Algebra - druhý díl. Lenka Zalabová. zima Ústav matematiky a biomatematiky, Přírodovědecká fakulta, Jihočeská univerzita

Podobné dokumenty
Permutační grupy Cykly a transpozice Aplikace. Permutace. Rostislav Horčík: Y01DMA 11. května 2010: Permutace 1/17

Cyklické grupy a grupy permutací

Lenka Zalabová. Ústav matematiky a biomatematiky, Přírodovědecká fakulta, Jihočeská univerzita. zima 2012

10. DETERMINANTY " # $!

1 Zobrazení 1 ZOBRAZENÍ 1. Zobrazení a algebraické struktury. (a) Ukažte, že zobrazení f : x

Pojem binární relace patří mezi nejzákladnější matematické pojmy. Binární relace

Matematické základy šifrování a kódování

2. Test 07/08 zimní semestr

1 Připomenutí vybraných pojmů

Syntetická geometrie I

Algebra II pro distanční studium

Teoretická informatika Tomáš Foltýnek Algebra Struktury s jednou operací

Úlohy k procvičování textu o svazech

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Modernizace studijního programu Matematika na PřF Univerzity Palackého v Olomouci CZ.1.07/2.2.00/28.

7 Analytické vyjádření shodnosti

Teorie grup 1 Příklad axiomatické teorie

Syntetická geometrie I

Algebra I Cvičení. 4) Množina všech matic s nulou v levém dolním rohu a s jedničkami na diagonále.

Střípky z LA Letem světem algebry

ALGEBRA. Téma 4: Grupy, okruhy a pole

Algebraické struktury s jednou binární operací

SOUČIN MATIC A m n B n p = C m p, přičemž: a i1 b 1j +a i2 b 2j + +a in b nj = c ij, i=1 m, j=1 p. Např: (-2) = -3

Matematika IV - 3. přednáška Rozklady grup

Matematika IV - 3. přednáška Rozklady grup

Obrázek 101: Podobné útvary

Šifrová ochrana informací historie KS4

0.1 Úvod do lineární algebry

Matematika IV - 2. přednáška Základy teorie grup

0.1 Úvod do lineární algebry

Afinita je stručný název pro afinní transformaci prostoru, tj.vzájemně jednoznačné afinní zobrazení bodového prostoru A n na sebe.

Funkce, elementární funkce.

Lineární algebra Kapitola 1 - Základní matematické pojmy

DEFINICE Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

Definiční obor funkce

Cílem kapitoly je opakování a rozšíření středoškolských znalostí v oblasti teorie množin.

Determinanty. Determinanty. Přednáška MATEMATIKA č. 3. Jiří Neubauer

Šifrová ochrana informací historie PS4

Matematika 2 pro PEF PaE

Teorie množin. Čekají nás základní množinové operace kartézské součiny, relace zobrazení, operace. Teoretické základy informatiky.

GRUPY SBÍRKA PŘÍKLADŮ

Úlohy domácího kola kategorie B

Matematická analýza ve Vesmíru. Jiří Bouchala

7. Funkce jedné reálné proměnné, základní pojmy

Digitální učební materiál

8 Podobná (ekviformní) zobrazení v rovině

[1] Determinant. det A = 0 pro singulární matici, det A 0 pro regulární matici

Základní pojmy teorie struktury ideálního krystalu

Matematický ústav Slezské univerzity v Opavě Učební texty k přednášce ALGEBRA I, zimní semestr 2000/2001 Michal Marvan. 4.

Přednáška 1: Reálná funkce jedné reálné proměnné

Uspořádanou n-tici reálných čísel nazveme aritmetický vektor (vektor), ā = (a 1, a 2,..., a n ). Čísla a 1, a 2,..., a n se nazývají složky vektoru

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V ROVINĚ

Kryptografie, elektronický podpis. Ing. Miloslav Hub, Ph.D. 27. listopadu 2007

Matematický ústav Slezské univerzity v Opavě Učební texty k přednášce ALGEBRA I, zimní semestr 2000/2001 Michal Marvan. 2.

