Алгебра и логика,, 40, N 2 (2001), 135-157
УДК 512.54
ЧАСТИЧНЫЕ П О Р Я Д К И НА ГРУППАХ Д Л А Б А Н. Я. МЕДВЕДЕВ
Для...
5 downloads
192 Views
2MB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
Алгебра и логика,, 40, N 2 (2001), 135-157
УДК 512.54
ЧАСТИЧНЫЕ П О Р Я Д К И НА ГРУППАХ Д Л А Б А Н. Я. МЕДВЕДЕВ
Для любой подгруппы Н ранга 1 мультипликативной группы поло жительных действительных чисел дается полное описание максимальных частичных порядков и минимальных изолированных частичных поряд ков групп Длаба [1] D#(I), £>#*(!), Д,#(1), 1)#(1) единичного интерва ла I = [0,1] и Он, -D#* расширенной действительной прямой R. Бо лее точно, покажем, что 1) любая группа, изоморфно вложимая в одну из вышеперечисленных групп Длаба, не имеет нетривиальных минималь ных частичных порядков (предложение 1.1); 2) группы £>я(1) и D # име ют 4 максимальных частичных порядка и 4 нетривиальных минималь ных изолированных частичных порядка; 3) группы D#*(I), !>*#(!) и £)#* имеют 10 максимальных частичных порядков и 8 нетривиальных мини мальных изолированных частичных порядков; 4) у группы Р#(1) — 16 нетривиальных минимальных изолированных частичных порядков и 40 максимальных частичных порядков (теор. 2.1—3.4). Отметим, что ранее Холланд [2] получил описание минимальных и максимальных частичных порядков группы А(К) всех порядковых автоморфизмов линейно упоря доченного множества действительных чисел R.
*) Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаменталь ных исследований, проект N 99-01-00156, и Министерства образования РФ.
©
Сибирский фонд алгебры и логики, 2001
136
Я. Я. Медведев § 1. Определения и вспомогательные результаты Группа G называется частично упорядоченной, если на ней опреде
лено отношение частичного порядка <, устойчивое относительно умноже ния слева и справа на элементы группы G, т.е. для любых ж , у , 2 б С и з х < у сдедуют zx < zy и xz < yz. Хорошо известно, что любой частич ный порядок группы G единственным образом определяется полугруппой положительных элементов и что любая чистая инвариантная полугруп па Р группы G определяет единственным образом частичный порядок на группе G, при котором Р является полугруппой положительных элементов [3, теор. 1.5.1]. Поэтому в дальнейшем мы задаем частичные порядки на группе посредством отношения < либо при помощи чистой инвариантной полугруппы. Все необходимые факты по упорядоченным группам можно найти в [3—5], а по теории групп — в [6]. Всюду в работе R обозначает естественно линейно упорядоченное множество действительных чисел, I = [0,1] — замкнутый единичный ин тервал множества R, R = - o o U R U +oo — естественно линейно упоря доченное расширенное множество действительных чисел, N — множество натуральных чисел. Символ SG(M) обозначает инвариантную полугруппу группы С?, по рожденную подмножеством М. Для любого подмножества X группы G положим 1(Х) = {g eG \дп б X для некоторого п G N } . Через S обозначим множество всех монотонно возрастающих (не бо лее чем счетных) последовательностей s
= {& I 1 <
l
< r> г Д е hт ~ ординалы, £ £ I(R)}
всех возможных типов т вполне упорядоченных последовательностей, обладающих наибольшим элементом и таких, что 0 < £у (~оо < ^ ) , £г = sup{£t \ i < а} для каждого предельного числа а, а < г. Пусть
Частичные порядки на группах Длаба,
137
Н — произвольная подгруппа мультипликативной группы положительных действительных чисел. Через £)#(I) (DH) обозначим множество всех моно тонно возрастающих функций (x)f из группы порядковых автоморфизмов I(R) таких, что для / существует последовательность S / , Е/ = {£t | i < г } , из S такая, что (£)/ = £ для всех £, £ £ [Сь£т], 0 < &, £ т < 1 (-оо < £ ь £ г < +оо), и / — линейная функция на каждом отрезке [&,&+i], причем значения правой производной (ж)/' функции / в точках £А содержатся в подгруппе Я . Числа £t называем точками излома функции / . Эти упоря дочиваемые группы определены Длабом в [1]. Подгруппы DH(I) (DH), DH*{I)
(£>Я*), D*H(I)
(£>* Я ) В группе
DH(l)
(DH) определяются следующим образом: a) неединичный элемент / принадлежит J9#(I) (DH) тогда и только тогда, когда 0 < & < £ г < 1 (-ос < £i < £ г < +ос), b) неединичный элемент / принадлежит Л3я*(1) (DH*) тогда и только тогда, когда 0 < fi < £т < 1 (-ос < & < £ г < +оо), c) неединичный элемент / принадлежит D*#(I) (D*H) тогда и только тогда, когда 0 < £i < £ г < 1 (-ос < £i < fr < +оо). Очевидно, что подгруппы D#(I), £>*я(1)> #я*(1) (£>я, £>*я, DH*) являются собственными нормальными подгруппами в группе DH(1) (DH)Длаб [1] показал, что для любой подгруппы Н ранга 1 мультиплика тивной группы положительных действительных чисел группа е (/ >' е) при порядке Р0 (PQ1) В ТОМ И только в том случае, когда значение правой производной (£i)/ /IT в первой точке излома £i G Е/ больше (меньше) 1 при линейном порядке группы Я . Автор и Зенков в [7] показали, что для любой подгруппы Н ранга 1 мультипли кативной группы положительных действительных чисел группы £)д*(1) и DH* имеют в точности два различных линейных порядка, определяемых (как и в группах D#(I), DH) значением правой производной в первой точ ке излома. Эти порядки обозначим Р* и Р~1 соответственно. В этой же
