Grup (matematika)

Manipulasi dari Kubus Rubik membentuk Grup Kubus Rubik.

Dalam matematika, grup adalah suatu himpunan, beserta satu operasi biner, seperti perkalian atau penjumlahan, yang memenuhi beberapa aksioma yang disebut aksioma grup. Misalnya, himpunan bilangan bulat adalah suatu grup terhadap operasi penjumlahan. Cabang matematika yang mempelajari grup disebut teori grup.

Banyak sekali objek yang dipelajari dalam matematika berupa grup. Hal ini mencakup sistem bilangan, seperti bilangan bulat, bilangan rasional, bilangan riil, dan bilangan kompleks terhadap penjumlahan, atau bilangan rasional, bilangan riil, dan bilangan kompleks yang tak-nol, masing-masing terhadap perkalian. Contoh penting lainnya misalnya matriks non-singular terhadap perkalian, dan secara umum, fungsi terinverskan terhadap komposisi fungsi. Teori grup memungkinkan sifat ini dan berbagai sistem lain untuk dipelajari dalam lingkup yang umum, dan hasilnya dapat diterapkan secara luas. Teori grup juga merupakan sumber kaya berbagai teorema yang berlaku dalam lingkup grup.

Asal usul teori grup berawal dari kerja Evariste Galois (1830), yang berkaitan dengan masalah persamaan aljabar yang terpecahkan dengan radikal. Sebelum kerja Galois, grup lebih banyak dipelajari secara konkret, dalam bentuk permutasi; beberapa aspek teori grup abelian dikenal dalam teori bentuk kuadrat.

Definisi dan ilustrasi

Contoh pertama: bilangan bulat

Salah satu grup yang lebih dikenal adalah himpunan bilangan bulat  :$\mathbb {Z} =\{\ldots ,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,\ldots \}$ dengan penambahan. Untuk dua bilangan bulat a dan b, penambahan a + b merupakan bilangan bulat; sifat penutupan bahwa + adalah operasi biner $\mathbb {Z}$. Sifat penjumlahan bilangan bulat berikut berfungsi sebagai model untuk aksioma grup dalam definisi di bawah ini.

• Untuk semua bilangan bulat a, b dan c, satu memiliki (a + b) + c = a + (b + c). Dinyatakan dalam kata-kata, menambahkan a ke b terlebih dahulu, setelah itu menambahkan hasilnya ke c memberikan hasil akhir yang sama seperti menambahkan a ke jumlah b dan C. Sifat ini disebut sebagai asosiatif.
• Jika a adalah bilangan bulat, maka 0 + a = a dan a + 0 = a. Nol disebut elemen identitas dari penjumlahan karena menambahkannya ke bilangan bulat akan mengembalikan bilangan bulat yang sama.
• Untuk setiap bilangan bulat a, bilangan bulat b sebagai a + b = 0 dan b + a = 0. Bilangan bulat b disebut elemen invers dari bilangan bulat a dan dilambangkan dengan −a.

Bilangan bulat dengan operasi +, membentuk objek matematika kelas luas yang terbagi aspek struktural serupa. Untuk memahami dengan tepat struktur tersebut sebagai suatu kolektif.

Definisi

Aksioma untuk grup pendek dan alami... Namun harus bagaimana di balik aksioma ini adalah grup monster sederhana, objek matematika sangat luar biasa, yang tampaknya tergantung pada banyak kebenaran yang aneh. Aksioma untuk grup tidak memberikan petunjuk yang jelas bahwa hal seperti ini ada.

Richard Borcherds dalam Matematikawan: Pandangan Luar dari Dunia Batin

Grup adalah himpunan G dengan operasi biner G yang dilambangkan sebagai ⋅, menggabungkan dua elemen a dan b untuk membentuk elemen G dilambangkan a ⋅ b, sedemikian rupa maka tiga persyaratan berikut, yang dikenal sebagai aksioma grup, digunakan sebagai:

Asosiatif

Untuk semua a, b, c dalam G yang menggunakan (a ⋅ b) ⋅ c = a ⋅ (b ⋅ c).

Elemen identitas

Elemen e dalam G, maka untuk setiap a dalam G yang menggunakan e ⋅ a = a dan a ⋅ e = a. Elemen unik (lihat di bawah) disebut elemen identitas dari grup.

Elemen invers

Untuk setiap a dalam G adalah elemen b dalam G sedemikian rupa maka a ⋅ b = e and b ⋅ a = e, dimana e adalah elemen identitas. Untuk setiap a, elemen b unik (lihat di bawah); disebut sebagai invers dari a dan biasanya dilambangkan a⁻¹.

Notasi dan terminologi

Secara formal, grup tersebut adalah pasangan terurut dari suatu himpunan dan operasi biner pada himpunan ini yang memenuhi aksioma grup. Himpunan ini disebut himpunan mendasari grup, dan operasinya disebut operasi grup atau hukum grup.

Grup dan himpunan dasarnya adalah dua objek matematika yang berbeda. Tetapi untuk menghindari notasi yang rumit, biasanya notasi penyalahgunaan dengan menggunakan simbol yang sama untuk menunjukkan keduanya. Hal ini mencerminkan cara berpikir informal, bahwa grup tersebut sama dengan himpunan kecuali telah diperkaya oleh struktur tambahan yang disediakan oleh operasi.

