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Rubik's Cube: (UR)^105=I
大毛忽洞 2017-3-22 00:20
Hold the Rubik's Cube in this way: F(front) side facing you; U(up) side facing upwards; R(right) side facing to the right; B(back) side facing away from you; L(left) side facing to the left; D(down) side facing downwards. The notations of describing the movement of Rubik's Cube using these letters are as follows: F means a 90-degree clockwise turn of the front face. F2 means a 180-degree clockwise turn of the front face. F ' refers to a 90-degree counter-clockwise turn of the front face. R means a 90-degree clockwise turn of the right face. R2 means a 180-degree clockwise turn of the right face. R ' refers to a 90-degree counter-clockwise turn of the right face. U , U2, U ', B, B2, B', L, L2, L', D, D2, and D' have same definition as above. N represents the counting of twisting for the operation sequence T represents the side of twisting currently RC represents the angle of twisting currently C represents the cyclic periodicity of employing the operation sequence The Operation Sequence is U ,R , In Cartesian Coordinate System, ,The Operation Sequence is Z,3,;,Y,3,;, N=,1, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,1 , , ,B,B,B, , , ,B,B,B, , , ,L,L,L, L,L,F,U,U,U,B,R,R, L,L,F,U,U,U,B,R,R, L,L,F,U,U,U,B,R,R, , , ,R,R,R, , , ,F,F,F, , , ,F,F,F, N=,2, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,1 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,L,L,U, L,L,F,U,U,R,B,B,B, L,L,F,U,U,F,R,R,R, L,L,F,U,U,F,R,R,R, , , ,R,R,D, , , ,F,F,D, , , ,F,F,D, N=,3, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,2 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,F,F,F, L,L,R,U,U,U,L,B,B, L,L,R,U,U,U,L,R,R, L,L,D,F,F,R,U,R,R, , , ,R,R,B, , , ,F,F,D, , , ,F,F,D, N=,4, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,2 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,F,F,R, L,L,R,U,U,B,U,L,L, L,L,R,U,U,D,R,R,B, L,L,D,F,F,D,R,R,B, , , ,R,R,B, , , ,F,F,B, , , ,F,F,L, N=,5, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,3 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,D,R,R, L,L,R,F,U,U,F,L,L, L,L,R,F,U,U,F,R,B, L,L,B,D,D,B,R,R,B, , , ,R,R,U, , , ,F,F,B, , , ,F,F,L, N=,6, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,3 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,D,R,B, L,L,R,F,U,U,R,F,F, L,L,R,F,U,B,R,R,L, L,L,B,D,D,L,B,B,L, , , ,R,R,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,F, N=,7, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,4 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,B,R,R, L,L,R,D,F,F,D,F,F, L,L,R,D,U,U,R,R,L, L,L,U,L,B,U,B,B,L, , , ,B,R,R, , , ,F,F,U, , , ,F,F,F, N=,8, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,4 , , ,B,B,F, , , ,B,B,U, , , ,B,R,U, L,L,R,D,F,R,B,R,D, L,L,R,D,U,U,B,R,F, L,L,U,L,B,F,L,L,F, , , ,B,R,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,9, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,5 , , ,B,B,F, , , ,B,B,U, , , ,U,R,R, L,L,B,L,D,D,B,R,D, L,L,R,B,U,F,R,R,F, L,L,U,F,U,R,U,L,F, , , ,L,B,B, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,10, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,5 , , ,B,B,D, , , ,B,B,F, , , ,U,R,R, L,L,B,L,D,B,U,R,B, L,L,R,B,U,U,L,R,R, L,L,U,F,U,R,F,F,D, , , ,L,B,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,11, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,6 , , ,B,B,D, , , ,B,B,F, , , ,U,R,B, L,L,L,F,B,L,U,R,B, L,L,B,U,U,D,R,R,R, L,L,U,R,U,B,R,F,D, , , ,F,L,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,12, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,6 , , ,B,B,L, , , ,B,B,D, , , ,U,R,B, L,L,L,F,B,U,R,R,U, L,L,B,U,U,U,F,R,R, L,L,U,R,U,R,D,R,B, , , ,F,L,F, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,13, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,7 , , ,B,B,L, , , ,B,B,D, , , ,U,B,L, L,L,F,R,U,F,U,R,U, L,L,L,U,U,B,R,R,R, L,L,F,R,U,U,B,R,B, , , ,D,F,R, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,14, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,7 , , ,B,B,F, , , ,B,B,B, , , ,U,B,U, L,L,F,R,U,R,B,R,U, L,L,L,U,U,U,R,R,R, L,L,F,R,U,R,B,R,U, , , ,D,F,D, , , ,F,F,F, , , ,F,F,B, N=,15, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,8 , , ,B,B,F, , , ,B,B,B, , , ,F,L,F, L,L,D,R,U,R,U,R,U, L,L,F,U,U,U,B,R,R, L,L,D,R,U,R,U,R,U, , , ,B,R,B, , , ,F,F,F, , , ,F,F,B, N=,16, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,8 , , ,B,B,R, , , ,B,B,U, , , ,F,L,R, L,L,D,R,U,B,U,B,U, L,L,F,U,U,F,R,R,R, L,L,D,R,U,B,U,R,U, , , ,B,R,L, , , ,F,F,D, , , ,F,F,L, N=,17, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,9 , , ,B,B,R, , , ,B,B,U, , , ,D,F,D, L,L,B,R,U,R,F,B,U, L,L,R,U,U,U,L,R,R, L,L,L,B,F,B,R,R,U, , , ,U,R,U, , , ,F,F,D, , , ,F,F,L, N=,18, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,9 , , ,B,B,R, , , ,B,B,U, , , ,D,F,B, L,L,B,R,U,U,R,L,F, L,L,R,U,U,D,R,R,B, L,L,L,B,F,L,U,R,U, , , ,U,R,F, , , ,F,F,B, , , ,F,F,F, N=,19, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,10 , , ,B,B,R, , , ,B,B,U, , , ,L,R,B, L,L,U,B,U,R,D,L,F, L,L,R,F,U,U,F,R,B, L,L,F,L,D,U,B,R,U, , , ,U,R,R, , , ,F,F,B, , , ,F,F,F, N=,20, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,10 , , ,B,B,R, , , ,B,B,U, , , ,L,R,U, L,L,U,B,U,R,B,F,D, L,L,R,F,U,B,R,R,L, L,L,F,L,D,F,U,B,F, , , ,U,R,R, , , ,F,F,U, , , ,F,F,D, N=,21, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,11 , , ,B,B,R, , , ,B,B,U, , , ,F,R,U, L,L,U,L,F,B,L,F,D, L,L,R,D,U,U,R,R,L, L,L,R,F,B,R,U,B,F, , , ,U,R,B, , , ,F,F,U, , , ,F,F,D, N=,22, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,11 , , ,B,B,B, , , ,B,B,U, , , ,F,R,R, L,L,U,L,F,B,U,R,L, L,L,R,D,U,U,B,R,F, L,L,R,F,B,D,F,L,D, , , ,U,R,R, , , ,F,F,U, , , ,F,F,B, N=,23, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,12 , , ,B,B,B, , , ,B,B,U, , , ,R,R,U, L,L,U,F,D,L,F,R,L, L,L,R,B,U,F,R,R,F, L,L,R,D,U,B,R,L,D, , , ,F,B,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,B, N=,24, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,12 , , ,B,B,L, , , ,B,B,F, , , ,R,R,B, L,L,U,F,D,U,R,R,F, L,L,R,B,U,U,L,R,R, L,L,R,D,U,B,D,F,L, , , ,F,B,R, , , ,F,F,U, , , ,F,F,U, N=,25, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,13 , , ,B,B,L, , , ,B,B,F, , , ,R,R,U, L,L,F,D,B,F,R,R,F, L,L,B,U,U,D,R,R,R, L,L,R,B,U,U,B,F,L, , , ,D,L,R, , , ,F,F,U, , , ,F,F,U, N=,26, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,13 , , ,B,B,F, , , ,B,B,D, , , ,R,R,U, L,L,F,D,B,R,B,R,R, L,L,B,U,U,U,F,R,R, L,L,R,B,U,U,L,R,F, , , ,D,L,B, , , ,F,F,U, , , ,F,F,U, N=,27, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,14 , , ,B,B,F, , , ,B,B,D, , , ,R,B,F, L,L,D,B,U,D,R,R,R, L,L,L,U,U,B,R,R,R, L,L,B,U,U,R,U,R,F, , , ,L,F,B, , , ,F,F,U, , , ,F,F,U, N=,28, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,14 , , ,B,B,D, , , ,B,B,B, , , ,R,B,R, L,L,D,B,U,B,U,R,R, L,L,L,U,U,U,R,R,R, L,L,B,U,U,U,F,R,R, , , ,L,F,L, , , ,F,F,F, , , ,F,F,U, N=,29, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,15 , , ,B,B,D, , , ,B,B,B, , , ,B,L,D, L,L,L,U,U,B,R,R,R, L,L,F,U,U,U,B,R,R, L,L,L,U,U,B,R,R,R, , , ,F,R,U, , , ,F,F,F, , , ,F,F,U, N=,30, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,15 , , ,B,B,B, , , ,B,B,U, , , ,B,L,B, L,L,L,U,U,U,R,B,R, L,L,F,U,U,F,R,R,R, L,L,L,U,U,U,R,R,R, , , ,F,R,F, , , ,F,F,D, , , ,F,F,F, N=,31, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,16 , , ,B,B,B, , , ,B,B,U, , , ,L,F,L, L,L,F,U,U,U,B,B,R, L,L,R,U,U,U,L,R,R, L,L,F,U,F,U,B,R,R, , , ,R,R,R, , , ,F,F,D, , , ,F,F,F, N=,32, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,16 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,L,F,U, L,L,F,U,U,R,B,L,B, L,L,R,U,U,D,R,R,B, L,L,F,U,F,F,R,R,R, , , ,R,R,D, , , ,F,F,B, , , ,F,F,D, N=,33, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,17 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,F,R,F, L,L,R,U,U,U,L,L,B, L,L,R,F,U,U,F,R,B, L,L,D,F,D,R,U,R,R, , , ,R,R,B, , , ,F,F,B, , , ,F,F,D, N=,34, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,17 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,F,R,R, L,L,R,U,U,B,U,F,L, L,L,R,F,U,B,R,R,L, L,L,D,F,D,D,R,B,B, , , ,R,R,B, , , ,F,F,U, , , ,F,F,L, N=,35, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,18 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,D,R,R, L,L,R,F,F,U,F,F,L, L,L,R,D,U,U,R,R,L, L,L,B,D,B,B,R,B,B, , , ,R,R,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,L, N=,36, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,18 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,D,R,B, L,L,R,F,F,U,R,R,F, L,L,R,D,U,U,B,R,F, L,L,B,D,B,L,B,L,L, , , ,R,R,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,F, N=,37, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,19 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,B,R,R, L,L,R,D,D,F,D,R,F, L,L,R,B,U,F,R,R,F, L,L,U,L,U,U,B,L,L, , , ,B,B,R, , , ,F,F,U, , , ,F,F,F, N=,38, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,19 , , ,B,B,F, , , ,B,B,F, , , ,B,R,U, L,L,R,D,D,R,B,R,D, L,L,R,B,U,U,L,R,R, L,L,U,L,U,F,L,F,F, , , ,B,B,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,39, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,20 , , ,B,B,F, , , ,B,B,F, , , ,U,R,R, L,L,B,L,B,D,B,R,D, L,L,B,U,U,D,R,R,R, L,L,U,F,U,R,U,F,F, , , ,L,L,B, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,40, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,20 , , ,B,B,D, , , ,B,B,D, , , ,U,R,R, L,L,B,L,B,B,U,R,B, L,L,B,U,U,U,F,R,R, L,L,U,F,U,R,F,R,D, , , ,L,L,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, ----------- ----------- ----------- N=,179, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,90 , , ,B,B,D, , , ,B,B,F, , , ,B,R,D, L,L,L,U,B,B,R,R,R, L,L,B,U,U,D,R,R,R, L,L,L,U,U,B,R,F,R, , , ,F,L,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,U, N=,180, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,90 , , ,B,B,B, , , ,B,B,D, , , ,B,R,B, L,L,L,U,B,U,R,R,R, L,L,B,U,U,U,F,R,R, L,L,L,U,U,U,R,R,R, , , ,F,L,F, , , ,F,F,U, , , ,F,F,F, N=,181, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,91 , , ,B,B,B, , , ,B,B,D, , , ,L,B,L, L,L,F,U,U,U,B,R,R, L,L,L,U,U,B,R,R,R, L,L,F,U,U,U,B,R,R, , , ,R,F,R, , , ,F,F,U, , , ,F,F,F, N=,182, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,91 , , ,B,B,U, , , ,B,B,B, , , ,L,B,U, L,L,F,U,U,R,B,R,B, L,L,L,U,U,U,R,R,R, L,L,F,U,U,F,R,R,R, , , ,R,F,D, , , ,F,F,F, , , ,F,F,D, N=,183, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,92 , , ,B,B,U, , , ,B,B,B, , , ,F,L,F, L,L,R,U,U,U,L,R,B, L,L,F,U,U,U,B,R,R, L,L,D,F,U,R,U,R,R, , , ,R,R,B, , , ,F,F,F, , , ,F,F,D, N=,184, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,92 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,F,L,R, L,L,R,U,U,B,U,B,L, L,L,F,U,U,F,R,R,R, L,L,D,F,U,D,R,R,B, , , ,R,R,B, , , ,F,F,D, , , ,F,F,L, N=,185, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,93 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,D,F,R, L,L,R,F,U,U,F,B,L, L,L,R,U,U,U,L,R,R, L,L,B,D,F,B,R,R,B, , , ,R,R,U, , , ,F,F,D, , , ,F,F,L, N=,186, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,93 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,D,F,B, L,L,R,F,U,U,R,L,F, L,L,R,U,U,D,R,R,B, L,L,B,D,F,L,B,R,L, , , ,R,R,U, , , ,F,F,B, , , ,F,F,F, N=,187, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,94 , , ,B,B,U, , , ,B,B,U, , , ,B,R,R, L,L,R,D,U,F,D,L,F, L,L,R,F,U,U,F,R,B, L,L,U,L,D,U,B,R,L, , , ,B,R,R, , , ,F,F,B, , , ,F,F,F, N=,188, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,94 , , ,B,B,F, , , ,B,B,U, , , ,B,R,U, L,L,R,D,U,R,B,F,D, L,L,R,F,U,B,R,R,L, L,L,U,L,D,F,L,B,F, , , ,B,R,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,189, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,95 , , ,B,B,F, , , ,B,B,U, , , ,U,R,R, L,L,B,L,F,D,B,F,D, L,L,R,D,U,U,R,R,L, L,L,U,F,B,R,U,B,F, , , ,L,R,B, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,190, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,95 , , ,B,B,D, , , ,B,B,U, , , ,U,R,R, L,L,B,L,F,B,U,R,B, L,L,R,D,U,U,B,R,F, L,L,U,F,B,R,F,L,D, , , ,L,R,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,191, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,96 , , ,B,B,D, , , ,B,B,U, , , ,U,R,B, L,L,L,F,D,L,U,R,B, L,L,R,B,U,F,R,R,F, L,L,U,R,U,B,R,L,D, , , ,F,B,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,192, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,96 , , ,B,B,L, , , ,B,B,F, , , ,U,R,B, L,L,L,F,D,U,R,R,U, L,L,R,B,U,U,L,R,R, L,L,U,R,U,R,D,F,B, , , ,F,B,F, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,193, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,97 , , ,B,B,L, , , ,B,B,F, , , ,U,R,L, L,L,F,R,B,F,U,R,U, L,L,B,U,U,D,R,R,R, L,L,F,R,U,U,B,F,B, , , ,D,L,R, , , ,F,F,U, , , ,F,F,R, N=,194, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,97 , , ,B,B,F, , , ,B,B,D, , , ,U,R,U, L,L,F,R,B,R,B,R,U, L,L,B,U,U,U,F,R,R, L,L,F,R,U,R,B,R,U, , , ,D,L,D, , , ,F,F,U, , , ,F,F,B, N=,195, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,98 , , ,B,B,F, , , ,B,B,D, , , ,F,B,F, L,L,D,R,U,R,U,R,U, L,L,L,U,U,B,R,R,R, L,L,D,R,U,R,U,R,U, , , ,B,F,B, , , ,F,F,U, , , ,F,F,B, N=,196, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,98 , , ,B,B,R, , , ,B,B,B, , , ,F,B,R, L,L,D,R,U,B,U,R,U, L,L,L,U,U,U,R,R,R, L,L,D,R,U,B,U,R,U, , , ,B,F,L, , , ,F,F,F, , , ,F,F,L, N=,197, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,99 , , ,B,B,R, , , ,B,B,B, , , ,D,L,D, L,L,B,R,U,R,F,R,U, L,L,F,U,U,U,B,R,R, L,L,L,B,U,B,R,R,U, , , ,U,R,U, , , ,F,F,F, , , ,F,F,L, N=,198, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,99 , , ,B,B,R, , , ,B,B,U, , , ,D,L,B, L,L,B,R,U,U,R,B,F, L,L,F,U,U,F,R,R,R, L,L,L,B,U,L,U,R,U, , , ,U,R,F, , , ,F,F,D, , , ,F,F,F, N=,199, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,100 , , ,B,B,R, , , ,B,B,U, , , ,L,F,B, L,L,U,B,U,R,D,B,F, L,L,R,U,U,U,L,R,R, L,L,F,L,F,U,B,R,U, , , ,U,R,R, , , ,F,F,D, , , ,F,F,F, N=,200, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,100 , , ,B,B,R, , , ,B,B,U, , , ,L,F,U, L,L,U,B,U,R,B,L,D, L,L,R,U,U,D,R,R,B, L,L,F,L,F,F,U,R,F, , , ,U,R,R, , , ,F,F,B, , , ,F,F,D, N=,201, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,101 , , ,B,B,R, , , ,B,B,U, , , ,F,R,U, L,L,U,L,U,B,L,L,D, L,L,R,F,U,U,F,R,B, L,L,R,F,D,R,U,R,F, , , ,U,R,B, , , ,F,F,B, , , ,F,F,D, N=,202, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,101 , , ,B,B,B, , , ,B,B,U, , , ,F,R,R, L,L,U,L,U,B,U,F,L, L,L,R,F,U,B,R,R,L, L,L,R,F,D,D,F,B,D, , , ,U,R,R, , , ,F,F,U, , , ,F,F,B, N=,203, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,102 , , ,B,B,B, , , ,B,B,U, , , ,R,R,U, L,L,U,F,F,L,F,F,L, L,L,R,D,U,U,R,R,L, L,L,R,D,B,B,R,B,D, , , ,F,R,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,B, N=,204, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,102 , , ,B,B,L, , , ,B,B,U, , , ,R,R,B, L,L,U,F,F,U,R,R,F, L,L,R,D,U,U,B,R,F, L,L,R,D,B,B,D,L,L, , , ,F,R,R, , , ,F,F,U, , , ,F,F,U, N=,205, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,103 , , ,B,B,L, , , ,B,B,U, , , ,R,R,U, L,L,F,D,D,F,R,R,F, L,L,R,B,U,F,R,R,F, L,L,R,B,U,U,B,L,L, , , ,D,B,R, , , ,F,F,U, , , ,F,F,U, N=,206, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,103 , , ,B,B,F, , , ,B,B,F, , , ,R,R,U, L,L,F,D,D,R,B,R,R, L,L,R,B,U,U,L,R,R, L,L,R,B,U,U,L,F,F, , , ,D,B,B, , , ,F,F,U, , , ,F,F,U, N=,207, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,104 , , ,B,B,F, , , ,B,B,F, , , ,R,R,F, L,L,D,B,B,D,R,R,R, L,L,B,U,U,D,R,R,R, L,L,B,U,U,R,U,F,F, , , ,L,L,B, , , ,F,F,U, , , ,F,F,U, N=,208, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,104 , , ,B,B,D, , , ,B,B,D, , , ,R,R,R, L,L,D,B,B,B,U,R,R, L,L,B,U,U,U,F,R,R, L,L,B,U,U,U,F,R,R, , , ,L,L,L, , , ,F,F,U, , , ,F,F,U, N=,209, T=,U , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Z, RC=,3, C=,105 , , ,B,B,D, , , ,B,B,D, , , ,B,B,D, L,L,L,U,U,B,R,R,R, L,L,L,U,U,B,R,R,R, L,L,L,U,U,B,R,R,R, , , ,F,F,U, , , ,F,F,U, , , ,F,F,U, N=,210, T=,R , Or in Cartesian Coordinate System: T=,Y, RC=,3, C=,105 , , ,B,B,B, , , ,B,B,B, , , ,B,B,B, L,L,L,U,U,U,R,R,R, L,L,L,U,U,U,R,R,R, L,L,L,U,U,U,R,R,R, , , ,F,F,F, , , ,F,F,F, , , ,F,F,F,
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GroupTheory 1 --- 250 hundred years before group theory
热度 1 LC1991 2016-4-20 16:44
God forgave my poor English... Mathematics is a subject characterized by abstraction; group theory is especially anadvancement of this characteristic. In the 250 years after finding the solution for cubic equations andbiquadratic equations and beforethe nineteenth century, mathematicians, including many of the most greatminds of human history i.e. I. Newton, L. Euler, J. L. Lagrange and J. K. F.Gauss, were all feverishly trying to find the solution for the quintic functions. However, the workwere eventually pushed to a right way by three tragic guys,Italian P. Ruffini , Norwegian N. H. Abel andFrench mathematician E. Galois, they proved that normal quintic functions have no rootsolutions. E. Galois, the most talented and youngest dead mathematician, created thetheory of groups and raised our study level of mathematic from the relationbetween roots and coefficients of the numeric equation to a new stageof the relations between sets and operations, and it emphasized theimportance of symmetry of the elements in the set. The solvability of the quintic equations then become related tothe symmetric properties of the group-theory-described polynomial of degree n.We will discuss this latter. What progress had been made in the 250 years of exploration before group theory? (作为一个数学渣渣,在此坦诚敬告,以上以下都是个人顺理成章化的理解,除了人名,其它不一定靠谱哟~ 正版详解,良心推荐《从一元一次方程到伽罗瓦理论》 冯承天) From the solution of quadratic equation, namely the Vieta's formulas( 韦达公式 ) , people have long found the closerelation between roots and coefficients of the equation. French mathematicianA. Girard gave out the relation in terms of polynomial of power n.One step further, Newton first understood that the polynomials are'symmetric polynomials', in other words, they are invariant under thepermutation of the roots, which can be easily understood by writing theequation into multiple multiplication term.(see PPT). So he developed theconcept of primary symmetric polynomial, and gave out the Newton'stheorem: Any polynomial of variables a1,a2,...,an, can be uniquely written as apolynomial of the primary polynomials of a1,a2,...,an. The most important thing here, I think, is the concept of symmetric polynomials and the discovery of permutation invariability of the roots.
