(Orbit-stabilizer theorem) 的簡單證明

給定一個羣 GmG ,則元素 m 的跡 Gm={am|aG} 。羣元素 misotropy group 定義爲 Gm={a|am=m,aG} 。有如下定理:

定理:
元素 m 軌道集合 Gm 的元素個數與元素 misotropy group Gm 的元素個數之積,等於羣 G 的元素個數。

|Gm||Gm|=|G|

證明:
我們將所有使得 hm=nhG 構成的子羣記做Gmn ,對於任意一個 hGmn ,我們可以通過定義映射ϕ:ghg 建立一個從GmGmn 的映射ϕ:GmGmn 。因爲每一個 gGmϕ 的作用下都得到一個在 Gmn 中唯一的元素,即構成一個 Gmn 的子集,因此我們知道 |Gm||Gmn| 。同理,對於任意一個 hGmn ,我們可以通過定義映射ϕ:uh1u 建立一個從GmnGm 的映射ϕ:GmnGm 。同理,我們也可以得到 |Gmn||Gm| 。因此,我們得到 |Gmn|=|Gm| 。這個關係對於任意 nGm 都成立。對於每一個 nG 中都有 |Gmn| 個唯一的元素將其從 m 變換到 n ,因此,G 中元素的個數就等於 n 的個數乘以 |Gmn| 。於是就有定理中的等式:

|Gm||Gm|=|G|
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