Misalnya, pertimbangkan himpunan bilangan riil $\mathbb {R}$, yang memiliki operasi penjumlahan $a+b$ dan perkalian $ab$. Secara formal, $\mathbb {R}$ adalah satu himpunan, $(\mathbb {R} ,+)$ adalah sebuah grup, dan $(\mathbb {R} ,+,\cdot )$ adalah medan. Tapi biasanya ditulis sebagai $\mathbb {R}$ untuk menunjukkan salah satu dari tiga objek ini.

Grup aditif dari lapangan $\mathbb {R}$ adalah grup yang himpunan dasar $\mathbb {R}$ dan yang operasinya adalah penjumlahan. Grup perkalian dari lapangan $\mathbb {R}$ adalah grup $\mathbb {R} ^{\times }$ himpunan dasar adalah himpunan bilangan real bukan nol $\mathbb {R} \setminus \{0\}$ dan operasinya adalah perkalian.

Secara umum, kita berbicara tentang grup aditif setiap kali operasi grup dinotasikan sebagai penjumlahan; dalam hal ini, identitas biasanya dilambangkan dengan 0, dan invers dari elemen x dilambangkan dengan –x. Demikian pula, kita berbicara tentang grup perkalian setiap kali operasi grup dinotasikan sebagai perkalian; dalam hal ini, identitas biasanya dilambangkan dengan 1, dan inversi elemen x dilambangkan dengan x^–1. Dalam grup perkalian, simbol operasi biasanya dihilangkan seluruhnya, so bahwa operasi dilambangkan dengan penjajaran, ab sebagai pengganti a ⋅ b.

Definisi grup tidak mensyaratkan bahwa a ⋅ b = b ⋅ a untuk semua elemen a dan b dalam G. Jika ketentuan tambahan berlaku, maka operasi tersebut dikatakan komutatif, dan grup tersebut disebut grup abelian. Sudah menjadi kesepakatan umum bahwa untuk grup abelian, notasi aditif atau perkalian dapat digunakan, tetapi untuk grup nonabelian hanya digunakan notasi perkalian.

Beberapa notasi lain biasanya digunakan untuk grup yang elemennya bukan bilangan. Untuk grup dimana elemennya fungsi, operasi sering kali digunakan dalam komposisi fungsi $f\circ g$; maka identitas tersebut dapat dilambangkan dengan id. Dalam kasus yang lebih spesifik dari grup transformasi geometris, grup simetri, grup permutasi, dan grup automorfisme, simbol $\circ$ dihilangkan, seperti grup perkalian. Banyak varian notasi lainnya yang ditemui.

Definisi alternatif

Definisi ekuivalen dari grup terdiri dari penggantian bagian "ada" dari aksioma grup dengan operasi yang hasilnya adalah elemen yang harus ada. Jadi, grup adalah himpunan yang dilengkapi dengan tiga operasi, yaitu operasi biner yang merupakan operasi grup, operasi uner sebagai kebalikan dari operan tunggalnya, dan operasi nullari yang tidak memiliki operan dan menghasilkan elemen identitas. Jika tidak, aksioma grupnya persis sama.

Varian definisi ini menghindari kuantifer eksistensial. Biasanya lebih sering digunakan untuk komputasi dengan grup dan untuk bukti bantuan komputer. Rumus ini menunjukkan grup sebagai variasi aljabar universal. Ini pula digunakan untuk membicarakan sifat operasi invers, sebagaimana diperlukan untuk mendefinisikan grup topologi dan objek grup.

Contoh kedua: grup simetri

Dua bilangan pada bidang adalah kongruen jika satu diubah menjadi yang lain menggunakan kombinasi rotasi, refleksi, dan translasi. Namun, beberapa figur kongruen dengan sendiri dalam lebih dari satu cara, dan kongruensi tambahan ini disebut simetris. Persegi memiliki delapan kesimetrian, yaitu:

Elemen dari grup simetri bujur sangkar (D₄). Simpul diidentifikasi dengan warna atau bilangan.

id (sebagai sudut)	r1 (rotasi 90° searah jarum jam)	r2 (rotasi 180°)	r3 (rotasi 270° searah jarum jam)
fv (refleksi vertikal)	fh (refleksi horizontal)	fd (refleksi diagonal)	fc (refleksi kontra-diagonal)

• operasi identitas untuk semua tidak diubah, dilambangkan dengan id;
• rotasi persegi di sekitar pusatnya sebesar 90°, 180°, dan 270° searah jarum jam, dilambangkan dengan r₁, r₂ dan r₃;
• refleksi tentang garis tengah horizontal dan vertikal (f_v dan f_h), atau melalui dua diagonal (f_d dan f_c).

Simetri diatas adalah fungsi. Masing-masing untuk satu titik dalam persegi ke titik yang sesuai di bawah simetri. Sebagai contoh, r₁ untuk titik ke rotasi 90° searah jarum jam di sekitar pusat persegi, dan f_h untuk titik ke pantulan di garis tengah vertikal persegi. Komposisi dua kesimetrian menghasilkan kesimetrian yang lain. Kesimetrian ini menentukan sebuah grup yang disebut grup dihedral dengan derajat 4, dilambangkan D₄. Himpunan yang didasari grup adalah himpunan simetri di atas, dan operasi grup adalah komposisi fungsi. Dua simetri digabungkan dengan menyusunnya sebagai fungsi, yaitu menerapkan yang pertama ke persegi, dan yang kedua ke hasil aplikasi pertama. Hasil dari pertama kali a dan kemudian b ditulis secara simbolis dari kanan ke kiri sebagai $b\circ a$ ("terapkan simetri b setelah melakukan simetri a"). Maka ini adalah notasi biasa untuk komposisi fungsi.