Я. Я. Медведев
138
работе получено, что группы Z?*#(I) И J D # ( I ) имеют 4 различных линей ных порядка, а мощность множества различных линейных порядков групп DH и D*fj несчетна. Открытый интервал (6, с) С I(R) называется опорным интервалом функции (ж)/, если (b)f — Ь, (c)f = с и (x)f ф х для любого х е (Ь^с). Числа Ь и с соответственно будем называть левым и правым концом опор ного интервала (6, с). Очевидно, что для всех точек х из опорного интер вала (6, с) выполняется (x)f > х или (x)f < x. Естественно упорядоченное множество концов опорных интервалов функции (x)f обозначим через Af. В дальнейшем точку первого излома (левый конец первого опорного ин тервала) функции (x)f будем обозначать через Ь\ или £хПусть G - одна из групп 1)*д(1), DH*(1), &н{1), DH(I),
DH*, DH-
Будем говорить, что элементы / и g из G имеют одинаковые базисные характеристики, (Af)h
если существует элемент h из группы G такой, что
= А 5 , (Ь а )/ / П = ((ba)h)gf ? г Д е &а — левый конец опорного ин
тервала (Ь а >с а ) € А/ функции (x)f. В [1, 4] доказано, что элементы / и g группы G сопряжены тогда и только тогда, когда они имеют одинаковые базисные характеристики. Хорошо известно, что множество всех частичных порядков в любой группе замкнуто относительно произвольных пересечений и, следователь но, образует полную нижнюю полурешетку относительно пересечения. Из леммы Цорна следует, что любой частичный порядок содержится в неко тором максимальном частичном порядке. Те же самые утверждения вы полняются и для изолированных частичных порядков группы. Тривиальный частичный порядок Р = {е} является наименьшим частичным порядком в любой группе и наименьшим изолированным час тичным порядком в любой упорядочиваемой группе* В общем случае ми нимальных (изолированных) нетривиальных частичных порядков может и не быть, как, например, для аддитивной группы целых чисел, но ес ли они есть, то мощность множества всех минимальных (изолированных) нетривиальных частичных порядков либо четное натуральное число, либо бесконечна. Отметим также, что любая нильпотеитная группа без круче-
139
Частичные порядки на, группах Длаба ния не имеет минимальных нетривиальных частичных порядков.
Следующее предложение показывает, что в группах Длаба отсутству ют нетривиальные минимальные частичные порядки. П Р Е Д Л О Ж Е Н И Е 1.1. Для любой подгруппы Н
мультиплика
тивной группы положительных действительных чисел любая подгруппа групп Z?#(I), DJJ* не имеет нетривиальных минимальных
частичных
порядков. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Пусть G — произвольная группа из условия леммы и Р — ее минимальный частичный порядок. Тогда, очевидно, что Р =z Soigne) для некоторого элемента g € G. Пусть, для определенности, £i — первая точка излома функции g и (£\)gf
> 1 в естественно упорядо
ченной мультипликативной подгруппе Я положительных действительных чисел. Тогда g $ Pj = S G ( # 2 , e), поскольку значение правой производной в первой точке излома любого неединичного элемента из инвариантной по лугруппы SG(g2,e)
больше либо равно ((£i)tf' n ) 2 и ( ( б ) / 1 ) 2 > ( ( б ) / 1 ) -
п
С Л Е Д С Т В И Е 1.1. Свободная группа Fn конечного или счетного ранга и группа Томпсона G
140
Я. Я. Медведев
дем называть изолированным частичным порядком, порожденным эле ментом д. Теперь для произвольного элемента д упорядочиваемой группы G рассмотрим следующие подмножества: Ji = I(g,e),
J2 = 5 G ( J I ) , • • • , Лп = SG{J2n-i),
« W i = /(J 2 n) (n € N).
Очевидно, что Ji С J 2 С . . . С Jfc С J* +1 С . . . . Положим Q(g) ~ (J J*.. fc€N
П Р Е Д Л О Ж Е Н И Е 1.2. Пусть G — упорядочиваемая группа и g — произвольный неединичный элемент группы G. Тогда Q(g) = ISG(<7). ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Очевидно, что Q(g) присутствует в любом изолированном частичном порядке группы G, содержащем элементы g и е. Значит, Q(g) С ISG(#). Покажем, что Q(#) является изолированным ча стичным порядком группы G, Действительно, если для некоторого натурального числа к выполня ется равенство J^ = Jk+i, то Jfc является одновременно изолированным множеством в группе G и инвариантной полугруппой в группе G, а кроме того, содержит элементы g и е. В этом случае <2(#) является изолирован ным частичным порядком и Q(g) = ISG(#). Пусть теперь J* 7^ Л+1 А л я любого к Е N и # n E <2(#). Тогда p n E Jfc для некоторого нечетного натурального числа к. В силу изолиро ванности подмножества Jk в группе G имеем g E Jk и> значит, у G Q(<7)« Пусть теперь g,h E Q(). Тогда , h E Л для некоторого четного нату рального числа А;. Поэтому gh £ J^ С Q(g). Таким образом, Q(g) является изолированным частичным порядком и Q(g) Э Isoig)- Следовательно, Q(g) ~ ISG(S). О § 2. Группы Длаба интервала [0,1] В этом разделе и далее мы считаем, что Я является подгруппой ранга 1 мультипликативной группы положительных действительных чисел.
