Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quelle  grpramat.gi   Sprache: unbekannt

 
#############################################################################
##
##  This file is part of GAP, a system for computational discrete algebra.
##  This file's authors include Franz Gähler.
##
##  Copyright of GAP belongs to its developers, whose names are too numerous
##  to list here. Please refer to the COPYRIGHT file for details.
##
##  SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
##
##  This file contains operations for matrix groups over the rationals
##

#############################################################################
##
#M  IsRationalMatrixGroup( G )
##
InstallMethod( IsRationalMatrixGroup, [ IsCyclotomicMatrixGroup ],
    G -> ForAll( Flat( GeneratorsOfGroup( G ) ), IsRat ) );

InstallTrueMethod( IsRationalMatrixGroup, IsIntegerMatrixGroup );

#############################################################################
##
#M  IsIntegerMatrixGroup( G )
##
InstallMethod( IsIntegerMatrixGroup, [ IsCyclotomicMatrixGroup ],
    function( G )
    local gen;
    gen := GeneratorsOfGroup( G );
    return ForAll( gen, mat -> ForAll( mat, row -> ForAll( row, IsInt ) ) ) and
           ForAll( gen, g -> AbsInt( DeterminantMat( g ) ) = 1 );
    end
);

#############################################################################
##
#M  GeneralLinearGroupCons(IsMatrixGroup,n,Integers)
##
InstallMethod( GeneralLinearGroupCons,
    "some generators for GL_n(Z)",
    [ IsMatrixGroup, IsPosInt, IsIntegers ],
function(fil,n,ints)
local gens,mat,G;
  # permutations
  gens:=List(GeneratorsOfGroup(SymmetricGroup(n)),i->PermutationMat(i,n));
  # sign swapper
  mat:= IdentityMat(n,1);
  mat[1,1]:=-1;
  Add(gens,mat);
  # elementary addition
  if n>1 then
    mat:= IdentityMat(n,1);
    mat[1,2]:=1;
    Add(gens,mat);
  fi;
  gens:=List(gens,Immutable);
  G:= GroupByGenerators( gens, IdentityMat( n, 1 ) );
  Setter(IsNaturalGLnZ)(G,true);
  SetName(G,Concatenation("GL(",String(n),",Integers)"));
  if n>1 then
    SetSize(G,infinity);
    SetIsFinite(G,false);
  else
    SetIsFinite(G,true);
    SetSize(G,2);
    SetNiceMonomorphism(G,DoSparseLinearActionOnFaithfulSubset(G, OnRight, false));
  fi;
  return G;
end);

#############################################################################
##
#M  SpecialLinearGroupCons(IsMatrixGroup,n,Integers)
##
InstallMethod(SpecialLinearGroupCons,"some generators for SL_n(Z)",
  [IsMatrixGroup,IsPosInt,IsIntegers],
function(fil,n,ints)
local gens,mat,G;
  # permutations
  gens:=List(GeneratorsOfGroup(AlternatingGroup(n)),i->PermutationMat(i,n));
  if n>1 then
    mat:= IdentityMat(n,1);
    mat{[1..2]}{[1..2]}:=[[0,1],[-1,0]];
    Add(gens,mat);
    # elementary addition
    mat:= IdentityMat(n,1);
    mat[1,2]:=1;
    Add(gens,mat);
  fi;
  gens:=List(gens,Immutable);
  G:= GroupByGenerators( gens, IdentityMat( n, 1 ) );
  Setter(IsNaturalSLnZ)(G,true);
  SetName(G,Concatenation("SL(",String(n),",Integers)"));
  if n>1 then
    SetSize(G,infinity);
    SetIsFinite(G,false);
  else
    SetIsFinite(G,true);
    SetSize(G,1);
    SetNiceMonomorphism(G,DoSparseLinearActionOnFaithfulSubset(G, OnRight, false));
  fi;
  return G;
end);

#############################################################################
##
#M  \in( <g>, GL( <n>, Integers ) )
##
InstallMethod( \in,
               "for matrix and GL(n,Z)", IsElmsColls,
               [ IsMatrix, IsNaturalGLnZ ],

  function ( g, GLnZ )
    return DimensionsMat(g) = DimensionsMat(One(GLnZ))
       and ForAll(Flat(g),IsInt) and DeterminantMat(g) in [-1,1];
  end );

