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<Chapter>
 <Heading>Mal'cev collection
 </Heading>
 Let <M>G</M> be an infinite polycyclic group. It is well-known that
 there exist  a normal <M>T</M>-group <M>N</M> and a <M>T</M>-group 
 <M>C</M> such that <M>H=CN</M> is normal
 of finite index in <M>G</M> and  <M>H/N</M> is free abelian of finite 
 rank <Cite Key="Seg83"/>. 
 
 In this chapter we present an effective collection method for an infinite
 polycyclic group which is given by a polycyclic presentation 
 with respect to a polycyclic sequence <M>P</M> going through the normal
 series <M>1 \le N \le H \le G</M>.
 
 This polycyclic sequence <M>P</M> must be chosen as follows.
 Let <M>(n_1,\dots,n_l)</M> be a Mal'cev basis of N and let
 <M>(c_1N,\dots,c_k N)</M> be a basis for
 the free abelian group <M>CN/N</M>.
 Then <M>(c_1,\dots,c_k,n_1,\dots,n_l)</M>
 is a polycyclic sequence for <M>H=CN</M>. Further there exists
 <M>f_1,\dots, f_j \in G</M> such that <M>(f_1 H, \dots, f_j H)</M> is
 a polycyclic sequence for <M>G/H</M>. Now we set
 
 <Display>P = (f_1,\dots,f_j, c_1, \dots , c_k, n_1, \dots, n_l )</Display>
 
 <Section>
  <Heading>The main functions
  </Heading>
  
  <ManSection>
  <Func Name="MalcevCollectorConstruction" Arg="G, inds, C, CC, N, NN"/>
  <Description>
  Returns a Mal'cev collector for the infinite polycyclically
  presented group <M>G</M>. The group <M>G</M> must be given
  with respect to a polycyclic sequence <M>(g_1,\dots,g_r, c_{r+1},
  \dots, c_{r+s}, n_{r+s+1}, \dots, n_{r+s+t})</M>
  with the following properties:
  <List>
   <Item>
   (a) <M>(n_{r+s+1}, \dots, n_{r+s+t})</M> is a Mal'cev basis for
   the <M>T</M>-group <M>N \leq G</M>,
   </Item>
   <Item>
   (b) <M>(c_{r+1}N, \dots, c_{r+s}N)</M> is a basis for the 
   free-abelian group <M>CN/N</M> where <M>C \leq G</M> is a 
   <M>T</M>-group generated by <M>c_{r+1}, \dots, c_{r+s}</M>,
   </Item>
   <Item>
   (c) <M>(g_1 CN, \dots, g_r CN)</M> is a polycyclic sequence for 
   the finite group <M>G/CN</M>.
   </Item>
  </List>
  
  The list <A>inds</A> is equal to 
  <M>[ [1,\dots,r],[r+1,\dots,r+s],[r+s+1,\dots,r+s+t]]</M>. 
  The group <M>CC</M> is isomorphic to <M>C</M> via 
  <A>CC</A>!.bijection 
  and given by a polycyclic presentation with respect 
  to a Mal'cev basis starting with c_{r+1}, \dots, c_{r+s}.
  The  group <M>NN</M> is isomorphic to <M>N</M> via 
  <A>NN</A>!.bijection.
  and given by a polycyclic presentation with respect 
  to the Mal'cev basis ( n_{r+s+1}, \dots, n_{r+s+t}).
  </Description>
 </ManSection>
 
 <ManSection>
  <Func Name="GUARANA.Tr_n_O1" Arg="n" />
  <Func Name="GUARANA.Tr_n_O2" Arg="n" />
  <Description>
  for a positive integer <A>n</A> 
  these functions construct polycyclically presented groups 
  that can be used to test the Mal'cev collector.
  They return a list which can be used as input for the function
  MalcevCollectorConstruction.
  The constructed groups are isomorphic to triangular matrix groups
  of dimension <A>n</A> over the ring <M>O_1</M>, respectively 
  <M>O_2</M>.
  The ring <M>O_1</M>, respectively <M>O_2</M>, is the maximal order
  of <M>\Q(\theta_i)</M> where <M>\theta_1</M>, respectively
  <M>\theta_2</M>, is a zero of the polynomial 
  <M>p_1(x) = x^2-3</M>, respectively 
  <M>p_2(x)=x^3 -x^2 +4</M>.
  </Description>
 </ManSection>
 