Tabel grup di sebelah kanan mencantumkan hasil dari semua komposisi yang memungkinkan. Misalnya, 270° searah jarum jam (r₃) dan kemudian merefleksikan secara horizontal (f_h) sama seperti melakukan refleksi di sepanjang diagonal (f_d). Menggunakan simbol di atas, disorot dengan warna biru di tabel grup:

$f_{\mathrm {h} }\circ r_{3}=f_{\mathrm {d} }.$

Tabel grup dari D₄

	id	r1	r2	r3	fv	fh	fd	fc
id	id	r1	r2	r3	fv	fh	fd	fc
r1	r1	r2	r3	id	fc	fd	fv	fh
r2	r2	r3	id	r1	fh	fv	fc	fd
r3	r3	id	r1	r2	fd	fc	fh	fv
fv	fv	fd	fh	fc	id	r2	r1	r3
fh	fh	fc	fv	fd	r2	id	r3	r1
fd	fd	fh	fc	fv	r3	r1	id	r2
fc	fc	fv	fd	fh	r1	r3	r2	id
Elemen id, r1, r2, dan r3 sebagai bentuk subgrup tabel grup ditarik dalam   merah (wilayah kiri atas). Kohimpunan kiri dan kanan subgrup ini ditarik di   hijau (di baris terakhir) dan   kuning (kolom terakhir).

Mengingat himpunan kesimetrian ini dan operasi yang dijelaskan, aksioma grup dapat dipahami sebagai berikut.

Komposisi adalah operasi biner. Artinya, $a\circ b$ adalah simetri untuk dua simetri a dan b. Sebagai contoh,

$r_{3}\circ f_{\mathrm {h} }=f_{\mathrm {c} },$

yaitu, 270° searah jarum jam setelah memantulkan secara horizontal sama dengan pemantulan di sepanjang kontra-diagonal (f_c). Memang setiap kombinasi lain dari dua simetri masih memberikan kesimetrian, seperti yang diperiksa dengan menggunakan tabel grup.

Aksioma asosiatif berkaitan dengan penyusunan lebih dari dua simetri: Dimulai dengan tiga elemen a, b dan c dari D₄, Ada dua kemungkinan cara menggunakan ketiga kesimetrian ini dalam urutan ini untuk menentukan kesimetrian bujur sangkar. Salah satu cara ini adalah dengan menulis a dan b menjadi satu simetri, lalu untuk menyusun simetri tersebut dengan c. Cara lainnya adalah dengan menulis b dan c, kemudian untuk menyusun simetri yang dihasilkan dengan a. Kedua cara ini harus selalu memberikan hasil yang sama, yaitu,

$(a\circ b)\circ c=a\circ (b\circ c),$

Sebagai contoh, $(f_{\mathrm {d} }\circ f_{\mathrm {v} })\circ r_{2}=f_{\mathrm {d} }\circ (f_{\mathrm {v} }\circ r_{2})$ dapat diperiksa menggunakan tabel grup di sebelah kanan:

${\begin{aligned}(f_{\mathrm {d} }\circ f_{\mathrm {v} })\circ r_{2}&=r_{3}\circ r_{2}=r_{1}\\f_{\mathrm {d} }\circ (f_{\mathrm {v} }\circ r_{2})&=f_{\mathrm {d} }\circ f_{\mathrm {h} }=r_{1}.\end{aligned}}$

Elemen identitas adalah id, karena tidak mengubah simetri a saat disusun dengan baik di kiri atau di kanan.

Semua simetri memiliki kebalikan: is, pantulan f_h, f_v, f_d, f_c dan rotasi 180° r₂ adalah invers, karena dua kali akan mengembalikan persegi ke orientasi aslinya. Rotasi r₃ dan r₁ adalah invers satu sama lain, karena 90° dan kemudian rotasi 270° (atau sebaliknya) menghasilkan rotasi lebih dari 360° yang membuat persegi tidak berubah. Ini dengan mudah diverifikasi di atas meja.

Berbeda dengan grup bilangan bulat di atas, dimana urutan operasinya tidak relevan, D₄, misalnya $f_{\mathrm {h} }\circ r_{1}=f_{\mathrm {c} }$ but $r_{1}\circ f_{\mathrm {h} }=f_{\mathrm {d} }$ Dengan kata lain, D₄ bukan abelian.

Sejarah

Artikel utama: Teori grup

Terdapat tiga akar sejarah teori grup: teori persamaaan aljabar, teori bilangan dan geometri. Euler, Gauss, Lagrange, Abel, dan Galois merupakan para peneliti awal dalam bidang teori grup. Galois dihormati sebagai ahli matematika pertama yang mengaitkan teori grup dan teori medan, dengan teorinya yang sekarang disebut teori Galois.

Sumber pertama muncul dalam hal cara membuat suatu persamaan tingkat ke-m yang memiliki akar m seperti akar dari suatu persamaan tingkat ke-n (m<n). Untuk sederhananya, persoalan itu dikembalikan pada Hudde(1659). Saunderson(1740) menyatakan bahwa penentuan faktor kuadratik dari peernyataan bikuadratik biasanya menghasilkan suatu persamaan sektik, dan Le Soeur (1748) dan Waring (1762 sampai 1782) masih menganalisi data lebih lanjut.

