共役類と中心化群

ここでは、群Gの自分自身の上への両側からの働き を考えることにし、G‐軌道というときにはすべてこの働きに関するものだとする。
(定義)a∈Gに関し、a を含むG‐軌道に属する元を「a に共役な元」という。a に共役な元全体のつくる集合を「a の共役類」といい、C(a) で表す。C(a) は要するに a を含むG‐軌道である。すなわち、
   
なお、b∈C(a) ならば a∈C(b) である。また、b∈C(a), c∈C(b) ならば、c∈C(a) である。


ここで、特に C(a) の元が a だけからなる場合を考える。このとき、Gのすべての元 g に対して gag-1=a が成り立つ(g でないある g'∈G に関してこれが成り立たなければ、g'ag'-1=b≠a だが、これは b∈C(a) を意味しており、C(a) の元が a だけというのに矛盾する)、つまり ga=ag, ∀g∈G だから、Gの中心Zを考えると、
   
に他ならない。
 共役類はG‐軌道そのものなのだから、G‐軌道によるGの分解(参照)は、いまの場合
   
の形になる。ここで、C'(b), C'(c) などは、少なくとも2つの元を含む共役類を示している。


Gの任意の元を取り、これを で表そう。考えているGの働き に対し、固定部分群 は、 なる元 g(∈G)全体 、すなわち
   
で与えられる。この 中心化群という。 のとき、 は少なくとも e と は含んでいるから、 であることは注意しておこう。
 Gが有限群のときは、軌道の一般論(参照)より、
   
だから、 の中心化群が大きくなると、その共役類は小さくなるし、その逆もまた真である。中心化群がGになると、共役類 だけとなる( のとき)。