 <ManSection>
  <Func Name="GUARANA.F_2c_Aut1" Arg="c" />
  <Func Name="GUARANA.F_3c_Aut1" Arg="c" />
  <Description>
  for a positive integer <A>c</A> 
  these functions construct polycyclically presented groups
  that can be used to test the Mal'cev collector.
  They return a list which can be used as input for the function
  MalcevCollectorConstruction.
  These groups are constructed as follows:
  Let <M>F_{n,c}</M> be the free nilpotent of class <M>c</M> group on
  <M>n</M> generators.
  An automorphism <M>\varphi</M> of the free group <M>F_n</M>
  naturally induces an automorphism
  <M>\bar{\varphi}</M> of <M>F_{n,c}</M>.
  We use the automorphism <M>\varphi_1</M> of <M>F_2</M>
  which maps <M>f_1</M> to <M>f_2^{-1}</M> and <M>f_2</M> to
  <M>f_1 f_2^3</M> and the automorphism <M>\varphi_2</M> of 
  <M>F_3</M> mapping <M>f_1</M> to <M>f_2^{-1}</M>, <M>f_2</M>
  to <M>f_3^{-1}</M> and <M>f_3</M> to <M>f_2^{-3}f_1^{-1}</M>
  for our construction.
  The returned group F_2c_Aut1, respectively F_3c_Aut2, is 
  isomorphic to the semidirect product 
  <M>\langle \varphi_1 \rangle \ltimes F_{2,c}</M>, respectively
  <M>\langle \varphi_2 \rangle \ltimes F_{3,c}</M>.
  </Description>
 </ManSection>
 
 <ManSection>
  <Func Name="MalcevGElementByExponents" Arg="malCol, exps" />
  <Description>
  For a Mal'cev collector malCol of a group G
  and an exponent vector <A>exps</A> with integer
  entries, this functions returns the group element of <M>G</M>, which 
  has exponents <A>exps</A> with respect to the polycyclic sequence 
  underlying <A>malCol</A>.
  </Description>
 </ManSection>
 
 <ManSection>
  <Func Name="Random" Arg="malCol, range" />
  <Description>
  For a Mal'cev collector malCol this function returns the
  output of MalcevGElementByExponents( <A>malCol</A>, <A>exps</A> ),
  where <A>exps</A> is an exponent vector whose entries are randomly
  chosen integers between -<A>range</A> and <A>range</A>.
  </Description>
 </ManSection>
 
 <ManSection>
  <Func Name="*" Arg="g, h" />
  <Description>
  Returns the product of group elements which are defined with respect 
  to a Mal'cev collector by the the function MalcevGElementByExponents.
  </Description>
 </ManSection>
 
 <ManSection>
  <Func Name="GUARANA.AverageRuntimeCollec" Arg="malCol, ranges, no" /> 
  <Description>
  For a Mal'cev collector malCol, a list of positive integers
  <A>ranges</A> and a positive integer <A>no</A> 
  this function computes for each number <A>r</A> in <A>ranges</A> 
  the average runtime of <A>no</A> multiplications of 
  two random elements of <A>malCol</A> of range <A>r</A>, as
  generated by Random( <A>malCol</A>, <A>r</A> ). 
  </Description>
 </ManSection>
 
  </Section>

  <Section>
   <Heading>An example application
   </Heading>

  <Example>
  gap> ll := GUARANA.Tr_n_O1( 3 );
  [ Pcp-group with orders [ 2, 2, 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 ],
    [ [ 1 .. 3 ], [ 4 .. 6 ], [ 7 .. 12 ] ],
    Pcp-group with orders [ 0, 0, 0, 0, 0, 0 ],
    Pcp-group with orders [ 0, 0, 0, 0, 0, 0 ],
    Pcp-group with orders [ 0, 0, 0 ], Pcp-group with orders [ 0, 0, 0 ] ]
  gap> malCol := MalcevCollectorConstruction( ll );
  <<Malcev collector>>
    F : [ 2, 2, 2 ]
    C : <<Malcev object of dimension 3>>
    N : <<Malcev object of dimension 6>>
  
  gap> exps_g := [ 1, 1, 1, -3, -2, 1, -2, -1, 0, 3, -1,3 ];
  [ 1, 1, 1, -3, -2, 1, -2, -1, 0, 3, -1, 3 ]
  gap> exps_h := [ 1, 0, 1, -1, 0, 2, 0, 4, -1, 5, 9,-5 ];
  [ 1, 0, 1, -1, 0, 2, 0, 4, -1, 5, 9, -5 ]
  gap> g := MalcevGElementByExponents( malCol, exps_g );
  [ 1, 1, 1, -3, -2, 1, -2, -1, 0, 3, -1, 3 ]
  gap> h := MalcevGElementByExponents( malCol, exps_h );
  [ 1, 0, 1, -1, 0, 2, 0, 4, -1, 5, 9, -5 ]
  
  gap> k := g*h;
  [ 0, 1, 0, -4, -2, 3, -7, 0, -37, -16, -352, -212 ]
    
  gap> Random( malCol, 10 );
  [ 0, 0, 1, 9, 5, 5, 2, -2, 7, -10, 7, -6 ]
  
  </Example>

 </Section>

</Chapter>


Messung V0.5
C=96 H=100 G=97

¤ Dauer der Verarbeitung: 0.3 Sekunden  ¤

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Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung und die Messung sind noch experimentell.