Fondasi umum yang digunakan dalam teori persamaan dasar dari permutasi grup ditemukan oleh Lagrange(1770, 1771), dan berhasil merumuskan teori substitusi. Lagrange menemukan bahwa akan dari seluruh resolvent yang dia periksa merupakan fungsi rasional dari akar persamaan yang bersangkutan. Untuk mempelajari sifat-sifat dari fungsi-fungsi ini, Lagrange mengusulkan suatu Calcul des Combinaisons. Hasil kerja dari Vandermonde (1770) juga turut mewarnai teori-teori berikutnya. Ruffini (1799) berusaha membuktikan kemungkinan untuk menyelesaikan persamaan quintic dan persamaan lain dengan tingkat lebih tinggi.

Ruffini (1799) membedakan intransitif dan transitif, dan grup imprimitif dan primitif, dan (1801) menggunakan grup dari suatu persamaan yang disebut l'assieme della permutazioni. Dia juga mempublikasikan sebuah surat dari Abbati untuk dirinya sendiri, yang di dalamnya berisi tentang ide tentang grup.

Galois menemukan bahwa jika r_1, r_2, \Idots r_n merupakan akar-akar n dari suatu persamaan, maka selalu ada suatu grup permutasi dari r yang (1) setiap fungsi akar yang bersifat invariabel dengan cara substitusi grup diketahui secara rasional, dan (2), kebalikannya, setiap fungsi akar yang dapat ditentukan secara rasioanl bersifat invarian dalam proses substitusi grup. Galois juga merumuskan teori persamaan modular dan fungsi eliptik. Punlikasi pertama Galois dalam bidang teori grup diluncurkan saat usianya mencapai 18 tahun (1829), namun kontribusinya tidak begitu menarik perhatian sebelum publikasi paper-paper koleksinya pada tahun 1846 (Liouville, Vol. XI).

Arthur Cayley dan Augustin Louis Cauchy merupakan orang-oarang pertama yang menghargai pentingnya teori itu, yang selanjutnya secara khusu berhubungan dengan teori-teori penting yang lain. Materi ini turut dipopulerkan oleh Serret, yang merelakan bagian VI dari aljabarnya untuk teori itu; oleh Camille Jordan, yang Traité des Substitutions bersifat klasik; dan kepada Netto (1882), yang kemudian diterjemahkan ke dalam bahasa Inggris oleh Cole (1892). Ahli-ahli teori grup yang lain dari abad ke-19 adalah Bertrand, Charles Hermite, Frobenius, Leopold Kronecker, dan Mathieu.

Pada tahun 1882, Walther von Dyck berhasil merumuskan definisi modern dari suatu grup.

Pembahasan mengenai grup Lie, dan subgrup diskrit, sebagai grup transformasi, mulai secara sistematis pada tahun 1884 oleh Sophus Lie; diikuti oleh Killing, Study, Schur, dan Maurer. Teori diskontinu (grup diskrit) dicetuskan oleh Felix Klein, Lie, Poincaré, and Charles Emile Picard, dihubungkan dengan bentuk modular dan monodromi.

Matematikawan lainnya yang turut berkecimpung dalam masalah ini adalah Emil Artin, Emmy Noether, Sylow dan masih banyak lagi.

Konsekuensi elementer dari aksioma grup

Fakta dasar tentang semua grup yang diperoleh langsung dari aksioma grup biasanya dimasukkan dalam teori grup elementer. Sebagai contoh, aplikasi berulang dari aksioma asosiatif menunjukkan bahwa ketidakjelasan dari

a ⋅ b ⋅ c = (a ⋅ b) ⋅ c = a ⋅ (b ⋅ c)

menggeneralisasi lebih dari tiga faktor. Karena ini menyiratkan bahwa tanda kurung dapat disisipkan dimana saja dalam serangkaian istilah tersebut, tanda kurung biasanya dihilangkan.

Aksioma dapat dilemahkan untuk menegaskan hanya keberadaan dari identitas kiri dan invers kiri. Keduanya dapat ditampilkan sebagai dua sisi, maka definisi yang dihasilkan setara dengan definisi di atas.

Keunikan elemen identitas

Aksioma grup menyiratkan bahwa elemen identitas adalah unik: Jika e dan f adalah elemen identitas grup, maka e = e ⋅ f = f. Oleh karena itu, kebiasaan untuk membicarakan identitas.

Keunikan invers

Aksioma grup menyiratkan bahwa kebalikan (atau invers) dari setiap elemen adalah unik: Jika elemen grup a memiliki b dan c sebagai invers, maka

b	=	b ⋅ e		karena e adalah elemen identitas
	=	b ⋅ (a ⋅ c)		karena c adalah invers dari a, jadi e = a ⋅ c
	=	(b ⋅ a) ⋅ c		dengan asosiatif, yang memungkinkan pengaturan ulang tanda kurung
	=	e ⋅ c		karena b adalah invers dari a, jadi b ⋅ a = e
	=	c		karena e adalah elemen identitas.

Oleh karena itu adalah kebiasaan untuk berbicara tentang kebalikan dari suatu elemen.