Частичные порядки на группах Длаба
141
Пусть 0 < 6 < с < 1 и г G Я , г > 1. Пусть (x)qi — произ вольная функция из группы £>#(!), удовлетворяющая следующим усло виям: 1) supp(gi) = (ft,с), 2) (b)q[n = г, г G Я , г > 1. Обозначим через Q x = Is£)H(i)(gi) изолированный частичный порядок группы D#(I), поро жденный элементом q\. ЛЕММА
2.1. Изолированный
частичный
порядок Q\
£?#(1), порожденный элементом q\} является минимальным
группы нетриви
альным изолированным частичным порядком в группах £)*#(!), AfiT*(I)> 2?я(1),Оя(1). ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Пусть / — произвольный элемент группы D#(I) такой, что носитель supp(/) состоит из одного опорного интерва ла (6i,ci), 0 < Ь\ < с\ < 1 и k = (bi)ff
> 1. Поскольку группа Я" имеет
ранг 1, то для некоторых натуральных чисел m и / выполняется равен ство кт = г'. Тогда элементы (#)#i и (x)fm
имеют одинаковые базисные
характеристики и, следовательно, сопряжены в группе J D # ( I ) . Используя предложение 1.2, легко заметить, что изолированный частичный порядок Qi группы JD#(I) состоит из элементов группы, являющихся произведени ями конечного числа элементов, чей носитель состоит из одного опорного интервала и значение правой производной в первой точке излома больше 1. Пусть g — произвольный неединичный элемент из Q\. Если supp(^) состоит из одного опорного интервала, то Is/}H(i)(ff) = Q\. Если supp(^) содержит более одного опорного интервала, то по предложению 3.3 [1] су ществует сопряженный элемент gz такой, что произведение g • gz обладает следующими свойствами: 1) supp(g-gz) = (Ь, c)U(c, d), где 0 < 6 < c < d < l , 2) (b)(g-g*y
= r\ > 1, (с)(#-#*)' п = r 2 > 1. Выберем числа Ь ь с ь rfi
такие, что Ь < Ь\ < с < с\ < d < d\1 и положим (ж)/ равной произволь ной функции из группы D H ( I ) такой, что: 1) supp(/) = (&i, cx) U (ci,di), 2) {b\)f
= rf, (с!)/' == r 2 . Элементы g - gz и f имеют одинаковые базис
ные характеристики и, следовательно, сопряжены в группе £>я(1)- Носи тель их произведения состоит из одного опорного интервала, и значение правой производной в первой точке излома больше 1. Поэтому изолиро ванный частичный порядок, порожденный любым неединичным элемен-
Я. Я. Медведев
142
том #, g £ Qi, содержит элемент qi и, следовательно, частичный порядок Qi. Значит, частичный изолированный порядок Q\ минимален в группе D # ( I ) . Минимальность порядка Qi в группах Л*# (I), D#*(I), £># (I) оче видна. • Выберем числа 6, с, d из интервала I — [0,1] такие, что 0 < Ь < < с < d < 1, и положительные действительные числа r*i, г2 £ Я такие, что г\ > 1, г 2 < 1. Положим (x)q2 равной произвольной функции из группы Ан"(1)> удовлетворяющей следующим условиям: 1) supp(#2J = (b, с) U (с, d), 2) (%2 П = П, ( с ) й " = г 2 , Г Ы 2 G Я , гх > 1, г2 < 1. Л Е М М А 2.2. Инвариантная полугруппа SDH(I)(Q2)
группы D # ( I ) ,
порожденная элементом {x)q2, содержит все элементы g группы Z)#(I), удовлетворяющие следующим условиям: 1) supp(#) = (&i,ci) U $2,02), где b\j c\} &2.» ^2 — произвольные числа из интервала I = [0,1] такие, что 0 < bi < ci == Ь2 < с 2 < 1; 2) (fti)flr'
= r i 2 u (b2)gf
= й, г
-
произвольный элемент Н, h < 1. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Пусть а — произвольное действительное чис ло такое, что 0 < а < | . Рассмотрим на главной диагонали действительной плоскости хОу точки А(а,а), D{\, | ) , Я ( 1 - а, 1 - а). Выберем точку С в первой четверти плоскости такую, что 1) она лежит выше главной диагонали, 2) тангенс угла наклона отрезка АС с осью Ох равен г\ (г\ > 1), 3) тангенс угла наклона отрезка CD с осью Ох равен г2 (г2 < 1). Рассмотрим треугольник DGH, симметричный треугольнику ACD относительно точки D. Выберем на отрезке АС произвольную точку В (ф А,С)
и проведем отрезок BF так, что BF будет параллелен CG, а
точка F лежит на продолжении прямой, проходящей через точки G и Я . Обозначим через В, С, F , G точки, симметричные точкам Я, С, F, G отно сительно главной диагонали. Обозначим также через М точку пересечения отрезков BF и CG (очевидно, что точка М лежит ниже главной диагона ли). Обозначим через (х)д кусочно-линейную функцию из группы D # ( I ) , график которой совпадает с ломаной линией OABFHE,
где 0 ( 0 , 0 ) ,
Частичные порядки на группах Длаба £7(1,1). Через (x)f
143
обозначим кусочно-линейную функцию из группы
£)# (I), график которой совпадает с ломаной линией OACGHE.
По опреде
лению, функции (х)д и (ж)/ сопряжены с функцией {х)ц2 в группе £>#(1). а график обратной функции (x)f~l совпадает с ломаной
OACGHE.
Рассмотрим функцию {x)gf. Она имеет единственную неподвижную точку внутри интервала [а, 1 - а], ее носитель supp(gf)
состоит из двух
опорных интервалов (a, a) U (а, 1 - а), где (а)д = (а)/"" 1 . Обозначим через К точку плоскости, "достаточно близкую" к точке М и такую, что 1) тангенс угла наклона отрезка МК с осью Ох равен fc, к £ Я ,
к > г2,
2) существует точка U пересечения прямой, проходящей через точку К параллельно отрезку J3JP, и отрезка GH. Пусть U, К, М — точки плоскости, симметричные точкам (7, К и М относительно главной диагонали. Обозначим через (x)f\ функцию из группы 1>я(1), график которой совпадает с ломаной линией
OACMKUH.
Очевидно, что функция (x)/i сопряжена с функцией (я)2 в группе D # ( I ) . Произведение (x)gfi имеет единственную неподвижную точку внутри от резка [а, 1 — а], ее носитель supp(/^i) состоит из двух опорных интервалов (a, a) U (а, 1 — а) и (a)(gfi)'n
= г J, (of)(#/i)' n = r 2 * Jf 1 . В силу произвола
при выборе числа к можно считать, что к = h~l • г 2 . •
144
Н. Я. Медведев Пусть (х) fa — произвольная функция из группы D # ( I ) , удовлетво
ряющая следующим условиям: 1) supp(? 2 ) = (Ь, с) U (с, d) (0
< 1),
) (*)^ П = П, (c)qf2U = r 2 , fi,f 2 eH,rx>
1, f2 < 1.