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周四讨论班:群论(周池春)
GrandFT 2015-4-1 18:16
题目:群论 主讲人:周池春 时间: 2015年4月2日 星期四下午 4:30 地点: 16教学楼308室 引言: 群论在数学和物理以及化学中的重要性不言而喻。因此做理论研究,掌握群论知识是必不可少的。然而在学习群论时,抽象的符号,以及晦涩的定义让初学者较为头疼。 本次讨论班,是一个关于群论的基础性和介绍性的讲解。我将给大家简单的介绍一下群论中包含的一些基本概念,于此同时简单的介绍一下群表示的一些内容。整个讨论班中,我将大量的利用例子,帮助大家直观的掌握群论的基本概念,与一些基本定理。希望对大家以后的学习有所帮助。 内容: 1.代数简单介绍。 2.群的基本概念。 3.群表示的一些介绍。 参考文献 1 The Theory of Group Characters and Matrix Representations of Groups,DUDLEY E.LITTLEWOOD 2 Morton Hamermesh-Group theory and its application to physical problems 3 物理学中的群论.马中骐 4 物理学中的群论(上册).陶瑞宝
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统一路-5-少年天才创群论
热度 17 tianrong1945 2015-3-25 17:59
5. 少年天才创群论 美丽的对称无处不在,它在我们的世界中扮演着重要的角色。自然界遍布虫草花鸟,人类社会处处有标志性的艺术和建筑,这些事物无一不体现出对称的和谐与美妙。几何图形的对称不难理解,当人们说到“故宫是左右对称的”,“地球是球对称的”,“雪花是六角形对称的”,每个人都懂得那是什么意思。不过,数学家们总是喜欢究死理,硬要用他们独特的语言来定义对称。 从数学的角度来看待刚才的几个例子,对称意味着几何图形在某种变换下保持不变。比如说,故宫的左右对称意味着在镜像反射变换下不变;球对称是说在三维旋转变换下的不变性;雪花六角形对称则是说将雪花的图形转动 60 、 120 、 180 、 240 、 300 度时图形不变。所以,对称实际上表达的是事物具有的一种冗余性。没想到吧,上帝设计世界时又耍花招偷懒了:利用镜像对称,他只需要设计一半!利用六角形对称,他的雪花图案只需画出六分之一!球对称的天体就更好办了,画出了一个方向的景色,就让它们去绕着一个固定点不停地转圈。 不过,上帝的这种偷懒办法让人类欣赏和喜爱,誉之为美。科学家们更是感觉深奥无比而对其探索不止。他们发明出了一套又一套的理论来描述对称,群论,便是描述对称的一种最好的语言。 用数学语言定义对称的优越性之一在于容易推广。如果将对称概念从几何推广到物理研究中的一般情形,便被表述为:如果某种变换能够保持系统的拉格朗日量不变,从而保持物理规律不变的话,就说系统对此变换是对称的。 物理规律应该在变换中保持不变,这应该是显而易见的。试想,如果今天的某个定律明天就不适用了,或者是麦克斯韦方程只在伦敦适用,搬到北京就不适用了,那还叫做自然规律吗?研究它还有任何意义吗?当然不应该是这样的。 刚才举的例子中,今天到明天、伦敦到北京,这两个概念在数学上都称之为变换。前者叫做时间平移变换,后者叫做空间平移变换。但是,除了平移变换之外,还有许多别的种类的变换,物理定律难道对所有的变换都要保持不变吗?物理规律有很多,至少应该不是每一个规律对每一个变换都将保持不变。那么,这其中有些有些什么样的关系呢? 首先,我们研究研究,与物理定律有关的变换主要有哪些种,如何分类? 俗话说:物以类聚,人以群分。岂止人是如此,我们所讨论的变换也可以用数学上的“群”来加以分类 【 1 】 。所以,变换用来描述对称,群用来描述变换,因此,群和对称,便如此关联起来了。 群在数学上是什么意思?“群论”的概念来自于多个方面:数论、代数方程、几何。历史上有一个最伟大的业余数学家叫费马,说他是业余的,是因为他的本职工作是个地方上的法官,但他并非一般的民科,他在数学和物理上的贡献都非常了不起。我们在上一节中介绍的最小作用量原理最早也是基于光学中的费马原理,该原理认为光线在空间总是走最短(或极值)的路径。 1637 年,费马随便在他阅读的一本书的边沿空白处写下了一个看起来颇像勾股定理的公式: x n +y n =z n ,并提出了一个猜想:当 n 大于 2 的时候,不可能有整数满足这个式子。更玄乎的是,费马还在旁边加上了短短的一句话,意思是说他已经知道如何证明此公式但是那儿的空间太小写不下……。这不是明显在吊胃口吗?因此,这个貌似简单的问题,竟让全世界的顶尖数学家们整整忙碌了 300 多年!那就是著名的费马大定理的故事。此外,费马还提出了一个费马小定理。费马小定理说的是有关质数的问题,可以简单表述如下:假如 a 是一个整数, p 是一个质数,那么 (a p -a) 是 p 的倍数。 看了以上定义的费马小定理,大家的感觉也许仍然是“云里雾里”。不过无所谓,那不是我们的目的,重要的是,这个小定理就和群论的发展有点关系了。 简单地说,群就是一组元素的集合,在集合中每两个元素之间,定义了符合一定规则的某种乘法运算规则。说到乘法规则,我们大家会想起小时候背过的九九表,比如图 5-1a 给出的,就是小于 5 的整数的“四四”乘法表。 图 5-1 : 4 个元素的群 欧拉在 1758 年证明费马小定理的时候,便碰到了这种类似的乘法表。不过,他将乘法规则稍微作了一些改动。比如在刚才所举小于 5 的四四表例子中,他把表中的所有元素都除以 5 ,然后将所得的余数构成一个新的表,如图 5-1b 所示。按照这种方法,类似于上述 n=5 的例子,我们可以对任意的 n ,都如此构造出一个“乘法余数表”来。 当我们再仔细研究 n=5 的情况,发现图 b 中的四四余数表有一个有趣的特点:它的每一行都是由( 1 、 2 、 3 、 4 )这四个数组成的,每一行中四个数全在,但也不重复,只是改变一下顺序而已。 上面的特点初看起来没有什么了不起,但欧拉注意到,并不是每一个 n 用如上方法构成的乘法表都具有这个性质,而是当且仅当 n 是质数的时候,( n-1 )个元素的余数表才具有这个特点。这个有关质数的结论对欧拉证明费马小定理颇有启发。 以现在群论的说法,图 5-1b 中的 4 个元素,构成了一个“群”,因为这 4 个元素两两之间定义了一种乘法(在这儿的例子中,是整数相乘再求 5 的余数),并且,满足群的如下 4 个基本要求。不妨将它们简称为“群 4 点”。 1. 封闭性:两元素相乘后,结果仍然是群中的元素;(从图 5-1b 中很容易验证) 2. 结合律: (a*b)*c = a*(b*c) ;(整数相乘满足结合律) 3. 单位元:存在单位元(幺元),与任何元素相乘,结果不变;(在上面例子中对应于元素 1 ) 4. 逆元:每个元素都存在逆元,元素与其逆元相乘,得到幺元。(从图 5-1b 中很容易验证) 欧拉研究数论时,有了群的模糊概念,但“群”这个名词以及基本设想,却是首先在伽罗瓦研究方程理论时被使用的,这涉及到一个年轻数学家的悲惨人生。埃瓦里斯特·伽罗瓦( 1811-1832 年)是法国数学家,他短短 20 年生命所作的最重要工作就是开创建立了“群论”这个无比重要的数学领域。 伽罗瓦从小表现出极高的数学才能,但他厌倦别的学科,独独只被数学的鬼魅迷住了心窍,以至于使得他在求学的道路上屡遭失败,他多次寄给法国科学院有关群论的精彩论文,也未被接受:柯西让他重写;泊松看不懂;傅立叶收到文章后还没看就见上帝去了。对年轻的伽罗瓦来说,生活的道路坎坷,父亲又自杀身亡,卓越的研究成果得不到学界的承认,由此种下了他愤世嫉俗、不满社会的祸根。后来,法国七月革命一爆发,伽罗瓦立刻急不可待地投身革命,最后又莫名其妙地陷入了一场极不值得的恋爱纠纷中,并且由此卷入一场决斗。最后,这位“愤青”式的天才数学家,终于在与对手决斗时饮弹身亡。 伽罗瓦第一个用群的观点来确定多项式方程的可解性。真是无独有偶,不幸的事情也往往成双。说到方程可解性,又牵扯到另外一位也是年纪轻轻就去世了的挪威数学家尼尔斯·阿贝尔( NielsAbel , 1802 - 1829 年)。不过,阿贝尔不是愤青,他在 27 岁时死于贫穷和疾病。 我们在中学数学中就知道一元二次方程 ax 2 + bx + c =0 的求根公式为: 对于 3 次和 4 次的多项式方程,数学家们也都得到了相应的一般 求根公式,即由方程的系数及根式组成的“根式解”。之后,人们自然地把目光转向探索一般的五次方程的根式解。但历经几百年也未得结果。因为所有的努力都以失败告终,这使得阿贝尔产生了另外一种想法:五次方程,也许所有次数大于 4 的方程,根本就没有统一的根式解。 由于长期得不到大学教职,阿贝尔的生活无着落而贫病交加,但他始终不愿放弃心爱的数学。他成功地证明了五次方程不可能有根式解,但他却没有时间将这个结论推广到大于 5 的一般情形,因为病魔夺去了他短暂的生命。就在可怜的阿贝尔因肺结核而撒手人寰的两天之后,传来了他已经被某大学聘为教授的好消息。 科学的接力棒传到了比阿贝尔小 9 岁的伽罗瓦手上。伽罗瓦从研究多项式的方程理论中发展了群论,又巧妙地用群论的方法解决了一般代数方程的可解性问题。伽罗瓦的思想大致如此:每一个多项式都对应于一个与它的根的对称性有关的置换群,后人称之为伽罗瓦群。图 5-2 给出一个简单置换群 S 3 的例子。一个方程有没有根式解,取决于它的伽罗瓦群是不是可解群。那么,可解群又是什么样的呢?这些概念大大超出了本文讨论的范围,在此不表,有兴趣者可参阅相关文献 【 2 】 。 图 5-2 :置换群例子 S 3 简单解释一下图 5-2 的置换群例子 S 3 。