Cómo verificar si el grupo [math] S_4 [/ math] generado con [math] a = (1, 2, 3, 4) [/ math] y [math] b = (3, 2, 1) [/ math ]

Bien,   considere un grupo cíclico generado por [math] a [/ math], es decir, [math] H = \ langle a \ rangle [/ math]. Tiene 4 elementos. Las órdenes de sus elementos deben dividir [matemáticas] 4 [/ matemáticas]. Por lo tanto, son números pares esperados para el elemento neutral [math] e [/ math].

Ahora considere el grupo cíclico generado por [math] b [/ math], digamos [math] K = \ langle b \ rangle [/ math]. Tiene 3 elementos, por lo que sus órdenes son 3, excepto el elemento neutral.

Por lo tanto, [matemáticas] K \ cap H = \ {e \} [/ matemáticas].

Ahora considere un conjunto [matemático] P = H \ cdot K [/ matemático], es decir, todos los productos por pares de elementos [matemático] H [/ matemático] y [matemático] K [/ matemático].

Como [math] K \ cap H = \ {e \} [/ math] el conjunto [math] P [/ math] tiene exactamente 12 elementos. (Si no ves por qué pregúntame)

Ahora considere el subgrupo más pequeño [matemático] G \ subconjunto S_ {4} [/ matemático] que contiene [matemático] P [/ matemático]. Si tiene 12 elementos, entonces [matemática] P = G [/ matemática]. Pero existe el único subgrupo de [math] S_ {4} [/ math] que tiene el índice 2 en [math] S_ {4} [/ math] (o equivalente a 12 elementos), es decir, [math] A_ {4} [ /matemáticas]. Dado que [math] A_ {4} [/ math] contiene todas las permutaciones pares y [math] P [/ math] contiene algunos impares, por ejemplo [math] a [/ math], existe una contradicción. Así [matemáticas] G = S_ {4} [/ matemáticas].

[math] S_4 [/ math] tiene solo 24 elementos, por lo que si lo desea, puede verificarlo manualmente si a = (1,2,3,4) yb = (3,2,1) generan [math] S_4 [/ matemáticas] o no. Una forma rápida de verificar es usando el programa Sagemath de la siguiente manera:

1. Genere el grupo G con permutaciones (1,2,3,4) y (3,2,1) como

G = Grupo de permutación ([(1,2,3,, 4)], [(3,2,1)])

2. Encuentre el orden de G como

G.order ()

Resulta ser 24, que es el mismo que el orden de [math] S_4 [/ math].

Nota: Sagemath es gratis y también puedes usarlo en línea.