Šifrová ochrana informací historie PS4

Matematický KLOKAN kategorie Kadet

Vektory a matice. Obsah. Aplikovaná matematika I. Carl Friedrich Gauss. Základní pojmy a operace

6. ANALYTICKÁ GEOMETRIE

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Algebra. študenti MFF 15. augusta 2008

10 Podgrafy, isomorfismus grafů

MATEMATIKA III. π π π. Program - Dvojný integrál. 1. Vypočtěte dvojrozměrné integrály v obdélníku D: ( ), (, ): 0,1, 0,3, (2 4 ), (, ) : 1,3, 1,1,

Cvičení z Lineární algebry 1

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2015

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

Svobodná chebská škola, základní škola a gymnázium s.r.o. Astaloš Dušan. frontální, fixační. samostatná práce, skupinová práce

Matematika B101MA1, B101MA2

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

Planimetrie 2. část, Funkce, Goniometrie. PC a dataprojektor, učebnice. Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora. Průřezová témata Poznámky

8 Matice a determinanty

KATEDRA INFORMATIKY UNIVERZITA PALACKÉHO ALGEBRA DAGMAR SKALSKÁ VÝVOJ TOHOTO UČEBNÍHO TEXTU JE SPOLUFINANCOVÁN

Úlohy k přednášce NMAG 101 a 120: Lineární algebra a geometrie 1 a 2,

Matice. a m1 a m2... a mn

Matematika 1 MA1. 1 Analytická geometrie v prostoru - základní pojmy. 4 Vzdálenosti. 12. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 32

Cyklografie. Cyklický průmět bodu

VI. Maticový počet. VI.1. Základní operace s maticemi. Definice. Tabulku

Funkce základní pojmy a vlastnosti

Kapitola 1. Relace. podle definice podmnožinou každé množiny. 1 Neříkáme už ale, co to je objekt. V tom právě spočívá intuitivnost našeho přístupu.

Operace s maticemi

1. Základní příklady a poznatky o monoidech a grupách

Determinanty. Obsah. Aplikovaná matematika I. Pierre Simon de Laplace. Definice determinantu. Laplaceův rozvoj Vlastnosti determinantu.

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LDF MT MATEMATIKA VEKTORY, MATICE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LDF MT MATEMATIKA VEKTORY, MATICE

2 Reálné funkce jedné reálné proměnné

Matematika (KMI/PMATE)

1.1 Základní pojmy prostorové geometrie. Předmětem studia prostorové geometrie je prostor, jehož prvky jsou body. Další

Okruhy, podokruhy, obor integrity, těleso, homomorfismus. 1. Rozhodněte, zda daná množina M je podokruhem okruhu (C, +, ): f) M = { a

Matematika. 6. ročník. Číslo a proměnná. desetinná čísla (využití LEGO EV3) číselný výraz. zaokrouhlování desetinných čísel. (využití LEGO EV3)

Přijímací zkouška na MFF UK v Praze

Požadavky ke zkoušce

MATEMATIKA. Problémy a úlohy, v nichž podrobujeme geometrický objekt nějaké transformaci

SHODNÁ ZOBRAZENÍ V ROVINĚ GEOMETRICKÁ ZOBRAZENÍ V ROVINĚ SHODNÁ ZOBRAZENÍ

Tematický plán Obor: Informační technologie. Vyučující: Ing. Joanna Paździorová

Aplikace matematiky. aneb Nedokonalosti dokonalé matematiky

0.1 Funkce a její vlastnosti

n =5, potom hledejte obecný vztah. 4.5 Mnohoúhelníky PŘÍKLAD 4.2. Kolik úhlopříček má n úhelník? Vyřešte nejprve pro Obrázek 28: Tangram

Programy na PODMÍNĚNÝ příkaz IF a CASE

Grafy. RNDr. Petra Surynková, Ph.D. Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta.