给了三个字母 ABC ,它们能被排列成如图 a 右边的 6 种不同的顺序。也就是说,从 ABC 产生了 6 种置换构成的元素。这 6 个元素按照生成它们的置换规律而分别记成( 1 )、( 12 )、( 23 )……等等。括号内的数字表示置换的方式,比如( 1 )表示不变;( 12 )的意思就是第 1 个字母和第 2 个字母交换等等。不难验证,这 6 个元素在图 5-2b 所示的乘法规则下,满足上面谈及的定义“ 群 4 点 ”,因而构成一个群。这儿的所谓“乘法”不是通常意义下整数间的乘法,而是两个置换方式的连续操作。图 5-2b 中还标示出 S 3 的一个特别性质:其中定义的乘法是不可交换的。如图 b 所示,( 12 )乘以( 123 )得到( 13 ),而当把它们交换变成( 123 )乘以( 12 )时,却得到不同的结果( 23 ),因此, S 3 是一种不可交换的群,或称之为非阿贝尔群。而像图 5-1 所示的四元素的可交换群,被称之为阿贝尔群。 S 3 有 6 个元素,是元素数目最小的非阿贝尔群。 图 5-1 和图 5-2 描述的,是有限群的两个简单例子。群的概念不限于“有限”,其中的“乘法”含义也很广泛,只需要满足 群 4 点 即可。 如果你还没有明白什么是“群”的话,那就再说通俗一点 (做数学的大牛们偶然路过看见了请不要皱眉头) :“群”就是那么一群东西,我们为它们两两之间规定一种“作用”,见图 5-3 的例子。两两作用的结果还是属于这群东西;其中有一个特别的东西,与任何其它东西作用都不起作用;此外,每样东西都有另一个东西和它抵消;最后,如果好几个东西接连作用,只要这些东西的相互位置不变,结果与作用的顺序无关。 图 5-3 :各种操作都可以被定义为“群”中的乘法,只要符合“ 群 4 点” 。 刚才所举两个群的例子是离散的有限群。下面举一个离散但无限的群。比如说,全体整数( ..., −4, −3, −2, −1, 0, 1, 2, 3,4,... ) 的加法就构成一个这样的群。因为两个整数之和仍然是整数(封闭性),整数加法符合结合律; 0 加任何数仍然是原来那个数( 0 作为 幺元 ),任何整数都和它的相应负整数抵消(比如: -3 是 3 的逆元,因为 3+(-3)=0 )。 但是,全体整数在整数乘法下却并不构成“群”。因为整数的逆不是整数,而是一个分数,所以不存在逆元,违反群 4 点,不能构成群。 全体非零实数的乘法构成一个群。但这个群不是离散的了,是由无限多个实数元素组成的连续群,因为它的所有元素可以看成是由某个参数连续变化而形成。两个实数相乘可以互相交换,因而这是一个“无限”、“连续”的阿贝尔群。 可逆方形矩阵在矩阵乘法下也能构成无限的连续群。矩阵乘法一般不对易,所以构成的是非阿贝尔群。 连续群和离散群的性质大不相同,就像盒子里装的是一堆玻璃弹子,或装的是一堆玻璃细沙不同一样,因而专门有理论研究连续群。因为连续群是 n 个连续变量之变化而生成的,这 n 个变量同时也张成一个 n 维空间。如果一个由 n 个变量生成的连续群既有群的结构,又是一个 n 维微分流形,便称之为“李群”,是以挪威数学家索菲斯·李( Sophus Lie , 1842 - 1899 年)的名字而命名。(可惜不是我们中国人李氏家族的后代!)李群对理论物理很重要,下一节中,我们从与物理密切相关的几个例子出发来认识李群。 参考资料: 【 1 】 S. Sternberg , Group Theory and Physics , CambridgeUniversity Press , Cambridge, September29, 1995 【 2 】 Morton Hamermesh , Group Theoryand Its Application to Physical Problems (Dover Books on Physics) , December1, 1989 上一篇:最小作用量原理 系列科普目录 下一篇:
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二郎神·群论
热度 5 kongmoon 2015-2-10 09:46
算经阅,叹群论,传奇昭烈。 自闭锁、逆元犹纂刻,结合律、幺元临帖。 晶体编程纠量子,是对称、拜求它写。 不禁问、天才姓甚,创举通悉一切? 狂野,伽罗瓦氏,僭君欺蔑。 蹇宿命、南冠封几度,应决斗、红颜情孽。 欲把明珠贻后世,卷成在、诀别永夜。 恨天妒英才,角不三分,方程无解……    群论是一个数学分支。所谓的群,就是给定一个运算,满足:①封闭性;②结合律;③存在幺元;④存在逆元;的一个集合。例如全体整数在加法运算中就构成了一个群,因为任意两个整数加起来还是整数,满足①封闭性;三个整数相加满足②结合律,例如2+(3+4)=(2+3)+4;存在0这个数,什么整数加0都不变,我们把在运算中保持得数不变的东西叫“幺元”,就像书法临帖,写出来的都一样;每个整数都存在它的相反数,例如5的相反数是-5,两个相反数相加等于幺元,即0,所以对于每个整数都存在他的“逆元”,即相反数,有点像纂刻的字是刻反的一样。由于整数对加法来说满足这是个条件,所以我们可以这样说:全体整数对加法形成一个群。   显然对于乘法来说,全体整数并不能构成一个群。乘法中,很明显幺元是1,因为什么乘以1都不变。而整数的逆元应该是它的倒数,例如5*1/5=1,倒数是一个分数已经不是整数了,所以乘法不满足那4个条件,所以对于乘法运算,全体整数就不构成一个群。简单吧!其实不然,群论是一门高度抽象的数学,专门研究它的学科叫做《抽象代数》或《近世代数》。现代物理学的量子力学、标准模型、相对论等都需要用到群论,化学研究也要用到群论,晶体研究、编程算法……大凡解决与对称性有关的问题,都要用到群论作为工具,那么是谁发明了这个群论呢?   1832年5月30日清晨,在巴黎的葛拉塞尔湖附近躺着一个昏迷的年轻人,过路的农民从枪伤判断他是决斗后受了重伤,就把这个不知名的青年抬到医院。第二天早晨十点,这个可怜的年轻人离开了人世,数学史上最年轻、最富有创造性的头脑停止了思考。后来的一些著名数学家们说,他的死使数学的发展被推迟了几十年,他就是伽罗瓦。   伽罗瓦是狂热的共和主义者,但似乎一生都没交过好运:因为反君主复辟活动入狱几次,很多数学思想都是他在狱中完成的。他当时主要是研究5次以上的方程为什么还找不到求根公式,因为一元一次、二次、三次、四次方称都有其求根公式,而五次方程的求根公式却困扰了人类几百年,伽罗瓦在总结前人的基础上,着眼于方程的本质结构,创新性地提出了“群”的概念和方法,不仅证明了五次以上的方程没有公式解,还一举证明了困扰人类上千年的尺规作图三大难题中的“三分角”和“倍立方”是不可能的。他两次向巴黎科学院投稿,但论文却是两度莫名其妙丢失,大数学家刘维尔和傅里叶对他的论文不屑一顾……   英雄难过美人关,由于心爱的女人(一说是妓女),他答应了情敌的决斗,决斗前夜,他连夜将关于群论的手稿进行整理,托付给挚友……中枪后,他并没有立刻死去,在神志仍然清醒的时候,拒绝了一个神父的祈祷。他弟弟流着泪赶到了,他却努力去安慰他的弟弟:“不要哭,我需要我的全部勇气在20岁时死去。” 1832年5月31日,他被埋葬在南公墓的普通壕沟里,他不朽的纪念碑是他60页的著作。
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周四讨论班:置换群和杨图(陈帅)
GrandFT 2014-5-7 21:47
题目: 置换群和杨图 主讲: 陈帅 时间:2014年5月8日 星期四下午4:30-6:10 地点:16教学楼308室 题目:置换群和杨图 提纲:①群及群表示的基本概念 ②置换群的定义和基本性质 ③群代数的理想和幂等元与置换群不可约表示的关系 ④杨图杨表和杨算符的定义和基本性质 ⑤通过杨算符构造置换群群代数的标准基,介绍计算置换群不等价不可约表示的矩阵的简便方法 ⑥利用杨图计算置换群不可约表示外积的约化,即立特武德-理查规则。 参考书籍:《物理学中的群论》马中骐 《QUANTUM MECHANICS: SYMMETRIES》 W.顾莱纳 B.缪勒
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谈谈对称
热度 25 武际可 2014-4-3 11:07
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讨论班(周五):群论初步(周池春)
GrandFT 2013-3-20 20:45
题目: 群论初步 主讲: 周池春 时间:2013年3月22日星期五下午4:30-6:10 地点:16教学楼308室 提纲: 一、群的数学定义,群的物理意义,群的数学定义与物理意义的结合。 二、常见群的例子S0(3),SU(2),SO(3,1),SL(2,C)群及其表示。 三、Dirac方程构建。 一、群的数学定义:0集合 1定义乘法法则,乘法封闭 2结合律 3存在恒元 4存在逆 此外还可以有其他的结构,例如矢量空间(群空间) 比如存在交换律,交换群(阿贝尔群) 物理学的意义:对称操作。以交换群为例子,以操作转盘为例子,以欧式空间的操作为例子。 数学和物理的结合:群表示问题。 群表示的概念、置换群表示举例。 表示分类、可约表示本质,不可约表示本质。 群的其他基本概念:轨道,不变子群,陪集 说明,我们有意义的是幺正的变换,数学上说就是保持内积不变的变换。物理上说: 二、 常见群,及其表示的例子: 1欧式空间的群O(3)群SO(3)群,欧几里德群 2二维复向量空间群SU(2) 3时空群SO(3,1),庞加莱群 4二维复向量空间上的特殊群SL(2,C) 三、 标量,矢量,旋量的定义与举例 Dirac旋量方程的构建 参考文献:《典型群及其在物理学上的运用》怀邦。 《物理学中的群论》马中骐 Ryder 《Quantum fields theory》
