平移一块,再看它落在哪里
在模 12 的加法里,把子群 H 中的每个数加上同一个起点。取 1 和取 5,会到达两块不同的集合吗?用余数盘把这件事算清楚。
每次加 4,回到 0 时停下:0 → 4 → 8 → 0。
ℤ₁₂
加法,模 12
选一个起点
0 / 3 项已平移
原子群 H(点下有标记)已平移到的数
从生成元得到子群
H = ⟨4⟩ = {0, 4, 8}
起点 0:构造 0 + H
在余数盘上选代表元 r。每按一次“平移下一项”,就计算一个 r + h(mod n)。
0 + H:尚未平移
当前起点是 0。先逐项计算,或用“加入这块”一次完成当前陪集并放入划分。
把整个群分成互不重叠的块
已放入 0 块,覆盖 0 / 12 个元素
加入过的陪集会留在下方。选到同一块里的另一个数时,观察它的名字怎样变,元素又怎样不变。
尚未放入陪集。取起点 0,就会得到 H 本身。
每块的大小 3
全部块数 4
[ℤ₁₂ : H] = 12 / 3 = gcd(12, 4) = 4
把观察接回原理
在默认例子里,1 + H = {1, 5, 9},5 + H 也一样。因为 5 − 1 = 4 ∈ H,加上这段差只会在 H 内部轮换。代表元是一个起点,不是陪集的唯一名字。
平移不会丢掉元素:从 r + h₁ = r + h₂ 减去 r,就得到 h₁ = h₂。而 r + H 中的每个元素本来都来自某个 h,所以每块都与 H 等大。对子群的两个陪集,只要有一个公共元素,它们就完全相同;这里不会出现只重合一部分的两块。
试把 a 改为 0:H 只剩 {0},每个数各占一块。再把 a 改为 1:H 就是整个群,只剩一块。一般地,令 d = gcd(n, a),H 恰好由模 n 的 d 的倍数组成,因而 |H| = n / d,指数等于 d。盘上的计算展示了结论;其中“恰好由所有 d 的倍数组成”的理由,需要用正文里的整除论证补上。