#############################################################################
##
#M  \in( <g>, SL( <n>, Integers ) )
##
InstallMethod( \in,
               "for matrix and SL(n,Z)", IsElmsColls,
               [ IsMatrix, IsNaturalSLnZ ],

  function ( g, SLnZ )
    return DimensionsMat(g) = DimensionsMat(One(SLnZ))
       and ForAll(Flat(g),IsInt) and DeterminantMat(g) = 1;
  end );

#############################################################################
##
#M  Normalizer( GLnZ, G ) . . . . . . . . . . . . . . . . .Normalizer in GLnZ
##
InstallMethod( NormalizerOp, IsIdenticalObj,
    [ IsNaturalGLnZ, IsCyclotomicMatrixGroup ],
function( GLnZ, G )
    return NormalizerInGLnZ( G );
end );

#############################################################################
##
#M  Centralizer( GLnZ, G ) . . . . . . . . . . . . . . . .Centralizer in GLnZ
##
InstallMethod( CentralizerOp, IsIdenticalObj,
    [ IsNaturalGLnZ, IsCyclotomicMatrixGroup ],
function( GLnZ, G )
    return CentralizerInGLnZ( G );
end );

#############################################################################
##
#M  CrystGroupDefaultAction . . . . . . . . . . . . . . RightAction initially
##
BindGlobal( "CrystGroupDefaultAction", RightAction );

#############################################################################
##
#M  SetCrystGroupDefaultAction( <action> ) . . . . .RightAction or LeftAction
##
InstallGlobalFunction( SetCrystGroupDefaultAction, function( action )
   if   action = LeftAction then
       MakeReadWriteGlobal( "CrystGroupDefaultAction" );
       CrystGroupDefaultAction := LeftAction;
       MakeReadOnlyGlobal( "CrystGroupDefaultAction" );
   elif action = RightAction then
       MakeReadWriteGlobal( "CrystGroupDefaultAction" );
       CrystGroupDefaultAction := RightAction;
       MakeReadOnlyGlobal( "CrystGroupDefaultAction" );
   else
       Error( "action must be either LeftAction or RightAction" );
   fi;
end );

#############################################################################
##
#M  IsBravaisGroup( <G> ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .IsBravaisGroup
##
InstallMethod( IsBravaisGroup,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup ],
function( G )
    return G = BravaisGroup( G );
end );

#############################################################################
##
#M  InvariantLattice( G ) . . . . .invariant lattice of rational matrix group
##
InstallMethod( InvariantLattice, "for rational matrix groups",
    [ IsCyclotomicMatrixGroup ],
function( G )

    local gen, dim, trn, rnd, tab, den;

    if not IsRationalMatrixGroup( G ) then
      TryNextMethod();
    fi;

    # return fail if no invariant lattice exists
    gen := GeneratorsOfGroup( G );
    if ForAny( gen, x -> not IsInt( TraceMat( x ) ) ) then
         return fail;
    fi;
    if ForAny( gen, x -> AbsInt( DeterminantMat( x ) ) <> 1 ) then
         return fail;
    fi;

    dim := DimensionOfMatrixGroup( G );
    trn := Immutable( IdentityMat( dim ) );
    rnd := Random( GeneratorsOfGroup( G ) );

    # refine lattice until it contains its image
    repeat

        # if there are elements with non-integer trace,
        # we will find one, sooner or later (with probability 1)
        rnd := rnd * Random( gen );
        if not IsInt( TraceMat( rnd ) ) then
            return fail;
        fi;

        tab := List( gen, g -> trn * g * trn^-1 );
        tab := Concatenation( tab );
        tab := Filtered( tab, vec -> ForAny( vec, x -> not IsInt( x ) ) );

        if Length( tab ) > 0 then
            den := Lcm( List( Flat( tab ), x -> DenominatorRat( x ) ) );
            tab := Concatenation( den * Immutable( IdentityMat( dim ) ),
                       den * tab );
            tab := HermiteNormalFormIntegerMat( tab ) / den;
            trn := tab{[1..dim]} * trn;
        else
            den := 1;
        fi;

    until den = 1;

    return trn;

end );


BindGlobal("MinkowskiMultiple", function(n)
    local res;
    if n <= 0 then
        Error("<n> must be a positive integer");
    fi;
    res := 2;
    for n in [n,n-1..2] do
        if IsOddInt(n) then
            res := res * 2;
        else
            res := res * DenominatorRat(Bernoulli(n)/n);
        fi;
    od;
    return res;
end);