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《群与代数表示引论》(第2版)冯克勤、章璞、李尚志
ustcpress 2012-4-17 11:44
《群与代数表示引论》(第2版)冯克勤、章璞、李尚志
丛书:教育部研究生工作办公室推荐研究生教学用书 出版日期:2009年3月 第4次印刷 出版社:中国科学技术大学出版社 书号(ISBN):978-7-312-01882-4 正文页码:224页(16开) 定价:22.00元 编辑邮箱: edit@ustc.edu.cn (欢迎来索要目录、样章的PDF) 当当网购书地址: http://product.dangdang.com/product.aspx?product_id=9173502 【 内容简介 】 本书介绍群与代数表示的基本理论与方法 , 侧重于有限群的常表示理论和有限维半单代数的表示理论。在强调线性代数方法的同时 , 也突出体现了群表示与代数表示的联系。本书假定读者学过线性代数和近世代数。本书可作为数学系研究生公共基础课教材和高年级本科生选修课教材,也可作为相关专业的参考书。
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《现代物理中的群论》孙宗扬
ustcpress 2012-3-12 15:44
《现代物理中的群论》孙宗扬
出版日期:2011年1月 出版社:中国科学技术大学出版社 书号(ISBN):978-7-312-02749-9 正文页码:284页(16开) 字数:348千 定价:33.00元 编辑邮箱: edit@ustc.edu.cn (欢迎来索要目录、样章的PDF) 当当网购书链接: http://product.dangdang.com/product.aspx?product_id=21029429 【 内容简介 】 本书作者在中国科学技术大学讲授群论前后有二十余年 , 有着颇为丰富的经验 . 本书从群论最基础的知识讲起 , 深入浅出 , 使得初学者能很快地入门 , 并使得读者能迅速地掌握群论的主要脉络 , 以进入现代物理理论的前沿 . 本书选择了在数学和物理中都十分重要的 Sn 置换群以及 SU(2) 群和 SU(3) 群作为实例而详细讨论 , 同时讨论一般性的 Lie 群及 Lie 代数 . 特别在 Sn 群中以杨图为工具 , 详尽地讨论了各种可能的表示 . 本书适合于物理、应用数学、无线电子、自动控制、电子信息等专业高年级学生和研究生,以及有志于应用群论研究相关问题的各类人员 . 【 作者简介 】 孙宗扬, 中国科学技术大学天文与应用物理系教授。
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[转载]群論與魔方:魔方花式(下)
ChaoZhangJimsar 2011-12-6 19:59
(转自 周家发网页 ) 上一章介紹了五種較簡單的魔方花式,本章將繼續介紹另外五種花式,其中有些花式頗為複雜。像上一章一樣,我們將提供每一種花式的公式及其「循環式」,並簡單解釋其原理。 6. 頂峰(Peak) 這種花式在魔方的前、右、上三面交界處和後、左、下三面交界處分別形成兩個像水塔形狀的圖案,一個塔頂向上,一個塔頂向下,如下圖所示: 以下為上述花式的公式及其「循環式」: FU 2 LFL −1 BLUB −1 R −1 L −1 UR −1 D −1 F −1 BR 2 = (fru 0 , bld 0 )(fr 1 , bl 1 )(fu 0 , ld 0 )(ru 0 , bd 0 ) (6) 從上述「循環式」可以看到,上式的作用是把位於「fru」和「bld」角落的角塊對調,並同時把鄰接這兩個角塊的六個邊塊也兩兩對調位置,從而在「fru」和「bld」這兩個角落的鄰近範圍出現與別不同的顏色,形成兩個像水塔形狀的圖案。 7. 方中方(Cube in a Cube) 這種花式在魔方的前、右、上三面交界處和後、左、下三面交界處分別形成兩個顏色與別不同的2 × 2 × 2魔方,從而出現大魔方內含兩個小魔方的景象,如下圖所示: 以下為上述花式的公式及其「循環式」: UBUR −1 FRU 2 B 2 R −1 B −1 D L −1 D −1 B 2 R = (flu 2 , bru 2 , frd 2 )(blu 1 , brd 1 , fld 1 )(lu 1 , br 0 , fd 1 )(bu 1 , rd 1 , fl 0 ) (7) 從上述「循環式」可以看到,上式的作用是使位於前、右、上三面交界處和後、左、下三面交界處的兩個角塊、六個邊塊和六個中心塊保持不動,並把其餘六個角塊分兩組循環換位,六個邊塊也分兩組循環換位。這樣,保持不動的角塊、邊塊和中心塊的顏色便與周圍的顏色有所不同,看來像是兩個內崁於大魔方的小魔方一樣。 8. 超級翻轉(Superflip) 這種花式把魔方的12個邊塊全部都翻轉,並保持其餘八個角塊和六個中心塊不動,如下圖所示: 以下為上述花式的公式: 3 (8) 上式包含兩層括號,外層括號的3次冪代表須進行「(M R U) 4 C R C U −1 」操作三次,而內層括號的4次冪則代表在每次進行這個操作時,都要進行「M R U」操作四次。此外,上式還用到《群論與魔方:魔方的基本概念》中介紹過的「整個魔方旋轉」C R 和C U −1 。由於這種旋轉等同於朝同一方向逐一旋轉兩個外層和一個夾心層(註1),而且兩個外層旋轉和一個夾心層旋轉所影響的角塊、邊塊和中心塊互不相干,因此我們可以把「整個魔方旋轉」分解為三個旋轉的乘積。 舉例說,繞一條穿過前面的軸順時針旋轉90° (此即C F ),便等同於先後順時針旋轉前面90°,順時針旋轉夾處前、後兩面的夾心層90°,和逆時針旋轉後面90°,因此我們可以把C F 分解為F、M F 和B −1 的乘積。以下列出三個「整個魔方旋轉」的分解公式(註2): C F = FM F B −1 (9) C R = RM R L −1 (10) C U = UM U D −1 (11) 此外,我們還要用到群論上有關複合乘積逆元的公式:設X和Y為某個群中的兩個元素,那麼我們有 (XY) −1 = Y −1 X −1 (12) 把(10)和(11)代入(8)並利用公式(12),便可把(8)改寫成以下形式,並可算出其「循環式」如下: 3 = (fu 1 )(bu 1 )(bd 1 )(fd 1 )(lu 1 )(ru 1 )(fr 1 )(br 1 )(rd 1 )(fl 1 )(ld 1 )(bl 1 ) (13) 從上述「循環式」可以看到,上式的作用是把12個邊塊翻轉,並使其他角塊、中心塊保持不動,正可達致所需的效果。 9. 超級扭轉(Supertwist) 這種花式把魔方的八個角塊全部都扭轉,並保持其餘12個邊塊和六個中心塊不動,如下圖所示: 以下為上述花式的公式: 2 (14) 上式也用到「整個魔方旋轉」C F 。把(9)代入上式,便可把上式改寫成以下形式,並可算出其「循環式」如下: 2 = (flu 2 )(fld 1 )(bld 2 )(blu 1 )(fru 1 )(frd 2 )(bru 2 )(brd 1 ) (15) 從上述「循環式」可以看到,上式的作用是把八個角塊扭轉(一半順時針,一半逆時針),並使其他邊塊、中心塊保持不動,正可達致所需的效果。 10. 六色同堂(6-Colour Cube) 還原魔方的目的是要令魔方的每個面只出現一種顏色,「六色同堂」則是要使魔方的每個面都出現六種顏色。由於六種顏色在九個小面上可以有很多可能配置,如要令這種花式呈現對稱美,並不是簡單的事。下圖顯示一個符合此要求的花式。在此花式中,每個面上的四個角塊都同色,其餘四個邊塊和中心塊各不同色,不僅符合了「六色同堂」的基本要求,而且所得圖案有一種對稱美,就像一個五彩繽紛(準確點說,應為「六」彩繽紛)的禮物包裹。 以下為上述花式的公式及其「循環式」: UFRD 2 B 2 D 2 F 2 D −1 LDFD −1 LBU 2 RF = (fru 0 , bld 0 )(flu 0 , fld 0 )(blu 0 , frd 0 )(bru 0 , brd 0 )(fu 1 , bu 1 )(lu 1 , ru 1 )(fr 0 , bl 0 )(fd 1 , bd 1 )(fl 1 , br 1 )(rd 1 , ld 1 ) (16) 從上述「循環式」和上圖可以看到,上式的作用是保持六個中心塊不動,並同時把八個角塊兩兩對調位置,從而使本來位於前面四個角落上的藍色小面與左面四個角落上的紅色小面對調位置;本來位於後面四個角落上的綠色小面與右面四個角落上的橙色小面對調位置;本來位於上面四個角落上的黃色小面與下面四個角落上的白色小面對調位置。這樣便使每個面上的四個角塊同色,但與中心塊不同色。 此外,上式也把12個邊塊兩兩對調位置並作適當翻轉,從而使這些邊塊在各個外表面上各呈現不同顏色,而且與各個外表面上的中心塊和四個角塊均不同色,從而達致具對稱美的「六色同堂」圖案。 註1:從操作的角度看,旋轉整個魔方當然比逐一旋轉兩個外層和一個夾心層簡便得多;但從計算「循環式」的角度看,我們必須把「整個魔方旋轉」看成三個旋轉的複合。 註2:由於C B = C F −1 ,C L = C R −1 ,C D = C U −1 ,我們只需列出C F 、C R 和C U 的公式。另請注意,以下三條公式中等號右邊相乘的各項可以調換次序。
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[孤独专题]有限单群:一段百年征程
songshuhui 2011-9-4 20:57