Pembagian

Mengingat elemen a dan b dari grup G, terdapat solusi unik x di G untuk persamaan a ⋅ x = b, yaitu a⁻¹ ⋅ b. Biasanya menghindari penggunaan notasi seperti ${\tfrac {b}{a}}$ atau b/a, kecuali G adalah abelian, karena ambiguitas apakah artinya a⁻¹ ⋅ b atau b ⋅ a⁻¹. Oleh karena itu, untuk setiap a dalam G, fungsinya G → G diberikan oleh x ↦ a ⋅ x adalah bijeksi; itu disebut perkalian kiri dengan a atau translasi kiri oleh a.

Demikian pula, dengan a dan b, solusi unik untuk x ⋅ a = b adalah b ⋅ a⁻¹. Untuk setiap a, fungsinya G → G diberikan oleh x ↦ x ⋅ a adalah bijeksi yang disebut perkalian kanan dengan a atau translasi kanan dengan a.

Notasi grup

Suatu grup yang terdiri atas himpunan $G$ dan operasi $*$ dapat ditulis $(G,*)$.

Biasanya operasi dalam grup, apa pun sebetulnya operasi tersebut, dipikirkan sebagai analog dari perkalian, dan operasi grup ditulis seperti perkalian (notasi perkalian):

• Kita menulis $a\cdot b$, atau bahkan $ab$, untuk $a*b$.
• Kita menulis $1$ untuk unsur identitas dan menyebutnya unsur satuan.
• Kita menulis $a^{-1}$ untuk invers $a$ dan menyebutnya kebalikan dari $a$.

Tetapi, kadang-kadang operasi grup dipikirkan sebagai analog dari penjumlahan dan ditulis seperti penjumlahan (notasi penjumlahan):

• Kita menulis $a+b$ untuk $a*b$ dan menyebutnya jumlah $a$ dan $b$.
• Kita menulis $0$ untuk unsur identitas dan menyebutnya unsur nol.
• Kita menulis $-a$ untuk invers $a$ dan menyebutnya lawan dari $a$.

Biasanya, hanya grup abelian (grup yang operasinya komutatif untuk setiap dua unsur himpunan grup tersebut) yang ditulis dalam bentuk penjumlahan walaupun grup tersebut dapat juga ditulis dalam bentuk perkalian. Ketika bersifat noncommittal, kita dapat menggunakan notasi (dengan $*$) dan istilah yang dikemukakan dalam definisi menggunakan notasi $a^{-1}$ sebagai invers dari $a$.

Bila $S$ adalah sub himpunan dari $G$ dan $x$ unsur dari $G$ maka dalam notasi perkalian $xS$ merupakan himpunan dari semua hasil perkalian $xs$ untuk $s$ dalam $S$ (dengan kata lain, $xS=\{xs|s\in S\}$). Hal yang sama juga dapat dilihat pada notasi $Sx=\{sx|s\in S\}$, dan untuk dua sub himpunan $S$ dan $T$ dari $G$ kita dapat menulis $ST$ untuk $\{st|s\in S,t\in T\}$. Dalam notasi penjumlahan, kita menuliskan $x+S,S+x,$ dan $S+T$ untuk masing-masing pasangan.

Beberapa contoh grup dan contoh bukan grup

Sebuah grup abelian: bilangan bulat terhadap penjumlahan

Contoh grup yang pernah diperkenalkan saat di sekolah dasar salah satunya adalah bilangan bulat terhadap penjumlahan. Misalkan $\mathbb {Z}$ merupakan himpunan bilangan bulat, $\{...,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,...\}$ dan simbol $+$ sebagai operasi penjumlahan. Dengan demikian, $(\mathbb {Z} ,+)$ merupakan suatu grup.

Bukti:

• Bila $a$ dan $b$ merupakan bilangan bulat maka $a+b$ juga merupakan bilangan bulat (ketertutupan).
• Bila $a$, $b$, dan $c$ adalah bilangan bulat maka $(a+b)+c=a+(b+c)$ (sifat asosiatif).
• $0$ adalah bilangan bulat dan untuk setiap bilangan bulat $a$, $0+a=a+0=a$ (elemen identitas).
• Bila $a$ sebuah bilangan bulat maka terdapat bilangan bulat $b=-a$ sedemikian sehingga $a+b=b+a=0$ (elemen invers).

Grup ini juga merupakan abelian, karena $a+b=b+a$ (sifat komutatif).

Bilangan bulat terhadap penjumlahan dan perkalian membentuk struktur aljabar gelanggang yang lebih kompleks. Sebenarnya, elemen dari gelanggang apa saja membentuk sebuah grup abelian terhadap penjumlahan yang disebut “grup penjumlahan” dari gelanggang.

Bukan grup: bilangan bulat terhadap perkalian

Bilangan bulat terhadap perkalian yang dilambangkan dengan $\times$. Maka $(\mathbb {Z} ,\times )$ bukan sebuah grup. Alasannya:

• Bila $a$ dan $b$ bilangan bulat maka $a\times b$ merupakan bilangan bulat (ketertutupan).
• Bila $a$, $b$, dan $c$ bilangan bulat maka $(a\times b)\times c=a\times (b\times c)$ (sifat asosiatif).
• $1$ adalah bilangan bulat dan untuk setiap bilangan bulat $a$, $1\times a=a\times 1=a$ (elemen identitas).
• Tetapi, bila $a$ sebaramg bilangan bulat bukan $0$ maka tidak ada bilangan bulat bukan $0$ yang memenuhi $ab=ba=1$. Sebagai contoh, misalkan $a=2$ maka berapapun $b$ (bilangan bulat bukan $0$) maka $|ab|=|2b|>1$ (Syarat elemen invers tidak dipenuhi).