1 Linearní prostory nad komplexními čísly

Křivky kolem nás. Webinář. 20. dubna 2016

Cykly a pole

ZÁKLADNÍ PLANIMETRICKÉ POJMY

Transkript:

Algebra - druhý díl Lenka Zalabová Ústav matematiky a biomatematiky, Přírodovědecká fakulta, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích zima 2012

Obsah 1 Permutace 2 Grupa permutací 3 Více o permutacích 4 Použití permutací Symetrie ohraničených rovinných útvarů Substituční šifry

1 Permutace 2 Grupa permutací 3 Více o permutacích 4 Použití permutací Symetrie ohraničených rovinných útvarů Substituční šifry

Co o tom víte ze střední Permutace n prvků... pořadí těchto n prvků, případně jejich počet. Example Kolik různých pěticiferných přirozených čísel lze vytvořit pomocí číslic 1, 2, 3, 4, 5, pokud každá číslice se použije jen jednou?

Co o tom víte ze střední Permutace n prvků... pořadí těchto n prvků, případně jejich počet. Example Kolik různých pěticiferných přirozených čísel lze vytvořit pomocí číslic 1, 2, 3, 4, 5, pokud každá číslice se použije jen jednou? Počet hledaných pěticiferných čísel...permutace množiny {1,2,3,4,5}, t.j. permutace pětiprvkové množiny:

Co o tom víte ze střední Permutace n prvků... pořadí těchto n prvků, případně jejich počet. Example Kolik různých pěticiferných přirozených čísel lze vytvořit pomocí číslic 1, 2, 3, 4, 5, pokud každá číslice se použije jen jednou? Počet hledaných pěticiferných čísel...permutace množiny {1,2,3,4,5}, t.j. permutace pětiprvkové množiny: P(5) = 5! = 120.

A ted pořádně Definition Označme množinu X = {1, 2,..., n}. Permutace množiny X je vzájemně jednoznačné zobrazení (bijekce) množiny X na sebe. Neboli: Každému prvku množiny X (vzoru) přiřadíme prvek množiny X (obraz) tak, aby každý prvek množiny X měl právě jeden obraz a právě jeden vzor.

Example Bud X = {1, 2, 3, 4}. Rozhodněte, zda následující předpis zadává permutaci množiny X : Zobrazení σ : X X, kde σ(1) = 3, σ(2) = 1, σ(3) = 4, σ(4) = 2.

Example Bud X = {1, 2, 3, 4}. Rozhodněte, zda následující předpis zadává permutaci množiny X : Zobrazení σ : X X, kde...ano σ(1) = 3, σ(2) = 1, σ(3) = 4, σ(4) = 2.

Example Bud X = {1, 2, 3, 4}. Rozhodněte, zda následující předpis zadává permutaci množiny X : Zobrazení σ : X X, kde...ano Zobrazení π : X X, kde σ(1) = 3, σ(2) = 1, σ(3) = 4, σ(4) = 2. π(1) = 2, π(2) = 4, π(3) = 3, π(4) = 2.

Example Bud X = {1, 2, 3, 4}. Rozhodněte, zda následující předpis zadává permutaci množiny X : Zobrazení σ : X X, kde...ano Zobrazení π : X X, kde...ne σ(1) = 3, σ(2) = 1, σ(3) = 4, σ(4) = 2. π(1) = 2, π(2) = 4, π(3) = 3, π(4) = 2.

Obvyklý zápis Mějme X = {1, 2, 3,..., n}. Permutaci σ množiny X píšeme do tabulky tvaru ( ) 1 2 3... n σ =. σ(1) σ(2) σ(3)... σ(n) Druhý řádek (obrazy) tvoří nějaké pořadí prvků množiny X, první řádek (vzory) říkají pozici prvku (obrazu) v daném pořadí.

Example Mějme X = {1, 2, 3, 4}. Permutaci σ : X X z předchozího příkladu, která je dána předpisem σ(1) = 3 σ(2) = 1 σ(3) = 4 σ(4) = 2, zapíšeme ve tvaru σ = ( ) 1 2 3 4. 3 1 4 2

Nějaký další příklad Mějme množinu X = {1, 2, 3}. Najděte všechny permutace tříprvkové množiny X. Určete počet permutací množiny X a zdůvodněte teoreticky váš výsledek.