方弦 发表于 2011-08-07 10:29 1832年的某个清晨,革命中的法国见证了又一次决斗。在某个瞬间,某位青年被对手的枪射中腹部,随后去世。在当时狂热的政治斗争中,只有寥寥数人意识到,法国,甚至世界,又失去了另一个伟大的头脑。这位青年姓伽罗华,他的最大遗产围绕着一个数学概念:群。 在接下来的一百多年后,一群在世界各地的数学家,沿着这位青年开辟的路径,对有限群的结构进行了彻底的分析。其中的发现,可能出乎所有人的意料。 这是一个关于群的故事,这是一个关于单群的故事。 高度抽象的对称 交错群A_5的一个Cayley图(一种群的图示) 什么是群?一个数学家可能会给你这样的回答: 一个群是一个集合G以及在G上的一个运算·,满足以下三个条件: 1. 存在一个G中的元素e,使得对于G中的任意元素x,有x=x·e=e·x。这样的e叫做群的单位元 2. 对于G中的任意元素x,y,z,有(x·y)·z=x·(y·z),这是结合律 3. 对于G中的任意元素x,存在G中的一个元素y,使得e=x·y=y·x。这样的y被称为x的逆元 这样的定义,即使是对一名刚进大学的数学系学生来说也稍显抽象。但数学的力量就在于它的抽象。它什么都不是,所以它什么都是。 整数和加法就构成一个群。什么数加上0都不变,所以0是单位元;a+(b+c)=(a+b)+c,这是小学的加法结合律;一个数加上它的相反数是单位元0,所以相反数就是逆元。正实数和乘法也构成一个群,1是它的单位元,乘法有结合律,倒数是逆元。如果我们认为9点+5点相当于9点的5个小时后,也就是2点的话,就连时钟也构成一个群。宝石的晶体构造,电脑的压缩校验算法,以至于魔方的还原,无不牵涉“群”这个概念。而对于自然界的各种对称性,群也是对其最自然的描述方式。难怪有人会说,群就是对称,研究群,就是研究各种对称性。 正是由于放弃了与现实的对应,像群这样的抽象数学概念才能在现实中获得广泛的对应。我们研究群,并不关心它的具体元素是什么,是x,y,z还是姬十三、猛犸、桔子都无所谓,只要知道元素通过运算产生的关系就够了,这就是群的全部。只要符合群的公理,能应用到x,y,z上的结论就能应用到姬十三、猛犸、桔子上,这就是抽象的力量。 超越时代的孤独 伽罗华的画像 也正由于这种抽象,群的概念在一开始并没有很快地被接受。 伽罗华是在研究一元五次方程的根式解时开始触及群的概念的。对于一元二次方程来说,我们可以将方程的所有解写成有关方程系数的一个根式(允许四则运算和开常数次方运算组成的式子),这称为方程的根式解。对于三次以及四次方程,也有这样的公式,可以直接从方程的系数得到方程的所有解。然而,对于五次以及更高次的方程来说,此前阿贝尔已经证明一般的公式并不存在。伽罗华要解决的,是判断何时存在这样的根式表达。 为了解决这个问题,他首次定义了群这种代数结构,仔细地研究了群的各种性质,以及它与更高级的一种代数结构——域——的关系,并以此发展了一套理论,完整地解决了这个问题。他写下了关于这套理论与高次方程根式解的备忘录,并将其递交到法兰西科学院。 他的不幸从此开始。 这份备忘录的评审人是柯西。虽然认识到了伽罗华工作的重要性,柯西却没有接受这份备忘录,而是建议伽罗华修改这份备忘录以竞逐科学院的数学奖。 伽罗华接受了这个建议,第二次提交了备忘录。 天意弄人,评审人傅里叶之后不久就逝世了,伽罗华的备忘录不知所踪。 伽罗华决定最后一搏,但这也被泊松驳回,理由是“无法理解”。当消息传到伽罗华耳中时,他早已因为政治斗争而身陷囹圄,此时离他的决斗只有半年时间。 没有人理解他的理论,或者说没有人愿意去理解他的理论。 就是这套理论,使伽罗华的名声流芳百世。尽管他无法发表他的备忘录,但他此前发表的论文讲述了这个理论的一些基础。泊松的驳回理由,使他更认真地打磨他的理论,以冀数学界的认同。 但死神的镰刀没有给他这个时间,上天不打算给他安排生前的荣耀。1832年5月30日,年方二十的伽罗华,迎来了他第一次也是最后一次的决斗。这场决斗的细节已经被时间之砂打磨掩盖,什么对手,什么原因,有人说是为了爱情,有人说对手背后有政治阴谋,众家各执一词。我们只知道,在这场决斗中,伽罗华腹部中枪,不久后魂归天国。 “不要哭,阿尔弗雷德!在二十岁死去,我需要我的全部勇气。”这就是他对弟弟说的最后一句话。 而决斗前夕给他的朋友Chevalier的信,可以算是他对世界的遗言。信中密密麻麻地写着他的数学理论,他正在思考的问题,他脑中的一切。他大概冀图某天,世界能够通过这封信,理解他。 幸而,Chevalier实现了他挚友的意愿。伽罗华的理论,现在以他的名字命名:伽罗华理论。 也就是这封信,吹响了一场百年战役的号角。 构筑对称的砖块 Z/6Z的一个Cayley图,其中可以看出它可分解为两个单群 在伽罗华理论,乃至于更广泛的群的理论中,有一个很重要的概念:正规子群。 我们以下只讨论那些只有有限个元素的群,它们被称为有限群。例如,魔方操作组成的群就是有限群,因为变化的可能性是有限的。而整数与加法组成的群则不是有限群,因为整数有无限个。 在一个群里,有些元素自己会组成一个小圈子。它们并非不与外界交流,但无疑它们喜欢抱团:小圈子内的元素经过运算得到的结果仍然在这个小圈子里,而它们的逆元也在小圈子里。简而言之,这个小圈子对于原来的运算也组成一个群。这样的小圈子,叫做群的子群。 有些子群比别的子群更特别,它们不仅自己是一个群,如果“除”原来的群,得到的也是一个群。这样的子群叫做正规子群,而它们对原来的群作“除法”得到的群叫商群。首先观察到并提出正规子群这个概念的,正是伽罗华。 通过研究更简单的正规子群和商群,我们可以得到群的很多性质。这就是数学家特别钟爱正规子群的原因。 如果我们将正规子群和商群看成群的一种分解的话,那么必定有着不能被继续分解的群,我们将之称为单群。 对于任意的有限群,我们可以将其分解成一串单群,而且这样的分解是唯一的。单群在有限群论中的地位,跟素数在数论中的地位,还有原子在化学中的地位一样:它们都是构建它们所在世界的砖块。通过研究这些“砖块”,我们可以知道它们组成的各种结构的性质。如果能列出所有有限单群,就能从一个侧面了解所有离散的对称性的性质。 有限单群就是这个故事的主角。 与化学家当年寻找新元素的动机一样,数学家也开始了对有限单群的寻找。他们想做的跟化学家做的差不多:列一个单群的“元素周期表”。不过数学家要做的任务多了一项:证明这个“周期表”包含了所有的单群。 这看起来不太容易,事实正是如此。 转眼百年的长征 Higman-Sims图,可导出散在单群Higman-Sims群 伽罗华是寻找有限单群当之无愧的第一人。是他首先发现所谓的交错群A_n对于所有n=5都是单群,从而不是可解群。正是从这个结果出发,他证明了高于五次的方程一般而言没有根式解。而数学家此前对数论的研究也容易导出另一族的单群:素数阶的循环群Z_p。它们也是唯一的交换单群,也就是说运算满足交换律(a·b = b·a)的单群。 无需太纠结为何这些群取这样的名字。对于数学家而言,群就像是宠物,给宠物取的名字可能反映了宠物的性格,也可能是纯粹的趣味。但名字毕竟只是名字,只是称呼这些群的一种方式而已。 像这样整个家族出现的单群,还有16族所谓的有限李群,它们可以看作离散域上的矩阵组成的群。对它们的系统化研究是由挪威数学家Sophus Lie开始的,所以后人以此命名。而其中首先被发现的是所谓的射影特殊线性群PSL_n(q),其中q是一个素数的幂。在伽罗华生命最后的那封信上,就已经提到PSL_2(p)对于大于3的素数p是单群。后来Chevalley对其进行了更深入的研究,将其推广到一般的素数的幂。对于其余的15族有限李群,Chevalley也功不可没。 除了这一共18个有限单群家族之外,还有26个单独存在的有限单群。它们不属于任何一个家族,而它们之间也没有一个统一的联系,三三两两各自放浪于数学天地之间。数学家给他们起了个相当适合的名字:散在单群。它们是单群中自成一派的例外。成家族出现的单群结构总是相似的,而散在单群却各有各的美丽。 同时进行的则是证明这就是所有的有限单群,这就是所谓的有限单群分类定理。如果将寻找单群比作在森林里抓兔子的话,有限单群分类定理的证明则是确保森林里所有的兔子都被抓光了。这就要求数学家对森林的地形——也就是有限群的结构——有一定的了解。 从某种意义上,整个证明可以追溯到1872年的Sylow定理。这个定理不仅使数学家开始明白有限群更深层的结构,也为后来对各种群的分类讨论提供了武器。而真正明确提出对有限单群分类的,则是1892年的Hölder。他同时也证明了,每一个非交换有限单群的元素个数,是至少四个不同素数的乘积。 从此开始便是百年的征程,对数学家更不利的一面是,出发的时候还不知道森林里有多少兔子要抓。事实上,分类定理的证明和对有限单群的寻找,很大程度上是交错叠积的。有时是证明的途中,忽然找到了又一个新的有限单群;有时是对于已有的单群的研究启发了证明。这也是可以理解的,毕竟这是研究同一件事物的两条路径。 所以,当1983年Gorenstein宣称有限单群分类定理被证明之时,群论学界可是欢呼雀跃。整个证明散落在各期刊的500多篇论文之中,合计过万页,每篇论文都对某种特殊情况进行了处理。将这些特殊情况合起来,覆盖了绝大多数的有限群类别,而Gorenstein认为,他的新论文恰好补上了仍未处理的那些有限群,从而完成了整个分类定理的证明。 问题是,他弄错了。他以为一类名为“拟薄群”(quasi-thin group)的类别已经被处理好了,但事实上没有。直到2004年,由Aschbacher和Smith撰写的一篇一千多页的论文才将这个情况完全处理妥当,从而填补了这个漏洞。此时,有限单群分类定理,这个有限群理论的圣杯,才正式被圆满证明。 18个有限单群家族,再加上26个散在单群,这就是所有的有限单群。从伽罗华开始历时一个多世纪,跨越两次世界大战的搜索,随着1976年最后一个散在单群被发现,2004年有限单群分类定理的最终证明,这场数学家和有限单群之间的捉迷藏游戏才告结束。