Karena tidak semua elemen dari $(\mathbb {Z} ,\times )$ mempunyai invers maka $(\mathbb {Z} ,\times )$ bukan merupakan grup. Kita dapat menyebut $(\mathbb {Z} ,\times )$ sebuah monoid komutatif.

Sebuah grup abelian: bilangan rasional bukan 0 terhadap perkalian

Misalkan $\mathbb {Q}$ sebagai himpunan bilangan rasional, yaitu bilangan yang dapat dinyatakan dengan ${\frac {a}{b}}$ dengan $a$ dan $b$ merupakan bilangan bulat dan $b$ bukan nol. Misalkan pula operasi perkalian dinyatakan dengan simbol $\times$ Karena bilangan rasional 0 tidak memiliki invers untuk perkalian maka $(\mathbb {Q} ,\times )$, sebagaimana juga $(\mathbb {Z} ,\times )$ bukan sebuah grup.

Akan tetapi, kalau kita menggunakan himpunan $\mathbb {Q} \ \backslash \ \{0\}$, yang mencakup setiap bilangan rasional kecuali nol maka $(\mathbb {Q} \ \backslash \ \{0\},\times )$ merupakan grup abelian. Invers ${\frac {a}{b}}$ adalah ${\frac {b}{a}}$ dan aksioma grup lainnya mudah diperiksa kebenarannya. Kita tidak kehilangan ketertutupan dengan menghilangkan nol karena hasil kali dua bilangan rasional tidak nol tidak akan pernah nol.

Sama seperti bilangan bulat yang membentuk gelanggang, demikian juga bilangan rasional yang membentuk struktur aljabar dari medan. Sebenarnya, elemen bukan nol dari medan apapun akan membentuk grup terhadap perkalian yang disebut “grup perkalian” dari medan.

Grup bukan abelian tertentu: permutasi dari himpunan

Misalkan tiga buah blok berwarna (merah, hijau, dan biru) yang mula-mula diletakkan dengan susunan MHB. Misalkan a merupakan aksi “menukarkan blok pertama dan blok kedua” dan b merupakan aksi “menukarkan blok kedua dan ketiga”.

Dalam bentuk perkalian, kita menuliskan xy untuk melambangkan aksi “pertama-tama lakukan y kemudian lakukan x” sehingga ab adalah aksi MHB → MBH → BMH yaitu “ambil blok terakhir dan pindahkan ke depan”. Bila kita menuliskan e untuk aksi “biarkan blok sebagaimana adanya” (aksi identitas) maka kita dapat menulis enam permutasi dari himpunan tiga blok sebagai berikut:

• e: MHB → MHB
• a: MHB → HMB
• b: MHB → MBH
• ab: MHB → BMH
• ba: MHB → HBM
• aba: MHB → BHM

Perhatikan bahwa aksi aa akan menyebabkan MHB → HMB → MHB atau aksi tersebut sama saja dengan aksi “biarkan blok sebagaimana adanya”. Dengan demikian, kita dapat menuliskan aa = e. Demikian pula,

• bb = e
• (aba)(aba) = e, dan
• (ab)(ba) = (ba)(ab) = e.

Jadi, tiap aksi di atas mempunyai sebuah invers.

Dengan menyelidiki, kita juga dapat menentukan sifat asosiatif dan ketertutupan. Sebagai contoh perhatikan,

• (ab)a = a(ba) = aba, dan
• (ba)b = b(ab) = aba.

Grup ini disebut grup simetri pada tiga huruf, atau S₃. Grup tersebut mempunyai orde 6 (atau 3!), dan bukan merupakan grup abelian (karena sebagai contoh ab ≠ ba). Karena S₃ dibangun dari aksi dasar a dan b maka kita dapat mengatakan bahwa himpunan {a,b} membangun S₃.

Setiap grup dapat diungkapkan dalam grup permutasi seperti S₃. Hasilnya merupakan Teorema Cayley dan dipelajari sebgai bagian dari subyek aksi grup.

Contoh lanjutan

Untuk beberapa contoh lanjutan dari grup untuk berbagai aplikasi lihat contoh-contoh grup dan daftar grup kecil.

Teorema sederhana

• Sebuah grup mempunyai hanya satu elemen identitas.
• Setiap elemen mempunyai hanya satu invers.
• Kita dapat membagi grup yaitu elemen grup a dan b dari grup $G$, hanya ada satu solusi x dalam $G$ terhadap persamaan x * a = b dan hanya satu solusi y dalam $G$ untuk persamaan a * y = b.
• Ungkapan a₁ * a₂ * ... * a_n tidak ambigu karena hasilnya akan sama dimana saja kita menempatkan tanda kurung.
• Invers perkalian adalah hasil kali invers dalam susunan terbalik: (a * b)⁻¹ = b⁻¹ * a⁻¹.

Faktor ini dan faktor dasar lainnya juga berlaku untuk semua grup tertentu yang membentuk bidang dari teori grup elementer.

Membuat grup baru dari suatu grup tertentu

• Jika himpunan bagian $H$ dari grup $(G,*)$,
• Hasil kali dari dua grup $(G,*)$ dan $(H,\times )$ merupakan himpunan $G$x$H$ dengan operasi (g₁, h₁)(g₂, h₂) = (g₁ * g₂, h₁ × h₂).
• “Penjumlahan eksternal secara langsung” dari anggota grup merupakan subgrup perkalian yang diwakilkan oleh elemen yang mempunyai sejumlah bagian bukan nol. Jika anggota bersifat tertentu maka penjumlahan langsung dan perkalian adalah sama.
• Grup tertentu $G$ dan sebuah sub grup normal $N$, maka grup kuosien adalah himpunan dari kohimpunan dari $G/N$ terhadap operasi (g$N$)(h$N$) = gh$N$.

