Cayley-graaf

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Cayley-graaf van de vrije groep met twee voortbrengers en

In de wiskunde is een Cayley-graaf een gerichte graaf die de structuur van een groep, meestal een eindige, in beeld brengt. De Cayley-graaf hangt af van een, meestal eindig, aantal voortbrengers van de groep.

De Engelse wiskundige Arthur Cayley maakte in 1878 als eerste gebruik van grafen om groepen aanschouwelijk voor te stellen. Dit idee werd door Max Dehn (1911), Otto Schreier (1927) en anderen verder ontwikkeld. Vanwege de grote bijdrage van Dehn wordt een Cayley-graaf ook wel met de door Dehn bedachte naam (Dehnse) groependiagram aangeduid.[1] Tegenwoordig zijn Cayley-grafen een belangrijk hulpmiddel in de de meetkundige groepentheorie.

Definitie[bewerken]

Gegeven zijn een groep en een systeem van voortbrengers van . De Cayley-graaf van het paar is een gekleurde en gerichte graaf die als volgt is opgebouwd:

  • Aan elk element wordt een knoop toegewezen. De verzameling knopen van wordt met geïdentificeerd.
  • Aan elke voortbrenger wordt een kleur toegekend.
  • Voor elke en worden de knopen die bij de elementen en behoren, verbonden door een gerichte kant met de kleur van de voortbrenger. De verzameling kanten bestaat dus uit de paren van de vorm , waarin de voortbrenger de kleur van de kant bepaalt.

In de meetkundige groepentheorie wordt gewoonlijk verondersteld dat de verzameling voortbrengers eindig is, 'symmetrisch' is, wat inhoudt dat , en niet het neutrale element van de groep bevat. In dat geval is de Cayley-graaf, op de kleuren na, een gewone graaf: de kanten zijn niet georiënteerd, en de graaf bevat geen cykels.

Voorbeelden[bewerken]

Een Cayley-graaf van de dihedrale groep
Een andere Cayley-graaf van
  • Van de oneindige cyclische groep met de standaard voortbrenger 1 en zijn inverse -1 (in additieve notatie) is de bijbehorende Cayley-graaf een oneindige keten.
  • Het geval met , de eindige cyclische groep van orde , is vergelijkbaar met het vorige. Ook nu zijn de standaard voortbrengers 1 en zijn inverse -1 en heeft twee elementen. De Cayley-graaf is dan de cyclische graaf .
  • De Cayley-graaf van het directe product van een aantal groepen is het cartesisch product van de respectievelijke Cayley-grafen. De Cayley-graaf van de vrije abelse groep met de 4 voortbrengers is een oneindig rooster in het vlak , terwijl de Cayley-graaf voor de directe producten is een eindig -rooster op de torus.
  • De bovenste figuur toont de Cayley-graaf van de dihedrale groep met twee voortbrengers (draaiing over 90° met de klok mee) en (horizontale spiegeling). Aangezien zijn eigen inverse is, zijn de blauwe kanten, die staan voor het uitvoeren van , ongericht getekend. Deze keuze van en komt overeen met de presentatie
Het verband tussen de groep en de keuze van de voortbrengers ziet men terug in de Cayley-graaf als cykels. Zo levert bijvoorbeeld een gesloten pad in de graaf.
  • Van de vrije groep met twee voortbrengers en staat de Cayley-graaf met de verzameling voortbrengers eerder in het artikel, waarbij staat voor hetneutrale element. Op een kant naar rechts gaan komt overeen met rechtsvermenigvuldiging met , terwijl omhoog gaan vermenigvuldiging met voorstelt. Omdat de vrije groep geen relaties heeft, zijn er geen cycli in de graaf.

Referenties[bewerken]

  1. Jonathan L. Gross, Thomas W. Tucker : Topological graph theory. Courier Dover Publications, 2001. ISBN 978-0-486-41741-7. S. 10–14.