这个列表,包含着数代数学家辛勤的汗水,大概还有不少的咖啡、粉笔、墨水和纸。 故事仍未结束。在所有有限单群中,那些散在单群特别令人在意。成它们的出现看似无章可循,没有什么必然的规律。但是,尽管有着“散在单群”这个名字,它们并非与世隔绝之徒。最有名的例子,莫过于那个最大的散在单群——魔群(Monster Group)。 意料之外的联系 魔群是在1973年被Fischer和Griess分别独立发现的。虽然它是最大的散在单群,但它并不是最后一个被发现的。实际上,“魔群”这个名字就源于它庞大的体积。魔群的准确元素个数是808017424794512875886459904961710757005754368000000000,也就是大概8*10^53个。与之相比,太阳系的原子个数也就是大约10^57个,仅仅高了两个数量级。如果我们用线性空间和矩阵变换来表示魔群的话,我们至少需要一个196883维的线性空间,才能忠实表达魔群的整体结构。这种表达方式又被称为群的线性表示。 也正是由于魔群如此庞大,所以一开始数学家们并没有直接将它构造出来,而只能指出它的存在性。发现魔群的Griess,也要几个月后,才最终把魔群的元素个数计算出来。而魔群的直接构造,要等到9年后的1982年。那年,Griess提出了一个名为Griess代数的代数结构,而魔群恰好就是这个代数结构的自同构群。换句话说,魔群恰好刻画了Griess代数的所有对称性。值得一提的是,Griess代数的维度是196884,比196883多1。 如果说每一族单群和每一个散在单群代表一种对称性的话,那么魔群一定有着非同寻常的对称性。体积如此庞大的群,却仍然是一个不可分解的单群,这本来就是个奇迹;而且与那些成系列的量产型单群不同,它的结构和对称性还是独一无二的。用个物理上不太恰当的比喻,如果第二大的散在单群是一颗无暇的钻石的话,按照比例,魔群大概就是一颗完全由钻石组成的星球,而且透明得能从一边看到另一边的星空。 如果说如此瑰丽的魔群,仅仅是数学中的一个与世隔绝的孤岛的话,那数学之神未免太浪费了。 而此时,在数学的另一个领域——数论,另一群数学家正在研究一些完全不同的东西。 模形式理论是数论的一个分支,它研究的正是模形式。模形式是复平面上满足一定性质的函数,它们跟一类叫“椭圆曲线”的数学对象密切相关。椭圆曲线是平面上的一类曲线,它经过的整点有一种自然的群的结构,而对这些群的结构的研究可以获得整数的很多性质,包括轰动一时的费马大定理的证明。 在模形式理论中,有一个特殊的函数占据着相当重要的地位,它叫j不变量。它的历史也不短,各种性质已经被数学家们研究得相当透彻了,也为模形式理论的发展立下过汗马功劳。它可以干净利落地展开成如下的傅立叶级数,其中每个系数都是整数: 其中是不是有个数字很眼熟?对,就是第二个傅立叶系数196884,正好是Griess代数的维数,也就是魔群的最小忠实线性表示的维数加1。这仅仅是个巧合,还是有某种内在的联系? 当John McKay在上个世纪七十年代末将这个发现告诉Conway时(顺带一提,这位就是发明“生命游戏”的那个Conway),他们并不认为这是一个单纯的巧合。如果是3或者5这种小数字,那巧合或许还能解释,但196884的话,说是巧合未免过于牵强,“有某种尚未发现的内在联系”这个解释听起来更加合理。Conway和另一位数学家Norton随后发现,j不变量的其它傅立叶系数也与魔群的所谓不可约表示的维数有着紧密的联系:这些傅立叶系数恰好可以表示成不可约表示维数的一些简单的线性组合。这就远远不是巧合能够解释的问题了。 在这些基础上,Conway和Norton提出了他们的所谓“魔群月光猜想”。他们猜想,存在一个基于魔群的无限维代数结构,通过魔群的不可约线性表示,它恰好给出了j不变量的所有傅立叶系数,而魔群每一个元素在这个代数结构上的作用,都自然地给出了与某个群相关的模形式。这其中牵涉到的数学,即使笔者也无从驾驭,需要长时间的学习,方能领会个中美妙滋味。 “魔群月光”这个名字,奇怪地带着些浪漫色彩,但这不过是错觉。“月光”的原文是“moonshine”,在俚语中的意思毫不浪漫,反而是用作形容那些带点疯狂的主意。这就是当时Conway听到这个巧合之时的反应。即使对于最有想象力的数学家来说,要承认数论中被研究得相当透彻的j不变量,与有限群论这个不太相关的领域中新发现的魔群有着这么紧密的联系,这个主意也未免有些疯狂。 但更疯狂的还在后头。 不久,数学家们构造出了一个被称为魔群模(Monster Module)的特殊代数结构,被认为极有可能是满足魔群月光猜想的那个代数结构。要构造这个代数结构,首先要从一个名为Leech格的代数结构开始(顺带一提,这个代数结构有着特殊的对称性,可以构造出数个散在单群),构造一个24维的环面。在这个环面上的玻色弦理论,通过共形场论中的顶点算子来表达,就是魔群模。换句话说,联系着有限群论中的魔群与数论中的j不变量的魔群模,实际上是一个高维空间中的弦理论,表达的是某个高维空间中的可能的物理理论。 数学的两个不同分支,居然通过理论物理被联系了起来。 接下来的事情,就是证明魔群模的确满足了魔群月光猜想。这项工作在1992年由Brocherds完成,证明同时包含了数学和物理,其中用到了弦论中的No-ghost定理来构造证明中必不可少的一个代数结构,Brocherds也由于这个证明获得了菲尔兹奖。通过这个定理架起的桥梁,数学家们也发现了魔群、模函数和弦理论之间更多的千丝万缕的联系。甚至有人过于疯狂地设想,魔群也许就代表着我们这个宇宙终极的对称性。 如果伽罗华仍然在世的话,会对这种柏拉图式的设想有什么看法呢?不过毫无疑问的是,他一定会赞叹他的后继者在他之后,在他铺设的地基上建起的这些晶莹无暇的数学理论。 不应重现的叹息 有限单群分类定理是有限群理论的一块里程碑,标志了我们对所有有限对称性的系统理解的开端。对于魔群的研究,也引发了数学家对散在单群的兴趣。关于有限单群的各种研究,至今方兴未艾。 在这个关于单群的故事中,最值得关注的就是整个故事的起点,也就是伽罗华。他的研究奠定了整个有限单群研究的基础。超越时代的他,活着的时候是个孤独的研究者,但现在,谁谈到群论又能绕过他呢? 在数学的天空中,伽罗华宛如一颗匆匆划过的璀璨流星。他的身体太单薄,无法承受时代的狂风;但他发出的光芒,照亮了整个天空,被不同的人以不同的形式记录下来,并将长久不息。以他的名字命名的各种数学概念,已经产生了深远的影响。这使人不禁思考:如果没有那场决斗,他将会做出多大的成就呢?然而,历史没有假设。 这使人不禁想起同为法国人的化学家拉瓦锡的遭遇。在拉瓦锡被构陷上断头台后,数学家拉格朗日的叹息是:“砍下这颗头颅只需一瞬,但百年的等待可能仍不足以使其重现。”一根有智慧的芦苇,需要整个社会长期的积淀产生的土壤,方能破土而出。但芦苇总归是芦苇,命运无常,须臾即可毁去;即便是它脚下的土壤,赤炎燎原,十年亦成焦土。伽罗华的悲剧,现在还在很多地方,以不同的形式,或明或暗地上演着。
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玖儿可以谈谈群论和红外拉曼选律吗?(补记)
热度 14 qiongfeng 2011-5-18 05:51
玖儿可以谈谈群论和红外拉曼选律吗?(补记)
补记: 这篇博文内容不好玩,慎阅。 玖儿以前学选律的时候都是以波函数为基准,国内大部分教材都这么写的。 那天刚好看到了群论里面谈选律,觉得前所未见,惊呆了,从这另一个视角去看选律,又有了新一层的认识,于是想分享给大家看一看。 但内容还是不好玩,玖儿也没讲的很清楚,实在是对不起了。 自从在某一篇博文中某个大人物出言不逊,被玖儿骂回去后,玖儿的博客就一直有一些匿名的不太和谐的声音(辛苦编辑了,跟在后面删贴不容易)。 有人认为,苍蝇不叮无缝的蛋,认为玖儿伪90,缺乏思考,玖儿这种水平不适合科学网。 对于文字文风,玖儿深感抱歉。玖儿小学作文从来没有学好过,是个失败品(尽管后来TOEFL和GRE作文高分),玖儿当努力改进。 但攻击玖儿文章内容缺乏思考思想不健康,认为玖儿是有缝的蛋。玖儿只是想说,您这种论证,似乎给强奸犯找到了最好的理由。 废话少说,玖儿决定以后写您认为的“严肃”“健康”的文章,玖儿在科学网玩得很high,恕不能如您意转战其他的论坛。 今天,玖儿想班门弄斧,谈谈群论和红外拉曼选律。 学数学的可能更熟悉群论,玖儿才疏学浅,只想讲讲群论在化学光谱中的一个小part。如若有错,也请您不吝赐教。 1、依据对称性可以将分子划分为不同的点群,如H2O,属于C2v点群,如BF3,属于D3h点群。 如图1: 以C2v H2O为例,共3N=9个自由度。将H20置于以x,y,z为基准的cartesian坐标系下。 对9个自由度,分别作对称变换,我们可以得到如图2: 简化一下,我们就可以得到C2v点群的矩阵表达,如图3: 2、红外光谱基于偶极矩(dipole moment)的变化。 红外吸收光谱的波长取决于分子的振动波长,强度取决于由于分子振动导致的偶极矩的变化(@u/@Q)^2。 这里红外吸收的选律指的是获得信号大的吸收光谱,就是获得大的偶极矩的变化。 对于红外这些振动光谱,着眼的是分子的振动。将cartesian坐标系转换为以r,theta,phi为基准的角坐标系更有利于红外拉曼的表达。 在角坐标系中,将偶极矩看作是一个矢量(vector)。如果以偶极矩和分子中心为一平面,饶着垂直于这平面的轴转动(比如说对称轴C3v),偶极矩会发生变化。有红外活性。 图4 简化一下,用这种红外活性的transform用character来表示:图5 再把它放进C3v点群里,分散,得到图6: 再放到Cartesian坐标系里,得到图7: A1和E这两类振动形式是红外活性的,A2是非红外活性的。 3.拉曼散射光谱是基于极化率(polarizability)的变化。 同红外一样,极化率变化的表达方式,再放到群里分散,再转换坐标系。得到图8。 A1和E这两类振动形式是拉曼活性的,A2是非拉曼活性的。 恩,玖儿好累,不玩了,有这闲工夫还不如去跑跑marathon.就这样,谢谢阅读,欢迎讨论,详情请咨询N.B.Colthup。 散花,退场。