Referensi

Referensi umum

• Artin, Michael (2018), Algebra, Prentice Hall, ISBN 978-0-13-468960-9 , Chapter 2 contains an undergraduate-level exposition of the notions covered in this article.
• Devlin, Keith (2000), The Language of Mathematics: Making the Invisible Visible, Owl Books, ISBN 978-0-8050-7254-9 , Chapter 5 provides a layman-accessible explanation of groups.
• Hall, G. G. (1967), Applied group theory, American Elsevier Publishing Co., Inc., New York, MR 0219593 , an elementary introduction.
• Herstein, Israel Nathan (1996), Abstract algebra (edisi ke-3rd), Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall Inc., ISBN 978-0-13-374562-7, MR 1375019 .
• Herstein, Israel Nathan (1975), Topics in algebra (edisi ke-2nd), Lexington, Mass.: Xerox College Publishing, MR 0356988 .
• Templat:Lang Algebra
• Lang, Serge (2005), Undergraduate Algebra (edisi ke-3rd), Berlin, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-22025-3 .
• Ledermann, Walter (1953), Introduction to the theory of finite groups, Oliver and Boyd, Edinburgh and London, MR 0054593 .
• Ledermann, Walter (1973), Introduction to group theory, New York: Barnes and Noble, OCLC 795613 .
• Robinson, Derek John Scott (1996), A course in the theory of groups, Berlin, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-94461-6 .

Referensi khusus

• Artin, Emil (1998), Galois Theory, New York: Dover Publications, ISBN 978-0-486-62342-9 .
• Aschbacher, Michael (2004), "The Status of the Classification of the Finite Simple Groups" (PDF), Notices of the American Mathematical Society, 51 (7): 736–740 .
• Becchi, C. (1997), Introduction to Gauge Theories, hlm. 5211, arXiv:hep-ph/9705211 , Bibcode:1997hep.ph....5211B .
• Besche, Hans Ulrich; Eick, Bettina; O'Brien, E. A. (2001), "The groups of order at most 2000", Electronic Research Announcements of the American Mathematical Society, 7: 1–4, doi:10.1090/S1079-6762-01-00087-7 , MR 1826989 .
• Bishop, David H. L. (1993), Group theory and chemistry, New York: Dover Publications, ISBN 978-0-486-67355-4 .
• Borel, Armand (1991), Linear algebraic groups, Graduate Texts in Mathematics, 126 (edisi ke-2nd), Berlin, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-97370-8, MR 1102012 .
• Carter, Roger W. (1989), Simple groups of Lie type, New York: John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-50683-6 .
• Conway, John Horton; Delgado Friedrichs, Olaf; Huson, Daniel H.; Thurston, William P. (2001), "On three-dimensional space groups", Beiträge zur Algebra und Geometrie, 42 (2): 475–507, arXiv:math.MG/9911185 , MR 1865535 .
• Coornaert, M.; Delzant, T.; Papadopoulos, A. (1990), Géométrie et théorie des groupes [Geometry and Group Theory], Lecture Notes in Mathematics (dalam bahasa Prancis), 1441, Berlin, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-3-540-52977-4, MR 1075994 .
• Denecke, Klaus; Wismath, Shelly L. (2002), Universal algebra and applications in theoretical computer science, London: CRC Press, ISBN 978-1-58488-254-1 .
• Dudek, W.A. (2001), "On some old problems in n-ary groups", Quasigroups and Related Systems, 8: 15–36 .
• Frucht, R. (1939), "Herstellung von Graphen mit vorgegebener abstrakter Gruppe [Construction of Graphs with Prescribed Group]", Compositio Mathematica (dalam bahasa Jerman), 6: 239–50, diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-12-01  .
• Fulton, William; Harris, Joe (1991), Representation theory. A first course, Graduate Texts in Mathematics, Readings in Mathematics, 129, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-97495-8, MR 1153249 
• Goldstein, Herbert (1980), Classical Mechanics (edisi ke-2nd), Reading, MA: Addison-Wesley Publishing, hlm. 588–596, ISBN 0-201-02918-9 .
• Hatcher, Allen (2002), Algebraic topology, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-79540-1 .
• Husain, Taqdir (1966), Introduction to Topological Groups, Philadelphia: W.B. Saunders Company, ISBN 978-0-89874-193-3 
• Jahn, H.; Teller, E. (1937), "Stability of Polyatomic Molecules in Degenerate Electronic States. I. Orbital Degeneracy", Proceedings of the Royal Society A, 161 (905): 220–235, Bibcode:1937RSPSA.161..220J, doi:10.1098/rspa.1937.0142  .
• Kuipers, Jack B. (1999), Quaternions and rotation sequences—A primer with applications to orbits, aerospace, and virtual reality, Princeton University Press, ISBN 978-0-691-05872-6, MR 1670862 .
• Kuga, Michio (1993), Galois' dream: group theory and differential equations, Boston, MA: Birkhäuser Boston, ISBN 978-0-8176-3688-3, MR 1199112 .
• Kurzweil, Hans; Stellmacher, Bernd (2004), The theory of finite groups, Universitext, Berlin, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-40510-0, MR 2014408 .
• Lay, David (2003), Linear Algebra and Its Applications, Addison-Wesley, ISBN 978-0-201-70970-4 .
• Mac Lane, Saunders (1998), Categories for the Working Mathematician (edisi ke-2nd), Berlin, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-98403-2 .
• Michler, Gerhard (2006), Theory of finite simple groups, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-86625-5 .
• Milne, James S. (1980), Étale cohomology, Princeton University Press, ISBN 978-0-691-08238-7 
• Mumford, David; Fogarty, J.; Kirwan, F. (1994), Geometric invariant theory, 34 (edisi ke-3rd), Berlin, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-3-540-56963-3, MR 1304906 .
• Naber, Gregory L. (2003), The geometry of Minkowski spacetime, New York: Dover Publications, ISBN 978-0-486-43235-9, MR 2044239 .
• Neukirch, Jürgen (1999), Algebraic Number Theory, Grundlehren der mathematischen Wissenschaften, 322, Berlin: Springer-Verlag, ISBN 978-3-540-65399-8, MR 1697859, Zbl 0956.11021 
• Romanowska, A.B.; Smith, J.D.H. (2002), Modes, World Scientific, ISBN 978-981-02-4942-7 .
• Ronan, Mark (2007), Symmetry and the Monster: The Story of One of the Greatest Quests of Mathematics, Oxford University Press, ISBN 978-0-19-280723-6 .
• Rosen, Kenneth H. (2000), Elementary number theory and its applications (edisi ke-4th), Addison-Wesley, ISBN 978-0-201-87073-2, MR 1739433 .
• Rudin, Walter (1990), Fourier Analysis on Groups, Wiley Classics, Wiley-Blackwell, ISBN 0-471-52364-X .
• Seress, Ákos (1997), "An introduction to computational group theory" (PDF), Notices of the American Mathematical Society, 44 (6): 671–679, MR 1452069 .
• Serre, Jean-Pierre (1977), Linear representations of finite groups, Berlin, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-90190-9, MR 0450380 .
• Shatz, Stephen S. (1972), Profinite groups, arithmetic, and geometry, Princeton University Press, ISBN 978-0-691-08017-8, MR 0347778 
• Suzuki, Michio (1951), "On the lattice of subgroups of finite groups", Transactions of the American Mathematical Society, 70 (2): 345–371, doi:10.2307/1990375 , JSTOR 1990375 .
• Warner, Frank (1983), Foundations of Differentiable Manifolds and Lie Groups, Berlin, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-90894-6 .
• Weinberg, Steven (1972), Gravitation and Cosmology, New York: John Wiley & Sons, ISBN 0-471-92567-5 .
• Welsh, Dominic (1989), Codes and cryptography, Oxford: Clarendon Press, ISBN 978-0-19-853287-3 .
• Weyl, Hermann (1952), Symmetry, Princeton University Press, ISBN 978-0-691-02374-8 .