1 Permutace 2 Grupa permutací 3 Více o permutacích 4 Použití permutací Symetrie ohraničených rovinných útvarů Substituční šifry

Množina všech permutací Mějme množinu X = {1, 2, 3,..., n}. Pak množinu všech permutací budeme značit S n. Theorem Počet prvků množiny S n je n! = n (n 1) 3 2 1. Proof:...

Skládání permutací Z matematické analýzy víte, co to je složené zobrazení (složená funkce) a za jakých podmínek lze zobrazení skládat. Mějme dva prvky σ, π S n. Protože se jedná o bijektivní zobrazení X X, máme korektně definováno jejich složení σ π. To je opět bijektivní zobrazení a tedy σ π S n. Zdůrazněme, že je nutné dávat pozor na pořadí skládání: (σ π)(x) = σ(π(x)) pro každé x X.

Skládání permutací Jsou-li permutace σ a π tvaru ( ) 1 2 3... n σ =, σ(1) σ(2) σ(3)... σ(n) π = ( ) 1 2 3... n, π(1) π(2) π(3)... π(n) pak jejich složení σ π je permutace tvaru ( ) 1 2 3... n σ π =. σ(π(1)) σ(π(2)) σ(π(3))... σ(π(n)) Zdůrazněme, že π σ je obecně úplně jiná permutace!

Example Na S 4 najděte permutaci σ π, kde permutace σ, π S 4 jsou tvaru ( ) ( ) 1 2 3 4 1 2 3 4 σ =, π =. 3 1 4 2 3 2 1 4

Example Na S 4 najděte permutaci σ π, kde permutace σ, π S 4 jsou tvaru ( ) ( ) 1 2 3 4 1 2 3 4 σ =, π =. 3 1 4 2 3 2 1 4 ( ) ( ) 1 2 3 4 1 2 3 4 σ π = = 3 1 4 2 3 2 1 4

Example Na S 4 najděte permutaci σ π, kde permutace σ, π S 4 jsou tvaru ( ) ( ) 1 2 3 4 1 2 3 4 σ =, π =. 3 1 4 2 3 2 1 4 ( ) ( ) ( ) 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 σ π = =. 3 1 4 2 3 2 1 4 4 1 3 2

Ještě jeden příklad Mějme permutace σ, π S 8 tvaru ( ) 1 2 3 4 5 6 7 8 σ =, 6 7 4 1 2 8 3 5 π = Najděte permutaci σ π, najděte permutaci π σ. ( ) 1 2 3 4 5 6 7 8. 3 1 2 8 4 5 6 7

Grupa permutací Theorem Množina S n společně s operací skládání permutací tvoří konečnou grupu (pro libovolné n N). Proof:... Tato grupa není komutativní, pokud n > 2.

Grupa permutací Theorem Množina S n společně s operací skládání permutací tvoří konečnou grupu (pro libovolné n N). Proof:... Tato grupa není komutativní, pokud n > 2. Definition Grupa (S n, ) se nazývá symetrická grupa stupně n. Operaci se často říká součin.

1 Permutace 2 Grupa permutací 3 Více o permutacích 4 Použití permutací Symetrie ohraničených rovinných útvarů Substituční šifry

Nějaké další pojmy Definition Permutace tvaru ( 1 2 3... ) n 1 2 3... n se nazývá identita.

Nějaké další pojmy Definition Permutace tvaru ( 1 2 3... ) n 1 2 3... n se nazývá identita. Definition Permutace tvaru ( 1 2 3... i... j... ) n 1 2 3... j... i... n se nazývá transpozice. Jedná se o permutaci, při které se prohodí i a j, ostatní zůstane na místě.

Nějaké další pojmy Definition Permutace tvaru ( 1... i1... i 2... i k... ) n 1... i 2... i 3... i 1... n se nazývá cyklus délky k. Jedná se o permutaci, při které k prvků vytvoří kolečko tvaru i 1 i 2 i 3 i k 1 i k, ostatní zůstane na místě. Transpozice je cyklus délky 2.