Из леммы 2.2 непосредственно следует, что 1&DH(I)(Q2) = Is#f/(i)(2)Обозначим через Q 2 = Ь1>н(1)(92) изолированный частичный поря док группы D#(I), порожденный элементом д2. Л Е М М А 2.3, Изолированный частичный порядок Q 2 является ми нимальным нетривиальным изолированным частичным порядком в группах £> я (1), Д * Я ( 1 ) , £>Я*(1),
DH{1).
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. С учетом предложения 1.2 непосредственная проверка показывает, что носитель supp(p) любого элемента g £ Q 2 облада ет первым и последним опорными интервалами (&i,ci) и (Ь а ,с а ), причем (bi)^' 11 > 1, (Ь а )#' П < 1. В силу предложения 3.3 [1] для любого нееди ничного элемента g £ Q2 существует сопряженный элемент #* такой, что носитель их произведения / = g • gz состоит из двух опорных интерва лов {Ь'ис\)
U (Ь' 2 ,с' 2 ), где с\ = Ъ'2 и (fcx)/'" > 1, (Ь 2 )/' п < 1. Применяя
лемму 2.2, получаем, что изолированный частичный порядок Isj[)H(i)(<7), порожденный элементом , содержит элемент д2. Поэтому £?2 является ми нимальным неединичным изолированным порядком в группе D # ( I ) . Ми нимальность порядка Q2 в группах J9*#(I), D#*(I), Atf(I) очевидна. П Пусть 0 < 6 < 1 и г Е Я , г > 1 . Положим (x)q^ равной произ вольной функции из группы J9#*(I), удовлетворяющей следующим усло виям: 1) supp((fe) = (Ь, 1), 2) (Ь)^з
= г, г 6 Я , г > 1. Обозначим через
Q3 — lsDH^(i)(q3) изолированный частичный порядок группы £>#*(1), по рожденный элементом #зЛ Е М М А 2.4. Изолированный частичный порядок Q 3 является ми нимальным нетривиальным изолированным частичным порядком в групnaxDH*(I),DH(I). ДОКАЗАТЕЛЬСТВО аналогично доказательству леммы 2.1. • Выберем числа 6, с из интервала I = [0,1] такие, что 0 < b < с < 1.
Частичные порядки на группах Длаба,
145
Пусть (x)q4 — произвольная функция из группы D#*(I), удовлетворяющая следующим условиям: 1) supp(#4) = (b?c)U(c, 1), 2) (b)qf4 = г ь ( с ) ^ г
= г2?
ь г 2 £ Я"? r i > 1» r 2 < 1. Обозначим через Q± = bi>H.(i)(94) изолирован
ный частичный порядок группы-D#*(I)? порожденный элементом q±. Л Е М М А 2.5. Изолированный частичный порядок Q± является минимальным нетривиальным изолированным частичным порядком в груп пах £>н*(1), Atf(I). ДОКАЗАТЕЛЬСТВО аналогично доказательству леммы 2.3. • Пусть 0 < с < 1 и г Е Я , г > 1. Пусть (ж)5 — произвольная функция из группы £>*#(!) такая, что supp(g5) = (0, с) U (с, 1) и (О)^" = г Для чисел 6, с таких, что 0 < 6 < с < 1 и r i , r 2 Е # , гх > 1, Г2 < 1, через (ж)<7б обозначим функцию из группы D*#(I) такую, что: 1) з и р р Ы = (0,6) U (Ь,с), 2) ( 0 ) ^ п = п , ( Ь ) ^ п = г 2 . Обозначим через <2б и (?б изолированные частичные порядки группы D#*(I)? порожденные элементами д5 и #6 соответственно. Л Е М М А 2.6. Изолированные частичные порядки Q$ и Q^ являют ся минимальными
нетривиальными изолированным частичными поряд
ками в группах £>*#(I), J9#(I). ДОКАЗАТЕЛЬСТВО аналогично доказательству лемм 2.1 и 2.3. • Для произвольного числа г £ Н рассмотрим функцию q? такую, что supp(#7) = (0,1) и (0)(?7П = г - Через Qt обозначим изолированный частич ный порядок группы l)#(I), порожденный элементом #7Через Qs обозначим изолированный частичный порядок группы Дг/(Х), порожденный элементом q$ таким, что: 1) supp(^s) = (0,Ь) U (Ь, 1) (0 < Ь < 1), 2) (0)q'sn = Г1, (b)q^n = г2 ( п , г2 € Я , п > 1, г2 < 1). Следующее утверждение доказывается аналогично предыдущим. Л Е М М А 2,7. Изолированные частичные порядки Q*? и Q$ являют ся минимальными
нетривиальными изолированным частичными поряд
ками в группе Z)#(I). ТЕОРЕМА 2.1. 1) Любой минимальный нетривиальный
изолиро-
146
Н. Я. Медведев
ванный частичный порядок группы D#(I) совпадает с одним из порядков Ч\
} Q2
•
2) Любой минимальный нетривиальный изолированный порядок группы £>#*(1) совпадает с одним из порядков Qf1,
частичный Qf1)
Qf\
Qf13) Любой минимальный нетривиальный изолированный 1
порядок группы £)*#(!) совпадает с одним из порядков Qf ,
частичный Qf1,
Qf1,
Qf1. 4) Любой минимальный нетривиальный изолированный 1
частичный 1
порядок группы £)#(!) совпадает с одним из порядков Qf , Qf 4 Qf11 Qfl> Чь * Q% у Чч 5 Qs • ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Покажем, что любой нетривиальный изолиро ванный частичный порядок Р группы 1># (I) содержит один из перечис ленных порядков. Достаточно показать, что инвариантная полугруппа SDH(1)(9)
группы JD#(I), порожденная произвольным неединичным эле
ментом g € -Р, содержит неединичный элемент, по крайней мере, из одного порядка Qf1 (г = 1 , . . . , 8). Пусть g — произвольный неединичный элемент группы l ) # ( I ) , И предположим для определенности, что значение правой производной (£i)g,n в первой точке излома £i больше 1. Если носитель supp(#) состоит из одного опорного интервала, то эле мент g принадлежит одному из порядков Qi, Q3> Qs> Qi в зависимости от вида опорного интервала. Поэтому считаем, что supp(#) содержит два или более опорных интервалов. В этом случае по предложению 3.3 из [1] следует, что для неединичного элемента g существует сопряженный эле мент gz такой, что носитель их произведения / = g • gz состоит из двух опорных интервалов (6i,ci) U (62^2), где с\ = 62, (bi)ffU — ((£i)g'U)2 > 1?" (^2)/ /П < 1 и bi — £1 — первая точка излома, а С2 = £ а ™ последняя точка излома элемента д. Рассмотрим возможные случаи. Если bi = О, C2 = 1 и (&2)//П > 1> то рассуждения, проведенные при доказательстве леммы 2.7, показывают, что SpH
содержит некоторый элемент вида 47 • Если (&2)/'П < 1?