Historical references

Lihat pula: Historically important publications in group theory

• Borel, Armand (2001), Essays in the History of Lie Groups and Algebraic Groups, Providence, R.I.: American Mathematical Society, ISBN 978-0-8218-0288-5 
• Cayley, Arthur (1889), The collected mathematical papers of Arthur Cayley, II (1851–1860), Cambridge University Press .
• O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., "The development of group theory", Arsip Sejarah Matematika MacTutor, Universitas St Andrews .
• Curtis, Charles W. (2003), Pioneers of Representation Theory: Frobenius, Burnside, Schur, and Brauer, History of Mathematics, Providence, R.I.: American Mathematical Society, ISBN 978-0-8218-2677-5 .
• von Dyck, Walther (1882), "Gruppentheoretische Studien (Group-theoretical Studies)", Mathematische Annalen (dalam bahasa Jerman), 20 (1): 1–44, doi:10.1007/BF01443322, diarsipkan dari versi asli tanggal 2014-02-22  .
• Galois, Évariste (1908), Tannery, Jules, ed., Manuscrits de Évariste Galois [Évariste Galois' Manuscripts] (dalam bahasa Prancis), Paris: Gauthier-Villars  (Galois work was first published by Joseph Liouville in 1843).
• Jordan, Camille (1870), Traité des substitutions et des équations algébriques [Study of Substitutions and Algebraic Equations] (dalam bahasa Prancis), Paris: Gauthier-Villars .
• Kleiner, Israel (1986), "The Evolution of Group Theory: A Brief Survey", Mathematics Magazine, 59 (4): 195–215, doi:10.2307/2690312, JSTOR 2690312, MR 0863090 .
• Lie, Sophus (1973), Gesammelte Abhandlungen. Band 1 [Collected papers. Volume 1] (dalam bahasa Jerman), New York: Johnson Reprint Corp., MR 0392459 .
• Mackey, George Whitelaw (1976), The theory of unitary group representations, University of Chicago Press, MR 0396826 
• Smith, David Eugene (1906), History of Modern Mathematics, Mathematical Monographs, No. 1 .
• Wussing, Hans (2007), The Genesis of the Abstract Group Concept: A Contribution to the History of the Origin of Abstract Group Theory, New York: Dover Publications, ISBN 978-0-486-45868-7 .

Pranala luar

• (Inggris) Weisstein, Eric W. "Group". MathWorld. 
• Group (mathematics) di Encyclopædia Britannica