Mamma mia, Martino, che lista! Wow, grazie mille davvero.
Bene tralascio per un attimo quelli con le matrici (le abbiamo viste un po' rapidamente a lezione, perchè è argomento di geometria, II semestre). Ad ogni modo, ho cominciato con questo qua, che ho risolto questa mattina in aula studio (alle 8.15 dopo un caffè per svegliarsi

).
Allora:
Martino ha scritto:Per \( \displaystyle {a},{b}\in\mathbb{R} \) definiamo \( \displaystyle {f}_{{{a}{b}}}:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \), \( \displaystyle {f}_{{{a}{b}}}{\left({x}\right)}={a}{x}+{b} \). Sia \( \displaystyle {G}={\left\lbrace{f}_{{{a}{b}}}\ {\mid}\ {a},{b}\in\mathbb{R},\ {a}\ne{0}\right\rbrace} \). Dimostrare che \( \displaystyle {G} \) è un gruppo rispetto alla composizione di applicazioni. \( \displaystyle {G} \) è abeliano? Provare che \( \displaystyle {N}={\left\lbrace{f}_{{{a}{b}}}\in{G}\ {\mid}\ {a}={1}\right\rbrace} \) è un sottogruppo normale di \( \displaystyle {G} \) e determinare \( \displaystyle {G}\//{N} \).
Risoluzione.
Parte prima.
\( \displaystyle {\left({G},\cdot\right)} \) (dove con \( \displaystyle \cdot \) si intende la composizione di applicazioni: come si fa il classico pallino?) è un gruppo. Infatti, si può verificare facilmente che la funzione \( \displaystyle {f}_{{{a}{b}}}:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \), \( \displaystyle {f}_{{{a}{b}}}{\left({x}\right)}={a}{x}+{b} \) è una biiezione e si sa che le biiezioni formano un un gruppo rispetto alla composizione (così nasce \( \displaystyle {S}_{{n}} \), ad esempio). Se proprio volessimo fare i fini, diciamo che:
1. la composizione di due biiezioni è ancora una biiezione;
2. il prodotto è associativo;
3. esiste \( \displaystyle {f}_{{{a}{b}}}:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \), \( \displaystyle {f}_{{{a}{b}}}{\left({x}\right)}={i}{d}_{{\mathbb{R}}}={x} \) che fa da elemento neutro a destra e sinistra;
4. per ogni biiezione \( \displaystyle {f}_{{{a}{b}}}:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \), \( \displaystyle {f}_{{{a}{b}}}{\left({x}\right)}={a}{x}+{b} \) esiste (in \( \displaystyle {G} \): qui l'ipotesi \( \displaystyle {a}\ne{0} \) è essenziale) l'inversa (che è ancora una biiezione) data da \( \displaystyle {{f}}^{{-{1}}}_{\left\lbrace{a}{b}\right\rbrace}:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \) data da \( \displaystyle {{f}}^{{-{1}}}_{\left\lbrace{a}{b}\right\rbrace}{\left({x}\right)}={\left(\frac{{1}}{{a}}\right)}{x}-\frac{{b}}{{a}} \).
Il gruppo NON è abeliano perchè è risaputo che la composizione di funzioni non è commutativa.
Parte seconda.
Lavoriamo ora su \( \displaystyle {N} \). Proviamo che è normale facendo vedere che è stabile per il coniugio. \( \displaystyle \forall{f{\in}}{G} \), \( \displaystyle \forall{h}\in{N} \) si deve avere \( \displaystyle {{f}}^{{-{1}}}\cdot{h}\cdot{f{\in}}{N} \). E qui sono conti: trovo infatti che \( \displaystyle {{f}}^{{-{{1}}}}{\left({h}{\left({f{{\left({x}\right)}}}\right)}\right)}={x}+\frac{{c}}{{a}} \) che è proprio un elemento di \( \displaystyle {N} \).
Quindi, \( \displaystyle {N} \) è normale in \( \displaystyle {G} \).
Parte terza.
Adesso, il quoziente. Questa è sempre la parte più tosta, ma ci provo, anche se non sono convintissimo: per capire come è fatto \( \displaystyle {G}\//{N} \) ho cercato di studiare i laterali destri e sinistri (che tanto coincidono, essendo \( \displaystyle {N} \) normale!), che si ottengono componendo una generica applicazione di \( \displaystyle {N} \) con una di \( \displaystyle {G} \).
Ad esempio, per i sinistri:
\( \displaystyle {g{{N}}}={\left\lbrace{g{\cdot}}{n}{\mid}{g{\in}}{G},{n}\in{N}\right\rbrace} \): mi viene fuori una applicazione del tipo \( \displaystyle {\left({g{\cdot}}{n}\right)}{\left({x}\right)}={a}{x}+{c}{\left({a}+{b}\right)} \).
Mi viene da dire, dunque, che geometricamente il quoziente è composto da classi composte da rette parallele, di dato coefficiente angolare (\( \displaystyle {a} \)). Ci siamo? Questa mia ipotesi ha trovato conferme quando ho calcolato i laterali dx (inutile, lo so, ma era per avere una conferma): con le notazioni di sopra, \( \displaystyle {\left({n}\cdot{g}\right)}{\left({x}\right)}={a}{x}+{\left({c}+{b}\right)} \), ancora rette parallele.
Da notare che ciò è coerente, perchè i laterali dipendono dall'elemento di \( \displaystyle {G} \) (che dipende da \( \displaystyle {a} \)). Infine, è opportuno ricordare che tra le rette parallele del quoziente si escludono quelle parallele all'asse \( \displaystyle {x} \) (\( \displaystyle {a}\ne{0} \) per ipotesi).
Che ne dite? Spero in bene...
P.S. GRAZIE.
"Immaginate un bravo matematico come qualcuno che ha preso dal tenente Colombo per le doti investigative, da Baudelaire per l’ispirazione, dal montatore Faussone per il rigore e l’amore per “le cose ben fatte”, da Ulisse per la curiosità, l’ardimento e l’insaziabilità di conoscenza." (AC)