то
Частичные порядки на, группах Длаба
147
$ВН(1)(Л содержит некоторый элемент вида q$. Аналогично разбираются случаи Ь\ > О, с2 = 1 и Ь\ > 0, с2 < 1. О Л Е М М А 2.8, Пусть G — одна из групп Длаба D#(I), D*#(I), DH*(I),
DH(I),
a M ~~ произвольный максимальный частичный порядок
группы G, изолированнный в G. Тогда для любого минимального
изоли
рованного частичного порядка Р группы G выполняется одно из включе ний Р С М, Р-1 С М. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Поскольку М изолирован и Р £ М, то МПР тоже является изолированным частичным порядком. Так как М П Р С Р , Р ф М П Р , то в силу минимальности Р выполняется М П Р = {е}. Тогда М-Р"1
является частичным порядком. Поскольку М максимален, т о М =
^ М-Р-1
и МЭР'1.
•
Л Е М М А 2.9. Пусть G — одна из групп Длаба D#(I), D*#(I), DH*(1),
DH(1),
a Mi, M2 — максимальные частичные порядки группы G,
причем Mi, М 2 изолированы в G. Если множества минимальных
изоли
рованных частичных порядков, содержащихся в Mi и М2, совпадают, то Мг
=М2. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Пусть G = £>#(1), Мх ф М2 и g е Мх \ М2.
Тогда в силу максимальности порядка М2 выполняется е £
SjjH^(g^M2),
1
Поэтому т 6 5£>H(i)(fif"" ) для некоторого элемента т Е М 2 . Тогда для некоторого минимального изолированного частичного порядка Р выпол няются включения Р С IsjDH(i)(m) С IsD^ig-1)
С М~х.
Таким образом, Р " 1 С Mi и по нашему предположению, Р " 1 С М2. Это невозможно, поскольку Р С l&£>H(i)(m) С М 2 . Справедливость утвержде ния для остальных групп рассматривается аналогично. • Таким образом, в группах Z?#(I), J D * # ( I ) , D#*(I), Д#(1) может быть соответственно не более 4, 16, 16 и 256 различных частичных порядков, являющихся одновременно максимальными и изолированными. В группе 1)#(1) определим частичный порядок Д4" = { j E Dfj{I) \ За е (0,1)((а)д > а и V/3 G (0,1), /3 > а, 0 % > /3)}.
148
Я. Я. Медведев Т Е О Р Е М А 2.2. Группа D#(I) имеет в точности 4 различных час
тичных порядка, являющихся максимальными и изолированными. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Пусть М — произвольный максимальный и изолированный частичный порядок. Как отмечалось ранее, возможны 4 различных случая. 1) Выполняется М D Q*1, Q^1 • Тогда М = Ро. Максимальность и изолированность линейного порядка Ро очевидны. 2) Выполняется М Э Q~[*, Q^"1. Тогда М = Р$1. Максимальность и изолированность линейного порядка PQ"1 очевидны. 3) Выполняется М Э Q*1, QJ 1 . Рассмотрим частичный порядок i?+ _ = R+ п DH(1) группы Z?#(I). Очевидно, что J?J ^ч является изо лированным частичным порядком группы D#(I). Покажем, что этот по рядок максимален. Достаточно заметить, что инвариантная полугруппа Sj9 H (i)(P + , ) содержит единичный элемент для любого неединичного эле мента g 6 Dfj (I), g $ R+. Если g E (i?£ (i))" 1 — &Ъ (I)' g $ R~j^ цл U Rp /j4 и (£i)#'
TO э т о
очеви
Д н о - Считаем, что
> 1. Множество опорных интервалов эле
мента g не имеет наибольшего элемента, содержит счетную строго возра стающую последовательность {(bi(k),Ci(k)) I & G N} опорных интервалов такую, что (Ь,-(й))<7/П > 1, и содержит счетную строго возрастающую по следовательность {(bj(k)icj(k)) ! ^ G N} опорных интервалов такую, что (bj(k))9fU < 1 и s a p ( ^ ) = sup({ci(ib) | k £ N}) = sup{{cj{k)
\ k e N}).
По предложению 3.3 [1] в группе £)#(!) существует элемент г такой, что носитель произведения / — g • gz состоит из двух опорных интервалов ( f t ' b d ) U (&' 2 ,с' 2 ), где с\ = Ь'2, (6Ч)/' П = ( ( б ) / 1 ) 2 > 1, (Ь'2)/' П < 1 и Ь'г = £i — первая точка излома функции / , а с'2 = £ a = sup(A fl ). Зна чит, / G ( й ^ (i))~l SoH(i){R+,g)
— ^ # (i)- Отсюда непосредственно получаем, что
содержит единичный элемент е. Случай (£i)#' n < 1 рассма
тривается аналогично. Поэтому М = Д + . 4) Выполняется М Э Q\~1) Q f l 2 - Рассматривается аналогично слу чаю 3, причем М = #b H (l)
=
(^н(1))_1* °
Т Е О Р Е М А 2.3, Группа £>#*(!) имеет в точности 10 различных
Частичные порядки на, группах Длаба
149
частичных порядков, являющихся максимальными и изолированными. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Пусть М — произвольный максимальный и изолированный частичный порядок. Как отмечалось ранее, возможны 16 различных случаев. 1) Выполняется М Э Q ^ \ Q$l, Q j 1 , Q j 1 . Тогда М = Р*. Макси мальность и изолированность линейного порядка Р* очевидны. 2) Выполняется М Э Qjf1, Q 2 *, QJ 1 , Q4 1 .
