;<br>
gap> R:=ResolutionAlmostCrystalGroup(G,6);;<br>
gap> HomR:=HomToIntegersModP(R,2);;<br>
gap> for n in [1..5] do<br>
> Print("The mod 2 cohomology in dimension ",n," has rank
",Cohomology(HomR,n),"\n");

> od;<br>
The mod 2 cohomology in dimension 1 has rank 2<br>
The mod 2 cohomology in dimension 2 has rank 3<br>
The mod 2 cohomology in dimension 3 has rank 3<br>
The mod 2 cohomology in dimension 4 has rank 3<br>
The mod 2 cohomology in dimension 5 has rank 3<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 255);">An
almost crsystallographic group G has a normal nilpotent subgroup T of
finite index. We define T<sub>1</sub>=T and T<sub>c+1</sub>=[T<sub>c</sub>,G].
The command ResolutionAlmostCrystallographicQuotient(G,n,c) produces a
free ZQ-resolution for the group Q=G/T<sub>c</sub>.<br>
      <br>
The following commands calculate the ranks of the mod  2
cohomology of Q=G/T<sub>c</sub> for the preceding space group G and
c=2,3,4,5.<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 204);">gap>
#CASE C=2.<br>
gap> S:=ResolutionAlmostCrystalQuotient(G,6,2);; Q:=S!.group;;<br>
gap> Order(Q);<br>
8<br>
gap> Coclass(Q);<br>
2<br>
      <br>
gap> HomS:=HomToIntegersModP(S,2);;<br>
gap> for n in [1..5] do<br>
> Print("The mod 2 cohomology in dimension ",n," has rank
",Cohomology(HomS,n), "\n");

> od;<br>
The mod 2 cohomology in dimension 1 has rank 2<br>
The mod 2 cohomology in dimension 2 has rank 3<br>
The mod 2 cohomology in dimension 3 has rank 4<br>
The mod 2 cohomology in dimension 4 has rank 5<br>
The mod 2 cohomology in dimension 5 has rank 6<br>
      <br>
      <br>
gap> #CASE C=3.<br>
gap> S:=ResolutionAlmostCrystalQuotient(G,6,3);; Q:=S!.group;;<br>
gap> Order(Q);<br>
16<br>
gap>Coclass(Q);<br>
2<br>
      <br>
gap> HomS:=HomToIntegersModP(S,2);;<br>
gap> for n in [1..5] do<br>
> Print("The mod 2 cohomology in dimension ",n," has rank
",Cohomology(HomS,n), "\n");

> od;<br>
The mod 2 cohomology in dimension 1 has rank 2<br>
The mod 2 cohomology in dimension 2 has rank 4<br>
The mod 2 cohomology in dimension 3 has rank 6<br>
The mod 2 cohomology in dimension 4 has rank 9<br>
The mod 2 cohomology in dimension 5 has rank 12<br>
      <br>
gap> #CASE c=4.<br>
gap> S:=ResolutionAlmostCrystalQuotient(G,6,4);; Q:=S!.group;;<br>
gap> Order(Q);<br>
32<br>
gap>Coclass(Q);<br>
2<br>
      <br>
gap> HomS:=HomToIntegersModP(S,2);;<br>
gap> for n in [1..5] do<br>
> Print("The mod 2 cohomology in dimension ",n," has rank
",Cohomology(HomS,n), "\n");

> od;<br>
The mod 2 cohomology in dimension 1 has rank 2<br>
The mod 2 cohomology in dimension 2 has rank 4<br>
The mod 2 cohomology in dimension 3 has rank 6<br>
The mod 2 cohomology in dimension 4 has rank 9<br>
The mod 2 cohomology in dimension 5 has rank 12<br>
      <br>
gap> #CASE c=5.<br>
gap> S:=ResolutionAlmostCrystalQuotient(G,6,5);; Q:=S!.group;;<br>
gap> Order(Q);<br>
64<br>
gap> Coclass(Q);<br>
2<br>
      <br>
gap> HomS:=HomToIntegersModP(S,2);;<br>
gap> for n in [1..5] do<br>
> Print("The mod 2 cohomology in dimension ",n," has rank
",Cohomology(HomS,n), "\n");

> od;<br>
The mod 2 cohomology in dimension 1 has rank 2<br>
The mod 2 cohomology in dimension 2 has rank 4<br>
The mod 2 cohomology in dimension 3 has rank 6<br>
The mod 2 cohomology in dimension 4 has rank 9<br>
The mod 2 cohomology in dimension 5 has rank 12<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td
 style="vertical-align: top; background-color: rgb(255, 255, 255);">A
finite group of order p<sup>n</sup> and nilpotency class c is said to
have <span style="font-style: italic;">coclass</span> r=n-c. It was
shown by Charles Leedham-Green and others [C.Leedham-Green, The
structure of finite p-groups, <span style="font-style: italic;">J.
London Mathematical Society</span>, (2) 50 (1994) 49-67] that, with a
finite number of exceptions, every p-group of coclass r is associated
to one of only a finite number of p-adic uniserial space
groups G. In particular, for sufficiently large m the groups G/T<sub>m</sub>
all have
coclass r. The above calculations are consistent with the conjecture
that almost all groups of coclass r associated to a particular space
group G have "very similar cohomological properties".<br>
      <br>
For the prime p=2 it is known [J. Carlson,
Coclass and cohomology, <span style="font-style: italic;">J Pure
Applied Algebra</span> 200 (2005) 251-266] that there are only finitely
many isomorphism classes of mod 2 cohomology rings of 2-groups of a
given coclass r.<br>
      </td>
    </tr>
    <tr>
      <td style="vertical-align: top;">
      <table
 style="margin-left: auto; margin-right: auto; width: 100%; text-align: left;"
 border="0" cellpadding="2" cellspacing="2">
        <tbody>
          <tr>
            <td style="vertical-align: top;"><a
 style="color: rgb(0, 0, 102);" href="aboutGraphsOfGroups.html">Previous
Page</a><br>
            </td>
            <td style="text-align: center; vertical-align: top;"><a
 href="aboutContents.html"><span style="color: rgb(0, 0, 102);">Contents</span></a><br>
            </td>
            <td style="text-align: right; vertical-align: top;"><a
 href="aboutRosenbergerMonster.html"><span
 style="color: rgb(0, 0, 102);">Next
page</span><br>
            </a> </td>
          </tr>
        </tbody>
      </table>
      <a href="aboutTopology.html"><br>
      </a> </td>
    </tr>
  </tbody>
</table>
<br>
<br>
</body>
</html>

Messung V0.5
C=95 H=97 G=95

¤ Dauer der Verarbeitung: 0.12 Sekunden  (vorverarbeitet)  ¤

*© Formatika GbR, Deutschland






Wurzel

Suchen

Beweissystem der NASA

Beweissystem Isabelle

NIST Cobol Testsuite

Cephes Mathematical Library

Wiener Entwicklungsmethode

Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.

Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung und die Messung sind noch experimentell.