Jiný zápis cyklů Místo psaní celé permutace ( 1... i1... i 2... i k... ) n 1... i 2... i 3... i 1... n bývá efektivnější zapsat pouze příslušné kolečko (i 1, i 2, i 3,..., i k 1, i k ). Toto jednoznačně určuje, který prvek se kam zobrazí. Prvky, které se v něm nevyskytují, zůstávají na místě.

Jiný zápis permutací Definition Dva cykly (i 1, i 2,..., i k 1, i k ) a (j 1, j 2,..., j l 1, j l ) se nazývají nezávislé, jestliže {i 1, i 2,..., i k 1, i k } {j 1, j 2,..., j l 1, j l } =. Neboli: Kolečka se nepotkají.

Jiný zápis permutací Definition Dva cykly (i 1, i 2,..., i k 1, i k ) a (j 1, j 2,..., j l 1, j l ) se nazývají nezávislé, jestliže {i 1, i 2,..., i k 1, i k } {j 1, j 2,..., j l 1, j l } =. Neboli: Kolečka se nepotkají. Example Rozhodněte, zda cykly (1, 2, 5) a (3, 6) jsou nezávislé?

Jiný zápis permutací Definition Dva cykly (i 1, i 2,..., i k 1, i k ) a (j 1, j 2,..., j l 1, j l ) se nazývají nezávislé, jestliže {i 1, i 2,..., i k 1, i k } {j 1, j 2,..., j l 1, j l } =. Neboli: Kolečka se nepotkají. Example Rozhodněte, zda cykly (1, 2, 5) a (3, 6) jsou nezávislé?... ano Zejména, jsou-li dva cykly nezávislé, jejich složení je nezávislé na pořadí!

Jiný zápis permutací Theorem Každou neidentickou permutaci množiny X = {1, 2,..., n} lze rozložit na složení navzájem nezávislých cyklů. Tento rozklad je dán jednoznačně až na pořadí cyklů. Proof:...

Example Rozložte permutaci σ S 10 na složení nezávislých cyklů, kde ( ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 σ =. 6 10 1 8 5 7 9 4 3 2

Example Rozložte permutaci σ S 10 na složení nezávislých cyklů, kde ( ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 σ =. 6 10 1 8 5 7 9 4 3 2 Dostaneme σ = (1, 6, 7, 9, 3) (2, 10) (4, 8).

Jiný zápis permutací Theorem Každá permutace množiny X = {1, 2,..., n} pro n > 1 je složení transpozic. Proof: id = (i, j) (j, i) (i 1, i 2,..., i k ) = (i 1, i k ) (i 1, i 3 ) (i 1, i 2 )

Jiný zápis permutací Theorem Každá permutace množiny X = {1, 2,..., n} pro n > 1 je složení transpozic. Proof: Example id = (i, j) (j, i) (i 1, i 2,..., i k ) = (i 1, i k ) (i 1, i 3 ) (i 1, i 2 ) σ = (1, 6, 7, 9, 3) (2, 10) (4, 8) = (1, 3) (1, 9) (1, 7) (1, 6) (2, 10) (4, 8)

Inverze v permutaci Definition Inverze v permutaci σ je dvojice prvků taková, že i < j a σ(i) > σ(j). Example V permutaci σ = ( ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 : 6 10 1 8 5 7 9 4 3 2 dvojice 1 < 3 tvoří inverzi, dvojice 1 < 2 netvoří inverzi.

Parita permutace Definition Parita permutace σ se definuje jako sgn(σ) = ( 1) p, kde p je počet inverzí v permutaci σ. Permutace σ se nazývá sudá, jestliže sgn(σ) = 1, permutace σ se nazývá lichá, jestliže sgn(σ) = 1.

Theorem 1 Permutace, která je složením k transpozic, je sudá právě tehdy, když k je sudé.

Theorem 1 Permutace, která je složením k transpozic, je sudá právě tehdy, když k je sudé. 2 Bud te σ, π S n permutace. Pak platí sgn(σ π) = sgn(σ) sgn(π).