Tor
^a
M
= P*_1- Макси
мальность и изолированность линейного порядка Р~х очевидны. 3) Выполняется М Э Qi*S Q j S Q3"1» ФГ1- Определим частичный порядок М на группе Дя*00 по следующему правилу: g 6 М, если либо # G -Dtf(X) и # е Р 0? либо я*(1) \ Atf (I) и j G й + . Непосредственная проверка показывает, что М является максимальным и изолированным частичным порядком на группе Х?я*(1). 4) Выполняется М Э QjJ*1, Q j 1 , Q j 1 , Q j 1 - Тогда М совпадает с порядком, обратным к порядку, определенному в случае 3. 5) Выполняется М Э Qjf"1, Q^ 1 , Q3"1, Q^ 1 - Определим частичный порядок М на группе Дя*(1) по следующему правилу: # € М, если либо # € ДетОО и у € Ро, либоflfG £>я*(1) \ £*#(!) и ^ Е Й " . Непосредственная проверка показывает что М является максимальным и изолированным частичным порядком на группе 1?я*(1). 6) Выполняется М Э Qj" 1 , Q^ 1 , Q j 1 , Q j 1 - Тогда М совпадает с порядком, обратным к порядку, определенному в случае 5. 7) Выполняется М Э Qfl,
Q ~ \ Q j 1 , Q 4 M . Такой порядок нельзя
задать. 8) Выполняется М Э Q~l, Q j 1 , Q^1, Q±l. Такой порядок нельзя задать. 9) Выполняется М Э Qjf1, Q^ 1 , Qj 1 * Ф^1* Такой порядок нельзя задать. 10) Выполняется М Э Q* 1 , Q^"1, Q j \ Q^1* Такой порядок нельзя задать. 11) Выполняется М Э Q+ 1 , Q+ 1 , Q" 1 , Qi"1- Такой порядок нельзя задать.
150
Н. Я. Медведев 12) Выполняется М О Qf 1 , Q^\
Qf1, Qtl• Такой порядок нельзя
задать. 13) Выполняется М Э Qf\
Q^\
Qt\
Q j 1 - Положим М = Р+ П
ГШ#*(1). Непосредственная проверка показывает что М является макси мальным и изолированным частичным порядком на группе 1>я*(1)14) Выполняется М
Э
Q~\
Q j 1 , Q^1,
Q+ 1 . Тогда М
=
15) Выполняется М Э Qjf1, Q j 1 , Q j 1 ' Q^1* Определим частичный порядок М на группе £>я*(1) по следующему правилу: g £ М, если либо 9 6 Д # ( I ) и § G Д~, либо р G А#*(1) \ DH{1) И g £ R+. Непосредственная проверка показывает, что М является максимальным и изолированным частичным порядком на группе Оя*(1). 16) Выполняется М Э Q+ 1 , QJ 1 , Q j \ Q+ 1 . Тогда М совпадает с порядком, обр>атным к порядку, определенному в случае 15. О Т Е О Р Е М А 2.4. Группа D*JJ(I) имеет в точности 10 различных частичных порядков, являющихся максимальными и
изолированными.
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Пусть М — произвольный максимальный и изолированный частичный порядок. Как отмечалось ранее, возможны 16 различных случаев. 1) Выполняется MDQ+1,
Q j 1 , Q%\ Q%1. В этом случае М совпада
ет с линейным порядком *Р, определяемым полугруппой положительных элементов, состоящей из элементов, значение правой производной которых в первой точке излома больше либо равно 1. Максимальность и изолиро ванность линейного порядка *Р очевидна. 2) Выполняется М Э Q±l, QJ 1 , QjT \ Q^1. Тогда М = «Р""1. Макси мальность и изолированность линейного порядка * Р - 1 очевидны. 3) Выполняется М Э Q*1, Q j 1 , Q5"1, Qg 1 . Такой порядок нельзя задать. 4) Выполняется М Э Qj" 1 , Q j 1 , Q51» Qe"1* Такой порядок нельзя задать. 5) Выполняется М Э Q\l, задать.
Q^ 1 , Q^ 1 , Q^ 1 . Такой порядок нельзя
Частичные порядки на, группах Длаба
151
6) Выполняется М Э Q~[l, Q^ 1 , Q5"1, Qe 1 . Такой порядок нельзя задать. 7) Выполняется М Э Q^ 1 , Q.J1, Q5"1, QQ1- Определим частичный порядок М на группе £)*я(1) ПО правилу: g £ М, если либо (0) > 1, либо g £ DH(I) и # £ R+. Непосредственная проверка показывает, что М является максимальным и изолированным частичным порядком на группе А,я(1). 8) Выполняется М Э QJ"1, Q j 1 , Qg 1 , Qg 1 . Тогда М совпадает с порядком, обратным к порядку, определенному в случае 7. 9) Выполняется М Э Qj" 1 , Q^ 1 , Q5"1, Q j 1 . Определим частичный порядок М на группе £>*я(1) по правилу: g £ М, если либо (0)gf > 1, либо g £ £)я(1) и g £ Д~. Непосредственная проверка показывает, что М является максимальным и изолированным частичным порядком на группе 1>*л(1). 10) Выполняется М Э Q+ 1 , QJ 1 , Q5"1, Qe"1- Тогда М совпадает с порядком, обратным порядку, определенному в случае 9. 11) Выполняется М Э Qfl,
Q^ 1 , QjT1, Qg 1 - Определим линейный
порядок М на группе 25*я(1) по правилу: # £ М, если либо (О)д' < 1, либо g £ DH(!) И g £ PQ. Максимальность и изолированность линейного порядка М очевидны. 12) Выполняется М Э Q^11 Q j 1 , Q5"1? Qe"1- Тогда М совпадает с порядком, обратным порядку, определенному в случае 11. 13) Выполняется М D Q+ 1 , Q" 1 , Q + \ Q^ 1 . Положим М = Д+ П Н.О*я(1)- Непосредственная проверка показывает, что М является макси мальным и изолированным частичным порядком на группе £)*#(1). 14) Выполняется М Э Q]" 1 , Q^ 1 , Q^~\ Q^ 1 . Тогда М совпадает с порядком, обратным порядку, определенному в случае 13. 15) Выполняется М Э Q" 1 , Q+ 1 , Q^ 1 , Q^1. Такой порядока нельзя задать. 16) Выполняется М D Q*1, QJ 1 , Q5"1» Qe"1* Такой порядок нельзя задать. D Т Е О Р Е М А 2.5. Группа DH(1) имеет в точности 40 различных
152
Я. Я. Медведев
частичных порядков, являющихся максимальными и
изолированными.
