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TEOREMA DI ISOMORFISMO:

enunciato

Siano G,H due gruppi ed f un morfismo di gruppi tale che f:G right H allora:
G/Ker(f)rightIm(f) è un isomorfismo
teorema

dimostrazione

Sia f prime:G/Ker(f) right Im(f)

Im(f) è sottogruppo di H

Sia Im(f) sottoinsieme di H non vuoto e prendendo x,y in Im(f) anche xy^-1 in Im(f)
Ma Im(f)=delim{lbrace}{f(g):g in G}{rbrace} cioè x=f(g_1) e y=f(g_2) con g_1,g_2 in G
Allora f(g_1)f(g_2)^-1=f(g_1{g_2}^-1) che è un elemento dell'immagine di f perchè g_1{g_2}^-1 in G.

G/Ker(f) è un gruppo

Perchè Ker(f) è sottogruppo normale di G in quanto:
Ker(f) è sottogruppo di G perchè se k_1,k_2 in Ker(f) vale che k_1{k^-1}_2 in Ker(f) perchè f(k_1{k^-1}_2 )=f(k_1)f({k^-1}_2 )=f(k_1)f(k_2)^-1=e_H e_H^-1=e_H
Ma Ker(f) è anche sottogruppo normale perchè forall k in Ker(f) e forall g in G vale che gKg^-1 in Ker(f) per la terza proprietà dei sottogruppi normali.
Infatti f(gkg^-1)=f(g)f(k)f(g)=f(g)f(g^-1)=f(g)f(g)^-1=e_H

buona definizione di f prime

G/Ker(f) right Im(f)
gKer(f) right f(g)
gKer(f) è la classe laterale gk con k in Ker(f) quindi gk right f(gk) ed essendo f un morfismo si ha che f(gk)=f(g)f(k)=f(g)e_G=f(g)e_H=f(g) e quindi f prime è ben definita.

f prime è un morfismo di gruppi

f prime((g_1Ker(f))(g_2Ker(f)))=f prime(g_1g_2Ker(f))=f(g_1g_2)=f(g_1)f(g_2)=f prime (g_1Ker(f))f prime (g_2Ker(f)) cioè f prime è un morfismo di gruppi.

f prime è suriettivo

f(g) in Im(f) è immagine tramite f prime di gKer(f) cioè f prime(gKer(f))=f(g).

f prime è iniettivo

Un morfismo è iniettivo se e solo se il nucleo contiene solo l'elemento neutro:

[Se]
f prime (e_G)=e_H perchè f prime è un morfismo e nessun altro elemento viene mandato in e_H altrimenti f non sarebbe iniettiva, quindi Ker(f prime)=delim{lbrace}{e_G}{rbrace}
[solo se]
Siano g_1,g_2 in G/Ker(f) e suppongo f prime(g_1)=f prime(g_2). Se f  prime fosse iniettiva avrei g_1=g_2.
f prime(g_1)f prime(g_2)^-1=e_H=f prime(g_1{g_2}^-1) quindi g_1{g_2}^-1 in Ker(f  prime) per definizione di nucleo cioè g_1{g_2}^-1=e_G.
Supponendo che f prime(gKer(f))=e_H=f(g) quindi g in Ker(f) allora gKer(f)=Ker(f) cioè il nucleo di f prime è formato dal solo elemento neutro del quoziente.

f prime è un isomorfismo

Un morfismo sia iniettivo che suriettivo si dice isomorfismo.

C.V.D.