Theorem 1 Permutace, která je složením k transpozic, je sudá právě tehdy, když k je sudé. 2 Bud te σ, π S n permutace. Pak platí sgn(σ π) = sgn(σ) sgn(π). 3 Složení dvou sudých permutací je sudá permutace. 4 Množina všech sudých permutací A n společně s operací tvoří grupu. Ta má n! 2 prvků. Proof:...

Theorem 1 Permutace, která je složením k transpozic, je sudá právě tehdy, když k je sudé. 2 Bud te σ, π S n permutace. Pak platí sgn(σ π) = sgn(σ) sgn(π). 3 Složení dvou sudých permutací je sudá permutace. 4 Množina všech sudých permutací A n společně s operací tvoří grupu. Ta má n! 2 prvků. Proof:... Definition Grupa (A n, ) se nazývá alternující grupa řádu n.

Nějaký další příklad Mějme permutaci σ S 10 tvaru σ = ( 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 6 1 10 7 2 8 3 9 4 ). Napište permutaci jako složení transpozic. Určete její paritu, t.j. rozhodněte, zda je sudá nebo lichá. Určete paritu permutace σ 3 = σ σ σ.

1 Permutace 2 Grupa permutací 3 Více o permutacích 4 Použití permutací Symetrie ohraničených rovinných útvarů Substituční šifry

Základní pojmy Ohraničený rovinný útvar... úsečka, trojúhelník, čtverec, obdélník a pod. umístěné v rovině. Symetrie takového útvaru... transformace roviny, která útvar zobrazí na sebe.

Symetrie rovnostranného trojúhelníku 1 1 3 3 identita 2 2 (2, 3) 3 1 (1, 3) 2 2 2 3 3 (1, 2) 1 1 3 (1, 3, 2) = (1, 2) (1, 3) 2 1 (1, 2, 3) = (1, 3) (1, 2)

Všechny symetrie rovnostranného trojúhelníka tvoří grupu, která je shodná se symetrickou grupou S 3. Tato grupa se nazývá dihedrální grupa stupně 3 a značí D 3. Tvoří ji 3 reflexe a 3 otočení. Symetrie každého pravidelného n-úhelníku tvoří grupu. Tato grupa se nazývá dihedrální grupa stupně n a značí D n. Tvoří ji n reflexí a n otočení. Pro n > 3 ovšem neplatí D n = S n! Očíslujme vrcholy pravidelného n úhelníku {1, 2,..., n}. Pak každý prvek D n lze realizovat vhodnou permutací z S n, a tedy D n S n se stejnou operací skládání. Uvědomme si, že S n má n! prvků, zatímco D n má 2n prvků.

Symetrie čtverce 4 3 1 2 3 4 4 1 1 2 identita 4 3 (1, 4) (2, 3) 2 1 (1, 2) (3, 4) 3 (1, 3) 2 2 3 3 2 2 1 1 4 1 (2, 4) 4 4 (1, 2, 3, 4) = 1 (1, 4) (1, 3) (1, 2) 3 (1, 3) (2, 4) 4 2 (1, 4, 3, 2) = 3 (1, 2) (1, 3) (1, 4)

Symetrie čtverce 4 3 1 2 3 4 4 1 1 2 identita 4 3 (1, 4) (2, 3) 2 1 (1, 2) (3, 4) 3 (1, 3) 2 2 3 3 2 2 1 1 4 1 (2, 4) 4 4 (1, 2, 3, 4) = 1 (1, 4) (1, 3) (1, 2) 3 (1, 3) (2, 4) 4 2 (1, 4, 3, 2) = 3 (1, 2) (1, 3) (1, 4) Například permutace (1, 2) S 4 není symetrií čtverce.

Symetrie méně pravidelných útvarů Pro některé ohraničené rovinné útvary platí, že jejich grupa symetrií sestává pouze z otočení. Taková grupa se nazývá cyklická a v chemii se značí C n. Je vždy komutativní.