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Пусть М — произвольный максимальный и изолированный частичный порядок группы D#(I). Как отмечалось ранее, возможны 256 различных случаев. Доказательство состоит в детальном рассмотрении всех этих случаев и проводится аналогично доказательству теорем 2.2—2.4. Ограничимся лишь тем, что приведем список всех макси мальных частичных изолированных порядков группы 1)#(Г). Список фак тически совпадает со списком максимальных частичных порядков группы A(R), приведенным в [2] при соответствующей модификации. Введем еле1
?,
3
4
5
6
7
8
Максимальные частичные порядки
-
-
-
-
-
-
-
longL- U (ЬЬ П longiZ") U (Ь П Ь~)
+
-
-
+ +
--
-
-
-
longL~ U (6Lf)longi?")U (ЬГ) R+)
-
-
-
-
-
-
-
-
L~
-
-
+
-
-
-
-
--
+
-
+
-
-
+ + +
+
+ + + + + + +
-
+
-
-
-
+
+ +
-
-
-
+
-
-
+
-
-
+
+ + -
+ -
-
-
-
longL" U (ЬЬ П longi?+) U (Ь П L") longL" U (ЬЬ П longi2 + ) U (6 П Л+)
+ + +
-
-
-
-
longL" U (ЬЬ П longiT) U (b П R~)
-
-
-
-
longL" U (ЬЬ П l o n g R ~ ) u ( b n L + )
-
-
-
-
longL" U(bLC\L+)
+ - - + - - + - 4- + + + + + + + - - -
-
-
+ + +
-
-
-
-
+
+
+ -
-
-
+
+ + -
+ +
long!" U (ЬЬ PilongR+)U
(bHR~)
longL" U (ЬЬ П longi2+)
U{bnL+)
longi?" U (bR П longL") U (b П R~) j longi?" U (bR П longL~) U ( b n l + )
R~
+ +
long/Г U (bR П longL+) U (b П R")
4-
longi?" U (bR П longL+) U (6 П L+)
+ + +
long Д " U
+ +
(bRПlongL")u(6ni")
longR~ U (bR П longl") U (Ь П i?+) \ongR-\j(bRnR+) longR~ U (bRП longL+
)\j(bnL~)
longR~ U(bRH longL+) U (b П J? + )
Частичные порядки яа группах Длаба,
153
дующие обозначения: L+ = {.? е DH(l) | (^i)y'11 > l } ; longX+ = {g € Л н (I) \ 1>я.(1)} П L+; bL = DH*(I),b = D„(I); R+ = {g 6 £>я(1) | 3a(a 6 (0,1), {a)g > а и V/3 e (0,1), /3 > a,
1оп8Я+ = { f i 6 D W (I) \ £>*я(1)} П Д+; Ы1 = £>»H(I), b~ = ( £ + ) _ 1 , Л" = (Д+)- 1 . В таблице используются обозначения: слева стоят знаки, при кото рых минимальный изолированный порядок Q, (1 ^ г ^ 8) содержится в максимальном изолированном частичном порядке М, а справа — описание этого максимального изолированного частичного порядка. Кроме этих двадцати частичных порядков следует добавить еще два дцать порядков, являющихся обратными к приведенным в таблице (необ ходимо везде в таблице + заменить на - ) . D ЗАМЕЧАНИЕ. В таблице максимальных частичных порядков груп пы А(И) из [2, с. 207], восьмая строка сверху приведена неверно: вместо longL+ U (6 П L + ) должно быть longjC+ U (bL П L + ) (иначе частичный по рядок, описанный в строке 7, строго содержит порядок из строки 8).
§ 3. Группы Длаба числовой прямой Для групп D # , DH* рассуждения аналогичны проведенным. Рассмо трим #*• Теперь определим функции (x)q£ и (я)?4- Пусть —ос < b < с = +оо и г Е Я , г > 1. Положим (ж)«и равной произвольной функции из груп пы !>#*, удовлетворяющей следующим условиям: 1) supp(g|) = (Ь,+оо),
154
Я. Я. Медведев
2) (Ь)Яз' = г, г € Д", г > 1. Обозначим через Q 3 = ^sDHm(Qs) изолирован ный частичный порядок группы Д#*, порожденный элементами q£ и е. Выберем действительные числа Ь, с такие, что —оо < b < с < +оо. Положим (#)4 равной произвольной функции из группы D # ( I ) , удовле творяющей следующим условиям: 1) s u p p ^ ) = (Ь, c)U(c, +оо), 2) {b)qfAn = П, (с)#4 = г^"1, где ri, г2 € Я , Г! > 1, г2 < 1. Обозначим через Q4 изоли рованный частичный порядок группы £>#*(1), порожденный элементами Отметим, что в [4, гл. VI, § 4, лемма 3] для группы D # доказана спра ведливость утверждения, аналогичного предложению 3.3 [1]. Для груп пы 1?#* выполнимость аналога предложения 3.3 [1] проверяется непосред ственно. Т Е О Р Е М А 3.1. 1) Любой минимальный нетривиальный
изолиро
ванный частичный порядок группы DJJ совпадает с одним из порядков
Qt, Qt2) Любой минимальный нетривиальный изолированный
частичный
порядок группы DH* совпадает с одним из порядков Qf, Q^, Qf, Q^ . ДОКАЗАТЕЛЬСТВО аналогично доказательству теоремы 2.1. • Т Е О Р Е М А 3.2. 1) Группа DH имеет в точности 4 различных частичных порядка, являющихся максимальными и
изолированными.