#############################################################################
##
#M  IsFinite( G ) . . . . . . . . . . .  IsFinite for cyclotomic matrix group
##
InstallMethod( IsFinite,
    "cyclotomic matrix group",
    [ IsCyclotomicMatrixGroup ],
function( G )
    # The code below is based on the algorithm described in [DFO13]
    local badPrimes, n, g, FindPrimesInMatDenominators, p, e, H, phi, gens, rels, nice, inv, Hnice;

    # if not rational, use the nice monomorphism into a rational matrix group
    if not IsRationalMatrixGroup( G ) then
        # the following does not use NiceObject(G) as the only method for
        # that currently requires IsHandledByNiceMonomorphism
        SetNiceObject( G, Image( NiceMonomorphism( G ), G ) );
        return IsFinite( NiceObject( G ) );
    fi;

    # if not integer, choose basis in which it is integer
    badPrimes := [ 2 ];
    n := DimensionOfMatrixGroup( G );
    FindPrimesInMatDenominators := function( mat )
        local i, j, d;
        for i in [1..n] do
            for j in [1..n] do
                d := DenominatorRat(mat[i,j]);
                if d > 1 then
                    UniteSet(badPrimes, PrimeDivisors(d));
                fi;
            od;
        od;
    end;
    for g in GeneratorsOfGroup( G ) do
        FindPrimesInMatDenominators(g);
        FindPrimesInMatDenominators(g^-1);
    od;

    p := 3;
    while p in badPrimes do
        p := NextPrimeInt(p);
    od;

    # now reduce mod p
    e := One(GF(p));
    H := Group( GeneratorsOfGroup( G ) * e );

    # check Minkowski bounds here to immediately reject some G as infinite
    if MinkowskiMultiple(n) mod Size(H) <> 0 then
        return false;
    fi;

    Hnice := NiceMonomorphism(H);
    H := NiceObject(H);

    # evaluate relators
    phi := IsomorphismFpGroupByGeneratorsNC(H, GeneratorsOfGroup( H ) : method := "fast");

    gens := GeneratorsOfGroup(FreeGroupOfFpGroup(Range(phi)));
    rels := RelatorsOfFpGroup(Range(phi));
    if not ForAll(rels, r -> IsOne(MappedWord(r, gens, GeneratorsOfGroup(G)))) then
        return false;
    fi;

    # bypass the finite field matrix group in the middle so that we can
    # compute preimages more easily
    inv := GroupHomomorphismByImagesNC(H, G : noassert);

    # set as a nice monomorphism
    nice := GroupHomomorphismByFunction(G, H,
              function(x)
                  if ValueOption("actioncanfail")=true then
                    if not ForAll( x, r -> ForAll( r, v -> IsRat(v) and DenominatorRat( v ) mod p <> 0 ) ) then
                      return fail;
                    fi;
                  fi;
                  return ImageElm(Hnice, x * e);
              end,
              function(y)
                return inv(y);
              end
            );
    SetNiceMonomorphism(G, nice);
    SetNiceObject(G, H);
    SetIsHandledByNiceMonomorphism(G, true);
    return true;
end );


#############################################################################
##
#M  Size( <G> ) . . . . .  for cyclotomic matrix group not known to be finite
##
InstallMethod( Size,
    "cyclotomic matrix group not known to be finite",
    [ IsCyclotomicMatrixGroup ],
    function( G )
    if IsFinite( G ) then
        return Size( G );  # now G knows it is finite
    else
        return infinity;
    fi;
    end );


#############################################################################
##
#M  NiceMonomorphism( <G> ) . . . . . . . . . . for a cyclotomic matrix group
##
##  For a *nonrational* cyclotomic matrix group, the nice monomorphism is
##  defined as an isomorphism to a rational matrix group.
##
##  Note that a stored nice monomorphism does *not* imply that the group is
##  handled by the nice monomorphism; as for matrix groups in general,
##  we want to set `IsHandledByNiceMonomorphism' only for *finite* matrix
##  groups.
##
InstallMethod( NiceMonomorphism,
    "for a (nonrational) cyclotomic matrix group",
    [ IsCyclotomicMatrixGroup ],
    function( G )
    if IsRationalMatrixGroup( G ) then
      TryNextMethod();
    else
      return BlowUpIsomorphism( G, Basis( FieldOfMatrixGroup( G ) ) );
    fi;
    end );