Symetrie méně pravidelných útvarů Pro některé ohraničené rovinné útvary platí, že jejich grupa symetrií sestává pouze z otočení. Taková grupa se nazývá cyklická a v chemii se značí C n. Je vždy komutativní. 4 3 3 2 2 1 1 4 1 identita 2 4 (1, 2, 3, 4) 1 3 (1, 3) (2, 4) 4 2 (1, 4, 3, 2) 3

Theorem Mějme ohraničený útvar v rovině, jehož grupa symetrií je konečná. Pak tato grupa je bud triviální (neexistuje žádná symetrie kromě identity) nebo je rovna jedné z grup C n, D n pro vhodné n > 1.

Theorem Mějme ohraničený útvar v rovině, jehož grupa symetrií je konečná. Pak tato grupa je bud triviální (neexistuje žádná symetrie kromě identity) nebo je rovna jedné z grup C n, D n pro vhodné n > 1. Předpoklady věty jsou důležité! Například grupa symetrií kružnice se nerovná ani jedné z výše uvedených, je nekonečná. (Například reflexe podle libovolného průměru je symetie kružnice.)

Pro přehlednost Místo čísel budeme zapisovat písmena abecedy v obvyklém smyslu, t.j. máme a 1, b 2,..., z 26. Idea Substituční šifra... záměna množiny symbolů (abecedy) za jinou množinu symbolů.

Monoalfabetická šifra Každé písmeno zaměníme vzájemně jednoznačně za jiné písmeno. Každá permutace zadává jeden klíč k zašifrování, inverzní permutace pak zadává dešifrování. Máme 26! klíčů... nelze řešit hrubou silou. Jde snadno řešit statisticky. Example σ = ( ) a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z m o i u s z c f h n t j g e l q d x b p k y r w v a algebrajejednoducha

Monoalfabetická šifra Každé písmeno zaměníme vzájemně jednoznačně za jiné písmeno. Každá permutace zadává jeden klíč k zašifrování, inverzní permutace pak zadává dešifrování. Máme 26! klíčů... nelze řešit hrubou silou. Jde snadno řešit statisticky. Example σ = ( ) a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z m o i u s z c f h n t j g e l q d x b p k y r w v a algebrajejednoducha mjcsoxmnsnsuelukifm

Polyalfabetická šifra Každé písmeno šifrujeme pomocí jiné permutace.

Polyalfabetická šifra Example Každé písmeno šifrujeme pomocí jiné permutace. σ 1 = σ 2 = σ 3 = ( ) a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z m o i u s z c f h n t j g e l q d x b p k y r w v a ) ( a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z m o i y r w v a j g e l q d x b u s z c f h n t p k ( a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z l q d x b p k y r f h n t j g e w v a m o i u s z c ) algebrajejednoducha

Polyalfabetická šifra Example Každé písmeno šifrujeme pomocí jiné permutace. σ 1 = σ 2 = σ 3 = ( ) a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z m o i u s z c f h n t j g e l q d x b p k y r w v a ) ( a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z m o i y r w v a j g e l q d x b u s z c f h n t p k ( a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z l q d x b p k y r f h n t j g e w v a m o i u s z c ) algebrajejednoducha mlksovmgbnrxexxkiym

Šifrovací stroje Používaly se zejména v první polovině dvacátého století. Mechanizovaly používání polyalfabetických šifer. Nejznámější z nich byla Enigma. (Obrázek: www.security-portal.cz)

Enigma Šifrování odpovídá skládání permutací. Chod přístroje je dán: třemi rotory... permutace ρ 1, ρ 2, ρ 3 reflektorem... složení nezávislých transpozic ρ propojovací deskou... složení nezávislých transpozic τ Pak j-té písmeno zprávy je šifrováno permutací τ (σ i 1 ρ 1 σ i 1 ) (σ i 2 ρ 2 σ i 2 ) (σ i 3 ρ 3 σ i 3 ) ρ (σ i 3 ρ 1 3 σ i 3 ) (σ i 2 ρ 1 2 σ i 2 ) (σ i 1 ρ 1 1 σ i 1 ) τ, kde σ = (ab... z) a i 1, i 2, i 3 závisí na j a nastavení rotorů.