2) Группа D#* имеет в точности 10 различных частичных поряд ков, являющихся максимальными и изолированными. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО аналогично доказательству теорем 2.2 и 2.3. • В [7] доказано, что группы Длаба расширенной числовой прямой D*# и Dfj имеют несчетное множество различных линейных порядков, поэтому результат, аналогичный теореме 2.3, для них неверен. Покажем, что требование изолированности в условиях теорем 2.2, 2.3 и 3.1 на самом деле излишне. Т Е О Р Е М А 3.3. Для любой подгруппы Н ранга 1 тивной группы положительных
действительных
мультиплика
чисел любой макси-
Частичные порядки на, группах Длаба
155
мальный порядок на группах Z)#(I), D#*(I), £)*# (I), DH(J)} ляется
D#*, D # яв
изолированным.
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. По критерию Холлистера [8], в упорядочива емой группе G любой максимальный частичный порядок является изо лированным тогда и только тогда, когда для любых неединичного эле мента g Е С?, натурального числа п и элемента t Е So{g) выполняется So(gn) П SG(t) Ф 0 . Дальнейшее доказательство состоит в непосредствен ной проверке выполнимости этого критерия. Пусть G = D#(I), g Е Aff(I) и
(£i)#' > 1* Рассмотрим возможные случаи. 1) Выполняется включение g Е R^
,^ = i? + П D#(I), и носитель
supp(#) состоит из одного интервала. Тогда gn,te
R^
,^ и supp(g n ) так
же состоит из одного опорного интервала. Если носитель supp(t) состоит только из одного опорного интервала, то Si>H(i)(<7n) П S]jH^(t)
ф 0 . Если
носитель supp(£) содержит более одного опорного интервала, то рассуж дения, аналогичные проведенным в доказательстве леммы 2.1, позволяют утверждать, что 5ЪН(1)(£) содержит элемент, носитель которого имеет в точности один опорный интервал. Следовательно, SoH(i)(gn)^Si)H^(t)
ф
ф 0. Пусть теперь g Е R j ,^ и носитель supp(g) содержит более одного опорного интервала. В этом случае # n , t Е Д^ / ^ и значения их правых производных в первых точках излома также больше 1. С учетом предложе ния 3.3 [1] можно утверждать., что инвариантные полугруппы 5£>K(i)(pn), SoH(l)(t) содержат элементы вида q\. Поскольку ранг подгруппы Н равен liTo5DH(i)(sn)n5DH(i)(t)^0. 2) Имеет место g Е R^
,гу Рассуждения аналогичны вышеприведен
ным. 3) Имеет место g £ R^ ^ U R^ ,jv. В силу изолированности поряд ка R+ в группе JDH(I) элемент дп также обладает этими же свойствами. С учетом предложения 3.3 [1] можно утверждать, что Sz)H(i)(gn) содер жит элементы вида qi,q2- Относительно элемента t можно утверждать, что (£])£' > 1, где £[ — первая точка излома элемента t. Применяя пред ложение 3.3 [1], можно считать, что Sjr>H(i)(£) содержит либо элемент ви~
156
Я. Я. Медведев
да gi, либо элемент вида #2- Теперь, как и в предыдущем случае, можно утверждать, что SDam(gn)
nSDll{l){t) n
4) Случаи, когда {£i)g'
ф 0.
< 1, рассматриваются аналогично.
Доказательство выполнимости критерия Холлистера для оставшихся групп проводится аналогично рассмотренному. • Из теоремы 3.3. непосредственно следует Т Е О Р Е М А 3.4. 1) Группы D # и # я (I) имеют в точности 4 различных максимальных частичных порядка и 4 различных
минимальных
изолированных частичных порядка. 2) Группы DH*, £>я*(1) и D*H(1) имеют в точности 10 различных максимальных
частичных порядков и 8 различных минимальных
изоли
рованных частичных порядков. 3) Группа DH(I) имеет в точности 40 различных максимальных ча стичных порядков и 16 различных минимальных изолированных
частич
ных порядков.
ЛИТЕРАТУРА 1. V. Dlab, On a family of simple ordered groups, J. Aust. Math. Soc, Ser. A, 8, N 3 (1968), 591-608. 2. C, W. Holland, Partial orders of the group of automorphisms of the real line, in: Algebra, Proc. int. conf. memory A.I.Mal'cev (Contemp. Math., 131), part 1, Providence, RI, Am. Math. Soc, 1992, 197-207. 3. В. M. Копытов,
H. Я. Медведев, Правоупорядоченные группы, Новоси
бирск, Научная книга (НИИ МИОО НГУ), 1996. 4. В. М. Копытов, Решеточно упорядоченные группы, М., Наука, 1984. 5. V. М. Kopytov,
N. Ya. Medvedev,
The
theory
of lattice-ordered
groups,
Dordrecht-Boston-New York, Kluwer Academic Publisher, 1994. 6. М.И. Каргаполов, Ю. И. Мерзляков, Основы теории групп, М., Наука, 1977. 7. А. В. Зенков, Н. Я. Медведев, О группах Длаба, Алгебра и логика, 38, N 5 (1999), 531-548. 8. H.A.Hollister,
Groups in which every maximal partial order is isolated, Proc,
Am. Math. Soc, 19, N 2 (1968), 467-469.
Частичные порядки на группах Длаба
157
9. М. G. Brin, С. С, Squier, Groups of piecewise linear homeomorphisms of the real line, Invent. Math., 79 (1985), 485-498.
Адрес автора: МЕДВЕДЕВ Николай Яковлевич, РОССИЯ, 656010, г. Барнаул, ул. Горно-Алтайская, д. 21, кв. 100. Тел. (дом.): (3852) 77-70-21.
Поступило 5 октября 1999 г. Окончательный вариант 10 января 2000 г,