#############################################################################
##
#M  IsHandledByNiceMonomorphism( <G> )  . . . . for a cyclotomic matrix group
##
##  A matrix group shall be handled via nice monomorphism if and only if it
##  is finite.
##  We install the method here because for cyclotomic matrix groups,
##  we can decide finiteness.
##
##  (Note that nice monomorphisms may be used also for infinite groups,
##  for example for non-rational matrix groups over the cyclotomics,
##  where the image of the monomorphism is a rational matrix group.)
##
InstallMethod( IsHandledByNiceMonomorphism,
    "for a cyclotomic matrix group",
    [ IsCyclotomicMatrixGroup ],
    IsFinite );


#############################################################################
##
#F  MayBeHandledByNiceMonomorphism( <G> ) . . . for a cyclotomic matrix group
##
##  Since we can decide finiteness for a cyclotomic matrix group,
##  it makes sense to set 'MayBeHandledByNiceMonomorphism' for it,
##  see the documentation of this filter.
##
InstallTrueMethod( MayBeHandledByNiceMonomorphism, IsCyclotomicMatrixGroup );


#############################################################################
##
#M  IsomorphismPermGroup( <G> ) . . . . . . . . . . for rational matrix group
##
##  The only difference to the method installed for matrix groups is that
##  finiteness of (finitely generated) matrix groups over the cyclotomics can
##  be decided and hence no warning need to be issued.
##
InstallMethod( IsomorphismPermGroup,
    "cyclotomic matrix group",
    [ IsCyclotomicMatrixGroup ], 10,
    function( G )
    if HasNiceMonomorphism(G) and IsPermGroup(Range(NiceMonomorphism(G))) then
      return RestrictedMapping(NiceMonomorphism(G),G);
    elif not IsFinite(G) then
      Error("Cannot compute permutation representation of infinite group");
    else
      return NicomorphismOfGeneralMatrixGroup(G,false,false);
    fi;
    end);


#############################################################################
##
##  *Finite* matrix groups lie in the filter `IsHandledByNiceMonomorphism'.
##  In order to make the corresponding methods for the operations involved in
##  the following `RedispatchOnCondition' calls applicable for finite
##  matrix groups over the cyclotomics,
##  we force a finiteness check as ``last resort''.
##
RedispatchOnCondition( \in, true,
    [ IsMatrix, IsCyclotomicMatrixGroup ],
    [ IsObject, IsFinite ], 0 );

RedispatchOnCondition( \=, IsIdenticalObj,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup, IsCyclotomicMatrixGroup ],
    [ IsFinite, IsFinite ], 0 );

RedispatchOnCondition( IndexOp, IsIdenticalObj,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup, IsCyclotomicMatrixGroup ],
    [ IsFinite, IsFinite ], 0 );

RedispatchOnCondition( IndexNC, IsIdenticalObj,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup, IsCyclotomicMatrixGroup ],
    [ IsFinite, IsFinite ], 0 );

RedispatchOnCondition( NormalizerOp, IsIdenticalObj,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup, IsCyclotomicMatrixGroup ],
    [ IsFinite, IsFinite ], 0 );

RedispatchOnCondition( NormalClosureOp, IsIdenticalObj,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup, IsCyclotomicMatrixGroup ],
    [ IsFinite, IsFinite ], 0 );

RedispatchOnCondition( CentralizerOp, true,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup, IsObject ],
    [ IsFinite ], 0 );

RedispatchOnCondition( ClosureGroup, true,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup, IsObject ],
    [ IsFinite ], 0 );

RedispatchOnCondition( SylowSubgroupOp, true,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup, IsPosInt ],
    [ IsFinite ], 0 );

RedispatchOnCondition( ConjugacyClasses, true,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup ],
    [ IsFinite ], 0 );

#T as we have installed a method for this situation,
#T no fallback is needed
# RedispatchOnCondition( IsomorphismPermGroup, true,
#     [ IsCyclotomicMatrixGroup ],
#     [ IsFinite ], 0 );

RedispatchOnCondition( IsomorphismPcGroup, true,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup ],
    [ IsFinite ], 0 );

# Note that there is a unary method with requirement 'IsGroup'
# that calls the two-argument variant.
RedispatchOnCondition( IsomorphismFpGroup, true,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup, IsString ],
    [ IsFinite, IsObject ], 0 );

RedispatchOnCondition( CompositionSeries, true,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup ],
    [ IsFinite ], 0 );

RedispatchOnCondition( NiceMonomorphism, true,
    [ IsCyclotomicMatrixGroup ],
    [ IsFinite ], 0 );

[ Dauer der Verarbeitung: 0.9 Sekunden  (vorverarbeitet)  ]

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....

Besucherstatistik

Besucherstatistik

Monitoring

Montastic status badge