整数矩阵群中的扭元共轭类

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整数矩阵的有限群有很长的发展历史,它的研究融合线性代数、数论、群论等学科。  矩阵的有限群在抽象代数的第一节课的例子中就出现了,这些例子中的有限群大部分都是整数矩阵群。这些群提供了一个描述新概念、提出新问题的框架,这些群还有很多意想不到的、很奇妙的性质。比如,闵可夫斯基证明了一个的出乎意料的结果:GL(n,Z)的有限子群只有有限多个同构类。另一结果是,GL(n,Z)的元素有限多个阶数,令高兴的是,可以通过学过的线性代数的知识得到这些阶数。一般来说,这些阶数的数量随着n的增大而增大,虽然如此,它还有一个有趣的性质:从GL(2k,Z)到GL(2k+1,Z),他们的元素的阶数却保持不变。  研究GL(n,Z)和GL(n,Q)的有限子群应该考虑的问题和主要的结果。对一个正整数n,GL(n,Z)的有限子群是什么?GL(n,Z)的元素的可能的阶数是多少(还是对固定的n)?首先,观察到只要n足够大,任何一个有限子群都同构与GL(n,Z)的一个子群,那么这个问题就变为讨论这一固定整数n的问题了。其次,GL(n,Z)的有限子群有有限多个同构类,这是一个令人出乎意料的结果。最后,GL(n,Q)的任何有限子群都相似于(并且它也同构于)GL(n,Z)的一个子群。  本文建立在已有的一些结论的基础上,从最小多项式和特征多项式入手,发现了一个独辟蹊径的方法,研究GL(2,Z)、GL(3,Z)、GL(4,Z)的扭元,给出了所有的GL(2,Z)、GL(3,Z)、GL(4,Z)的扭元共轭类。
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