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我又搬回来了。。。。(把以前的帖子搞到一起了)
Dyson 2009-12-13 14:32
初学《量子场论》注记 刚学场论已有半个多学期,说说自己的体会吧: 1.老师用的是PESKIN的书,虽然书的评价是推理详细,可我还是觉得在许多计算上糊里糊涂的,尤其是在涉及到李群和DIRAC场的时候。没办法,高等量子力学,群论和量子场论是同时开设的,只能自己先看着了。 2.前一段时间一直在想为什么坐标在进行洛伦兹变换时,对应波函数也要进行相应变换,比如DIRAC方程。现在明白了:先写出DIRAC方程,当坐标变换时,偏导算符要变换,矩阵不变,为了保持方程的协变性(狭义相对论的要求!),波函数也必须作出一个变换,还可以很容易的写出波函数的变换矩阵和坐标变换矩阵的关系! 3.波函数变换矩阵的无穷小生成元S()的形式:首先把洛伦兹变换的无穷小形式写出,然后写出波函数变换的无穷小形式,S()是作为待定量出现,根据2中的波函数的变换矩阵和坐标变换矩阵的关系,可以求出有关S()性质(是二阶反对称的)的式子,结合矩阵的性质,可以把S()用矩阵表示出。 4.对称性在场论中扮演了极其重要的角色!试想,对于场这种物质存在形式,应该如何定义其动量,角动量了?可以考虑坐标和场量连续对称变换中,作用量所体现出的不变性,这其实也是Noether定理所告诉我们的。首先是时空无穷小平移,所有场在这种变换下,场量的变化仅由前后坐标不同导致。对于实标量场,会有4个流守恒方程。对全空间积分后,会有两个描述场的守恒物理量:场的总能量和总动量。尤其看看描述能量的那个流守恒方程,对它在有限空间积分后:有限空间中能量的减少量=流出这个空间的场的总动量密度的面积分!于是,场的能量和动量很自然的联系在了一起!齐次看看无穷小洛伦兹变换,在这种变换下,场量的变换不仅是坐标前后的不同,还有场本身内部自由度的变化。不同的性质的场,这一项会很不同,于是可以根据这个来对场分为标量场,矢量场和张量场!对应的守恒量为场的总角动量!最后是定域规范变换导致的守恒荷,对于复标量场,守恒荷就是电荷,恩,这点我还没看出来。 5.场的正则量子化:可以有L和H两种不同的表示方式。对于H:经典力学是广义坐标+已知的H+POSSION括号定义+用POSSION括号表述的正则方程;量子场论是场算符+场的H+场算符对易关系定义+量子POSSION括号表述的正则方程!场算符不一定是要厄米的,比如复标量场的量子化! 初学《群论》 初学《群论》,感觉极为不适应,虽然在大学已经认为线性代数比较抽象了,但还是被这门课所折服,同时也非常佩服:数学家是怎么用他们神奇的大脑构建出如此复杂,庞大和自洽的理论体系。 第一章的群的基本理论还凑合,总拿D(3)群去验证一些定理,以便加深些理解。到了第二章,群表示论,感到有些困难了,简单说是把抽象群和GL(n,C)用同态映射(同构似乎要更好)联系起来,也就是把抽象的群元素用矢量空间的矩阵表示出来。似乎到这里就够了,但后面又突然引进个群空间表示和群空间代数。奇怪的是:这个群空间的基矢是用群的元素构造出来的!这样,在这个空间去表示群元素的,群的元素就有了双重的性质,一会儿又当基矢量,一会儿又当操作(群元的左正则表示!)......这和用实数域上的矢量空间去表示一个群是个很大的区别.....还有个很奇怪的:在群空间上定义了乘法(基矢的乘法满足群元的乘法)后,后面的群函数又在上面定义了内积,虽然这两种数学结构并不矛盾,可是总感觉怪怪的..... 我又总想很快把这些学了的东西和量子力学中的东西结合起来,到现在似乎只知道应该选取合适的基矢(本征波函数)来表示体系哈密顿量对称群的群元..... 自己还在特征标和一些正交,完备定理里盘旋,问题太多了,总之慢慢来吧! 还是很佩服科大上群论的朱老师,对数学物理中知识的深刻把握(不愧为当年少年班的学生啊!)!同时也很感谢他,有时自己都迷糊得不知道自己问了什么问题了,他还是很耐心讲解!希望自己在学期末能有不小的收获! 初学《群论》2 在没有提及表示以前,对于群的认识是抽象的,但抽象的好处似乎是便于对最一般的性质和相关运算法则做出定义和推理演绎。当选择了具体的一组线性无关,完备的基矢之后,群中的元素就清晰起来。定义群元对基矢的作用后(这一步是必须的,先前的讨论并没有涉及到群元的具体性质。如群元可以是旋转的操作,也可以是平移的操作),群元的具体样子就通过矩阵体现了出来。而同时,任意矢量也换为了相应的表示--行向量或列向量。这类似于讨论一个矢量,一开始总是利用抽象的记号,但坐标系一但选好,矢量就体现为一组有序的数。所有的运算法则也在数上有了体现。对一个群来说,可以选取不同的表示空间--群空间,群函数空间.....并列的关系,但各有各的好处! 理解群函数和群函数代数对理解完备性和正交性定理有很大的优势。例如对于D(3),根据Burnside定理知道它有两个一维,一个二维不可约表示。对于其中的二维表示,因为D(3)有六个元素,所以这六个元素都有对应的2*2矩阵。把它们排成一行。然后把每个矩阵的第1行,第1列的数取出来,共有6个数,构成群函数空间上的一个矢量,就记为T(11)。类似的做法把第1行,第2列的数取出来,记为T(12),接着又T(21),T(22)。于是就有了4个矢量。那两个一维的不可约表示是一维的,也能构成两个矢量,构成G(1)和F(1)。(换不同的字母是为了区别不可约表示)。总之,办完这件事,就有了6个矢量。好了,完备性定理告诉我们:这6个基是完备的,即任何矢量可以用它们来展开。正交性定理告诉我们:只有当基矢是取自同一个不可约表示,同样的行和列时,内积为一常数----群的阶数,否则为0。这和在常见的矢量的的完备,正交有很大的相似! 理解群函数和群函数代数对理解类代数也有好处。可以猜想,由K(i)构成的基应该是完备的,实际上它也能作为群的展开基。 就写到这里了,问题太多了。。。 初学《群论》3 半个学期过去了,老师的群表示论这一章快要告一段落,我还是在如何把群论和量子力学联系在一起的问题里打转转,有很多的细节无法用群论的理论和量子力学作出对应。还是先写写自己的体会吧: 量子力学的矩阵表示在搭建和群论的桥梁中显得尤其突出,因为群的表示理论是在线性空间上作出的,而量子力学也建立在这种空间上,不过是无限维的。波动方程和路径积分形式似乎在这方面要逊色一些了。 先说单个厄米矩阵的对角化,实际就是重新选择一组基矢,让矩阵在这种幺正变换下是准对角的,而对角矩阵上的数就是本征值,也是物理上可以测量的值。 再说两个厄米算符,如果是对易的,从物理上说就是可以同时测量,从数学上说就是要找到这么一个幺正变换矩阵S,可以让这两个算符同时(!)对角化。组成这个S的就是属于两个算符的共同(!)本征矢,对角化后的矩阵对应着可以测量的值。当然,在物理上为了解除简并,必须找到对易守恒量完全集,这样可以把一个状态完全用好量子数完全标记。 之所以写这些,是因为在求群的不可约表示时,用到了一种类似于物理中的对易守恒量完全集的方法。 我想还是应该注意到二者的区别和联系。 求群的不可约酉表示一般是在群空间上的正则表示下进行的。由于正则表示一般是可约的,我们的目的就是要找到这么一个S,当它对每一个群元(!)的正则表示作用时,会把它们变成分块对角(这里要做的是对幺正矩阵进行--分块对角,而不像在厄米矩阵上做的那样--准对角!)的形式。这样的数学意义,实际上是在群空间上重新选择基矢,把正则表示下的不变子空间找出来,可约表示也就被分成了更为基本的不可约表示。还应该注意到这样做的好处:把每个群元(!)分块对角形式写出来,然后把每个矩阵中属于同一个子空间的那个不可约表示拿出来,他们构成维数更少,更基本的表示。这些都是由正交完备定理保证的,但它并没有提供一种方法,告诉我们怎样找S。 类比于量子力学中的方法,我们应该找一个群上对易的算符集合(守恒在这里我想还暂时还谈不上)。很幸运的,类算符满足这种条件,它们之间是相互对易的。拿D(3)群为例,类算符集合取为K(1),K(2),K(3),分别对应{e},{d,f},{a,b,c}.K(1)是恒等算符,踢掉。为了找到完整的集合,把群G中和K(2),K(3)对易的再找个出来,比如说找d。那么f就不用了,因为d*d=f。于是计算{K(2),K(3),d}的本征矢。其实本征值是可以再不求出本征矢的情况下用特征标理论算出来的。于是假设x=c(1)e+c(2)d+c(3)f+c(4)a+c(5)b+c(6)c,这样以后可以算出本征矢。这其中还涉及到解除不可避免的简并问题,数学家规定标准基的取法,要求它不仅是算符左乘的本征矢,而且是右乘的本征矢,这样可以消除此类问题。最后就会求出S。以上只是个粗略的过程。 好了,我现在也就能把量子力学和群论联系到这种程度了,还有很多的细节需要慢慢解决...... 失败的搬家,我又回来了,把以前的帖子搞到一起。
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两个有关魔方的问题
shaoww 2009-6-28 08:36
两个有关魔方的问题 最近玩魔方,想到这样两个问题: 1、一个三阶魔方有多少种排列组合?进一步,在同构的意义下,一个三阶魔方有多少种排列组合? 2、证明或否定:一个三阶魔方不存在任意两个小方块同色面互不相邻的状态。等价的说,一个三阶魔方不存在这样一种状态:任一面中的9个小方块没有同色边。 另外, 第一个问题前一部分网上有一个说法 4325 亿亿,本人猜测是不对的。
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